Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ hàn đắp plasma với bột kim cacbit vonfram trong chế tạo dao xén giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --- --- VŨ VĂN DƯƠNG NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM CACBIT VONFRAM TRONG CH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

VŨ VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ

HÀN ĐẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM CACBIT VONFRAM TRONG CHẾ TẠO DAO XÉN GIẤY

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

- -

VŨ VĂN DƯƠNG

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ

HÀN ĐẮP PLASMA VỚI BỘT HỢP KIM CACBIT VONFRAM TRONG CHẾ TẠO DAO XÉN GIẤY

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đào Quang Kế và TS Hoàng Văn Châu

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Mọi sự thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên

Vũ Văn Dương

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí tại Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, tôi đã được giúp đỡ và giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong Học viện Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới:

- Các Thầy hướng dẫn: PGS.TS Đào Quang Kế, TS Hoàng Văn Châu

- Các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Cơ khí

- Lãnh đạo Khoa Cơ – Điện

- Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt – Viện Nghiên cứu Cơ khí

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến gia đình và người thân luôn động viên, chia sẻ, các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong nghiên cứu triển khai

đề tài và hoàn thành luận văn này

Học viên

Vũ Văn Dương

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iii

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU QÚA TRÌNH HÀN PLASMA BỘT ỨNG DỤNG

1.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn Plasma bột ngoài nước 31.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn đắp Plasma bột ở trong nước 5

1.3.5 Công nghệ cán dính ở trạng thái nguội tạo băng bimetal 101.3.6 Công nghệ cán dính ở trạng thái nóng tạo băng bimetal 11

1.4 Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 13

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iv

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA

2.1 Công nghệ và thiết bị hàn đắp Plasma với bột hợp kim 16

2.2 Ưu, nhược điểm của công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim 22

2.3 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của dao xén giấy 24

2.4 Lựa chọn công nghệ hàn chế tạo dao xén giấy 27

2.5 Nghiên cứu lựa chọn thành phần bột hợp kim cacbit vonfram để chế tạo dao xén giấy bằng công nghệ hàn PTA (Plasma Transferred Arc) 28

2.7 Nghiên cứu, xác định thành phần hóa học kim loại mối hàn Plasma 36

2.7.2 Xác định thành phần hóa học của kim loại cơ bản và bột hợp kim 36

2.8 Nghiên cứu xác định nhiệt độ nung nóng khi hàn 39

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page v

2.9 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn Plasma tới chất lượng lớp đắp trong chế tạo Dao xén giấy 42

2.9.4 Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với khoảng cách đầu hàn tới bề

2.9.5 Mối quan hệ giữa lưu lượng khí bảo vệ và khí mang bột 47

3.4 Thiết lập Quy trình công nghệ hàn đắp PTA chế tạo dao xén giấy 55

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page vi

4.1 Kết quả nghiên cứu tổ chức tế vi mối hàn đắp phôi dao xén giấy 60

4.1.2 Kết quả đạt được sau khi thực hiện đo tổ chức tế vi 61

4.2 Kết quả nghiên cứu độ cứng tế vi của lớp đắp 64

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Gcb - Khối lượng kim loại cơ bản

Gđ - Khối lượng kim loại đắp trong mối hàn

T - Nhiệt độ nung nóng trước khi hàn

W - Biên độ dao động của đầu hàn

PTA - Plasma Transferred Arc

WC - Cacbit vonfram QTCN - Quy trình công nghệ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page viii

DANH MỤC BẢNG

2.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn Eutronic GAP 3000AC/DC 20 2.3 Bảng thông số kỹ thuật của thiết bị hàn NERTAMATIC 5.1 21

2.5 Thông số kỹ thuật của một số loại máy xén giấy công nghiệp của hãng

2.8 Thành phần hóa học của bột Cacbit Vonfram của hãng Praxair 32 2.9 Thành phần hóa học của bột Cacbit Vonfram của hãng Durum 33

3.1 Thông số thí nghiệm quá trình hàn Plasma chế tạo dao xén giấy 59

4.2 Kết quả đo các thông số của mẫu thử hàn đắp và dao Trung Quốc 76

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page ix

DANH MỤC HÌNH

1.2 Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất vật liệu bimetal bằng phương pháp

hàn đắp có lớp phủ trong khuôn cán định làm tiếp xúc điện 8 1.3 Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất tiếp xúc điện bimetal bằng phương

bằng phương pháp hàn đắp Plasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram 13

2.3 Hệ thống thiết bị hàn HPT-300-SAV của công ty Việt Long –Tp HCM 19 2.4 Hệ thống thiết bị hàn Eutronic GAP 3000AC/DC của hãng Castolin

2.6 Hệ thống thiết bị hàn DURWELD 300 PTA NR.1209 của hãng

2.11 Thiết bị phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn 38 2.12 Ảnh hưởng của dòng điện plasma, lưu lượng khí plasma, tỷ lệ bột hàn

2.13 Ảnh hưởng của lưu lượng khí lên dạng lớp đắp và sự hòa tan kim loại hàn 43

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page x

2.14 Ảnh hưởng của điện áp và dòng điện đến nhiệt độ hồ quang plasma 44 2.15 Ảnh hưởng của chiều dày lớp đắp và tỷ lệ bột hàn tới sự hòa tan 45 2.16 Ảnh hưởng của kích thước bột hàn tới độ cứng và sự hòa tan 46 2.17 Ảnh hưởng của khoảng cách làm việc đến sự hòa tan kim loại 47 2.18 So sánh tính chất lớp đắp của hai loại bột hàn khác nhau 48

4.3 Ảnh cấu trúc tế vi vùng hàn (vùng 1), a) 100 lần, b) 200 lần 62 4.4 Ảnh cấu trúc tế vi của vùng ranh giới (vùng 2), a) 100 lần, b) 200 lần 62 4.5 Cấu trúc tế vi của vùng ảnh hưởng nhiệt (vùng 3) a) 100 lần, b) 200 lần 63 4.6 Cấu trúc tế vi của vùng nền ( vùng 4) , a) 100 lần, b) 200 lần 63 4.7 Ảnh cấu trúc tế vi của vùng nền (vùng 5), a) 100 lần, b) 200 lần 64

4.11 Mối quan hệ giữa chiều sâu mòn của mẫu thử hàn đắp với thời gian 69 4.12 Kết quả mô phỏng chiều sâu mòn mẫu thử hàn đắp với thời gian 69 4.13 Mối quan hệ giữa chiều sâu mòn của dao Trung Quốc với thời gian 70 4.14 Kết quả mô phỏng chiều sâu mòn dao Trung Quốc với thời gian 71 4.15 Mối quan hệ giữa nhiệt độ của mẫu thử hàn đắp với thời gian 71 4.16 Kết quả mô phỏng nhiệt độ của mẫu thử hàn đắp với thời gian 72 4.17 Mối quan hệ giữa nhiệt độ của dao Trung Quốc với thời gian 73 4.18 Kết quả mô phỏng nhiệt độ dao Trung Quốc với thời gian 73 4.19 Mối quan hệ giữa hệ số ma sát của phôi dao hàn đắp và dao xén Trung

4.20 Mối quan hệ giữa âm thanh tiếp xúc của phôi dao hàn đắp và dao xén

4.21 Mối quan hệ của các thông số mẫu thử hàn đắp với thời gian 75 4.22 Mối quan hệ của các thông số dao Trung Quốc với thời gian 75

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 1

MỞ ĐẦU

Ngày nay công nghệ hàn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo máy, xây lắp dân dụng và công nghiệp, công nghiệp đóng tàu, dầu khí, hóa chất, năng lượng với các kết cấu rất đa dạng và chủng loại vật liệu cũng vô cùng phong phú Ở Việt Nam hiện nay đang trong tiến trình phát triển và hội nhập với kinh tế thế giới các sản phẩm kim loại cũng như vật liệu khác còn phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu Để đáp ứng được nhu cầu phát triển của đất nước có nhiều ngành công nghiệp được đầu tư lớn, trong đó có lĩnh vực Cơ khí chế tạo, sản xuất nguyên liệu giấy, với nhiều thiết bị máy móc nhập ngoại từ các nước khác nhau trên thế giới Phần lớn các máy móc thiết bị trong các lĩnh vực này đều là những thiết bị công nghệ tiên tiến, hiện đại có khả năng tự động hóa cao được nhập từ các nước công nghiệp phát triển trên thế giới như: Thụy Điển, Đức, Nhật Bản, Ấn Độ, Trung Quốc,…luôn phải được bảo dưỡng định kỳ và thay thế những chi tiết mau mòn chóng hỏng, đặc biệt là những dao xén giấy có chiều dài lớn

Dao xén giấy là chi tiết quan trọng trong máy xén giấy của ngành công nghiệp giấy Trong quá trình làm việc nó vừa phải chịu mài mòn, vừa chịu va đập mạnh Chính

vì vậy mà nó là chi tiết mau mòn, nhanh hỏng Hàng năm nhu cầu thay thế của các loại dao xén giấy rất đa dạng về chủng loại và chiếm tỷ trọng tương đối lớn trong các phụ tùng thay thế cho các máy móc chuyên dụng phục vụ quá trình xén giấy của các nhà máy giấy trong toàn quốc Trước đây các loại dao xén giấy chủ yếu được chế tạo hoàn toàn bằng hợp kim, đáp ứng được yêu cầu độ bền làm việc, nhưng hiệu quả sử dụng thấp.Do vậy khi mòn hết phần lưỡi cắt là phải loại bỏ hầu như đến 80 ÷ 85% tổng khối lượng thép hợp kim Sau khi bị mòn phần lưỡi tới mức phải bỏ thì khối lượng thép hợp kim trên thân dao còn lại đều phải thanh lý làm thép phế liệu Điều này gây lãng phí nguồn ngoại tệ nhập khẩu dao xén giấy

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, xu hướng dùng vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn thay thế những loại vật liệu truyền thống Dao xén giấy được chế tạo từ công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim cacbit vonfram nhằm tiết kiệm thép hợp kim làm lưỡi cắt, khối lượng của lưỡi dao chỉ chiếm khoảng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 2

10 ÷ 15% tổng khối lượng toàn bộ dao Do vậy để chế tạo ra phôi dao xén giấy đòi hỏi phải đầu tư ban đầu lớn, với trang thiết bị còn nhiều hạn chế như ở nước ta hiện nay, việc chế tạo bằng phương pháp truyền thống là rất khó trong quá trình thực hiện Một công nghệ hàn tiên tiến chế tạo phôi dao xén giấy ra đời, đó là công nghệ hàn đắp Plasma phù hợp với điều kiện trang thiết bị ở Việt Nam hiện nay Việc nghiên cứu chế tạo dao xén giấy bằng công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim cacbit vonfram trên nền thép C45 là một đề tài có tính cấp thiết, nhằm đáp ứng nhu cầu thay thế dao xén giấy cho các nhà máy giấy cả nước Đây cũng chính là yếu tố quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của lớp đắp trong quá trình làm việc lâu dài và nâng cao chất lượng sản phẩm

Xu hướng dùng vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn là dùng vật liêu thân dao

là thép cacbon trung bình (C45) kết hợp với vật liệu làm lưỡi dao là thép có khả năng chịu mòn cao, chống được gỉ và đạt được các yêu cầu kỹ thuật của lưỡi dao tương đương với các dao của các hãng trên thế giới

Một vài công trình đã nghiên cứu trước đây của các tác giả Việt Nam [4] còn chưa đi sâu vào bản chất công nghệ và chỉ mới được coi là các thử nghiệm ban đầu trong điều kiện thí nghiệm nên chưa có kết quả khả quan

Vì vậy, Đề tài “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp

kim cacbit vonfram trong chế tạo dao xén giấy" đã đặt ra mục tiêu là thực hiện việc

nghiên cứu công nghệ hàn plasma để tạo ra một lớp bề mặt có tính chịu mài mòn cao trên nền thép cacbon phù hợp với điều kiện thiết bị và công nghệ tại Việt Nam

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 3

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU QÚA TRÌNH HÀN PLASMA BỘT

ỨNG DỤNG CHẾ TẠO DAO XÉN GIẤY

1.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn Plasma bột ngoài nước

Tiền thân của Công nghệ hàn Plasma là công nghệ hàn TIG (Tungsten Inert Gas), được ra đời vào năm 1941 do các nhà khoa học Mỹ trong nỗ lực nghiên cứu giải pháp hàn và cắt các loại vật liệu từ kim loại nhẹ và hợp kim của chúng nhằm phục vụ cho việc chế tạo kết cấu máy bay

Đầu những năm 50 của thế kỷ trước, công nghệ hàn TIG đã được công nhận như là một công nghệ hàn tiên tiến [6], được ứng dụng một cách có hiệu quả để chế tạo các liên kết hàn từ vật liệu khó hàn và đòi hỏi chất lượng cao

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu nhằm phát triển hơn nữa công nghệ hàn TIG, các nhà khoa học Mỹ không những đã nhận thấy một số hạn chế của phương pháp hàn này mà còn phát hiện thêm hiệu ứng quan trọng của hồ quang plasma nén

và từ đó các công trình nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang plasma PAW (Plasma Arc Welding) đã được có một sự phát triển mạnh mẽ [9]

So sánh với quá trình hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ, hàn hồ quang plasma có những ưu điểm vượt trội: mức độ tập trung năng lượng nhiệt cao hơn ( nếu như trong hàn TIG hồ quang có dạng hình nón và nhiệt độ chỉ đạt tới khoảng 5.000 - 6.000 0K thì nhiệt độ của hồ quang plasma nén có thể vượt quá 24.000 0 K); độ ổn định của hồ quang cao hơn, có thể sử dụng chế độ hàn với phạm vi điều chỉnh cường độ dòng hàn lớn (từ một vài ampe đến hàng trăm ampe); chất lượng mối hàn cao và ổn định (vì các thông số của vũng hàn ít phụ thuộc vào khoảng cách làm việc, ít bị khuyết tật công nghệ), vùng ảnh hưởng nhiệt có kích thước nhỏ …[12]

Thông qua những công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ, Liên Xô (cũ), Tây Âu, Nhật Bản…, công nghệ hàn hồ quang plasma ngày càng được phát triển và hoàn thiện Cho đến những năm đầu thập kỷ 60 nó đã được ứng dụng khá rộng rãi và có hiệu quả ở các nước công nghiệp phát triển, đặc biệt là ở khu vực châu Âu để hàn thép hợp kim cao trong đó như thép không gỉ, kim loại chống ăn mòn, chịu mài mòn, hợp kim niken, titan, ziriconi, tantali và thậm chí cả các kim loại quý hiếm khác [8]

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 4

Ngày nay bằng nhiều kết quả nghiên cứu về công nghệ và thiết bị mới đã đưa công nghệ hàn plasma thay thế các công nghệ hàn bằng tia laser hoặc hàn bằng chùm tia điện tử mà trước đây bắt buộc phải sử dụng với chi phí và mức độ đầu tư rất cao

Đó là các sản phẩm như bình nhiên liệu cho các tàu con thoi, vỏ tàu cánh ngầm và tàu ngầm, bồn bể chứa hóa chất, thiết bị hóa thực phẩm, máy móc trong công nghiệp dược phẩm, y tế,.[10]

Phương pháp hàn plasma bột đem lại những ưu điểm nổi bật như: Chất lượng mối hàn và năng suất được nâng cao, không bị hạn chế về vị trí hàn trong không gian, kết quả tốt khi hàn các vật liệu hợp kim và kim loại mầu, hạn chế tối đa sự tham gia của kim loại nền vào kim loại mối hàn, cho khả năng kiểm soát nhiệt cung cấp cho liên kết hàn tốt nên có thể ứng dụng cho hàn các loại vật liệu có tính hàn rất khác nhau với nhau mà các phương pháp hàn khác khó có thể thực hiện được

Ở các nước công nghiệp phát triển, các lĩnh vực tiêu biểu đã ứng dụng mạnh

mẽ công nghệ hàn PTA là chế tạo mới hay phục hồi các vít tải, van của động cơ đốt trong (động cơ ô tô, máy thủy, đầu kéo, v.v…), các chi tiết phụ tùng trong ngành hóa chất, dầu khí, sản xuất điện, dụng cụ cắt (dao phay, dao doa, dao chuốt, v.v ), thiết bị khai thác mỏ, nghiền, cán, xây dựng, giao thông, thiết bị trong ngành gốm sứ và sản xuất xi măng, chế tạo và phục hồi khuôn mẫu, thiết bị trong ngành công nghiệp giấy

và bột giấy, máy nông nghiệp, thiết bị phụ tùng cho các nhà máy điện, v.v [7]

Công nghệ hàn plasma đã đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng và năng suất trong nhiều ngành công nghiệp có sử dụng thép không gỉ, các kim loại màu và hợp kim của chúng đặc biệt như các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt cao như đồng, nhôm Hàn plasma có những lợi thế đáng kể, bao gồm tốc độ hàn tăng và biến dạng hàn thấp

Ta thấy Công nghệ hàn plasma đã đáp ứng được các tiêu chuẩn chất lượng và năng suất trong nhiều ngành công nghiệp có sử dụng thép không gỉ, các kim loại màu

và hợp kim của chúng đặc biệt như các loại vật liệu có tính dẫn nhiệt cao như đồng, nhôm Hàn plasma có những lợi thế đáng kể, bao gồm tốc độ hàn tăng và biến dạng hàn thấp

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 5

Ta thấy công nghệ hàn plasma có những bước phát triển vượt bậc trong mấy chục năm qua, đặc biệt là trong vòng năm năm trở lại đây nó đã trở thành một công nghệ khá phổ biến ở các nước công nghiệp phát triển, được các Trường, Viện nghiên cứu và các nhà khoa học quan tâm chú ý phát triển và hoàn thiện Trong việc chế tạo

và phục hồi các chi tiết máy làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, công nghệ hàn plasma luôn là công nghệ nổi trội, đưa lại chất lượng và hiệu quả kinh tế cao

1.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn đắp Plasma bột ở trong nước

Trong quá trình sản xuất công nghiệp, các chi tiết máy như trục cuốn, trục cán, con lăn, trục nghiền, lưỡi cắt, khuôn dập, răng gầu xúc thường phải làm việc liên tục trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, va đập liên tục, mài mòn Do đó, việc yêu cầu các chi tiết máy đáp ứng được những điều kiện làm việc này cũng là một đòi hỏi rất quan trọng Để làm được điều đó mà vẫn bảo đảm giá thành hạ và tăng năng suất thì việc tạo lớp đắp cứng trên bề mặt nền thép cacbon trung bình hoặc thấp bằng công nghệ hàn Plasma bột là một hướng nghiên cứu đúng đắn

+ Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn đắp plasma bột để chế tạo các dụng cụ cắt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn và va đập cao”, Đề tài do PGS.TS Bùi Văn Hạnh, Đại học Bách khoa Hà Nội làm chủ nhiệm Tác giả đã đi sâu nghiên cứu công nghệ chế tạo các loại dao chặt mảnh dùng cho ngành giấy có kích thước nhỏ [4] Các kết quả chủ yếu đã đạt được:

- Đã nghiên cứu được tổ chức lớp kim loại lưỡi cắt dao chặt mảnh trong ngành giấy chế tạo bằng phương pháp hàn đắp plasma bột

- Đã đề xuất được phương án lựa chọn thành phần bột

- Đã thiết lập được quy trình công nghệ gia công cơ khí dao chặt mảnh sau khi hàn đắp

- Đã nghiên cứu được những hư hỏng, độ mài mòn, tuổi thọ của dao chặt mảnh

sử dụng trong ngành giấy

Các kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy cơ tính lớp đắp đạt yêu cầu Tuy nhiên, sản phẩm chưa được ứng dụng rộng rãi do hiện tượng mẻ dao chưa khắc phục được trong quá trình sử dụng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 6

+ Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn plasma để chế tạo và phục hồi

các chi tiết máy” mã số ĐT- PTNTĐ.2011–G/08 do Phòng thí nghiệm trọng điểm

công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí là Cơ quan chủ trì thực hiện Đề tài (thực hiện trong giai đoạn 2011 – 2013) Đề tài do TS Hoàng Văn Châu làm chủ nhiệm đề tài Các kết quả đã đạt được:

- Đã ứng dụng hiệu quả công nghệ hàn Plasma để chế tạo và phục hồi các chi tiết máy, điển hình là chế tạo mới Dao xén giấy kich thước lớn và phục hồi Xupap động cơ máy thủy

- Đề tài đã tập trung nghiên cứu chuyên sâu về đặc điểm của phương pháp hàn Plasma với bột hợp kim là phương pháp đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới tại các nước công nghiệp phát triển để chế tạo mới và phục hồi chi tiết máy

Việc ứng dụng công nghệ hàn Plasma để chế tạo và phục hồi chi tiết máy ở Việt Nam hiện nay chưa có một công bố nào Chỉ có một số thiết bị hàn Plasma được nhập về nhưng hiệu quả sử dụng chưa cao

Thiết bị hàn HPT-300-SAV của Hàn quốc được nhập khẩu năm 2004 bởi Công ty Việt Long Thành phố Hồ Chí Minh; thiết bị hàn DURWELD 300 PTA- của Đức được Công ty HTH Trường Phát nhập khẩu năm 2014 hiệu quả sử dụng còn chưa cao Chỉ mới phục vụ cho công tác đào tạo, nghiên cứu như thiết bị hàn Microplasma tại PTNTĐ Hàn và Xử lý bề mặt thuộc Viện Nghiên cứu Cơ khí; thiết

bị hàn Eutronic GAP 3000AC/DC của hãng Castolin Eutectic –Thụy Sỹ được chuyển giao công nghệ năm 2004 cho Đại học Bách Khoa Hà nội

1.3 Tổng quan về công nghệ chế tạo dao xén giấy

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 7

pháp rèn cháy là thủ công, chất lượng phôi hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm của thợ rèn và năng suất thấp Nên ít được sử dụng để chế tạo phôi làm dao xén giấy Sơ

đồ nguyên lý công nghệ rèn cháy được thể hiện trên (hình 1.1)

Hình 1.1 Sơ đồ rèn cháy tạo vật liệu băng bimetal

1- Băng thép hợp kim lưỡi cắt 4- Búa (chày) rèn

2- Tấm thép các bon thân dao b - chiều rộng băng thép hợp kim

3- Đế rèn δ1 và δ2 là chiều dày lớp thép lưỡi cắt và thân

dao tương ứng

1.3.2 Công nghệ hàn đắp trong khuôn cán định hình

Phương pháp hàn đắp được sử dụng để sản xuất các bimetal dạng tấm, băng phẳng hoặc dạng prophin, thường dùng là đắp vật liệu bạc (Ag) lên nền thép dưới áp lực Sử dụng máy cán để nén ép kim loại lớp nền với lớp tiếp xúc điện trực tiếp (lớp phủ) đảm bảo được năng suất cao Sau khâu hàn đắp đầu tiên phôi bimetal được tiếp tục cán để làm tăng cơ tính, trước tiên là tăng độ cứng và độ đàn hồi của nó Phương pháp này được dùng chủ yếu là đối với bimetal có prophin hoặc băng phẳng để làm vật liệu chế tạo tiếp xúc điện [5] Sơ đồ nguyên lý công nghệ này cho trên (hình 1.2)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 8

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất vật liệu bimetal bằng phương pháp hàn đắp có lớp phủ trong khuôn cán định hình làm tiếp xúc điện

1- Các cuộn băng vật liệu tiếp

xúc điện (lớp nền và lớp phủ)

4- Trục dẫn hướng 7- Bể tẩy rửa

2 - Các chổi sắt 5- Lò cảm ứng liên tục 8- Máy cán 4 trục

Công nghệ này đòi hỏi phải có đầu tư thiết bị chuyên dùng để làm sạch bề mặt tiếp xúc hàn, cán ép dưới áp lực cao để tạo liên kết kim loại giữa hai lớp vật liệu có tính năng khác nhau và xử lý bề mặt đến bán thành phẩm Vì thế trong điều kiện kinh phí đầu tư cho thí nghiệm của đề tài này ở Việt Nam không nhiều Tuy nhiên để tạo phôi bimetal thép - thép hợp kim (với chiều dày và chiều rộng lớn) cần đòi hỏi công suất máy cán lớn là điều không thực hiện được

1.3.3 Công nghệ hàn dưới áp lực tấm phẳng

Hàn dưới áp lực là một trong những phương pháp hàn có biến dạng dẻo phổ biến để tạo phôi bimetal (tạo ra liên kết kim loại giữa hai lớp vật liệu gần giống nhau hoặc khác nhau về cơ lý tính) Trên hình 1.3 thể hiện một ví dụ về công nghệ sản xuất tiếp xúc điện bimetal bằng phương pháp hàn dưới áp lực [5]

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 9

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất tiếp xúc điện bimetal bằng

phương pháp hàn dưới áp lực

1- Máy làm sạch vật liệu đầu vào 4- Paket hàn bimetal 7- Máy cắt

Công nghệ hàn dưới áp lực cũng giống như phương pháp hàn đắp bimetal dạng băng, nó cho năng suất và chất lượng ổn định hơn, nhưng phạm vi ứng dụng

có nhiều hạn chế do phải đầu tư các thiết bị chuyên dùng công suất lớn mới đảm bảo khả năng tạo phôi bimetal thép các bon - thép hợp kim làm dụng cụ cắt trong công nghiệp

1.3.4 Công nghệ luyện kim bột

Công nghệ luyện kim bột chủ yếu để chế tạo bạc trượt, mảnh dao làm dụng cụ cắt gọt kim loại, mũi khoan, các chi tiết máy trong chế tạo cơ khí Một vài công trình nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Cơ khí đề cập đến ứng dụng công nghệ luyện kim bột để chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng va đập lớn như tay biên động cơ mô tô, báng răng xích, bánh răng máy tiện,… Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo chi tiết máy

bằng phương pháp luyện kim bột ở dạng đơn kim loại được cho trên hình 1.4

Để sản xuất được các chi tiết máy kích thước lớn cần có đầu tư dây chuyền thiết

bị luyện kim bột với kinh phí khá lớn (đến hàng triệu đô la Mỹ) vì vậy không thể sử dụng công nghệ này tạo phôi bimetal làm dao cắt công nghiệp có độ dài lớn [5]

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 10

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo chi tiết máy bằng phương pháp

luyện kim bột 1.3.5 Công nghệ cán dính ở trạng thái nguội tạo băng bimetal

Công nghệ cán dính nguội ra đời khoảng năm 1950 Ở hầu hết các nước công nghiệp phát triển trên thế giới người ta đã thực hiện hàng loạt các nghiên cứu ứng dụng các công nghệ sản xuất vật liệu tấm hoặc băng hợp kim nhiều lớp (bimetal, trimetal) dùng để chế tạo bạc trượt và các chi tiết máy chịu mòn khác bằng phương pháp cán dính pakét thép - hợp kim nhôm chịu mòn, thép - thép hợp kim (sau đúc rót trong khuôn kim loại chuyên dụng) Trên hình 1.5 là sơ đồ nguyên lý công nghệ cán dính tạo phôi vật liệu bimetal chủ yếu dùng làm phôi chế tạo bạc trượt [5]

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 11

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý công nghệ cán dính tạo phôi bimetal dạng băng

1- Trục cán trên H 1 , H 2 - Chiều dày lớp hàn và lớp nền trước khi đi vào ổ biến dạng 2- Pakét băng cán bimetal h 1 , h 2 - Chiều dày lớp hàn và lớp nền sau khi đi qua ổ biến dạng 3- Trục cán dưới

Mặc dù có nhiều ưu điểm hơn so với các công nghệ truyền thống khác, nhưng

để tạo phôi bimetal có kích thước chiều dày và chiều dài lớn dùng làm phôi chế tạo dao cắt bimetal trong công nghiệp ở nước ta thì công nghệ này không thực hiện được,

do không có các dây chuyền thiết bị cán dính chuyên dụng công suất lớn

1.3.6 Công nghệ cán dính ở trạng thái nóng tạo băng bimetal

Công nghệ cán dính ở trạng thái nóng cũng được sử dụng để chế tạo vật liệu bimetal trong chế tạo máy rất có hiệu quả bởi nó cho phép nhận được sản phẩm có chất lượng ổn định và năng suất cao, dễ tự động hoá Áp lực cán dính hai lớp kim loại ở trạng thái nóng thường thấp hơn ở trạng thái nguội Tuy nhiên, công nghệ cán dính ở trạng thái nóng cũng có hạn chế theo chiều cao tối đa của pakét (chiều dày tổng cộng lớp nền thép và lớp hợp kim chịu mòn), chiều rộng tấm cán và có liên quan tới công suất và kết cấu của máy cán được sử dụng trong sản xuất luyện kim Ngoài ra, những yêu cầu rất cao của việc làm sạch các bề mặt tiếp xúc trước khi xếp thành pakét để cán dính hai lớp kim loại với nhau là những trở ngại chính trong việc thực hiện công nghệ cán dính Trên hình 1.6 thể hiện sơ đồ quá trình chế tạo băng bimetal bằng công nghệ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 12

cán dính ở trạng thái nóng để sản xuất vật liệu bimetal làm tiếp xúc điện [5]

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ sản xuất tiếp xúc điện bimetal bằng phương pháp cán

dính ở trạng thái nóng

1- Lò nung phôi liên tục 4- Paket 7- Máy cán 4 trục

2- Đường dẫn con lăn 5- Máy cán hai trục 8- Máy cắt

3- Đèn khò bằng khí gas 6- Lò nung

Những lý do trên khiến việc lựa chọn công nghệ cán dính nóng để chế tạo phôi bimetal thép các bon - thép hợp kim làm dao cắt trong công nghiệp ở Việt Nam là không thích hợp

1.3.7 Công nghệ hàn nổ

Công nghệ này được ứng dụng chế tạo phôi dao xén giây đã đạt được một số kết quả nhất định Nhưng vẫn còn một số hạn chế như độ bám dính kém ở rìa, phôi chế tạo phải lớn hơn Thực hiện thí nghiệm khó khăn hơn do nổ liên quan đến vấn đề

an ninh quốc phòng [6] Ứng dụng công nghệ hàn nổ trong chế tạo dao xén giấy có chiều dài tương đối lớn do PGS.TS Hà Minh Hùng cùng cộng sự thực hiện tại Viện Nghiên cứu Cơ Khí – Bộ Công Thương Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo phôi bimetal được thể hiện như trên (hình 1.7)

Chuẩn bị phôi

thép cacbon và

thép hợp kim

Hàn nổ tại trường nổ

Nhiệt luyện

và biến dạng

ép nắn phôi bimetal, gia công thô

Nhiệt luyện phôi bimetal

Gia công tinh, thử nghiệm

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý công nghệ tạo phôi bimetal bằng phương pháp hàn

nổ dùng làm chế tạo dao xén giấy công nghiệp có chiều dài lớn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 13

1.3.8 Công nghệ hàn đắp Plasma

Đây là công nghệ hàn tiên tiến hiện nay được ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển trong việc chế tạo và phục hồi các chi tiết máy làm việc với điều kiện khắc nghiệt, điển hình là chế tạo các thiết bị phục vụ trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy (Dao xén giấy) Bản chất của công nghệ hàn đắp là tạo ra lớp đắp có nhiều tính năng đặc biệt như có độ cứng cao, chịu mài mòn, va đập liên tục .việc ứng dụng công nghệ hàn đắp Plasma trong chế tạo dao xén giấy có chiều dài tương đối lớn mà

đề tài hướng tới là cơ sở khoa học và thực tiễn Điều này được minh chứng bởi những nghiên cứu ứng dụng gần đây của nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt – Viện Nghiên cứu Cơ Khí – Bộ Công Thương do TS Hoàng Văn Châu chủ trì thực hiện Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế tạo phôi dao xén giấy được thể hiện trên hình 1.8

Nhiệt luyện

và biến dạng

ép nắn phôi dao hàn đắp, gia công thô

Nhiệt luyện phôi dao hàn đắp Plama

Gia công tinh, thử nghiệm

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý công nghệ tạo phôi dao xén giấy có chiều dài lớn bằng phương pháp hàn đắp Plasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram 1.4 Mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu và làm chủ công nghệ hàn đắp Plasma với hợp kim Cacbit Vonfram làm dao xén giấy trong công nghiệp phẳng có chiều dài lớn

- Thiết lập quy trình công nghệ chế tạo dao xén giấy trong công nghiệp có kích thước chiều dài tương đối lớn từ vật liệu C45 sau hàn đắp phù hợp với thiết bị gia công cơ khí hiện có trong nước và đảm bảo bảo yêu cầu kỹ thuật

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 14

1.4.2 Đối tượng nghiên cứu

- Nghiên cứu công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim chế tạo dao xén giấy trong công nghiệp

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn đắp Plasma trong chế tạo dao xén giấy

1.4.3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm để xác lập miền điều chỉnh các thông số công nghệ

để tạo phôi vật liệu dao xén giấy với các trang thiết bị sẵn có tại Việt Nam

Đánh giá chất lượng vật liệu lớp đắp sau khi hàn qua tiêu chí sau:

- Độ bền chịu mài mòn của lớp đắp

- Độ cứng của lớp đắp

- Tổ chức tế vi tại vùng liên kết giữa chúng

1.4.4 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát mẫu dao xén giấy hiện đang được sử dụng tại các doanh nghiệp sản xuất giấy ở Việt Nam để lập bản vẽ chế tạo, xác định mác vật liệu, cơ tính cần thiết

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hàn đắp Plasma, ứng dụng các kết quả của các tác giả trên thế giới để xác định quy trình tiến hành các chế độ quy hoạch thực nghiệm thăm dò và hiệu chỉnh công nghệ hàn đắp chế tạo phôi dao xén giấy

- Đánh giá tính chất vật liệu cacbit vonfram nhận được ở các chế độ hàn đắp khác nhau theo quy hoạch thực nghiệm khảo sát các chế độ công nghệ Từ đó xác định vùng điều chỉnh thích hợp của các thông số công nghệ hàn đắp chính, đảm bảo chất lượng dao xén giấy sau khi hàn đắp cacbit vonfram ở mức yêu cầu cần thiết đối với mỗi loại sản phẩm dao xén giấy

- Để chế tạo thử sản phẩm dao xén giấy công nghiệp có chiều dài tương đối lớn đối với thị trường Việt Nam Cần sử dụng các thiết bị gia công cơ – nhiệt và gia công cơ khí hiện có trong nước, hoàn toàn đảm bảo được việc chế tạo phần lớn dao xén giấy từ phôi hàn đắp Plasma với bột hợp kim có tính năng đặc biệt ở mức chất lượng cao, không phải ghép nối phần lưỡi cắt dọc thân dao, đảm bảo độ chính xác gia công cao

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 15

- Thiết lập quy trình công nghệ hàn đắp Plasma và quy trình gia công cơ -nhiệt (biến dạng dẻo và nhiệt luyện), gia công cơ khí sản phẩm dao xén giấy sau khi hàn đắp

1.5 Nội dung nghiên cứu của đề tài luận văn

Qua nghiên cứu tổng quan đã đề cập trên đây, ta thấy trong một số năm gần đây nhóm nghiên cứu chế tạo dao xén giấy công nghiệp bằng công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram

- Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram ứng dụng cho việc chế tạo dao xén giấy

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chính hàn đắp Plasma

- Nghiên cứu một số loại dao xén giấy công nghiệp và kết quả nghiên cứu khảo sát các sản phẩm mẫu nhập ngoại, để chế tạo dao cắt giấy có chiều dài lớn làm việc trong điều kiện sử dụng khá khắc nghiệt như chịu mài mòn, chịu va đập liên tục Cho đến thời điểm hiện nay tại Việt Nam các loại vật liệu để chế tạo dao xén giấy chưa được nghiên cứu nhiều và chưa có cơ sở sản xuất nào chế tạo được bằng công nghệ hàn đắp Plasma bột

Trong quá trình nghiên cứu, học viên chọn vật liệu làm thân dao là thép C45, còn vật liệu chế tạo phần lưỡi cắt là bột Cacbit Vonfram để thí nghiệm

1.6 Kết luận chương 1

- Sau khi nghiên cứu tổng quan về công nghệ hàn đắp Plasma, học viên nhận thấy việc lựa chọn công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram là một công nghệ hiệu quả và tiên tiến trong chế tạo dao xén giấy công nghiệp

-Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan, đã lựa chọn cách tiếp cận, đề ra phương pháp, kỹ thuật nghiên cứu cũng như các giải pháp kỹ thuật – công nghệ để áp dụng

hệ thống thiết bị hàn chính và thiết bị phụ trợ thiết lập quy trình công nghệ hàn Plasma với bột hợp kim Cacbit Vonfram đáp ứng yêu cầu và ứng dụng trực tiếp cho hàn đắp chế tạo dao xén giấy

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 16

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CÔNG NGHỆ

lý bề mặt chi tiết Với đối tượng thực thi là hồ quang điện được tạo lên giữa điện cực vonfram và vật liệu đắp lên bề mặt chi tiết [17]

Phương pháp hàn này sử dụng một điện cực vonfram không tiếp xúc nằm bên trong đầu hàn, mỏ hàn đều được làm mát bằng nước, khí bảo vệ để bảo vệ bể hàn nóng chảy và khí Plasma Kim loại bổ sung được cung cấp dưới dạng bột bởi một chất khí vận chuyển (khí mang bột) đến khu vực hồ quang mà trong đó đã chứa đầy đủ các thành phần nguyên tố hợp kim với hàm lượng cần thiết tuỳ thuộc vào tính chất lớp đắp yêu cầu (bột hợp kim) [18]

Phương pháp hàn bột Plasma sử dụng một loại khí trơ, khí này đi qua các lỗ của đầu hàn, nơi điện cực được định tâm chắc chắn Khí bảo vệ qua miệng đầu hàn bao quanh bên ngoài lớp hàn có tác dụng chống lại sự ôxy hóa từ không khí bên ngoài khí quyển lên bề mặt lớp hàn Mặt khác, trong quá trình hàn bột Plasma khí mang được sử dụng để vận chuyển vật liệu phụ thông qua đường dẫn và được điều chỉnh lượng cấp cho phép đến khu vực hồ quang plasma sao cho lượng bột cấp là tập trung nhất Khí mang bột được sử dụng thường là khí argon (Ar) [19]

Đặc trưng của phương pháp hàn plasma bột đó chính là quá trình tạo hồ quang Plasma Plasma (một chất khí bị ion hóa hoàn toàn đạt đến trạng thái dẫn điện) có thể được xem như là trạng thái tự nhiên thứ tư của vật chất Trạng thái Plasma chiếm hơn 99,9% thành phần vật chất trong vũ trụ Nhiệt Plasma bao gồm một chất khí có ít nhất 1% bị ion hóa với nhiệt độ cao và là một chất dẫn điện tốt và tạo thành một dòng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 17

Plasma tập trung ở nhiệt độ cao

Bột hợp kim được đưa từ cơ cấu cấp bột vào đầu hàn plasma nhờ khí mang bột

Cơ cấu cấp bột đảm bảo định lượng bột cấp chính xác và ổn định nhờ mạch phản hồi đưa về động cơ cấp bột được điều khiển bởi phần mềm máy tính

Cấu tạo của đầu hàn bột Plasma (hình 2.1) dưới đây:

Hình 2.1 Sơ đồ kết cấu của đầu hàn bột Plasma

1) Dụng cụ giữ Catot 6) Ống dẫn khí và bột

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 18

được điều chỉnh tự động hoàn toàn bằng phần mềm máy tính Với nguồn năng lượng tập trung cao của hồ quang plasma cho phép ta nhận được lớp đắp có chất lượng cao nhất Lớp đắp hoàn toàn đặc và được liên kết về mặt luyện kim (tương tự như đúc) với kim loại cơ bản Trên hình 2.2 trình bày nguyên lý công nghệ hàn plasma bột:

Hình 2.2 Nguyên lý công nghệ hàn Plasma bột

Hàn hồ quang Plasma để làm cứng bề mặt chi tiết là một phương pháp hàn phù hợp tạo ra một liên kết kim loại nóng chảy giữa lớp nền và lớp đắp

Trong hàn hồ quang để làm cứng bề mặt chi tiết, hai nguồn cung cấp điện một chiều được sử dụng: nguồn thứ nhất tạo hồ quang không dịch chuyển giữa điện cực catot vonfram (-) và anot (+) và sau đó hồ quang tạo nên giữa điện cực vonfram (-)

và vật hàn (+) Hồ quang mồi tạo nên do một thiết bị tần số cao và dòng khí plasma bao quanh catot (cực âm) được ion hóa ở đầu điện cực

Một tính năng quan trọng nhất của quá trình hàn bột plasma là nó cho phép khống chế phần kim loại cơ bản tham gia vào kim loại đắp Tỷ lệ kim loại cơ bản tham gia vào kim loại đắp chỉ còn 5%, so với 20÷25% khi hàn bằng các phương pháp hàn tiên khác như hàn MAG, MIG, TIG Do đó chỉ cần một lượt hàn đã có thể đạt được các tính chất cần thiết của lớp đắp

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 19

2.1.2 Thiết bị hàn đắp Plasma bột hợp kim

Hiện nay có một số thiết bị hàn đắp Plasma bột hợp kim được sử dụng trong nước như:

- Thiết bị hàn Plasma tại công ty Việt Long – Thành phố Hồ Chí Minh (hình 2.3):

Hình 2.3 Hệ thống thiết bị hàn HPT-300-SAV của công ty Việt Long –Tp HCM

Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn HTP-300-SAV của công ty Việt Long – Tp HCM được thể hiện trong bảng 2.1 dưới đây:

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn HPT-300-SAV

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 20

Hình 2.4 Hệ thống thiết bị hàn Eutronic GAP 3000AC/DC của hãng Castolin

Eutectic, Thụy Sỹ

Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn Eutronic GAP 3000AC/DC của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội được thể hiện trong bảng 2.2 dưới đây:

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn Eutronic GAP 3000AC/DC:

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 21

- Thiết bị hàn Micro Plasma tại Viện Nghiên cứu Cơ khí (hình 2.5):

Hình 2.5 Hệ thống thiết bị hàn microplasma NERTAMATIC 5.1

Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn microplasma NERTAMATIC của Viện Nghiên cứu Cơ Khí được thể hiện trong bảng 2.3 dưới đây:

Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật của thiết bị hàn NERTAMATIC 5.1

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 22

- Thiết bị hàn Plasma tại Công ty HTH Trường Phát

Hình 2.6 Hệ thống thiết bị hàn DURWELD 300 PTA NR.1209 của hãng

DURUM, Đức

Thông số kỹ thuật của thiết bị hàn hàn Plasma tại Công ty HTH Trường Phát được thể hiện trong bảng 2.4 dưới đây:

Bảng 2.4 Bảng thông số kỹ thuật của thiết bị hàn DURWELD:

5 Điện áp điều khiển: 24 V DC

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 23

- Cùng với việc định vị chi tiết bề mặt hàn, một lớp hàn được tạo thành giữa hai

bề mặt hàn với dung sai lớn khoảng 1mm nên giảm thiểu chi phí gia công tiếp theo

- Giảm tối thiểu sự pha loãng của vật liệu nền, tự động hóa dễ dàng, dễ dàng điều chỉnh đường hàn có nghĩa là tạo ra chất lượng cao và lớp phủ có tính chịu mài mòn trong hầu hết các hợp kim

- Độ ổn định hồ quang cao hơn, đặc biệt ở chế độ cường độ dòng điện hàn thấp

- Dòng khí plasma có tốc độ cao hơn

- Các thông số của vũng hàn ít phụ thuộc vào sự thay đổi khoảng cách làm việc

- Bề mặt mối hàn phẳng, mịn đều, không bị nứt và rỗ

- Tiết kiệm được nguồn vật liệu quý

- Yêu cầu đối với kỹ năng thợ hàn thấp hơn khi hàn tay

2.2.2 Nhược điểm

- Thiết bị đắt tiền hơn

- Vòi phun có tuổi thọ thấp

- Thợ hàn phải có hiểu biết sâu về quá trình hàn này

- Mức độ tiêu thụ khí bảo vệ cao

- Vật liệu hàn bột là các vật liệu đắt tiền nhất so với vật liệu que hoặc dây hàn

- Đối với hàn bột Plasma thì yêu cầu việc định vị với việc cấp bột tự động lên bề mặt theo dạng hình trụ và hình cầu phải rất chính xác trong giới hạn cho phép

- Giống như việc bổ sung vât liệu, phương pháp này yêu cầu phải sử dụng chủ yếu là bột hợp kim cacbit vonfram để tạo ra lớp chống chịu được độ cứng cao (lên đến 65HRC) và chịu mài mòn với tải tiếp xúc

- Nhiệt độ của hồ quang Plasma phụ thuộc vào đặc tính nguồn nhiệt, loại khí

và đặc tính nguồn sử dụng

- Trong quá trình hàn PTA (Plasma Transferred Arc), khí plasma được tập trung trong khi buộc phải thông qua các cực anot chịu nhiệt, gây ra một sự gia tăng đáng kể mật độ hồ quang, năng lượng và nhiệt độ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 24

2.3 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật của dao xén giấy

2.3.1 Điều kiện làm việc

Trong quá trình làm việc dao xén giấy chịu va đập liên tục và chịu lực xén, bề mặt lưỡi dao bị mài mòn mạnh Để có khả năng làm việc tốt, ngoài yêu cầu đạt độ chính xác kích thước đảm bảo xén tốt, cơ tính của lưỡi dao phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:

độ cứng bề mặt cao để có khả năng chống mài mòn, không bị bong tróc, không bị

mẻ, độ cứng và độ bền của lưỡi dao thích hợp làm việc tốt trong điều kiện chịu va đập liên tục, không bị gãy vỡ, độ bền mỏi cao đảm bảo khả năng làm việc lâu dài của dao xén giấy Như vậy, tuổi thọ và chất lượng của dao ngoài vấn đề thiết kế, chế tạo còn phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu, các qui trình xử lý nhiệt để đảm bảo cơ tính

và chống biến dạng Dưới đây là một trong số các loại dao xén giấy phẳng học viên tham khảo trên Internet ( hình 2.7)

Hình 2.7 Dao xén giấy công nghiệp

Trong công nghệ sản xuất giấy thì máy xén giấy đóng một vai trò quan trọng

Nó sẽ phân các lô giấy thành các lô nhỏ hơn, các cuộn giấy bán thành phẩm thành giấy thành phẩm Đối với máy xén giấy thì một trong các bộ phận quan trọng bậc nhất để quyết định năng suất xén và chất lượng đường xén chính là dao xén giấy Dao xén giấy có nhiều loại phụ thuộc vào từng công đoạn của quá trình xén giấy có thể là dao đĩa hoặc dao thẳng… Chất lượng của dao xén giấy phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu làm lưỡi dao Trên dao có các lỗ để bắt bulong và các lỗ để giữ dao

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 25

2.3.2 Cấu tạo và yêu cầu kỹ thuật của dao xén giấy

Phần thân dao: Thường làm bằng thép cacbon dụng cụ, nhằm mục đích giảm giá thành chế tạo nhưng vẫn thỏa mãn được yêu cầu làm việc của dao

Phần lưỡi: được làm từ thép có khả năng chịu mòn cao, cứng và phải rất sắc, thường phần này được làm từ thép gió hoặc từ loại thép có thành phần tương đương thép gió và có khả năng chịu mòn cao và chịu va đập liên tục Hình 2.8 thể hiện lưỡi dao xén giấy sau khi hoàn thiện

Hình 2.8 Hình ảnh lưỡi dao xén giấy

Dao phải làm việc ổn định trong điều kiện bình thường, không bị mẻ, tuổi thọ cao Chiều dài của dao tỷ lệ thuận với chiều dày cuả nó Trên mỗi con dao thường có hai hoặc ba hàng lỗ và có thể có thêm hai lỗ công nghệ Các hàng lỗ này sẽ giúp quá trình tháo lắp dao được dễ dàng hơn và cũng để đảm bảo khi lắp lưỡi dao sẽ song song với mặt bàn cắt đồng thời cũng để sử dụng làm lỗ lắp ghép khi dao bị cùn

Phạm vi ứng dụng của dao: Dùng trong máy xén giấy công nghiệp của các nhà máy giấy, dùng cho các cửa hàng in, photo…

Hình 2.9 bản vẽ dao xén giấy phẳng được nhóm đề tài do TS Hoàng Văn Châu chế tạo thay thế nhập khẩu

Hình 2.9 Cấu tạo dao xén giấy

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 26

Một số máy cắt sử dụng dao phẳng điển hình hiện đang được sử dụng tại Việt Nam trong đó có máy cắt giấy công nghiệp của hãng Proteck- Ấn Độ Dưới đây là một số loại máy xén giấy của hãng Proteck với những thông số kỹ thuật được thể hiện trong bảng 2.5 dưới đây:

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của một số loại máy xén giấy công nghiệp của hãng

PROTECK - Ấn Độ Kiểu máy PC 137 S PC 137 PC 115 S PC 115 PC 92

Đặc tính cơ học

Chiều rộng cắt 137cm/54” 137cm/54” 115 cm/45” 115cm/45” 92 cm/36” Kích thước giấy

lớn nhất

137x137cm 53”x 53”

137x137cm 53”x 53”

115x115cm 45”x 45”

115x115cm 45”x 45”

92x92cm 36”x 36” Chiều cao cắt max 16cm/6,5” 16cm/6,5” 16cm/6,5” 15cm/6” 12cm/4,7” Khoảng sử dụng

Bộ nhớ đĩa Tốc độ cao Tốc độ cao Tốc độ cao Tốc độ cao Tốc độ cao

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 27

Hình 2.10 Hình ảnh máy cắt giấy 2.4 Lựa chọn công nghệ hàn chế tạo dao xén giấy

Hiện nay có nhiều công nghệ chế tạo được dao xén giấy như: chế tạo dao liền, hàn vảy, hàn nổ, các phương pháp này có nhược điểm là chất lượng chưa cao, tốn kém và khó thực hiện, tuổi thọ trung bình của dao thấp

Việc lựa chọn công nghệ hàn đắp Plasma với bột hợp kim cacbit vonfram là một công nghệ tiên tiến và hiệu quả trong chế tạo dao xén giấy công nghiệp Việc lựa chọn công nghệ hàn đắp Plasma để chế tạo phần lưỡi cắt từ bột hợp kim cacbit vonfram trên nền phôi (thân dao) thép cacbon trung bình (mức cao) thép C45 là một trong các nội dung chính mà học viên tìm hiểu và nghiên cứu trong nội dung này Kim loại lớp đắp ở phần lưỡi có độ cứng cao, chịu được mài mòn và va đập liên tục, trong khi đó phần thân dao có độ bền, độ dẻo cao, thỏa mãn yêu cầu làm việc của dao xén giấy

Ngày nay, ở các nước phát triển như Đức, Thụy Điển, và giờ đây là Trung Quốc các loại dao kích thước lớn được chế tạo phổ biến bằng cách sử dụng công nghệ hàn đắp (bằng hồ quang plasma) để chế tạo nên phần lưỡi cắt từ những loại bột kim loại thích hợp trên nền phôi (thân dao) là thép cacbon thường

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 28

Nghiên cứu được thực hiện trên một số mẫu dao xén giấy chưa qua sử dụng của Trung Quốc đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam Nghiên cứu xác định thành phần hóa học của các mẫu làm dao xén giấy của Trung Quốc chưa qua sử dụng cho kết quả như sau:

Bảng 2.6 Thành phần hóa học của phần thân dao Trung Quốc (%)

2.5 Nghiên cứu lựa chọn thành phần bột hợp kim cacbit vonfram để chế tạo dao xén giấy bằng công nghệ hàn PTA (Plasma Transferred Arc)

2.5.1 Các tiêu chí lựa chọn thành phần bột

a Căn cứ vào chất lượng của lớp kim loại đắp sau khi hàn

- Căn cứ vào độ bền và độ giãn dài yêu cầu của mối hàn:

Độ bền và độ giãn dài tương đối là hai chỉ tiêu kỹ thuật rất quan trọng đối với các loại thép dùng để chế tạo các chi tiết trong chế tạo máy, đó chình là các thông số chính làm cơ sở cho việc tính toán và chọn vật liệu cho việc chế tạo, phục hồi các chi tiết máy