Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần mẻ liệu đến tính công nghệ hàn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 S đồ nguyên l quá tr nh hàn tự động dưới lớp thuốc 13 Hình 1.2 Một số thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 13 Hình 1.3 H nh ảnh về hàn hồ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Xuân Mạnh, học viên lớp Cao học ngành Công nghệ Hàn – Khoá

2011, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của

thành phần mẻ liệu đến tính công nghệ hàn của thuốc hàn thiêu kết tương đương với F7A(P)2 theo AWS A5.17-80”

Tác giả tham gia Đề tài Khoa học và Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC.02.04/11-15 do TS Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm Đề tài Tác giả xin cam đoan rằng: Ngoại trừ các số liệu, các bảng biểu, các đồ thị,… đã được trích dẫn từ tài liệu tham khảo thì các số liệu, nội dung còn lại được công bố trong Luận văn này là của tác giả và nhóm tác giả tham gia Đề tài đưa ra Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2013

Học viên

Nguyễn Xuân Mạnh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 7

MỞ ĐẦU 10

CH NG 1 T NG QU N V THU C H N THI U K T 12

1.1 S lược hàn tự động dưới lớp thuốc hàn 12

1.1.1 S đồ nguyên l hàn tự động dưới lớp thuốc 12

1.1.2 Vai tr , công d ng của thuốc hàn 17

1.1.3 Phân loại thuốc hàn theo phư ng pháp chế tạo 19

1.2 T nh h nh ngiên c u và sản xuất thuốc hàn 19

1.2.1 Nghiên c u và sản xuất thuốc hàn trên Thế giới 19

1.2.2 Nghiên c u và sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam 21

1.3 M c tiêu và nội dung nghiên c u 23

1.3.1 Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam 23

1.3.2 M c tiêu nghiên c u 25

1.3.3 Nội dung nghiên c u 26

CH NG GI I THIỆU VỀ THU C HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN 27

2.1 Các ch tiêu c ản của thuốc hàn 27

2.1.1 Các ch tiêu chung 27

2.1.2 Các ch tiêu công nghệ hàn 27

2.1.3 Các yêu c u k thuật chung khi sản xuất thuốc hàn 27

2.2 Thành ph n, phân loại và k hiệu thuốc hàn 28

2.2.1 Các nh m chất chủ yếu trong thành ph n m liệu thuốc hàn 28

2.2.2 Phân loại và k hiệu thuốc hàn 30

2.3 S lược về x hàn 37

2.3.1 Khái niệm về x hàn 37

2.3.2 Các t nh chất của x hàn 37

2.3.3 Phân loại x hàn 46

2.4 Lựa chọn nền tạo x hàn và t nh toán s ộ thành ph n m liệu thuốc hàn 49

2.4.1 Lựa chọn nền tạo x 49

2.4.2 Xác định thành ph n s ộ m lệu thuốc hàn 52

2.5 Xác định hàm nội dung nghiên c u 55

2.5.1 S đồ nghiên c u tổng quát 57

2.5.2 S đồ nghiên c u của đề tài 60

CH NG N I DUNG VÀ PH NG PHÁP NGHI N CỨU 60

3.1 Nghiên c u hiệu quả hợp kim h a của Mn và Si từ thuốc hàn 60

3.1.1 Mn, Si trong vai tr chất kh 60

3.1.2 Mn, Si trong vai tr hợp kim h a 64

3.1.3 S đồ nghiên c u ảnh hưởng của Mn, Si trong thành ph n thuốc hàn .66

3.1.4 T nh toán s ộ lượng Mn và Si đưa vào thành ph n m liệu 67

3.2 Phư ng pháp nghiên c u 70

3.2.1 ng d ng quy hoạch th c nghiệm 70

3.2.2 Xác định giá trị các biến đ u vào hợp lý 80

3.3 Mô tả phư ng pháp các th nghiệm 82

3.3.1 Điều kiện th nghiệm 82

3.3.2 Vật liệu mẫu hàn và dây hàn 82

3.3.3 Thiết ị hàn 83

3.3.4 Chế độ hàn 84

CH NG 4 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU SỰ DỊCH CHUYỂN

CỦA Mn i TỪ THU C HÀN VÀO KIM LOẠI M I HÀN 87

4.1 Tiến hành th nghiệm về thành ph n h a học kim loại mối hàn 87

4.1.1 Kế hoạch thực nghiệm nghiên c u thành ph n h a học 87

4.1.2 Các thông số chế độ hàn dùng để nghiên c u thành ph n hóa học 89

4.2 Kết quả th nghiệm về thành ph n h a học kim loại mối hàn 89

4.2.1 Mẫu th nghiệm thành ph n hóa học kim loại mối hàn 89

4.2.2 Các số liệu thí nghiệm 90

CH NG 5 XỬ LÝ S LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM L ỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si CHO MẺ LIỆU THU C HÀN 92

5.1 Kết quả x lý số liệu 92

5.1.1 Ph n mềm xác định các hệ số phư ng tr nh hồi quy 92

5.1.2 Xây dựng các phư ng tr nh hồi qui 92

5.2 Biểu diễn các đường đ c trưng và các kết luận 99

5.2.1 Biểu diễn các đường đ c trưng 99

5.2.2 Kết luận 107

5.3 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp l trong m liệu thuốc hàn 107

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 92

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

tự động dưới lớp thuốc theo WS 5.17-80 35 Bảng 2.5 Các loại x hàn theo thành ph n h a học và các chất ch nh theo

Bảng 2.6 Thành ph n s ộ m liệu thuốc hàn (m liệu khô) 55 Bảng 2.7 Quy đổi thành ph n m liệu c t nh đến nước thủy tinh 55 Bảng 3.1 Giá trị và khoảng iến thiên của các yếu tố đ u vào 74 Bảng 3.2 Kế hoạch thực nghiệm ậc 2 trực giao (với iến mã h a) 75 Bảng 3.3 Thành ph n h a học của dây hàn SM400B, (%) 82 Bảng 3.4 Thành ph n h a học của dây hàn EL8, (%) 82

Bảng 4.1 Giá trị và khoảng iến thiên của các yếu tố 86 Bảng 4.2 Kế hoạch thực nghiệm th nghiệm trực giao ậc 2 86

Bảng 5.1 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn để sản

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 S đồ nguyên l quá tr nh hàn tự động dưới lớp thuốc 13 Hình 1.2 Một số thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 13 Hình 1.3 H nh ảnh về hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 14 Hình 1.4 S đồ nguyên l hàn hồ quang dưới lớp thuốc ằng điện cực

Hình 3.1 Ảnh hưởng của hàm lượng ôxit mangan trong thuốc hàn đến

hàm lượng gia tăng của S trong kim loại mối hàn

Hình 3.5 Phôi chuẩn ị hàn mẫu th phân t ch thành ph n h a học kim

loại mối hàn

85

Hình 4.1 Mẫu hàn cắt để chuẩn ị phân t ch thành ph n h a học 88

Hình 5.1 Sự ph thuộc của MgO trong thuốc hàn đến chiều dài hồ

quang

97

Hình 5.2a Sự ph thuộc l2O3 trong thuốc hàn đến chiều dài hồ quang 97 Hình 5.2b Sự ph thuộc l2O3 trong thuốc hàn đến chiều dài hồ quang 98 Hình 5.3 Sự ph thuộc CaF2 trong thuốc hàn đến chiều dài hồ quang 98 Hình 5.4 Sự ph thuộc MgOtrong thuốc hàn đến chiều rộng mối hàn 99 Hình 5.5a Sự ph thuộc Al2O3trong thuốc hàn đến chiều rộng mối hàn 100 Hình 5.5b Sự ph thuộc l2O3 trong thuốc hàn đến chiều rộng mối hàn 100 Hình 5.6 Sự ph thuộc CaF2 trong thuốc hàn đến chiều rộng mối hàn 101 Hình 5.7 Sự ph thuộc TiO2 trong thuốc hàn đến chiều rộng mối hàn 101 Hình 5.8 Sự ph thuộc MgO trong thuốc hàn đến chiều sâu ngấu mối

Hình 5.14 Sự ph thuộc CaF2 trong thuốc hàn đến chiều cao mối hàn 106 Hình 5.15 Sự ph thuộc TiO2 trong thuốc hàn đến chiều cao mối hàn 106 Hình 5.16 Sự ph thuộc l2O3 trong thuốc hàn đến hệ số h nh dạng mối

hàn

107

MỞ ĐẦU

Hiện nay, trong sự nghiệp công nghiệp hoá đất nước các ngành khoa học công nghệ phát triển rất mạnh mẽ, trong đ ngành công nghệ hàn cũng không ngừng phát triển về ề rộng c các công nghệ hàn mới rất đa dạng và các giải pháp nâng cao năng suất và chất lượng hàn Do đ ngành hàn ngày càng được ng d ng rộng rãi, trong số đ công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc đã được ng d ng rất phổ iến trên thế giới Ở Việt Nam công nghệ này ngày càng được ng d ng rộng rãi, đ c iệt là trong lĩnh vực đ ng tàu và chế tạo kết cấu thép, Tuy nhiên, thuốc hàn chủ yếu c n phải nhập từ nước ngoài, để khắc ph c t nh trạng này một số c sở sản xuất vật liệu hàn lớn trong nước như Công ty sản xuất que hàn Việt Đ c, công ty sản xuất vật liệu hàn Nam Triệu, đã nghiên c u và chế tạo th Nhưng việc ng d ng c n hạn chế, do chưa nghiên c u đ y đủ các ch tiêu

c ản c n thiết để nâng cao chất lượng thuốc hàn Trong số các ch tiêu quan trọng này,

đ là hàm lượng Mn và Si trong kim loại mối hàn và các giải pháp để hợp kim của n trong mối

Nội dung c thể của luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần

mẻ liệu đến tính công nghệ hàn của thuốc hàn thiêu kết tương đương với F7A(P) theo AWS A5.17-80”

Có các vấn đề cần giải quyết như sau:

Giới thiệu tổng quan việc nghiên c u của thế giới và Việt Nam về hiệu quả hợp kim

h a của Mn và Si trong kim loại mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc hàn gốm hệ

az và những giải pháp điều ch nh hàm lượng Mn và Si khi chế tạo thuốc hàn

Nghiên c u hiệu quả hợp kim h a của Mn và Si trong kim loại mối hàn khi chế tạo thuốc hàn gốm hệ az

- Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến hợp kim h a của Mn và Si trong kim loại mối hàn

- Nghiên c u xác định giá trị của các yếu tố trên đảm ảo hàm lượng của M và Si trong kim loại mối hàn theo yêu c u đề ra

Trên c sở đ cho phép ng d ng để t nh toán và xác định thành ph n m liệu thuốc hàn đảm ảo hàm lượng của Mn và Si trong kim loại mối hàn

Thực hiện các th nghiệm, s đồ thực thực nghiệm và s l kết quả để xác định thành

ph n đ n thuốc hàn

Kết quả nghiên c u của đề tài sẽ trợ giúp hiệu quả cho việc xác định thành ph n đ n thuốc hàn sản xuất ằng nguyên vật liệu trong nước, nhằm nâng cao chất lượng kim loại mối hàn

Em xin chân thành cảm n sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt t nh của giảng viên TS

Vũ Huy Lân, Ban lãnh đạo và cán ộ Công ty Que hàn điện Việt Đ c,… trong việc hoàn

thành luận văn tốt nghiệp này!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THU C HÀN THI U KẾT

1.1 ơ lược về hàn tự động dưới lớp thuốc hàn

1.1.1 ơ đồ nguyên l hàn tự động dưới lớp thuốc

 Khái niệm hàn hồ quang dưới lớp thuốc :

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc ảo vệ c n gọi là hàn hồ quang ch m (hồ quang

ng m), tiếng nh viết tắt là S W (Su merged rc Welding) là quá tr nh hàn điện n ng chảy, dùng nguồn nhiệt từ hồ quang điện sinh ra giữa điện cực hàn (dây hàn, ăng hàn)

cực và kim loại c ản, sau đ kim loại vũng hàn kết tinh tạo thành mối hàn Ph n nhiệt khác làm n ng chảy thuốc hàn, tạo thành lớp x (v m v ) ảo vệ vùng hồ quang và vũng hàn khỏi sự xâm nhập và ảnh hưởng c hại của môi trường kh quyển xung quanh

 Nguyên lý của hàn hồ quàng dưới lớp thuốc :

Dưới tác d ng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một ph n thuốc hàn sát

hồ quang ị n ng chảy tạo thành v m hồ quang (v m x ) và vũng hàn Dây hàn được đẩy vào vũng hàn ằng một c cấu cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ n ng chảy của n

và đảm ảo duy tr hồ quang cháy ổn định Khi hồ quang hàn di chuyển theo hướng hàn kim loại lỏng trong vũng hàn sẽ nguội và kết tinh tạo thành mối hàn Trên m t vũng hàn

và ph n mối hàn kết tinh h nh thành một lớp x c tác d ng tham gia vào các quá tr nh luyện kim khi hàn, ảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn và sẽ tách khỏi mối hàn sau khi hàn

Ph n thuốc hàn chưa ị n ng chảy c thể được s d ng lại

Các chuyển động cấp dây hàn, dao động điện cực và chuyển động theo đường hàn thường được c giới h a Tùy theo m c độ tự động của các chuyển động này mà chia thành hàn tự động và án tự động dưới lớp thuốc

S đồ nguyên l của quá tr nh hàn tự động dưới lớp thuốc c thể tham khảo trên hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc

Hình 1.2 Một số thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Hình 1.3 Hình ảnh về hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang dưới lớp thuốc bằng điện cực băng

Hình 1.5 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bằng điện cực băng

 Đặc điểm hàn hồ quang dưới lớp thuốc :

- Hồ quang cháy ng m dưới lớp thuốc, một ph n thuốc hàn n ng chảy tạo thành

v m x ảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác d ng c hại của oxi và nit của môi trường xung quanh

- Nhiệt lượng hồ quang rất tập trung và nhiệt độ cao (so với các phư ng pháp hàn khác như hàn hồ quang tay, hàn TIG, MIG/M G, ) , cho phép hàn với tốc độ lớn và c thể hàn những chi tiết c chiều dày lớn mà không c n phải vát mép, tiết kiệm kim loại

- Chất lượng kim loại mối hàn cao do vùng hàn (hồ quang hàn và vũng hàn) được

ảo vệ tốt khỏi tác d ng của oxi và nit trong kh quyển xung quanh Kim loại mối hàn

đồng nhất về thành ph n h a học Lớp thuốc và x hàn làm mối hàn nguội chậm nên t ị thiên t ch, thoát hidrô tốt h n

- Mối hàn c h nh dạng đẹp, đều đ n, t ị các khuyết tật như không ngấu, rỗ kh ,

rỗ x

- Giảm tiêu hao vật liệu (dây hàn), không ắn t e kim loại, nên hệ số đắp cao, t tổn thất

- Năng suất hàn cao

- Hồ quang được ao ọc k n ởi thuốc hàn nên không làm hại mắt và da của thợ hàn Lượng kh (kh i, i độc hại) sinh ra trong quá tr nh hàn rất t so với hàn hồ quang tay

- Dễ c kh h a và tự động h a quá tr nh hàn

- Hàn các kết cấu thép dạng tấm, vỏ k ch thước lớn, các d m thép c khẩu độ và chiều cao, các ống thép c đường k nh lớn, các ồn, ể ch a, nh chịu áp lực và trong

- Chủ yếu được ng d ng để hàn các mối hàn ở tư thế hàn ằng (hàn sấp), hàn g c

tư thế hàn ngang, mối hàn ngang với các mối hàn c chiều dài lớn và c qu đạo không

ph c tạp

- Hàn được các chi tiết c chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm

1.1 Vai tr công dụng của thuốc hàn

 Khái niệm: Thuốc hàn là hỗn hợp gồm nhiều thành ph n, được chế tạo ở dạng hạt c

k ch thước xác định trong khoảng 0,25 ÷ 4 mm

Hình 1.6 Dạng thuốc hàn

 Vai trò, công dụng của thuốc hàn:

- Tạo v m x n ng chảy ảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác d ng c hại của oxi và nit của môi trường xung quanh

- Tạo ra môi trường ion h a tốt để đảm ảo dễ gây hồ quang và duy tr hồ quang cháy

ổn định

- Giúp h nh thành và tạo dáng mối hàn, làm cho kim loại mối hàn nguội chậm và tạo điều kiện thuận lợi thoát hiđrô từ mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt

- Kh oxi và các tạp chất c hại (S, P), tinh luyện kim loại mối hàn

- C thể hợp kim h a kim loại mối hàn để cải thiện tổ ch c kim loại và nâng cao c

t nh kim loại mối hàn

- Bảo vệ thợ hàn khỏi tác d ng c xạ của hồ quang, cải thiện điều kiện lao động

- Nhờ c lớp thuốc và v m x ảo vệ hồ quang hàn, nên trong quá tr nh hàn kim loại điện cực không ị ắn toé, giảm tổn thất, nâng cao năng suất hàn

- Giảm khuyết tật ên trong: rỗ kh , ngậm x , không ngấu, do cải thiện điều kiện

h nh thành mối hàn và tinh luyện kim loại mối hàn

- Cải thiện các tiêu ch vệ sinh công nghiệp: giảm lượng kh thải và i sinh ra trong quá

trình hàn

1.1 Phân loại thuốc hàn theo phương ph p chế tạo

Hiện nay c nhiều hệ thống tiêu chuẩn phân loại thuốc hàn như: ISO (Tổ ch c tiêu chuẩn hoá Quốc tế), WS (Hội hàn M ), BS ( nh), DIN (Đ c), GOST (Nga), và việc phân loại c thể dựa theo phư ng pháp chế tạo, t nh chất h a học của thuốc hàn, thành

ph n hoá học và c t nh kim loại đắp, Sau đây tạm thời giới thiệu cách phân loại thuốc hàn theo phư ng pháp chế tạo [6; 8; 13; 14; 17]:

 Theo phương pháp chế tạo:

Theo phư ng pháp chế tạo thuốc hàn được phân loại và k hiệu (chữ viết tắt) như sau:

 F (fused): loại nung chảy;

 B ( onded): loại liên kết, t c là thuốc hàn gốm và thiêu kết, c thể được phân chia như sau:

+ Thuốc hàn gốm: nhiệt độ sấy ≤ 500°C;

+ Thuốc hàn thiêu kết: nhiệt độ sấy thiêu kết > 500°C (agglomerated flux)

 M (mechanically mixed): loại trộn hỗn hợp c học

1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn

1 .1 Nghiên cứu và sản uất thuốc hàn trên Thế giới

Trong sự nghiệp phát triển công nghiệp, ngành công nghệ hàn đ ng vai tr quan trọng trong việc chế tạo các kết cấu thép ằng hàn cho các ngành công nghiệp mũi nhọn như ngành d u kh , h a d u, công nghiệp đ ng tàu, giao thông, chế tạo máy, lắp máy, thủy điện, nhiệt điện, Để nâng cao năng suất và chất lượng các kết cấu hàn, ngày càng

ng d ng nhiều phư ng pháp hàn tiên tiến c m c độ c giới h a, tự động h a cao, trong

đ phải kể đến phư ng pháp hàn tự động dưới lớp thuốc để hàn những đường hàn dài ở

tư thế hàn ằng và hàn g c trong các kết cấu hàn lớn và yêu c u chất lượng cao

Trong công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc, thuốc hàn c vai tr rất quan trọng,

n ảo vệ kim loại vùng hàn khỏi tác d ng c hại của không kh , ổn định quá tr nh hàn, tinh luyện và hợp kim h a kim loại mối hàn Hiện nay trên thế giới sản xuất nhiều mác

thuốc hàn khác nhau, tuy nhiên theo phư ng pháp chế tạo và công nghệ c thể chia làm 3 loại chủ yếu: thuốc hàn nung chảy, thuốc hàn gốm (nhiệt độ sấy ≤ 500°C) và thuốc hàn thiêu kết (nhiệt độ thiêu kết > 500 °C) Thuốc hàn nung chảy được dùng nhiều ở Liên ang Nga, Trung Quốc C n thuốc hàn gốm, thuốc hàn thiêu kết được dùng nhiều ở Th y Điển, Hàn Quốc, M , Đài Loan, Ucraine,

Thuốc hàn thiêu kết ngày càng được ng d ng rộng rãi trên thế giới do c nhiều

ưu điểm như: khả năng tinh luyện các tạp chất c hại và hợp kim h a kim loại mối hàn cao, thành ph n thuốc hàn dễ điều ch nh để đạt được thành ph n h a học kim loại mối hàn theo yêu c u với số chủng loại mác dây hàn tiêu chuẩn không c n nhiều, giá thành

hạ N đã khắc ph c được nhược điểm rất quan trọng là độ ẩm cao của thuốc hàn gốm và cho phép nhận được mối hàn chất lượng cao, nên thuốc hàn thiêu kết ngày càng được sự quan tâm và phát triển ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến Các nhà nghiên c u và sản xuất lớn trên thế giới như: Th y Điển (hãng ES B), Ucraine (viện Hàn Paton), Hàn Quốc (hãng Hyundai, Chosun, Kiswel ), M (HOB RT), Đài Loan, đã nghiên c u rất sâu về loại thuốc hàn thiêu kết và sản xuất với số lượng rất lớn

Trong số chủng loại thuốc hàn của hãng ES B th thuốc hàn thiêu kết chiếm tỷ lệ rất cao và hệ thống phân loại thuốc hàn của ES B theo các ch tiêu về t nh chất h a học của thuốc hàn – x hàn và các ch tiêu khác chi tiết h n thuận tiện cho việc lựa chọn thuốc hàn để ng d ng hàn các kết cấu thép c yêu c u về c t nh và điều kiện k thuật phù hợp

Các hệ thống k hiệu và tiêu chuẩn về thuốc hàn đối với các nước c khác nhau, hiện nay tiêu chuẩn của Hiệp hội hàn M ( WS) được s d ng phổ iến h n cả, tuy nhiên Tiêu chuẩn của WS ch đưa ra c p thuốc hàn – dây hàn tư ng ng để đạt được các ch tiêu về c t nh và thành ph n h a học kim loại mối hàn, mà không giới thiệu thành ph n thuốc hàn và các ch số quan trọng c liên quan đến chất lượng thuốc hàn Hãng ES B (Th y Điển) ngoài việc áp d ng theo tiêu chuẩn WS, c n giới thiệu về các

ch số về t nh chất h a học (ch số az của thuốc hàn – x hàn, t nh chất thuốc hàn, lượng thuốc hàn n ng chảy theo chế độ hàn, ) và thành ph n của x hàn trong phạm vi

cho phép để người s d ng tham khảo

Trên thế giới c nhiều nhà sản xuất và nhiều loại thuốc hàn khác nhau Ở Việt Nam hiện nay các kết cấu hàn từ thép cac on thấp và thép hợp kim thấp c yêu c u chất lượng cao, h u hết được hàn từ một trong số các loại thuốc hàn của ES B và Hyundai (Hàn Quốc) Về số lượng s d ng th thuốc hàn của Hyundai được s d ng nhiều h n

ES B do giá r h n Về uy t n và chất lượng th thuốc hàn của ES B cao h n của Hyundai Thuốc hàn của các hãng khác như HOB T (M ), Chosun, Kiswel (Hàn Quốc), t được s d ng ở Việt Nam hiện nay do các yếu tố về chất lượng và giá chưa phù hợp C n thuốc hàn Trung Quốc chủ yếu dùng cho hàn các kết cấu c yêu c u chất lượng không cao, giá r

1 Nghiên cứu và sản uất thuốc hàn ở Việt Nam

Ở Việt Nam trong thời gian g n đây, các ngành công nghiệp đ ng tàu, chế tạo các kết cấu thép trong d u kh , h a d u, nhiệt điện, thủy điện, giao thông, phát triển mạnh, kéo theo ngành công nghệ hàn và nhu c u về vật liệu hàn rất lớn Trong đ phải kể đến nhu c u về thuốc hàn để hàn tự động dưới lớp thuốc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng các công tr nh và kết cấu hàn Tuy số lượng c sở sản xuất vật liệu hàn ở nước ta khá lớn, nhưng chủ yếu ch sản xuất que hàn điện và dây hàn, c n thuốc hàn chủ yếu phải nhập ngoại V d như Công ty CP Que hàn điện Việt Đ c là c sở sản xuất vật liệu hàn qui mô lớn, c thâm niên và kinh nghiệm nhất ở nước ta, hàng năm vẫn phải nhập khẩu khoảng 450 tấn thuốc hàn để cung cấp cho thị trường (theo số liệu 2010)

Số lượng thuốc hàn n i chung ở Việt Nam s d ng 15.000 tấn, trong đ thuốc hàn

c chất lượng cao c n nhập khẩu khoảng 10.000 tấn

Để giải quyết vấn đề này, một số viện nghiên c u và c sở sản xuất vật liệu hàn đã tiến hành nghiên c u và chế tạo thuốc hàn gốm Tuy nhiên, kết quả đạt được và m c độ triển khai ng d ng thực tế c n rất khiêm tốn, c thể dẫn ra một số kết quả dưới đây:

- Thuốc hàn mác H400 của Công ty CP Công nghiệp Vật liệu hàn Nam Triệu mới dừng lại ở m c độ sản xuất th

- Đề tài nghiên c u thuốc hàn tự động của Viện Công nghệ, Bộ Công Thư ng cũng ch dừng lại ở kết quả th nghiệm (2007)

- Công ty CP Que hàn điện Việt Đ c, Bộ Công Thư ng đã nghiên c u đề tài về thuốc hàn gốm mác F7-VD (ho c R-7) (2008), kết quả tuy đã được sản xuất th , nhưng

c n một số hạn chế nên chưa thể triển khai sản xuất với qui mô công nghiệp và đây là loại thuốc hàn hệ axit dùng để hàn các kết cấu thép yêu c u chất lượng thông thường

Đ là t nh h nh nghiên c u và sản xuất thuốc hàn gốm ở nước ta Trong khi đ xu thế của thế giới là s d ng thuốc hàn thiêu kết để đáp ng yêu c u của các công trình và kết cấu hàn chất lượng cao, Việt Nam ngày càng phải nhập khẩu lượng thuốc hàn thiêu kết rất lớn với giá cao và ị động, chưa nghiên c u và sản xuất được loại thuốc hàn này

Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn của chúng ta rất lớn và phong phú, tuy rằng chất lượng của chúng cũng c n c vấn đề Nhưng nếu nghiên c u phối liệu và x l nhanh nguyên liệu hợp l vẫn c thể tận d ng được nhiều loại nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn Dự kiến những thành ph n chủ yếu trong m liệu thuốc hàn sẽ s d ng nguồn nguyên liệu trong nước như dioxit titan (TiO2 trắng) của B nh Thuận, rutil (B nh Định, Quảng Trị, Hà Tĩnh), đá vôi (Yên Bái), huỳnh thạch (S n La), trường thạch (Lào Cai), Alumina (Lâm Đồng), nước thủy tinh (Hải Ph ng, Hà Nội) và một số loại fero-hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si)

V vậy, việc nghiên c u và sản xuất thuốc hàn thiêu kết trên nguyên tắc ưu tiên, tận d ng tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước để thay thế thuốc hàn nhập ngoại là vấn

đề vừa c t nh cấp thiết trước mắt, vừa c t nh chiến lược lâu dài, để chủ động, tiết kiệm nguồn ngoại tệ, tạo thêm việc làm trong nước, các doanh nghiệp mở rộng sản xuất do c thêm sản phẩm mới, tăng giá trị gia tăng cho nguồn tài nguyên của đất nước và tiến tới các doanh nghiệp c thể xuất khẩu m t hàng này

Như đã tr nh ày ở ph n tổng quan, thuốc hàn thiêu kết dùng để hàn tự động dưới lớp thuốc c ưu điểm nổi trội về nhiều m t, nên xu hướng của thế giới là sản xuất và s

d ng thuốc hàn thiêu kết để chế tạo các công tr nh và kết cấu hàn chất lượng cao Ngoài

ra, hàn tự động dưới lớp thuốc là phư ng pháp hàn tiên tiến cho năng suất cao, chất

lượng mối hàn tốt, điều kiện vệ sinh môi trường tốt h n đa số các phư ng pháp hàn khác

Do vậy, xu hướng và nhu c u về thuốc hàn thiêu kết ở Việt Nam cũng như trên thế giới ngày càng tăng

Trên thế giới đã nghiên c u sâu và sản xuất nhiều thuốc hàn thiêu kết, c n ở Việt Nam nhu c u th lớn, nhưng chưa c n i nào nghiên c u và sản xuất, nên hoàn toàn phải nhập khẩu với giá cao và ị động Điều này làm cho giá thành các công tr nh chế tạo ằng hàn của nước ta ị đẩy lên cao, làm giảm s c cạnh tranh và mất đi một nguồn ngoại

tệ khá lớn Trong khi đ , nguồn nguyên vật liệu để sản xuất thuốc hàn của nước ta rất lớn

và phong phú Do vậy, nh m tác giả đề tài đã đ t ra m c tiêu nghiên c u chế tạo thuốc hàn thiêu kết s d ng tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cac on thấp và thép hợp kim thấp

1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1 .1 Nguồn nguyên liệu để sản uất thuốc hàn ở Việt Nam

Bảng 1.1 Các nguồn nguyên liệu trong nước dự kiến sử dụng [1]

STT Tên nguyên liệu Thành ph n hoá học

P :  0,03

S :  0,03

- B nh Định

3

Ilmenit hoàn nguyên

TiO2 : 50 - 52 FeO : 38 - 40

9

Alumina

Al2O3 :  98 SiO2 :  2,0

1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên c u ảnh hưởng của các chất trong thành ph n m liệu thuốc hàn thiêu kết

hệ az F7A(P)2 theo tiêu chuẩn WS 5.17-80 đến các đ c t nh công nghệ hàn của thuốc

- Xác định được các chất chủ yếu trong thành ph n thuốc hàn đảm ảo t nh công nghệ hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ az F7A(P)2 theo tiêu chuẩn WS 5.17-

80

1 Nội dung nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan việc nghiên c u của thế giới và Việt Nam về thuốc hàn thiêu kết Xác định hướng nghiên c u của đề tài

- Các vấn đề c n được giải quyết:

+ Phân t ch, lựa chọn nền tạo x và các chất đưa vào thành ph n thuốc hàn với ch số az hợp l và s d ng tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước

+ Nghiên c u ảnh hưởng của các thành ph n chủ yếu trong thuốc hàn đến t nh công nghệ hàn của thuốc hàn thiêu kết hệ az

+ Xác định được hàm lượng các chất chủ yếu trong thành ph n m liệu thuốc hàn thiêu kết

hệ az thuộc nh m đảm ảo các ch tiêu công nghệ hàn của thuốc

Chương

GI I THIỆU VỀ THU C HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN .1 C c chỉ tiêu cơ bản của thuốc hàn

1.1 C c chỉ tiêu chung của thuốc hàn

Thuốc hàn dùng trong hàn tự động, án tự động dưới lớp thuốc, thuốc hàn kết hợp với dây hàn phải đạt được các ch tiêu chung c ản như sau :

Đảm ảo về c t nh của kim loại mối hàn

Đảm ảo thành ph n h a học c n thiết cho kim loại mối hàn

Đảm ảo hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và V HN theo yêu c u

Đảm ảo t nh công nghệ hàn theo yêu c u

Giá thành sản phẩm hạ

1 C c chỉ tiêu công nghệ hàn

Các đ c tính công nghệ của thuốc hàn gồm những ch tiêu ch nh như sau:

Đảm bảo dễ gây hồ quang và hồ quang hàn cháy ổn định;

Bảo vệ tin cậy vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi sự tác d ng của môi trường xung quanh;

Tạo dáng mối hàn và hình thành mối hàn tốt;

Tạo x dễ nổi lên ề m t vũng hàn và phủ đều trên ề m t mối hàn để ảo vệ và giúp mối hàn nguội chậm, x phải dễ tách khỏi mối hàn (t nh ong x tốt);

Đảm bảo tinh luyện kim loại mối hàn và kh tạp chất theo yêu c u;

Có khả năng cải thiện và hợp kim hoá kim loại mối hàn, nâng cao c t nh kim loại mối hàn; Đảm bảo khuyết tật trong giới hạn cho phép: rỗ khí, ngậm x , không ngấu khe hở hàn, Lượng kh độc thải ra ở m c độ cho phép, đảm ảo yêu c u vệ sinh công nghiệp

1 C c yêu cầu k thuật chung khi sản uất thuốc hàn

Ngoài các ch tiêu k thuật chung và các đ c t nh công nghệ hàn, khi sản xuất thuốc hàn phải đảm ảo các yêu c u k thuật như sau:

Thuốc hàn phải đảm ảo độ đồng đều về thành ph n theo yêu c u

- Đảm bảo độ ẩm của thuốc hàn theo yêu c u

- Đảm ảo k ch thước hạt thuốc và tỷ lệ các cỡ hạt thuốc hàn theo yêu c u

Thành phần phân loa i và kí hiệu thuốc hàn

1 C c nh m chất chủ yếu trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn

Trong thành ph n m liệu thuốc hàn gồm những nh m chất c công d ng và thành

ph n chủ yếu như sau:

 Nh m tạo kh : c vai tr sinh ra một lượng kh c n thiết để ảo vệ vùng hàn Tuy nhiên, đối với hàn dưới lớp thuốc yêu c u này không lớn như hàn hồ quang tay

Nh m chất c ch c năng tạo kh gồm những hợp chất như c ch a gốc cac onat (đá cẩm thạch, đá vôi (CaCO3) ho c đôlômit (CaCO3.Mg CO3)) để tạo kh và tạo các ôxit az

c n thiết cho nền tạo x hàn

Khi hàn các hợp chất này sẽ phân hủy và sinh kh theo các phản ng sau:

CaCO3 → CaO + CO2 (1.1)

MgCO3 → MgO + CO2 (1.2)

CO2  CO + 1/2O2 (1.3)

Khí CO2 tạo ra theo các phản ng trên, một ph n tham gia vào thành ph n

kh ảo vệ vùng hồ quang và kim loại vũng hàn, đồng thời ở điều kiện hàn sẽ ị phân huỷ thành kh CO theo phản ng (1.3)

 Nh m tạo x : c vai tr quan trọng hàng đ u, thuốc hàn n ng chảy sẽ h nh thành lớp x , v m x ảo vệ vùng hồ quang và vũng hàn Các t nh chất l nhiệt của x hàn

c ảnh hưởng quan trọng đến sự h nh thành mối hàn, ch c năng ảo vệ và t nh ong x

Nh m các chất tạo x hàn gồm c :

 Các ôxit: SiO2, MnO, CaO, MgO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Al2O3, TiO2, từ qu ng mangan (Mn2O, MnO), cát thạch anh (SiO2 ), rutil (TiO2), ilmenit (TiO2, SiO2, Fe2O3), cao lanh (Al2O3, SiO2), ôxit, ột tan, hêmatit (ôxyt sắt màu đỏ sẫm Fe2O3), magnetit (Fe3O4), trường thạch,

 Các muối halogen: CaF2 (huỳnh thạch), KF,

 Các ph c chất khác: Na2SiF6, Na3AlF6 (criolit),

Đối với thuốc hàn để hàn thép: tuỳ theo các loại hợp chất đưa vào thành ph n m liệu

của n và t nh chất của các sản phẩm nhận được từ quá tr nh phân huỷ chúng khi hàn, mà tên gọi của thuốc hàn thường dựa trên t nh chất ho c tên gọi của x hàn

Đối với thuốc hàn nhôm: nhôm là nguyên tố c ái lực hoá học mạnh với ôxi, nên

để hàn nhôm thường dùng thuốc hàn gồm các hợp chất không ch a ôxi, như các hợp chất gốc cluorit và fluorit: NaCl, KCl, KF, NaF, LiCl, BaCl2,

 Nh m ổn định hồ quang:

Nh m này gồm những hợp chất ch a nguyên tố c điện thế ion hoá thấp, giúp cho việc dễ gây hồ quang và duy tr hồ quang cháy ổn định, và c n giúp cho việc h nh thành mối hàn tốt h n

 Trường thạch: ch a các oxit kali, natri

 Nh m chất kh và hợp kim hoá: s d ng các fero hợp kim và ột kim loại

 Chất kh : là những nguyên tố c ái lực h a học mạnh với oxi, c tác d ng kh ôxi

 Nh m các chất kh tạp chất: S, P Ngoài các chất đưa vào nh m tạo kh (CaCO3, MgCO3) sẽ phân huỷ thành các chất, trong đ c các ôxit az (CaO, MgO) để

kh S, P, c n c thể đưa thêm một lượng khá lớn CaF2 c tác d ng kh S, P và làm giảm lượng hyđrô và cải thiện t nh chất kim loại mối hàn

 Nh m chất liên kết: nước thuỷ tinh đối với thuốc hàn gốm

 Ch c năng: d nh kết các thành ph n của m liệu thuốc hàn và tăng độ ền c học hạt thuốc hàn và hạn chế khả năng hút ẩm

 Các chất d nh kết: thường dùng nước thuỷ tinh natri và kali với các tỷ trọng và modul khác nhau tùy thuộc vào loại thuốc

 Các thông số c ản của nước thủy tinh:

+ Tỷ trọng của nước thuỷ tinh natri (Na2O nSiO2 mH2O) là: γ = 1,30 ÷ 1,5 g/cm3 Tỷ trọng c thể xác định theo độ ome ằng ome kế

+ Modul n = 2,65 ÷ 3,40 (modul là tỷ lệ số phân t của SiO2 trên Na2O và K2O)

+ Độ nhớt của nước thủy tinh η

Trong thực tế trọng lượng khô c n lại của nước thủy tinh vào khoảng 10÷14g cho 100g m liệu khô của thuốc hàn

Phân loại và kí hiệu thuốc hàn

a) Phân loại thuốc hàn

 Phân loại theo phương pháp chế tạo:

 Thuốc hàn nung chảy (Fused)

 Thuốc hàn gốm n i chung (không nung chảy – Bonded) và c thể phân chia nhỏ h n: + Thuốc hàn gốm: nhiệt độ sấy ≤ 500°C;

+ Thuốc hàn thiêu kết: nhiệt độ sấy thiêu kết > 500°C (agglomerated flux)

 M (Mechanically mixed): loại hỗn hợp c học (thuốc hàn nung chảy + ột hợp kim ho c fero hợp kim)

 Theo đặc điểm và tỷ trọng hạt thuốc:

 Thuốc hàn hạt dạng thuỷ tinh c tỷ trọng: 1,4 ÷ 1,8 Kg/dm3

 Thuốc hàn hạt dạng ọt nhẹ c tỷ trọng: 0,6 ÷ 1 Kg/dm3

 Thuốc hàn hạt dạng tinh thể cũng c tỷ trọng như dạng thuỷ tinh: 1,4 ÷ 1,8 Kg/dm3

 Theo tính axit hoặc bazơ của xỉ hàn:

- Thuốc hàn hệ axit: hồ quang cháy ổn định, êm; giọt kim loại dịch chuyển dạng tia, mối hàn rất đẹp Tuy nhiên, khả năng kh tạp chất và tinh luyện kim loại mối hàn bị hạn chế, hàm lượng hyđrô cao, nên thường dùng để hàn các kết cấu thép cac on thông thường

- Thuốc hàn az : hồ quang cháy kém ổn định h n, giọt kim loại dịch chuyển có kích thước lớn h n nhiều, bề m t kim loại mối hàn thô, và không dùng d ng điện xoay chiều Tuy nhiên, n c ưu điểm là tinh luyện kim loại mối hàn rất tốt và hệ số dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim cao, hàm lượng hyđrô thấp, nên thích hợp để hàn thép cacbon có

Bảng 2.1 Phân loại và kí hiệu thuốc hàn theo IIW – 545 –78

CS CaO + MgO + SiO2 ≥ 60 Hệ Canxi – Silicat

AB Al2O3 + CaO + MgO ≥ 45,

( Al2O3 ) ≥ 20 Ôxit nhôm – Baz

FB CaO + MgO + MnO + CaF2 ≥ 50 ,

SiO2 max = 20, CaF2 ≥ 15 Fluorit – Baz

 Theo tính axit hoặc bazơ của xỉ hàn:

 Thuốc hàn hệ axit: Hồ quang cháy ổn định, êm, giọt kim loại dịch

chuyển dạng tia, mối hàn rất đẹp Tuy nhiên khả năng kh tạp chất và tinh luyện kim loại mối hàn ị hạn chế, hàm lượng hyđrô cao, nên thường dùng để hàn các loại thép các on thông thường

 Thuốc hàn az : Hồ quang cháy kém ổn định h n, giọt kim loại dịch

chuyển c k ch thước lớn h n nhiều, ề m t kim loại mối hàn thô h n và chủ yếu dùng nguồn điện hàn là d ng điện một chiều Tuy nhiên, n c ưu điểm là khả năng tinh luyện kim loại mối hàn rất tốt và hệ số dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim cao, hàm lượng hyđrô thấp, nên th ch hợp hàn thép cac on c độ ền cao, thép hợp kim và hàn đắp

 Thuốc hàn trung t nh: C t nh trung hoà giữa hai lạo thuốc hàn kể trên

 Theo hoạt tính hoá học (H) của xỉ hàn

 Thuốc hàn hoạt t nh cao H>0,6

 Thuốc hàn hoạt t nh khi H=0,6÷0,3

 Thuốc hàn hoạt t nh thấp khi H = 0,3÷0,1

 Thuốc hàn trung t nh khi H < 0,1

đ c để hàn tự động dưới lớp thuốc Theo tiêu chuẩn WS 5.17 – 80 “Quy định thuốc hàn và dây hàn thép cac on để hàn tự động dưới lớp thuốc” [14;13;17;19]

K hiệu Điện cực (dây hàn

đ c)

F S X X X- ECXXX - HX

Thuốc hhànhànhàn Loại x hàn, chữ cái này c thể không có

Chữ số ch giới hạn ền kéo tối thiểu của kim loại mối hàn

Chế độ nhiệt luyện của mối hàn

K hiệu hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn

Số qui ước nhiệt độ th độ dai

va đập

Hình 2.1 Sơ đồ kí hiệu thuốc hàn – dây hàn AWS A5.17 - 80

Theo tiêu chuẩn WS 5.17 – 80, thuốc hàn được k hiệu kết hợp với dây hàn

tư ng ng để đạt được c t nh c n thiết của kim laọi mối hàn Trong ph n k hiệu thuốc hàn FXXX, chữ X đ u tiên là độ ền kéo tối thiểu của kim loại mối hàn, ksi xem ảng 4.16 Chữ X th hai cho iết điều kiện nhiệt luyện khi th mẫu Chữ – mẫu được tiến hành th sau khi hàn ( s Welded) (không x l nhiệt) ho c chữ P (c x l nhiệt sau khi hàn) chế độ nhiệt luyện là 610 – 635 0C/1h Chữ X th 3 c thể là chữ Z ho c các số (xem ảng 2.3) cho iết nhiệt độ quy ước th độ dai va đập với giá trị tư ng ng ở cột

ên phải

Theo tiêu chuẩn WS 5.17 – 80 phân loại dây hàn thép cac on thành 8 loại trong 3 nh m c hàm lượng mangan thấp, trung nh và cao ( (K hiệu là L, M và H) Trong ph n k hiệu dây hàn EXXX – HX, chữ E là k hiệu điện cực (dây hàn) và tiếp theo là chữ C c thể không c , C n chữ X đ u tiên là một trong 3 chữ L, M ho c H; chữ

X th 2 là một ho c 2 chữ số (8; 12; 13; 14; 15) ch hàm lượng cac on danh nghĩa (qui ước); c n nếu c chữ K ở cuối là dây hàn được chế tạo từ thép kh ằng silic Trong

trường hợp dây hàn k hiệu EG (ho c ECG), ở đây chữ G là “general” c nghĩa là kim loại đắp theo phân loại chung, không qui định về thành ph n hoá học Các ch tiêu của dây hàn và kim loại mối hàn tham khảo ảng 4.18

Bảng 2.2 yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 – 80

Tối thiểu MPa

Độ giãn dài tương đối %

Bảng 2.3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn

Công thử độ dai va đập kim loại mối hàn theo AW A5.17 - 80

Bảng 2.4 Thành phần hoá học và một số thông số chủ yếu của dây hàn

tự động dưới lớp thuốc theo AWS A5.17 – 80

Dây c hàm lượng mangan cao EH10K 0,07÷0,15 1,30÷1,70 0,05÷0,25 0,025 0,025 0,35

ơ lược về ỉ hàn

1 Kh i niệm về ỉ hàn

Khái niệm: X hàn là những hợp chất phi kim n ng chảy, ao gồm các ôx t, các

florua, clorua, sunfat, … ở dạng đ n chất hay ph c chất

Đặc điểm: x hàn không hoà tan trong kim loại (trừ trường hợp ị lẫn vào kim loại

như tạp chất) Cho nên ở trạng thái n ng chảy, kim loại và x hàn là những pha lỏng không hoà tan lẫn nhau, do sự khác nhau về cấu trúc,trọng lượng riêng và s c căng ề

- Tính axit (bazơ) của xỉ hàn

T nh axit của x hàn c thể được đánh giá theo hệ số axit và xác định theo công

2

RO O R

RO

A (2.1)

ở đây ∑RO2 – Tổng số các phân t của các ôxit, axit trong x hàn, mol;

∑(R2O + RO) – Tư ng tự của các ôxit az , mol

C n hệ số az B là tỷ số nghịch đảo của hệ số axit (B= 1𝐴)

Đôi khi c n s d ng các công th c khác (theo ph n trăm khối lượng, theo tỷ lệ của ôxit silic với ôxit canxi,…) để t nh hệ số axit hay az , tuy vậy đ cũng ch là những đánh giá g n đúng Và đều coi khi >1 (tư ng ng với B<1) là x axit Tuy nhiên hệ số axit của x ch được thể hiện ởi lượng các ôxit tự do c thực trong n

V d : x ch a 50%SiO2 và 50%FeO hệ số axit sẽ ằng 1, t c là x trung t nh Nhưng thực tế n mang t nh axit , ởi v trong x không ch tạo nên SiO2.FeO, mà còn có SiO2.(FeO)2, kết c c có một lượng nhất định SiO2 tự do

Để đ n giản ta bỏ qua ảnh hưởng của ôxit titan TiO2, khi đ hệ số axit được tính

ch nh xác h n:

A=(%SiO2)𝑎%𝐶𝑎𝑂+𝑏%𝑀𝑔𝑂+𝑐%𝑀𝑛𝑂+𝑑(𝐹𝑒𝑂)′ ( 2.2) Trong đ : a, ,c,d là các hệ số không lớn h n 1, c t nh đến ái lực khác nhau của các ôxit az đối với SiO2

Đối với các x hàn được s d ng trong hàntự động dưới ớp thuốc ch a SiO2 (từ 2÷48%mol phân t , CaO, MgO, một lượng không lớn MnO, FeO, c n CaF2 (từ 2÷48%mol) khi x l số liệu thực nghiệm với thép các on thấp IU.I.SKatov đã t m được giá trị của các hệ số này như sau:

a=1; b=0,5; c=0,37; d=0,26

Các ôxit lưỡng t nh trong các trường hợp khác nhau c thể sẽ thể hiện t nh az (khi tạo ra các ph c chất với các ôxit axitkhi đ c n dư ôxit az ) ho c thể hiện t nh axit khi thiếu ôxit az

X hàn c thể là chất oxi hoá ho c chất kh kim loại, và n c thể làm thay đổi hàm lượng các tạp chất (lưu huỳnh, phốt pho,…) trong thành ph n kim loại

C n hiện naytheo I.U.ZeKe c đến hang ch c công th c để t nh độ axit hay az của x hàn, trong đ c xét đến khả năng tạo thành các ph c chất khác nhau trong x hàn

Các công th c này c thể được chia thành hai nh m lớn nh m th nhất tư ng tự (3.32) dự trên c sở lý thuyết phân t của x hàn Trong số các công th c của nhóm này phổ biến nhất là công th c của Viện hàn Quốc tế [10]:

B=𝐶𝑎𝑂+𝑀𝑔𝑂+𝐵𝑎𝑂+𝑁𝑎2𝑂+𝐾2𝑂+𝐿𝑖2𝑂+𝐶𝑎𝐹2+0,5(𝑀𝑛𝑂+𝐹𝑒𝑂)/𝑆i𝑂2+0,5(𝐴𝑙2𝑂3+𝑇𝑖

𝑂2+𝑍𝑟𝑂2) (2.3)

Trong đ : CaO, MgO, Al2O3, LiO,… - hàm lượng của các cấu t trong x hàn, % ho c

Trongđ : N là số phân CaO, MgO, SiO2,

 Hoạt t nh hoá học của x hàn:

Hoạt t nh hoá học của x hàn được đánh giá theo khả năng oxi hoá chung của các ôxit và được iểu diễn ởi tổng số lượng ôxit tham gia vào các phản ng ôxi hoá – kh ở

ề m t phân pha Tuy nhiên lượng ôxit kể trên có quan hệ với thành ph n của x hàn

được bểu diễn ở dạng:

ở đây Hi – hoạt t nh hoá học tư ng đối của ôxit, c khả năng hoàn nguyên trong vũng hàn;

n – số các ôxit trong thanh ph n của thuốc – x hàn c khả năng hoàn nguyên trong vũng

𝑅𝑂2, 𝑅𝑂 – hàm lượng của oxit axit và az trong thành ph n thuốc–x hàn;

𝐵− hệ số az của thuốc –x hàn, được xác định theo phư ng tr nh (2 1)

C thể hoá phư ng tr nh ( 2.7 ), độ hoạt tính hoá học H của thuốc hàn – x hàn có dạng:

H=𝑆𝑖𝑂2+0.5𝑇𝑖𝑂2+0,4𝐴𝑙2𝑂3+𝑍𝑟𝑂2 +0,4𝐵2(𝑀𝑛𝑂)100𝐵 (2.8)

Trong đ : (SiO2), (TiO2),…- hàm lượng các hợp chất của thuốc - x hàn %

Sự ph thuộc tư ng quan của hàm lượng ôxi trongkim loại đắp vào hệ số hoạt t nh hoá học của thuốc – x hàn, t m được trên c sở các số liệu thực nghiệm, dẫn ra trên h nh 2.2 G c nghiêng của đồ thị với tr c hoành ph thuộc vào chế độ hàn Khi dung d ng điện hạn chế và điện áp nâng cao gọc nghiêng của n sẽ lớn h n, c n ở chế độ hàn tăng cường g c nghiếngẽ nhỏ h n Trong thực tế hệ số hoạt t nh hoá học của toàn đủ để đ c trưng cho khả năng ôxi hoá của thuốc – x hàn

[0],%

Hình 2.2 Hàm lượng oxi trong kim loại đắp phụ thuộc vào hệ số hoạt tính

hoá học của thuốc-xỉ hàn khi hàn ở chế độ hàn trung bình

trên thép các bon và thép hợp kim thấp

Theo các giá trị của độ hoạt t nh hoá học thể phân chia các thuốc hàn – x hàn nung chảy hệ silic – mangan thành 4 nh m sau đây:

0 0.1 0.3 0.5 0.7 H