Nghiên cứu thành phần mẻ liệu thuốc bọc để chế tạo que hàn thép cacbon tương đương mác que hàn e6013 theo tiêu chuẩn AWS a5 1 bằng vật liệu trong nước

Đối với thuốc bọc que hàn để hàn thép cacbon thấp : Tùy theo các loại hợp chất đưa vào thành phần mẻ liệu của nó và tính chất của các sản phẩm nhận được từ quá trình phân hủy chúng khi h

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUE HÀN THÉP CACBON

1.1 Cấu tạo que hàn………

1.1.1 Lõi que hàn……… ………

1.1.2 Vỏ bọc que hàn ………

1.1.2.1 Nhóm vật liệu tạo khí…… ………

1.1.2.2 Nhóm vật liệu tạo xỉ……… ………

1.1.2.3 Nhóm vật liệu chất khử, hợp kim hoá và biến tính kim loại……… …

1.1.2.4 Nhóm vật liệu ổn định hồ quang………

1.1.2.5 Nhóm chất dính kết………

1.1.2.6 Nhóm chất tạo hình………

1.2 Yêu cầu đối với que hàn thép cacbon………

1.2.1 Yêu cầu chung………

1.2.2 Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với que hàn thép cacbon………

1.2.3 Yêu cầu kỹ thuật chung đối với chế tạo que hàn ………

1.3 Phân loại que hàn……… ………

1.3.1 Theo tính chất của thuốc bọc que hàn………

1.3.2 Theo công dụng chung………

1.3.3 Theo chiều dày lớp vỏ bọc………

1.3.4 Theo mức độ hợp kim hoá và đối tượng để hàn………

8 8 9 10 10

11 11 12 12 12 12

13 13 16 16 17 17 17

1.4 Kí hiệu que hàn……… ………

1.4.1 Que hàn thép cacbon thấp……… ………

1.4.2 Que hàn thép hợp kim thấp………

1.4.3 Que hàn thép không gỉ… ………

1.5 Giới thiệu về que hàn thép cacbon E6013………….………

1.5.1 Theo tiêu chuẩn AWS A5.1-1981……… ………

1.5.2 Kí hiệu của que hàn thép cacbon thấp E6013………

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT SƠ LƯỢC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT QUE HÀN 2.1 Sơ đồ sản xuất que hàn……….……… ……

2.2.Các bộ phận và công đoạn chính trong quá trình sản xuất que hàn …

2.2.1.Bộ phận làm sạch………

2.2.2.Bộ phận kéo rút………

2.2.2.1 Phương pháp và kết cấu khuôn kéo rút……… …

2.2.2.2 Tính toán kéo rút lõi thép………

2.2.3 Bộ phận nắn và cắt que………

2.2.3.1 Sơ đồ nắn và cắt………… ………

2.2.3.2 Các phương pháp cắt…… ………

2.2.4 Bộ phận cấp lõi que………

2.2.5 Nghiền nguyên liệu………

2.2.5.1 Mục đích……… …….…

2.2.5.2 Kích thước hạt nguyên liệu………

2.2.5.3 Thiết bị nghiền……….………

2.2.6 Xử lý nguyên liệu……… ………

2.2.7 Bộ phận ép que hàn……… ………

17 17 19 19 19 19 20

22 23 23 24 24 30 32 33 33 35 36 36 36 36 37 37

2.2.7.1 Đặc điểm chung……… …… …

2.2.7.2 Sơ đồ máy ép que hàn có vỏ bọc………

2.2.7.3 Các loại máy ép và đặc điểm ……….………

2.2.8 Bộ phận đỡ và phóng que………

2.2.9 Bộ phận vê hai đầu……… ………

2.2.10 Bộ phận in ký hiệu que………

2.2.11 Bộ phận sấy que……… ………

2.2.12 Bộ phận đóng gói…… ………

2.2.13 Kiểm tra chất lượng……… ………

2.2.13.1 Đo lường kiểm tra chất lượng từng khâu.………

2.2.13.2 Kiểm nghiệm thành phẩm que hàn………

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN MẺ LIỆU THUỐC BỌC QUE HÀN THÉP CACBON E6013 3.1 Giới thiệu sơ lược về xỉ hàn và các đặc điểm của xỉ hàn………

3.1.1 Khái niệm xỉ hàn…… ………

3.1.2 Đặc tính cơ bản xỉ hàn…… ……… …

3.1.2.1 Tính axit (bazơ) của xỉ hàn………

3.1.2.2 Hoạt tính hoá học của xỉ hàn………… ………

3.1.2.3 Độ nhớt……… ………

3.1.3 Một số đặc tính khác xỉ hàn…… ………

3.1.3.1 Sức căng bề mặt phân pha kim loại - xỉ hàn………

3.1.3.2 Độ thẩm thấu khí của xỉ hàn……… ………

3.1.4 Phân loại xỉ hàn…… ………

3.1.4.1 Phân theo tính axit hay bazơ ………

37 38 39 41 43 44 44 46 46 46 47

49 49 49 49 50 51 53 53 54 54 54

3.1.4.2 Phân loại theo độ hoạt tính………… ………… ………

3.1.4.3 Phân loại theo sự thay đổi độ nhớt……… …… ………

3.2 Cở sở nền tạo xỉ cho mẻ liệu thuốc bọc que hàn………….…………

3.2.1 Yêu cầu cơ bản của nền tạo xỉ………

3.2.2 Nền tạo xỉ bazơ…… … ………

3.2.3 Nền tạo xỉ rutil……… ………

3.2.4 Chọn nền tạo xỉ phù hợp que hàn thép cacbon E6013………

3.3 Lựa chọn nguyên liệu cho mẻ liệu thuốc bọc que hàn………….……

3.3.1 Sơ lược về nguồn nguyên liệu khoáng chất trong nước …………

3.3.2 Lựa chọn sơ bộ thành phần mẻ liệu thốc bọc que hàn E6013……

3.4 Tính toán thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn E6013………….…

3.4.1 Giới thiệu thành phần và cơ tính của vật liệu làm lõi que H – 08A 3.4.2 Tính toán lượng O2 sinh ra………

3.4.3 Tính toán lượng chất khử cần dùng……….………

3.4.4 Tính toán hàm lượng các chất hợp kim hoá………

3.4.5 Tính toán các chất trong xỉ hàn……… ………

3.4.5.1 Từ Rutil ………

3.4.5.2 Từ Đá vôi………… ……… ………

3.4.5.3 Từ quặng Bôxit…… …… ………

3.4.5.4 Từ Imenhit hoàn nguyên……… …… ………

3.4.5.5 Từ Cao lanh………… ……… ……… ………

3.4.5.6 Từ Fero - Si…… ……….………

3.4.5.7 Từ Fero - Mn…… ……….… ………

3.4.5.8 Từ Trường thạch……… …… ………

54 55 55 55 55 56 56 56 56 59 60 60 61 62 63 64 64 65 65 65 66 66 67 67

3.4.5.9 Từ Huỳnh thạch…… ……….……… ………

3.4.5.10 Từ Nước thuỷ tinh…… ……….………

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẺ LIỆU VỚI CÁC CHỈ TIÊU CÔNG NGHỆ CỦA QUE HÀN 4.1 Sơ đồ nghiên cứu que hàn thép cacbon………

4.1.1 Sơ đồ tổng quát………

4.1.2 Sơ đồ nghiên cứu trong đề tài………

4.2 Xây dựng hàm mục tiêu………

4.2.1 Hình dạng mô hình………

4.2.2 Giới thiệu phương pháp xác định hệ số của mô hình………

4.3 Xác định hàm mục tiêu………

4.3.1 Lựa chọn các biến số………

4.3.2 Chọn tần số và xác định khoảng biến thiên……

4.3.3 Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu và tính công nghệ của que hàn……… ………

4.3.3.1 Thí nghiệm đo chiều dài hồ quang tới hạn………

4.3.3.2 Thí nghiệm đo công bong xỉ………

4.3.3.3 Thí nghiệm đo hình dạng mối hàn………

4.3.4 Sơ đồ khối và phần mềm lập trình của mô hình toán học………

4.3.4.1 Sơ đồ khối của mô hình………

4.3.4.2 Phần mềm lập trình………

4.3.5 Kết quả………

67 67

69 69 70 70 70 71 74 75 77

77 78 78 79 80 80 82 82

CHƯƠNG 5: TỐI ƯU HOÁ THÀNH PHẦN MẺ LIỆU THUỐC BỌC

QUE HÀN

5.1 Giới thiệu phương án tối ưu hoá và toán quy hoạch………

5.2 Hạch toán kinh tế………

5.3 Xác định hàm giá thành mẻ liệu theo đơn thuốc………

5.4 Thực hiện quy hoạch toán học cho thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn thép cacbon E6013………

5.4.1 Hệ Rutil – Đá vôi – Bôxit………

5.4.2 Phương pháp xác định thành phần mẻ liệu tối ưu………

5.4.3 Kết quả………

5.5 Giá thành của que hàn thép cacbon E6013 sau khi sản xuất …………

5.6 Sự phụ thuộc của các yếu tố công nghệ vào hàm lượng thành phần các chất Rutil, Đá vôi, Bôxit………

5.6.1 Sự phụ thuộc của chiều dài hồ quang vào hàm lượng thành phần các chất Rutil, Đá vôi, Bôxit ………

5.6.2 Sự phụ thuộc của hệ số bong xỉ vào hàm lượng thành phần các chất Rutil, Đá vôi, Bôxit ………

5.6.3 Sự phụ thuộc của hệ số bong xỉ vào hàm lượng thành phần các chất Rutil, Đá vôi, Bôxit ………

5.7 Sự phụ thuộc của giá thành vào hàm lượng thành phần các chất Rutil, Đá vôi, Bôxit ………

CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CHẾ TẠO QUE HÀN THÉP CACBON E6013 VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT 6.1 Sơ đồ chế tạo que hàn thép cacbon E6013………

6.2 Chuẩn bị lõi que………

84 88 89

91 91 91 92 94 95 95 96 97 98

100 101

6.2.1 Kéo rút lõi que……….

6.2.2 Nắn cắt lõi que………

6.3 Chuẩn bị thành phần nguyên liệu………

6.3.1 Chuẩn bị sẵn các loại quặng đã chọn………

6.3.2 Nghiền nguyên liệu………

6.3.3 Xử lý nguyên liệu………

6.3.4 Trộn nguyên liệu………

6.3.4.1 Trộn khô………

6.3.4.2 Trộn ướt………

6.3.5 Ép bánh………

6.3.6 Ép que………

6.3.7 Đón, đỡ que………

6.3.8 Sấy que hàn………

6.3.9 Thành phẩm………

TÀI LIỆU THAM KHẢO………

PHỤ LỤC………

101 103 103 103 104 106 107 107 107 108 109 109 111 111 115 116

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU QUE HÀN THÉP CACBON 1.1/ Cấu tạo que hàn

Cấu tạo của que hàn hồ quang tay có vỏ bọc gồm 2 phần chính như hình 1.1 với các thành phần cơ bản sau đây:

+ Phần 1: Lõi que hàn;

+ Phần 2: Vỏ thuốc bọc

Hình 1.1 Hình dạng và kích thước cơ bản của que hàn có thuốc bọc

1 - Lõi que; 2 - Thuốc bọc; d - Đường kính lõi que;

D - Đường kính ngoài que hàn; L - Chiều dài que hàn;

l - Chiều dài đuôi que hàn; α - Góc phải đầu que hàn

Một đầu để trần không bọc thuốc dùng để kẹp que hàn dài từ 20 – 30 mm, đầu còn lại được vê vát sạch thuốc bọc có độ hở 1 – 2 mm;

Chiều dày lớp thuốc bọc khoảng δ = 1 – 3 mm

C¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña que hµn theo TCVN 3223 : 2000

§−êng kÝnh lâi que

Si, Fe- Ni,…, đóng vai trò khác nhau trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn Mỗi thay đổi của một hợp chất đều ảnh hưởng tới chất lượng của mối hàn

Để đơn giản việc đánh giá vai trò của các hợp chất ta có thể phân nhóm theo tác dụng của nó trong quá trình hàn

1.1.2.1/ Nhóm vật liệu tạo khí

Có tác dụng bảo vệ, cách ly hồ quang hàn và vũng hàn với môi trường xung quanh Nhóm này gồm các chất như:

+ Đá vôi (CaCO3), đôlômit (CaCO3.MgCO3)

+ Các hợp chất hữu cơ (Cn(H2O)n-1) : tinh bột (C12(H2O)11), xenlulô (Cellulo),…

Khi hàn các hợp chất này sẽ phân hủy và sinh khí theo các phản ứng sau: CaCO3 → CaO + CO2 (1.1)

MgCO3 → MgO + CO2 (1.2)

CO2 ⇒ CO + 1/2O2 (1.3)

Cn(H2O)n-1 ⇒ (n-1) CO + (n-1) H2 + C (1.4)

Khí CO2 tạo ra theo các phản ứng trên, một phần tham gia vào thành phần khí bảo vệ vùng hồ quang và kim loại vũng hàn, bảo đảm quá trình kết tinh ở vũng hàn tốt, phần còn lại bị phân huỷ thành khí CO theo phản ứng (1.3)

1.1.2.2/ Nhóm vật liệu tạo xỉ

Để bảo vệ kim loại vũng hàn và tinh luyện mối hàn, cải thiện kim loại mối hàn cũng như có tác dụng tạo dáng mối hàn Chủng loại của nhóm này rất đa dạng:

+ Các ôxyt : SiO2, MnO, CaO, MgO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, Al2O3, TiO2,… Từ quặng Mangan (MnO2, MnO), cát thạch anh (SiO2), Rutil (TiO2), Imenhit (TiO2, SiO2, Fe2O3), cao lanh (Al2O3, SiO2), bột tan, Hêmantit (ôxyt sắt màu đỏ sẫm

Fe2O3), Magnetit (Fe3O4), Trường thạch,…

+ Các hợp chất halogen: CaF2 (từ huỳnh thạch),…

+ Các phức chất khác: Na2SiF6,…

Đối với thuốc bọc que hàn để hàn thép cacbon thấp : Tùy theo các loại hợp

chất đưa vào thành phần mẻ liệu của nó và tính chất của các sản phẩm nhận được

từ quá trình phân hủy chúng khi hàn, mà tên gọi của thuốc bọc thường dựa trên tính chất và tên gọi của xỉ hàn: bazơ, rutil,

Ví dụ: (ở nhiệt độ > 700oC)

CaCO3 → CaO + CO2 (1.5)

MgCO3 → MgO + CO2 (1.6)

MgO, CaO được tạo ra và đi vào xỉ

Sự phân huỷ của các oxyt bậc cao trong điều kiện hàn:

MnO2→ O2

2

1 + MnO (1.7)

2 3 O2

2

1 2FeO

→

O

Fe (1.8)

1.1.2.3/ Nhóm vật liệu chất khử, hợp kim hoá và biến tính kim loại mối hàn

Nhóm này thường có tác dụng khử ôxi (Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti, Al) và các tạp chất có hại (Fe-Mn), cải thiện các tính chất kim loại mối hàn (Fe-Ti, Fe-V, Fe-

Mo, Fe-Nb) và cao hơn nữa là hợp kim hóa kim loại mối hàn (đặc biệt hay được

sử dụng khi hàn đắp) Đó là các fero hợp kim, bột kim loại, như Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti, Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-V, Fe-Mo, Fe-W, bột Al,…với hàm lượng fero hợp kim khác nhau và kích thước hạt nhất định phù hợp với mức độ hoạt tính hóa học của mỗi nguyên tố

1.1.2.4/ Nhóm vật liệu ổn định hồ quang

Là những hợp chất có điện thế ion thấp, giúp cho việc gây hồ quang được dễ dàng và duy trì hồ quang cháy ổn định, điều này cũng còn giúp cho việc hình thành mối hàn đều và đẹp Đó là những hợp chất thuộc các nhóm sau:

+ Kim loại kiềm : K2O, Na2O từ nước thủy tinh kali (potash K2SiO3), Na2O

từ nước thủy tinh natri (soda Na2SiO3)

+ Kim loại kiềm thổ : CaO, MgO,… từ các chất CaCO3, MgCO3, trừ CaF2, chất này làm giảm tính ổn định của hồ quang hàn

Ngoài ra có thể bổ sung các chất như: Fenspat (trường thạch), bột mica, đioxit titan (TiO2) cũng có tác dụng tăng tính ổn định của hồ quang hàn

Sự ổn định của hồ quang hàn có thể được đánh giá thông qua chiều dài đứt lđcủa hồ quang hàn hay còn gọi là chiều dài tới hạn của hồ quang và sự ảnh hưởng của một số hợp chất phổ biến đến sự ổn định của hồ quang

1.1.2.5/ Nhóm chất dính kết

Để liên kết các thành phần của mẻ liệu và tạo khả năng bám dính với lõi que, thường sử dụng nước thủy tinh natri và kali với các tỉ trọng và modul khác nhau Chẳng hạn tỷ trọng của nước thủy tinh natri (Na2O.SiO2) là: 1,36 – 1,5g/cm3 và modul: 2,65 – 3,40 và tỷ trọng khô là 2,3 – 2,4g/cm3

bề mặt của lớp thuốc bọc như cao lanh, bột tan, bột mica

1.2/ Yêu cầu đối với que hàn thép cacbon

1.2.1/ Yêu cầu chung

Que hàn phải đạt được các yêu cầu chính sau:

- Đảm bảo yêu cầu về cơ tính mối hàn

- Đảm bảo thành phần hóa học cần thiết cho kim loại mối hàn

- Que hàn có tính công nghệ tốt

- Giá thành sản phẩm thấp

1.2.2/ Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với que hàn thép cacbon

Bao gồm các chỉ tiêu chủ yếu sau:

• Dễ gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định khi hàn với dòng điện và chế

độ hàn quy định trên nhãn mác

• Thuốc bọc nóng chảy đều, không vón cục gây khó khăn cho công việc hàn

• Có khả năng hàn được mối hàn ở nhiều vị trí trong không gian

• Kim loại mối hàn ít bị khuyết tật : nứt, rỗ khí, rỗ xỉ,…

• Tạo dáng mối hàn tốt : bề mặt mối hàn mịn, phần chuyển tiếp với kim loại cơ bản đều đặn

• Xỉ dễ nổi, phủ đều, dễ bong khỏi mối hàn khi nguội

• Trong quá trình hàn kim loại lỏng ít bị bắn tóe ra xung quanh

• Có năng suất hàn cao (có hệ số đắp cao)

• Lượng khí độc tạo ra ở mức độ cho phép, đảm bảo vệ sinh công nghiệp

1.2.3/ Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với vỏ thuốc bọc que hàn thép cacbon

Vỏ thuốc bọc của que hàn phải đảm bảo các yêu cầu và chức năng sau:

- Tạo ra môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang và hồ quang cháy ổn định Thường dùng các nguyên tố thuộc nhóm kim loại kiềm hoặc kiềm thổ

- Tạo ra môi trường khí bảo vệ vùng hàn, không cho nó tiếp xúc với Oxy và Nitơ của môi trường xung quanh Thường dùng các chất hữu cơ (tinh bột, xenlulô,…), các khoáng chất gốc cacbonat (đôlômit, đá cẩm thạch,…)

- Tạo lớp xỉ mỏng phủ đều lên bề mặt kim loại mối hàn, bảo vệ không cho không khí xâm nhập trực tiếp vào vùng hàn và tạo điều kiện cho mối hàn nguội chậm Đảm bảo hàn được các tư thế khác nhau trong không gian Lớp xỉ này phải dễ bong sau khi mối hàn nguội Thường dùng các loại như: TiO2, MnO, SiO2,Al2O3, CaF2,…

- Có khả năng khử Oxy và các tạp chất có hại (S,P), tinh luyện kim loại và hợp kim hóa mối hàn Đồng thời có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm nâng cao hoặc cải thiện thành phần hóa học và cơ tính của kim loại mối hàn Trong vỏ thuốc, các ferô các hợp kim thường được đưa vào để thực hiện chức năng này

- Ít khuyết tật bên trong: Rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu,…

- Đảm bảo tính bong xỉ cao: Có thể tự bong hoặc có thể dùng bàn chải sắt, búa gõ nhẹ làm sạch xỉ hàn

- Ít bắn tóe kim loại lỏng, đảm bảo năng suất cao

- Đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp: Lượng khí có hại và bụi sinh ra trong giới hạn cho phép

- Thuốc bọc có độ bền cần thiết, độ bám chắc cao (không bị vỡ, nứt trong quá trình vận chuyển và bảo quản), bảo vệ lõi que không bị ôxi hóa, khả năng chống hút ẩm cao Thường dùng nước thủy tinh, dextrin,…

- Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp vỏ thuốc phải lớn hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi que để khi hàn vỏ thuốc tạo ra hình phễu hướng kim loại que hàn nóng chảy đi vào vùng hàn thuận lợi Vỏ thuốc phải cháy đều và không rơi thành cục

e

δ1

δ2

1.2.4/ Yêu cầu kỹ thuật chung đối với chế tạo que hàn

Ngoài những yêu cầu đã nêu ở phần đặc tính công nghệ của que hàn ở phần trước, khi chế tạo que hàn phải đảm bảo thêm các yêu cầu sau đây:

- Lớp thuốc bọc phải đảm bảo đồng tâm với lõi que, độ lệch tâm trung bình cho phép của que hàn không vượt quá 3% so với đường kính ngoài que hàn:

e – Là độ lệch tâm của vỏ bọc que hàn,%

δ1– Chiều dày lớn nhất của mép ngoài mặt cắt vỏ bọc với đường kính

lõi que, mm;

δ2– Chiều dày nhỏ nhất của mép ngoài mặt cắt vỏ bọc với đường kính

lõi que, mm;

D – Đường kính ngoài que hàn, mm

- Độ ẩm thuốc bọc que hàn nhỏ hơn 1%;

- Độ bám dính của vỏ bọc thể hiện qua chỉ số: Sau khi đã sấy khô, que hàn không bị rã thuốc bọc khi ngâm trong nước 24 giờ ở nhiệt độ môi trường;

- Yêu cầu về thành phần hóa học của kim loại đắp theo hàm lượng các tạp chất: S, P

- Yêu cầu về hệ số thuốc bọc que hàn: Hệ số thuốc bọc que hàn là hệ số trọng lượng thuốc bọc chỉ số % trọng lượng của thuốc bọc so với lõi thép (không bao gồm 2 đầu mút)

%100

G1 : Trọng lượng thuốc bọc que (g)

G : Trọng lượng lõi thép (không bao gồm đầu mút) (g)

Đối với que hàn thép cacbon là loại que hàn mà thuốc có độ dày thông thường thì hệ số trọng lượng nằm trong khoảng 30 – 35% là hợp lý

1.3/ Phân loại que hàn

Hiện nay có nhiều hệ thống tiêu chuẩn phân loại que hàn như: ISO (tiêu chuẩn quốc tế), AWS (Mỹ), BS (Anh), DIN (Đức), GOST (Nga),…và việc phân loại có thể dựa theo đặc tính lõi que, thuốc bọc, loại dòng điện dùng để hàn, tư thế không gian hàn, thành phần hóa học và cơ tính kim loại đắp,… dưới đây là một số cách phân loại

1.3.1/ Theo tính chất của thuốc bọc que hàn

• Loại Axit (kí hiệu A);

• Loại Rutil bazơ (RB);

• Loại Rutil vỏ bọc dày (RR)

1.3.2/ Theo công dụng chung

Que để hàn có thể lại được chia ra theo chiều dầy lớp thuốc bọc:

• Chiều dày rất mỏng δ = (1 – 5) %

• Chiều dày mỏng δ = (15 – 20) %

• Chiều dày trung bình δ = (25 – 40) % Que để cắt hoặc hàn dưới nước: đặc điểm có chiều dày lớn

Que hàn năng suất cao: thường cho thêm bột sắt

1.3.3/ Theo chiều dày lớp vỏ bọc

Căn cứ theo tỉ số D/d (hình 1.1) quy ước:

• Loại vỏ thuốc mỏng: D/d ≤ 1,2;

• Loại vỏ thuốc trung bình: 1,2 < D/d ≤ 1,45;

• Loại vỏ thuốc dày: 1,45 < D/d ≤ 1,8;

• Loại vỏ thuốc đặc biệt dày: D/d > 1,8

1.3.4/ Theo mức độ hợp kim hoá và đối tượng để hàn

Có nhiều hệ thống ký hiệu, như ISO 2560 – 1973 (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế), DIN 193 (01/ 1976 của Đức), AWS A5.1 – 81 (Hội Hàn Mỹ), BS 639 – 1976 (Anh),… ở đây sẽ giới thiệu hệ thống kí hiệu que hàn của Việt Nam: TCVN 3223 : 2000 kí hiệu quy ước kích thước và yêu cầu kỹ thuật của que hàn điện theo phương pháp thử que hàn theo tiêu chuẩn TCVN 3909 : 2000

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3223 : 2000 áp dụng cho que hàn thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp, ký hiệu qui ước của que hàn gồm 4 nhóm chữ

và số:

- Que hàn có vỏ bọc được ký hiệu là: E;

- Sau chữ E là nhóm 2 con số biểu diễn giá trị giới hàn bền kéo tối thiểu

min

B

σ ( Kg/cm2, MPa);

- Vị trí thứ 3: Cho các tính chất cơ lý, đối với mỗi lớp độ bền kéo σBmin lại

chia ra thành 6 nhóm: Với độ dai va đập (charpy [ J ] ) và độ dãn dài thử nghiệm dưới các điều kiện đưa ra ở TCVN 3909 : 2000, được đặc trưng bằng các chữ số: 0, 1, 2, 3, 4 hoặc 5

- Vị trí thứ 4: Loại vỏ bọc của que hàn được ký hiệu bằng các chữ cái:

1.5/ Giới thiệu về que hàn thép cacbon E6013

1.5.1 Theo tiêu chuẩn AWS A5.1 - 1981

Loại que hàn này tương đương với loại que hàn E432 theo TCVN 3223:2000; hoặc JIS: D4303; DIN: E380RC11;

Các chỉ tiêu của que hàn E6013 theo AWS A5.1 – 1981[12] như sau

Thành phần hóa học kim loại đắp (%):

Loại thuốc bọc que hàn: Que hàn E6013 là que hàn nền tạo xỉ Rutil

Ứng dụng: Que hàn E6013 được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: Chế tạo thiết

bị, đóng tàu, hàn kết cấu thép, đường ống, bồn bể, chế tạo máy và các vật liệu cơ bản tương đương

Tính công nghệ hàn: Que hàn rất dễ hàn, hàn ở mọi vị trí, dể tạo hồ quang, cháy

êm và ổn định, không bắn tóe, ít khói, xỉ tự bong, mối hàn gợn sóng mịn đẹp

Tư thế hàn: Hàn bằng (F, 1G), hàn ngang (H, 2G), hàn đứng (V, 3G), hàn trần

(O, 4G)

Dòng hàn: Có thể sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) hoặc một chiều (DC) Hướng dẫn sử dụng:

1) Sấy que hàn ở 70-100°C trong thời gian 30 - 60 phút trước khi hàn

2) Không nên sử dụng dòng điện quá mức quy định

1.5.2/ Kí hiệu của que hàn thép cacbon thấp E6013

Theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS A 5.1-81 áp dụng cho que hàn thép cacbon

Ký hiệu quy ước của que hàn gồm 4 nhóm chữ và số được trình bày theo thứ tự sau :

Theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS A 5.1-81 áp dụng cho que hàn thép cacbon

- Vị trí 1 : E - ký hiệu que hàn điện hồ quang tay, có vỏ bọc;

- Vị trí 2 : Là nhóm 2 con số (60) biểu diễn giá trị giới hạn bền kéo tối thiểu

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ chế tạo que hàn có thuốc bọc

2.2/ Các bộ phận và công đoạn chính trong quá trình sản xuất que hàn 2.2.1/ Bộ phận làm sạch

Bề mặt dây hàn do phương pháp chế tạo hoặc bảo quản không đúng yêu cầu thường bị ôxi hoá hoặc gỉ, do vậy cần phải làm sạch để giảm ma sát khi kéo rút dây Tránh ảnh hưởng xấu đến năng suất kéo và tuổi thọ khuôn kéo

Để làm sạch bề mặt dây hàn thường dùng phương pháp làm sạch bằng cơ học, hoá học hoặc kết hợp cả hai phương pháp này Các phương pháp làm sạch

bề mặt thông dụng:

+ Phương pháp cơ học:

Hình 2.2 Kết cấu bộ phận bóc lớp ôxyt

Hình 2.3 Kết cấu bộ phận đánh gỉ bằng bàn chaỉ sắt

+ Phương pháp hóa học thường gồm các công đoạn sau:

Bóc vỏ — rửa axit — trung hòa — làm sạch — sấy khô

Để đơn giản, hiệu quả trong quá trình sản xuất ta nên sử dụng phương pháp bóc vỏ cơ học, có thể lắp đặt thêm các bộ bàn chải thép lệch nhau đáp ứng được yêu cầu làm sạch cao hơn

2.2.2/ Bộ phận kéo rút

2.2.2.1 Phương pháp và kết cấu khuôn kéo rút

Do sản phẩm cán chỉ có thể giảm đường kính dây nhỏ tới φ8 hoặc φ6, muốn giảm đường kính xuống nữa ta phải qua nguyên công kéo Dùng phương pháp này để kéo thanh, dây nhỏ tới (φ0,025mm) Kéo là quá trình làm tinh, có 2 phương pháp kéo chính:

+ Kéo nguội: có đặc điểm độ chính xác cao, bề mặt nhẵn bóng, song do kéo

ở trạng thái nguội nên kim loại kém dẻo hơn, yêu cầu lực kéo phải lớn và dễ bị biến cứng nguội

+ Kéo nóng: Kim loại có độ dẻo cao nên dễ kéo, cho năng suất cao hơn Tuy nhiên do bề mặt kim loại dễ bị ôxi hoá nên đạt độ chính xác và độ bóng kém hơn phương pháp kéo nguội

Đối với thép cacbon thấp có tính dẻo cao và mức độ biến cứng nguội không lớn, nên có thể chọn phương pháp kéo nguội Nhưng cần lưu ý mức hạ bậc sau mỗi lần kéo không quá lớn, vận tốc kéo không quá lớn để tránh gây biến cứng nguội dây kéo quá nhanh, làm ảnh hưởng đến công đoạn kéo tiếp theo Trong trường hợp đường kính dây ban đầu và đường kính dây ở giai đoạn cuối cùng chênh nhau quá lớn, tức là phải qua nhiều lần kéo, khi đó thép có thể bị biển cứng Để kéo tiếp tục cần tiến hành ủ trung gian để vật liệu dẻo trở lại, sau đó mới tiếp tục kéo

Dưới đây là một số loại sơ đồ kéo rút dây phổ biến:

2 1 3

4

Hình 2.3 Sơ đồ kéo rút theo công nghệ của Đức

1 – Tang quấn, 2 – Puly, 3 – Khuôn kéo, 4 – Bệ đỡ

Hình 2.4 Sơ đồ kéo rút theo công nghệ của Ấn Độ

So sánh các phương án kéo dây ở trên, để bề mặt dây hàn được bóng đẹp, giảm lõm bề mặt dây sau kéo rút do phải chuyển hướng và thay đổi góc nhiều lần khi chuyển tiếp giữa các khuôn kéo tiếp theo, nên sử dụng mô hình kéo rút theo công nghệ của Đức

Hình 2.5 Kết cấu bộ phận kéo rút dây hàn của Đức

Lựa chọn kết cấu khuôn kéo rút và nguyên tắc tính toán hệ số kéo

Tuỳ theo từng kim loại, hình dạng lỗ khuôn, mỗi lần kéo tiết diện có thể giảm xuống 15% - 30% Tỉ lệ giữa đường kính trước và sau khi kéo gọi là hệ số kéo dài Hệ số kéo dài cho phép có thể được tính theo công thức:

) cot 1 (

1

σ

g f P d

d

K o

+ +

=

=

Trong đó : - d o,d1 : Đường kính sợi trước và sau khi kéo (mm)

- σ : Giới hạn bền của kim loại (N/mm2)

- P : Áp lực của khuôn kéo lên kim loại (N/mm2)

- α : Góc nghiêng của lỗ khuôn

- f : Hệ số ma sát

Kéo sợi có thể tiến hành qua một khuôn kéo hoặc một số khuôn kéo nếu tỷ số giữa đường kính phôi và đường kính sản phẩm vượt quá hệ số kéo cho phép Số lượt kéo có thể tính toán như sau : nếu cần kéo phôi có đường kính d othành vật

có đường kính d nqua các giai đoạn trung gian thì:

IV III II I

Kết cấu khuôn kéo: có 4 vùng cơ bản (hình vẽ) Vùng vào I (có chiều dài LV): là vùng dẫn cho dây đi đúng hướng Vùng biến dạng II (LLV) là vùng chính

để biến dạng kim loại Đặc trưng cho vùng này là giá trị của góc α, α lớn thì ma sát giữa vật kéo và khuôn lớn do đó năng lượng kéo lớn Khi α nhỏ khả năng biến dạng nhỏ ma sát nhỏ, góc α tối ưu (thường α = 12o ÷ 14o ) Vùng định kính III (LK) là vùng tinh chỉnh lại đường kính dây kéo và tăng độ nhẵn bóng bề mặt dây kéo Vùng ra IV (LR) hướng cho dây kéo thoát ra dễ dàng

Mỗi vùng của khuôn có một vai trò nhất định, song quan trọng vẫn là vùng biến dạng và định kính Nếu hai vùng này mòn nhiều sẽ dẫn đến thay đổi các chỉ

90° 24°-36°

P

III

4 3 2 1

P P

số như góc α, chiều dài làm cho chất lượng dây kéo kém (xước) và kích thước dây ra không đảm bảo độ chính xác cần thiết

Hình 2.7 Sơ đồ khuôn kéo

I – Khuôn kéo; II – Giá đỡ

- Hình côn 1: Có góc côn 90o để phôi vào và chứa các chất bôi trơn

- Hình côn công tác 2: Là nơi kim loại biến dạng có góc côn 24o – 36o (thường dùng nhất là 26o) l2 > d

- Hình trụ 3: Có định hình, nghĩa là kích thước hình dáng phần này quyết định kích thước, hình dáng và sản phẩm kéo l3 = 1/2.d

- Hình côn 4: Góc phía sau có góc côn 60o để sợi ra dễ dàng không bị xước Vật liệu làm khuôn kéo thường dùng Y8, Y12, X15, X5M, 30XTCMA, hợp kim cứng

+ Thép dụng cụ: Dùng để kéo những dây, ống có đường kính lớn

+ Hợp kim cứng: Dùng để kéo dây có đường kính d < 0,05mm

+ Kim cương: Dùng kéo dây rất nhỏ

Có góc khuôn α tối ưu ở đó lực kéo là nhỏ nhất Góc tối ưu này tăng khi giá trị

là tiết diện dây đã kéo) Mỗi lần kéo giảm tối đa 63% là lý tưởng, thường chỉ từ

15 ÷ 35%, sau vài lần kéo nếu thép cứng sẽ có hiện tượng biến cứng ta phải ủ kết tinh lại mới kéo tiếp để tránh nứt

* Bộ phận làm mát và bôi trơn:

Khác với công nghệ cán, khi kéo ma sát lớn hơn và nhiệt độ sinh ra trong lòng khuôn rất lớn khoảng từ (100 - 400)0C, không có chất bôi trơn khuôn bị mài mòn nhanh, dễ nứt vỡ, hoặc có nhiệt độ cao làm kim loại quá dẻo và dính bám vào lòng khuôn, tạo nên những vết sẹo, không thể kéo tiếp được Do vậy, để giảm nhiệt độ phát sinh trong khuôn kéo cần kết hợp giữa làm mát và bôi trơn

2.2.2.2 Tính toán kéo rút lõi thép :

Dây chuyền kéo rút lõi thép thông thường có loại kéo rút tách rời và kéo rút liên hoàn Đối với que hàn thép C thông thường kéo rút từ lõi thép HO8-A từ φ(5,8 - 6) xuống các loại φ4,0; φ3,2; φ2,6 Với mỗi loại que hàn ta có các bộ khuôn khác nhau Dây chuyền kéo rút được ưu tiên là dây chuyền kéo rút liên hoàn thường là sử dụng từ 4 – 5 máy tuỳ vào loại que hàn Trong dây chuyền tốc

độ máy tăng dần từ máy số 1 đến máy số 5 Sử dụng dây chuyền này đảm bảo được công suất lớn, que hàn ổn định Các máy thường có cùng công suất là 15

KW

Tính toán số lần kéo rút dây khi kéo dây từ φ6 xuống φ3,95 :

Theo công thức :

) cot 1 (

1

σ

g f P d

d

+ +

=

=

Trong đó : - d o,d1 : Đường kính sợi trước và sau khi kéo (mm)

- σb : Giới hạn bền của kim loại (N/mm2)

- P : Áp lực của khuôn kéo lên kim loại (N/mm2)

- α : Góc nghiêng của lỗ khuôn

- f : Hệ số ma sát

Ta có d o= 6,0; σb= 550 MPa; P thường được chọn P = 0,56σb

Đối với thép cacbon là loại thép mềm nên dùng góc α = 14o – 18o ,chọn α =

16o

f = (0,03 – 0,1) với hợp chất bôi trơn như đã chọn ở trên ta lấy f = 0,1

) cot 1 (

1

σ

g f P d

d

+ +

=

) 16 cot 1 , 0 1 ( 56 , 0

kéo với cùng một lực kéo thì cần chọn đường kính dây sao cho độ biến dạng qua

mỗi lần kéo là giảm dần cho phù hợp với sự tương quan giữa lực kéo và độ biến

cứng

d o= 6,0 ; d1= 5,0 độ biến dạng 17%

0,6

0,50,6

d1= 5,0 ; d2 = 4,4 độ biến dạng 12%

0,5

4,40,5

2 = − ≈

d2= 4,4 ; d3 = 3,95 độ biến dạng 10%

4,4

95,34,4

Tính lực kéo : n

f

o f

k

A

A A

- A o : diện tích dây trước khi kéo

- A f : diện tích tiết diện dây sau khi kéo

2 8

3

10.024,54

)004,0.(

0 , 6 ln( = 2,95 10-4 MN

Thông thường đối với kéo rút thép cabon ta kéo với vận tốc 0,5 m/s, từ đây ta tính được công suất tính toán của động cơ :

KW MW

s m MN V

F

P tt = f =2,95.10− 4.0,5=1,5.10− 4 / =1,5.10− 4 =0,15

Công suất thực tế của động cơ:

KW k

P

P= tt =0,15.1,4=0,21 Như vậy, theo tính toán ở trên để kéo rút dây có đường kính từ 6,0 mm xuống 2,6 mm ta không cần phải xử lý nhiệt hoặc ủ, mà có thể kéo liên tục từ 6,0 → 5,0 → 4,4 → 3,95 mm

Với cách chọn như trên thì độ biến dạng càng về sau thì càng nhỏ do đó sản phẩm đầu ra sẽ có bề mặt nhẵn hơn, bóng hơn

2.2.3/ Bộ phận nắn và cắt que

n h

S

a

H

3 8

4 6

5

2 1

6 5

2.2.3.1/ Sơ đồ nắn và cắt

Nhả dây → Nắn → Cắt → Máy đón que

- Nắn thẳng được thực hiện qua 5 khuôn nắn

Hình 2.8 Sơ đồ nắn thẳng và cắt que hàn

1 - Tang nhả dây; 2 - Bộ phận nắn dây; 3 - Puli đẩy;

4 - Dao cắt;5 - Dao dưới cố định; 6 - Bàn đỡ sản phẩm; 7 - Cữ cắt

2.2.3.2/ Các phương pháp cắt

Máy cắt dao thẳng song song

Hình 2.9 Máy cắt dao thẳng song song

1- Bàn kẹp; 2- Bàn trượt trên; 3- Cữ cắt; 4- Bàn trượt dưới;

5- Lưỡi dao trên; 6- Lưỡi dao dưới; 7- Sản phẩm; 8- Con lăn

3 2

Máy có các lưỡi dao thẳng đặt song song cho nên có tên gọi là máy cắt dao thẳng song song Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao là không đổi Máy còn dùng để cắt nguội sản phẩm thép hình có tiết diện đơn giản loại nhỏ

- Máy cắt dao nghiêng

3

1 2

Hình 2.10 Dao cắt lưỡi nghiêng

1 - Lưỡi dao trên; 2 - Lưỡi dao dưới; 3 - Dây hàn

+ Đặc điểm: Dao trên thường nghiêng với dao dưới một góc 2o – 5o

- Máy cắt đĩa

Hình 2.11 Sơ đồ dao cắt đĩa

1 - Lưỡi dao; 2 - Con lăn tiếp nhận; 3 - Dây hàn

Phân loại:

+ Loại một cặp đĩa

+ Loại nhiều cặp đĩa…

⇒Với những loại máy cắt ở trên chúng đều có những ưu nhược điểm nhất định, máy cắt dao thẳng song song tuy nhược điểm là gây tiếng ồn nhưng ưu điểm của nó là đơn giản dễ sử dụng rất thích hợp trong dây chuyền sản xuất que hàn

2.2.4/ Bộ phận cấp lõi que

Que hàn sau khi qua công đoạn cắt ở trên sẽ được đưa vào bộ phận cấp lõi → khuôn → ép cùng thuốc → tạo ra que hàn

Máy cấp lõi: là một trong những thiết bị quan trọng của dây chuyền ép que,

có ảnh hưởng nhiều đối với khả năng tiến hành ép que liên tục và việc nâng cao năng suất sản xuất Tác dụng của máy cấp lõi là đưa lõi thép liên tục đều đặn theo tốc độ thiết kế đầu máy, cùng kết hợp với nhiên liệu tạo thành hình, tạo nên que hàn

Hình 2.12 Bộ phận cấp lõi que hàn

2.2.5/ Nghiền nguyên liệu:

2.2.5.1/ Mục đích

Để đảm bảo sự đồng đều về thành phần hóa học của vỏ thuốc bọc, đảm bảo

hồ quang hàn cháy ổn định và lõi que nóng chảy đều theo suốt cả chiều dài que hàn

2.2.5.2/ Kích thước hạt nguyên liệu

Về nguyên tắc: Sự khác nhau giữa các chất không quá lớn để đảm bảo tính đồng đều về thành phần hóa học và độ bền cơ học của vỏ bọc

Đặc điểm riêng: Mỗi chất có vai trò và cơ chế tham gia trong quá trình hàn riêng biệt nên kích thước hạt của chúng có yêu cầu khác nhau sao cho độ hạt là lớn nhất có thể và như vậy thời gian nghiền sẽ là nhỏ nhất

2.2.5.3/ Thiết bị nghiền

Kết cấu và loại thiết bị nghiền phụ thuộc vào độ cứng và yêu cầu về độ mịn của nguyên liệu cần nghiền, để nghiền đá hoa, imenhit,… dùng phổ biến các máy nghiền va đập (nghiền bi)

Hình 2.13 Thiết bị nghiền nguyên liệu

Si bị ôxi hóa làm giảm chức năng chất khử hoặc hợp kim hóa sau này của nó, sẽ làm cho thuốc bọc bị rỗ xốp, sinh nhiệt

+ Fero Mangan có thể phản ứng với nước theo dạng sau:

Mn3C + 6H2O → 3Mn(OH)2 + CH4 + H2 + Q

Phản ứng này dẫn đến ôxi hóa Mn, sinh khí và nung nóng thuốc bọc

Kết quả là càng tăng cường các phản ứng trên càng làm giảm modul của nước thủy tinh, giảm khả năng kết dính các thành phần mẻ liệu, giảm độ bám chắc với lõi que và vỏ thuốc bọc dễ bị sùi, rạn nứt

Vì vậy, cần phải xử lý tốt nguyên liệu để tránh những khuyết điểm trên

2.2.7/ Bộ phận ép que hàn

2.2.7.1/ Đặc điểm chung

Chế tạo que hàn bằng phương pháp ép bằng máy ép là phương pháp được ứng dụng rộng rãi ở các nhà máy chế tạo que hàn Việc bọc thuốc lên lõi que được tiến hành trên các máy ép đặc biệt có áp suất cao (P ≈ 900 Kg/cm2) Do đó chất lượng bề mặt lớp thuốc bọc cao (bề mặt vỏ thuốc bọc đều, nhẵn, chắc, ít bị biến dạng bề mặt khi va đập trong quá trình phóng que và chuyển động trên băng

tải), độ bám dính của lớp vỏ bọc với lõi que cao Đồng thời, do dùng máy ép có

áp lực cao nên cho phép giảm độ nhão của thuốc, tức là giảm lượng nước thủy tinh không cần thiết, tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm hiện tượng nứt vỡ khi đón que hàn và giảm thời gian hong khô và sấy khô Sau đây chỉ giới thiệu về công nghệ của phương pháp bọc thuốc lên lõi que hàn bằng máy ép

2.2.7.2/ Sơ đồ máy ép que hàn có vỏ bọc

Sơ đồ nguyên lý của máy ép thuốc bọc lên lõi que:

10 11 9

8

4 5

6 7

P

Hình 2.14 Máy ép thuốc bọc lên lõi que

1 - Khuôn ép; 2 - Bộ phận nắn và đẩy dây; 3 - Thuốc bọc;

4,5 - Pittông và xi lanh ép thuốc; 6,7 - Pittông và xi lanh ép dầu;

8 - Bơm; 9 - Bể dầu; 10 - Ống dẫn; 11- Van tiết lưu

2.2.7.3/ Các loại máy ép và đặc điểm

- Máy ép thủy lực

Đặc điểm của máy ép thuỷ lực:

Máy ép thủy lực có đặc điểm lớn nhất là lực ép cao, nguyên liệu được cấp theo đường thẳng, lực ma sát nhỏ, nên làm có tính thích ứng cao đối với các loại nguyên liệu trộn, gần như có thể ép tất cả các loại que hàn (rutil, bazơ, ), chất lượng ép ổn định Nhưng thiết bị này yêu cầu độ chính xác cao, kết cấu phức tạp, giá thành thiết bị cao Trước khi ép cần có nguyên công ép tạo bánh, sau đó mới đưa vào xi lanh ép thuốc

Phân loại máy ép thuỷ lực:

+ Theo dạng thùng cấp nguyên liêu: có thùng đơn và thùng đôi Thùng đôi kết cấu phức tạp hơn, nhưng rút ngắn được thời gian cấp liệu và tăng khả năng tự động hoá quá trình sản xuất

+ Theo công suất lực ép có thể chia ra thành các loại: 25 tấn, 45 tấn, 80 tấn,

100 tấn, 200 tấn, 300 tấn, 450 tấn

+ Theo chiều cấp nguyên liệu ép: chia ra loại ép 1 phía và loại ép 2 phía Loại ép 2 phía tuy hạn chế tốt nhất hiện tượng lệch tâm, nhưng kết cấu phức tạp, nên thực tế chỉ sử dụng loại máy ép một phía và có cải tiến về góc ép giữa hướng dẫn lõi que và hướng cấp thuốc thành các loại 45º hoặc 90º (loại vuông góc)

Kết cấu máy ép thuỷ lực:

Gồm các bộ phận chính: hệ thống ép thuỷ lực (ép dầu), thùng bột (xi lanh thuốc – pitông ép thuốc), đầu máy (đầu bò), đế máy