Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Xuân Mạnh, học viên lớp Cao học ngành Công nghệ Hàn – Khoá 2011, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thực đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần mẻ liệu đến tính công nghệ hàn thuốc hàn thiêu kết tương đương với F7A(P)2 theo AWS A5.17-80” Tác giả tham gia đề tài nhánh thuộc Đề tài Khoa học Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC.02.04/11-15 TS Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm Đề tài Tác giả xin cam đoan rằng: Ngoại trừ số liệu, bảng biểu, đồ thị,… trích dẫn từ tài liệu tham khảo số liệu, nội dung lại công bố Luận văn tác giả nhóm tác giả tham gia Đề tài đưa Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2013 Học viên Nguyễn Xuân Mạnh Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AC AWS ASTM ASME DC DCEN, DCDCEP, DC+ DT EN HAZ IIW ISO JIS KLCB NDT PWHT SAW SMAW TCVN VAHN WPS WPQR ak σch σk δ Ψmh Ψn Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh Alternating Curent American Welding Society American Society for Testing of Materials American Society of Machine Engineers Direct Current Direct Current Electrode Negative Direct Current Electrode Positive Destructive Testing European Standards Heat affected zone International Institute Welding International Standard Organization Japanese Industrial Standards Kim loại Nondestructive Testing Post Weld Heat Treatment Submerged Arc Welding Shielded Metal Arc Welding Tiêu chuẩn Việt Nam Vùng ảnh hưởng nhiệt Welding Procedure Specification Welding Procedure Qualiffication Recode Độ dai va đập Giới hạn chảy Độ bền kéo Độ dãn dài tương đối Hệ số hình dạng mối hàn Hệ số ngấu mối hàn CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Bảng 1.1 Tên bảng Chỉ tiêu tính kim loại mối hàn thuốc hàn-dây Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Bảng 2.4 hàn F7A(P)2-EL8 theo AWS A5.17-80 Phân loại ký hiệu thuốc hàn theo IIW - 545 - 78 Yêu cầu tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 - 80 Công thử dai va đập kim loại mối hàn Thành phần hóa học số thông số chủ yếu dây Bảng 2.5 hàn tự động lớp thuốc theo AWS A5.17-80 Các loại xỉ hàn theo thành phần hóa học chất Bảng 2.6 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng 4.4 theo IIW Thành phần sơ mẻ liệu thuốc hàn (mẻ liệu khô) Giá trị khoảng biến thiên yếu tố đầu vào Kế hoạch thực nghiệm bậc trực giao (với biến mã hóa) Thành phần hóa học dây hàn SM400B, (%) Thành phần hóa học dây hàn EL8, (%) Các chi tiêu tính dây hàn Giá trị khoảng biến thiên yếu tố Kế hoạch thực nghiệm bậc 2trực giao Các thông số chế độ hàn Kết thí nghiệm Trang 20 29 32 32 32 45 52 63 65 71 71 71 80 80 81 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình số Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Tên hình vẽ Sơ đồ nguyên lý trình hàn tự động lớp thuốc Một số thiết bị hàn hồ quang tự động lớp thuốc Hình ảnh hàn hồ quang tự động lớp thuốc Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang lớp thuốc điện cực băng Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Trang 12 12 13 13 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 2.1 Hình 2.2 Hàn hồ quang lớp thuốc điện cực băng Dạng thuốc hàn Sơ đồ ký hiệu thuốc hàn – dây hàn AWS A5.17 - 80 Hàm lượng oxi kim loại đắp phụ thuộc vào hệ số hoạt tính 14 15 31 37 hoá học thuốc-xỉ hàn hàn chế độ hàn trung bình Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 3.1 thép bon thép hợp kim thấp Độ sệt xỉ nhiệt độ 14000C, poa Sự thay đổi độ nhớt xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Giản đồ trạng thái nhiệt độ hệ xỉ hàn, 0C Độ sệt xỉ hàn nhiệt độ 16000C, pa.s Sức căng bề mặt hệ xỉ hàn 16000c, J/m2 Sơ đồ nghiên cứu tổng quan thuốc hàn Sơ đồ nghiên cứu đề tài Ảnh hưởng số hợp chất đến chiều dài tới hạn hồ 39 41 47 48 49 53 54 57 quang Hình 3.2 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng thàn phần thuốc hàn đến tính công nghệ hàn Hình 3.3 Máy hàn tự động Dosun DZ1000 Hình 3.4 Mẫu phôi hàn xác định độ ổn định hồ quang Hình 3.5 Mẫu phôi hàn xác định hình dạng mối hàn Hình 3.6 Mẫu phôi xác định tính bong xỉ Hình 3.7 Thước cặp Hình 3.8 Thước đo mối hàn đa Hình 3.9 Cách đo thông số mối hàn Hình 3.10 Thí nghiệm đo công bong xỉ Hình 4.1 Chiều dài hồ quang tới hạn Hình 4.2 Hồ quang tới hạn Hình 4.3 Đo chiều dài hồ quang tới hạn Hình 4.4 Mặt cắt ngang mối hàn Hình 4.5 Thiết bị thử công bong xỉ Hình 4.6 Trọng lượng búa tính công bong xỉ Hình 4.7 Mẫu hàn sau thử công bong xỉ Hình 4.8 Mẫu hàn đắp Hình 4.9 Xỉ hàn Hình 5.1 Sự phụ thuộc chiều dài hồ quang vào hàm lượng MgOtrong mẻ liệu thuốc hàn Hình 5.2 Sự phụ thuộc chiều dài hồ quang vào hàm lượng Al 2O3 mẻ liệu thuốc hàn Hình 5.3 Sự phụ thuộc chiều dài hồ quang vào hàm lượng CaF2 mẻ liệu thuốc hàn Hình 5.4 Sự phụ thuộc chiều dài hồ quang vào hàm lượng TiO mẻ liệu thuốc hàn Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT 58 72 74 74 75 75 76 77 78 82 82 82 83 84 84 84 84 84 91 91 92 92 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.5 Hình 5.6 Hình 5.7 Hình 5.8 Hình 5.9 Hình 5.10 Hình 5.11 Hình 5.12 Hình 5.13 Hình 5.14 Hình 5.15 Hình 5.16 Hình 5.17 Hình 5.18 Hình 5.19 Hình 5.20 Hình 5.21 Hình 5.22 Hình 5.23 Hình 5.24 Hình 5.25 Sự phụ thuộc chiều dài hồ quang vào hàm lượng MgO, Al2O3 ,CaF2, với TiO2 = 25%trong mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc bề rộng mối hàn vào hàm lượng MgO mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc bề rộng mối hàn vào hàm lượng Al2O3 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc bề rộng mối hàn vào hàm lượng CaF2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc bề rộng mối hàn vào hàm lượng TiO2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc bề rộng mối hàn vào hàm lượng MgO, Al 2O3, CaF2, với TiO2 = 25%trong mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào hàm lượng MgO mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào hàm lượng CaF2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào hàm lượng Al2O3trong mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào hàm lượng TiO2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều cao mối hàn vào hàm lượng MgO, Al2O3 ,CaF2,với TiO2 = 25%trong mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượng MgO mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượng Al2O3 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượngCaF2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượng TiO mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượng MgO, Al2O3 ,CaF2,T với TiO2 = 25%trong mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng MgO mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng AlO3 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng CaF2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng TiO2 mẻ liệu thuốc hàn Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng MgO, Al2O3 ,CaF2,với TiO2 = 25%trong mẻ liệu thuốc hàn Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT 93 93 94 94 95 95 96 96 97 97 98 98 99 99 100 100 101 101 102 102 103 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hoá Việt Nam ngành công nghệ hàn không ngừng phát triển, để nâng cao suất chất lượng hàn ngành hàn ứng dụng nhiều công nghệ hàn tiên tiến, số công nghệ hàn tự động lớp thuốc dùng lĩnh vực đóng tàu chế tạo kết cấu thép, Tuy nhiên, thuốc hàn chủ yếu phải nhập từ nước ngoài, để khắc phục tình trạng số sở nghiên cứu sản xuất vật liệu hàn nước nghiên cứu chế tạo thử Tuy nhiên kết hạn chế, chưa nghiên cứu đầy đủ tiêu cần thiết để nâng cao chất lượng thuốc hàn Nội dung nghiên cứu luận văn: “Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần mẻ liệu đến tính công nghệ hàn thuốc hàn thiêu kết tương đương với F7A(P)2 theo AWS A5.17-80” Các nội dung chủ yếu đề tài gồm:  Tổng quan hàn lớp thuốc, tình hình nghiên cứu, ứng dụng thuốc hàn thiêu kết giới Việt Nam để hàn tự động lớp thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp giải pháp điều chỉnh hàm lượng chất chế tạo thuốc hàn  Nghiên cứu, lựa chọn loại tạo xỉ hàn đáp ứng số bazơ (B≈1,1) khảo sát, lựa chọn nguồn nguyên liệu tạo xỉ đưa vào thành phần thuốc hàn hợp lý với nguyên tắc sử dụng tối đa nguồn nguyên vật liệu nước  Nghiên cứu ảnh hưởng nguyên liệu tạo xỉ chủ yếu đưa vào thuốc hàn đến tính công nghệ hàn thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp  Tối ưu hóa thành phần chất tạo xỉ chủ yếu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp F7A(P)2-BK đảm bảo tiêu công nghệ hàn thuốc Những kết nghiên cứu đề tài phần quan trọng có tính tảng cho việc xác định thành phần đơn thuốc hàn sản xuất nguyên vật liệu nước loại F7A(P)2-BK Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình TS.Vũ Huy Lân thày cô môn Hàn & công nghệ kim loại, viện Cơ khí, Trường ĐH Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bách Khoa, Ban Giám đốc tập thể cán Công ty Que hàn điện Việt Đức,… tận tình giúp đỡ việc hoàn thành luận văn Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÀN DƯỚI LỚP THUỐC 1.1 Sơ lược trình hàn lớp thuốc hàn 1.1.1 Sơ đồ nguyên lý trình hàn dưới lớp thuốc  Khái niệm hàn hồ quang dưới lớp thuốc: Quá trình hàn hồ quang lớp thuốc bảo vệ gọi hàn hồ quang chìm (hồ quang ngầm) (SAW- Submerged Arc Welding) trình hàn điện nóng chảy, dùng nguồn nhiệt từ hồ quang điện sinh điện cực hàn vật hàn Một phần lượng nhiệt sinh hồ quang điện làm nóng chảy kim loại điện cực kim loại bản, sau kim loại vũng hàn kết tinh tạo thành mối hàn Phần nhiệt khác làm nóng chảy thuốc hàn, tạo thành lớp xỉ bảo vệ vùng hồ quang vũng hàn khỏi xâm nhập ảnh hưởng có hại môi trường khí  Nguyên lý trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc: Do tác dụng nhiệt hồ quang, mép hàn, dây hàn phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vòm hồ quang vũng hàn Dây hàn đẩy vào vũng hàn cấu cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ nóng chảy đảm bảo trì hồ quang cháy ổn định Khi hồ quang hàn di chuyển theo hướng hàn kim loại lỏng vũng hàn nguội kết tinh tạo thành mối hàn Trên mặt vũng hàn phần mối hàn kết tinh hình thành lớp xỉ có tác dụng tham gia vào trình luyện kim hàn, bảo vệ giữ nhiệt cho mối hàn tách khỏi mối hàn sau hàn Các chuyển động cấp dây hàn, dao động điện cực chuyển động theo đường hàn thường giới hóa Tùy theo mức độ tự động chuyển động mà chia thành hàn tự động bán tự động lớp thuốc Sơ đồ nguyên lý trình hàn tự động lớp thuốc tham khảo hình 1.1 10 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 10 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.450 h 2.400 2.350 2.300 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 0.290 0.300 T iO Hình 5.19.Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượngTiO2 mẻ liệu thuốc hàn Hình 5.20.Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượng MgO, Al2O3, CaF2, với TiO2= 25% mẻ liệu thuốc hàn 87 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 87 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 5.1.3.5 Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn - Hàm lượng MgO CaF2 tỉ lệ nghịch với hệ số hình dạng mối hàn (hình 5.21 5.23) - Hàm lượng Al2O3 TiO2 tỉ lệ thuận với hệ số hình dạng mối hàn (hình 5.22 5.24) 4.50 Dmh 4.40 4.30 4.20 4.10 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 M gO Hình 5.21.Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng MgO mẻ liệu thuốc hàn 4.50 Dmh 4.40 4.30 4.20 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 A l2 O Hình 5.22.Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng Al2O3 mẻ liệu thuốc hàn 88 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 88 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4.60 Dmh 4.50 4.40 4.30 4.20 0.050 0.060 0.070 0.080 0.090 0.100 0.110 0.120 0.130 0.140 0.150 C aF2 Hình 5.23.Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng CaF2 mẻ liệu thuốc hàn 4.70 4.60 Dmh 4.50 4.40 4.30 4.20 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 0.290 0.300 T iO Hình 5.24.Sự phụ thuộc hệ số hình dạng mối hàn vào hàm lượng TiO2 mẻ liệu thuốc hàn 89 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 89 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.25.Sự phụ thuộc chiều sâu ngấu mối hàn vào hàm lượng MgO, Al2O3, CaF2, với TiO2= 25% mẻ liệu thuốc hàn Các giản đồ đẳng mức 3D tiện lợi cho việc tìm tỷ lệ chất mẻ liệu để đáp ứng tiêu cho trước, giúp cho chuyên gia việc lựa chọn điều chỉnh thành phần mẻ liệu thuốc hàn thực tiễn sản xuất 5.2 TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN TẠO XỈ 5.2.1 Giới thiệu phương pháp tối ưu hóa Phương pháp tối ưu hóa thành phần yếu tố (các chất tạo xỉ chủ yếu) dựa mô hình xây dựng đảm bảo tiêu chí kinh tế - kỹ thuật Đây thực chất giải toán tối ưu có điều kiện ràng buộc Giải toán tối ưu đa mục tiêu có điều kiện ràng buộc trường hợp tổng quát với n biến, m buộc p mục tiêu mô tả dạng tổng quát sau: Max(min) j ( 90 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 90 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội i = 1,2,…,m; j = 1,2,…,n Việc giải toán tìm giá trị biến đầu vào thỏa mãn điều kiện hàm mục tiêu cho trước giá trị giới hạn thực biến đầu vào nhằm đạt tiêu chí kinh tế - kỹ thuật chọn ưu tiên hàng đầu Trong nghiên cứu này, cần xác định hàm lượng chất MgO, Al 2O3, CaF2, TiO2 mẻ liệu thuốc hàn đảm bảo tiêu tính công nghệ hàn - Các điều kiện ràng buộc: + Các ràng buộc tường minh (các giới hạn biên) biến số đầu vào: 16% ≤ MgO ≤ 26% ; 17% ≤ Al2O3 ≤ 27% ; 5% ≤ CaF2 ≤ 15% ; 20% ≤ TiO2 ≤ 30% ; Và ∑Zi = 78% ∑Xi = 0,78 + Các ràng buộc ẩn: cặp thuốc hàn – dây hàn (F7A(P)2 – EL8), yêu cầu chiều dài hồ quang tới hạn hệ số hình dạng mối hàn sau: Lhq ≥ 16,5 mm; 4,5 ≤ Ψmh ≤ 10 Trong trường hợp hệ số hình dạng mối hàn cận thấp so với hệ thuốc hàn silicat – mangan cao, thông thường hàn thuốc hàn bazơ thấp mối hàn có chiều cao đắp lớn hơn, nên hệ số hình dạng mối hàn giảm Các giá trị có xét đến kết thực nghiệm trường hợp cụ thể - Xác định giá trị biến (MgO, Al2O3, CaF2, TiO2 ) thỏa mãn điều kiện hàm mục tiêu sau: Lhq ≥ 16,5 mm; 4,5 ≤ Ψmh ≤ 10 5.2.2 Kết tối ưu chất thành phần thuốc hàn Trình tự bước giải toán tối ưu xác định hàm lượng hợp lý chất chủ yếu đảm bảo tiêu công nghệ hàn theo bảng đây: 91 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 91 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nhập giá trị giới hạn biên biến số đầu vào: - MgO Al2O3 CaF2 TiO2 X5 Free Free Free Free Constant 0.16 0.17 0.05 0.2 0.26 0.27 0.15 0.3 0.22 Nhập giá trị điều kiện chọn hàm mục tiêu để tối ưu : - Lhq b c h Dmh Target Exclude Exclude Exclude Target 0.5 14 16 18 0.5 4.5 10 Giá trị biến số đầu vào tiêu tính công nghệ hàn trình tìm - kiếm với giá trị log(D) khác nhau, giá trị cuối với log(D) có giá trị âm nhỏ MgO Al2O3 CaF2 TiO2 X5 0.17 0.26 0.07 0.28 0.22 0.1985 0.2335 0.052 0.2956 0.16 0.17 0.15 0.1676 0.2694 0.1997 Lhq b c h Dmh iter log(D) 15.98 17.9557 3.5989 2.3721 5.0016 -4.6029 0.22 16.2951 17.7043 3.5714 2.5321 5.0683 26 -2.2606 0.3 0.22 15.7655 17.2364 3.7283 2.2592 4.6004 26 -1.3629 0.095 0.2472 0.22 15.7573 17.4982 3.8021 2.2992 4.6122 49 -1.3842 0.2699 0.110 0.2001 0.22 16.1415 16.839 3.8539 2.519 4.5212 94 -1.2325 0.17 0.26 0.07 0.28 0.22 15.98 17.9557 3.5989 2.3721 5.0016 -4.6029 0.16 0.2367 0.083 0.3 0.22 15.9873 18.0374 3.5813 2.3037 5.0163 -4.8966 0.1933 0.27 0.05 0.2667 0.22 16.181 17.6909 3.5676 2.4897 5.0352 -2.6862 Với kết giải toán tối ưu xác định hàm lượng chất tạo xỉ giá trị hàm mục tiêu tính công nghệ hàn tìm sau: MgO 0.16 Al2O3 0.2367 CaF2 0.0833 TiO2 0.3 92 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh Lhq b c 15.9873 18.0374 3.5813 92 CH11BCNH.KT h 2.3037 Dmh 5.0163 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thành phần chất tạo xỉ thuốc hàn F7A(P)2 tìm quy tròn có hàm lượng sau: Thuốc hàn F7A(P)2-BK MgO 16 Hàm lượng chất mẻ liệu thuốc hàn, % Trường Cao Al2O3 CaF2 TiO2 CaCO3 Fe-Mn Fe-Si thạch lanh 23,6 8,4 30 Giá trị thành phần chất tạo xỉ thuốc hàn F7A(P)2 tìm sử dụng để nghiên cứu nội dung 93 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 93 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các kết luận: Từ kết thu phương trình hồi qui đường đặc trưng cho - phép rút kết luận quan trọng sau đây: Mức độ tương thích phương trình hồi qui cao, hệ số tương quan R - = 0,526 ÷ 0,670 Các phương trình hồi quy đặc tính phản ảnh rõ nét ảnh hưởng chất tạo xỉ phổ biến MgO, Al2O3, TiO2 CaF2 mẻ liệu thuốc hàn F7A(P)2 đến tính công - nghệ hàn Đặc tính biểu đồ phù hợp cao với lý thuyết, phản ánh tính chất vật lý tổng hợp thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ thấp (B ≈ 1,1) đến tính công nghệ hàn cụ thể sau: + Chiều dài hồ quang tới hạn tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng MgO, tỷ lệ nghịch với hàm lượng CaF2, TiO2, Al2O3 thành phần mẻ liệu thuốc hàn Giản đồ đẳng mức 3D cho phép chọn tỷ lệ chất theo chiều dài hồ quang tới hạn thuận tiện xác + Chiều rộng mối hàn tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng Al 2O3, TiO2 tỷ lệ nghịch nghịch với hàm lượng MgO, CaF2 thành phần mẻ liệu thuốc hàn + Chiều cao mối hàn tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng MgO, CaF tỷ lệ nghịch nghịch với hàm lượng Al2O3, TiO2 thành phần mẻ liệu thuốc hàn + Chiều sâu ngấu mối hàn tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng Al 2O3, CaF2, TiO2 tỷ lệ nghịch nghịch với hàm lượng MgO thành phần mẻ liệu thuốc hàn + Hệ số hình dạng hàn tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng CaF 2, Al2O3, MgO, - TiO2 thành phần mẻ liệu thuốc hàn Các kết nghiên cứu sở để xác định hàm lượng chất MgO, Al2O3, CaF2, TiO2 đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A(P)2 đảm bảo tính ổn định hồ quang, hình thành mối hàn tính bong xỉ giá thành thuốc hàn 94 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 94 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Đề tài tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thành phần thuốc hàn đến tính công nghệ hàn thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp loại F7A(P)2 theo AWS A5.1780 Kết nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học thực tiễn thể điểm chủ yếu sau đây: - Khảo sát, lựa chọn nguyên liệu tạo xỉ đưa vào thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp đạt tiêu tính công nghệ hàn yêu cầu - Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng định lượng chất đến tính công nghệ hàn quan hệ toán học cho phép tìm hàm lượng tối ưu cách xác thuận tiện - Mức độ tương thích phương trình hồi qui cao, hệ số tương quan R - = 0,526 ÷ 0,670 Các phương trình hồi quy đặc tính phản ảnh rõ nét ảnh hưởng chất tạo xỉ phổ biến MgO, Al2O3, TiO2 CaF2 mẻ liệu thuốc hàn F7A(P)2 đến tính công - nghệ hàn Đặc tính biểu đồ phù hợp cao với lý thuyết, phản ánh tính chất vật lý tổng hợp thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ thấp (B ≈ 1,1) đến tính công nghệ - hàn Các kết nghiên cứu sở để xác định hàm lượng chất MgO, Al2O3, CaF2, TiO2 đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A(P)2 đảm bảo tính ổn định hồ quang, hình thành mối hàn tính bong xỉ giá thành thuốc hàn - Các kết phương pháp nghiên cứu báo cáo có ý nghĩa quan trọng lý thuyết thực tiễn lĩnh vực nghiên cứu sản xuất vật liệu hàn Kiến nghị: Trong phạm vi nội dung nghiên cứu, tác giả giới hạn nghiên cứu ảnh hưởng chất tạo xỉ chủ yếu mẻ liệu thuốc hàn đến tiêu tính công nghệ hàn thiêu kết hệ bazơ thấp Tuy nhiên, để thiết kế hoàn chỉnh mẻ liệu thuốc hàn cần tiếp tục nghiên cứu nội dung khác tính, thành phần hóa học kim loại mối hàn tiêu kỹ thuật khác 95 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 95 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 96 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 96 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - TS Vũ Huy Lân, TS Bùi Văn Hạnh, Giáo trình Vật liệu hàn, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2010 [2] - TS Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy (Tập 1&2), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2004 [3] - GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [4] - Quách Tuần Ngọc (1996), Giáo trình pascal, ĐHBK Hà Nội [5] - TCVN 3223 : 2000, Que hàn thép cacbon thép hợp kim thấp [6] - TCVN 2362 : 1978, Dây thép hàn [7] - TCVN 3909 : 2000, Que hàn điện dùng cho thép cacbon thấp thép hợp kim thấp - phương pháp thử [8] - Петров Г Л Сварочные материалы Машиностроение, Ленинград 1972 [9] - Пoтaпова Н Н Сварочные материалы для дуговой сварки Машиностроение, Москва 1989 [10] - Cпецэлектрод Covered electrodes for manual arc welding, depositing and cutting (Catalô que hàn hãng Spetselektrode, 2000) [11] - AWS Welding Handbook, 9th Edition, 2001 [12]- AWS D1.1/D1.1M (2006), Structural Welding Code - Steel [13] - Esab Welding Consumables, Esab Welding Co., LTD., 2006 [14] - Huyndai Welding Consumables, Huyndai Welding Co., LTD., Korea 2004 [15] - Kobelco Welding Handbook , Kobe Steel LTD., Japan 2004 [16] - Lincoln Welding Handbook , Lincoln Welding Co., LTD., USA 2005 [17] - Modern Arc Welding Technology, S.V Nadkarni, Oxford & IBH Publishing Co PVT Ltd, New Delhi, 1998 [18] - Submerged arc welding, Miller Electrical Mfg Com., USA 1985 97 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 97 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội PHỤ LỤC Phụ lục Danh sách nguyên vật liệu để sản xuất thuốc hàn Việt Nam ST T Tên nguyên liệu Ôxít Titan (Ti2O) Kỹ thuật Thành phần hoá học yêu cầu, % Nguồn cung cấp TiO2 ≥ 95 P ≤ 0,03 - Các sở tinh chế TiO2 S ≤ 0,03 TiO2 ≥ 85 Rutil FeO ≤ 3,5 P ≤ 0,03 - Bình Định - Hà Tĩnh S ≤ 0,03 Ilmenit hoàn nguyên TiO2 = 50 - 52 FeO = 38 - 40 P ≤ 0,03 S ≤ 0,03 Đá vôi (Vôi bột) Đôlômit CaCO3 ≥ 97 - Bình Định - Quảng Trị - Hà Tĩnh, Thái Nguyên,… S ≤ 0,03 - Hà Nam - Hà Tĩnh - Yên Bái,… CaCO3 = 41 - 48 MgO3 = 43 - 76 - Hà Nam - Hà Tĩnh,… P ≤ 0,03 CaF2 ≥ 80 Huỳnh thạch SiO2 = - 18 Fe2O3 = 0,1 - 0,5 K2O = - 12 P = ≤ 0,03 - Hải Dương - Sơn La; - Phú Thọ,… S ≤ 0,03 98 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 98 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trường thạch (Fenspat) SiO2 = 63 - 67 Al2O3 = 14 - 19 Fe2O3 = 0,1 - 0,5 K2O + Na2O = 12 - Yên Bái - Lào Cai,… P ≤ 0,03 Cao lanh S ≤ 0,03 SiO2 = 50 - 56 Al2O3 = 28 - 35 Fe2O3 = max P ≤ 0,03 - Hải Dương; - Hưng Yên - Phú Thọ,… S ≤ 0,03 Al2O3 ≥ 98 SiO2 ≤ 2,0 Alumina Fe2O3 ≤ 0,03 P ≤ 0,03 - Lâm Đồng - Đắc Knông S ≤ 0,03 Mn ≥ 80 C ≤1 10 Fe - Mn - Thái Nguyên - Hà Tĩnh,… Si≤ 1,5 P ≤ 0,2 S ≤ 0,03 Si ≥ 45 C≤1 11 Fe - Si Mn ≤ 1,5 - Thái Nguyên P ≤ 0,2 S ≤ 0,03 12 Nước thủy tinh 99 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh Tỷ trọng ≥1,5 g/m1 Modun: 3,3 – 3,7 - Hải Phòng - Hà Nội 99 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phụ lục Các tiêu kỹ thuật nguyên vật liệu sản xuất thuốc hàn STT Tên nguyên liệu Ôxít Titan (TiO2) Kỹ thuật Rutil Ilmenit Đá vôi (Vôi bột) Đôlômit Huỳnh thạch Độ ẩm, % Độ hạt, μm ≤1 TiO2 P S ≥ 95 ≤ 0,03 ≤ 0,03 74-150 ≤1 TiO2 FeO P S ≥ 85 ≤ 3,5 ≤ 0,03 ≤ 0,03 74-150 ≤1 TiO2 FeO P S = 50 - 52 = 38 - 40 ≤ 0,03 ≤ 0,03 74-150 ≤1 (≤ 3) ≤1 ≤1 Trường thạch (Fenspat) ≤1 Cao lanh ≤1 100 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh Thành phần hoá học, % CaCO3 ≥ 97 P ≤ 0,03 S ≤ 0,03 CaCO3 = 41 - 48 MgO3 = 43 - 76 CaF2 ≥ 80 SiO2 = - 18 Fe2O3 = 0,1 - 0,5 K2O = - 12 P ≤ 0,03 S ≤ 0,03 SiO2 = 63 - 67 Al2O3 = 14 - 19 Fe2O3 = 0,1 - 0,5 K2O +Na2O = - 12 P ≤ 0,03 S ≤ 0,03 SiO2 = 50 - 56 Al2O3 = 28 - 35 Fe2O3 = max P ≤ 0,03 S ≤ 0,03 100 CH11BCNH.KT 61-100 61-100 61-100 61-100 61-100 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 10 Alumin Fe - Mn ≤1 Al2O3 SiO2 Fe2O3 P S ≥ 98 ≤ 2,0 ≤ 0,03 ≤ 0,03 ≤ 0,03 61-100 ≤1 Mn C Si P S ≥ 80 ≤1 ≤ 1,5 ≤ 0,2 ≤ 0,03 74-150 Si C Mn P S SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 P S SiO2 AL2O3 Fe2O3 P S ≥ 45 ≤1 ≤ 1,5 ≤ 0,2 ≤ 0,03 = 55 - 56 = 28 - 31 = max = max ≤ 0,06 ≤ 0,03 = 45 - 55 = 29 - 36 = max = ≤ 0,03 = ≤ 0,06 11 Fe - Si ≤1 12 Bột tan ≤1 13 Mica ≤1 14 Nước thủy tinh 101 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh Tỷ trọng ≥1,35-1,5 g/cm3 Modun : 3,3 – 3,7 101 CH11BCNH.KT 74-150 61-100 61-100 [...].. .Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc Hình 1.2 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc Hình 1.3 Thiết bị hàn hai phía tự động dưới lớp thuốc 11 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 11 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 1.4 Sơ đồ nguyên... loãng, độ thẩm thấu, sức căng bề mặt, góc thấm cần thiết 34 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 34 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 2.5 Giản đồ trạng thái 3 nguyên về nhiệt độ của hệ xỉ hàn, °C Hình 2.6 Giản đồ độ sệt của xỉ ở nhiệt độ 1600°C, Pa.s 35 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 35 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 2.7 Sức căng bề mặt của hệ xỉ hàn... viên: Nguyễn Xuân Mạnh 19 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đối với thuốc hàn để hàn thép: tuỳ 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 huỷ chúng khi hàn, mà tên gọi của thuốc hàn thường dựa trên tính chất hoặc tên gọi của xỉ hàn Đối với thuốc hàn nhôm: nhôm là nguyên tố có ái lực hoá học mạnh với ôxi,... tính hoá học của toàn đủ để đặc trưng cho khả năng ôxi hoá của thuốc – xỉ hàn [0],% 0.10 0 .08 0.06 0.04 0.02 0 0.1 0.3 0.5 0.7 H 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 thép các bon và thép hợp kim thấp 27 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 27 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Theo các giá trị của độ hoạt tính hoá học thể... từ từ Đặc trưng định tính về sự thay đổi độ nhớt của hai loại xỉ này được dẫn ra trên hình 2.4 5 , n3 4 3 2 1 1 2 0 900 1000 110 0 1200 1300 T, 0C Hình 2.4 Sự thay đổi độ nhớt của xỉ phụ thuộc vào nhiệt độ 1-xỉ dài; 2- xỉ ngắn 30 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 30 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các xỉ ngắn thường là xỉ bazơ Chúng chuyển đổi từ trạng thái đông đặc sang trang... trong dầu khí, hóa dầu, nhiệt điện, thủy điện, hóa chất, phát triển mạnh, thúc đẩy ngành công nghệ hàn phát triển và có nhu cầu nhiều về vật liệu hàn Trong đó có nhu cầu về thuốc hàn để hàn tự động dưới lớp thuốc nhằm nâng cao năng suất và chất lượng các công trình và kết cấu hàn Tuy số 15 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 15 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội lượng cơ sở sản xuất vật... thiêu kết hệ bazơ thấp + Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm xác định hàm lượng các chất tạo xỉ chủ yếu trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp F7A(P)2-BK 17 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 17 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ THUỐC HÀN VÀ NỀN TẠO XỈ HÀN 2.1 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA THUỐC HÀN-DÂY HÀN 2.1.1 Các chỉ tiêu cơ bản của thuốc hàn – dây... xuất thuốc hàn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật như sau: - Thuốc hàn phải đảm bảo độ đồng đều về thành phần theo yêu cầu - Đảm bảo độ bền cơ học của hạt thuốc hàn 18 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 18 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Đảm bảo độ ẩm của thuốc hàn theo yêu cầu - Đảm bảo kích thước hạt thuốc và tỷ lệ các cỡ hạt thuốc hàn theo yêu cầu 2.2 CÁC NHÓM CHẤT CHỦ YẾU,... thuốc hàn  Khái niệm: Thuốc hàn là hỗn hợp gồm nhiều thành phần, được chế tạo ở dạng hạt có kích thước xác định trong khoảng 0,25 ÷ 2,0 mm Hình 1.6 Dạng thuốc hàn 13 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 13 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội  Chức năng, công dụng của thuốc hàn: - Bảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác dụng có hại của môi trường xung quanh - Tạo ra môi trường... ôxit bazơ (CaO, MgO) để khử S, P, còn có thể đưa thêm một lượng khá lớn CaF 2 có tác dụng khử S, P và làm giảm lượng hyđrô và cải thiện tính chất kim loại mối hàn 20 Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh 20 CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Nhóm chất liên kết: nước thuỷ tinh đối với thuốc hàn gốm và thiêu kết 2.2.2 Phân loại thuốc hàn  Phân loại theo phương pháp chế tạo: − Thuốc ... Xuân Mạnh CH11BCNH.KT 93 93 94 94 95 95 96 96 97 97 98 98 99 99 100 100 101 101 102 102 103 Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc.. .Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC Học viên: Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH... Nguyễn Xuân Mạnh CH11BCNH.KT Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bách Khoa, Ban Giám đốc tập thể cán Công ty Que hàn điện Việt Đức,… tận tình giúp đỡ việc hoàn thành luận văn Học viên: