Báo cáo: Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn nhập ngoại pot

Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ


Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 242.07RD/HĐ-KHCN



Tên đề tài:
nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật
liệu trong nớc để hàn kết cấu thép thay thế
thuốc hàn nhập ngoại


Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng
Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn văn thống

6796
12/4/2008



Hà Nội, 3 - 2008

1
Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ





Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 242.07RD/HĐ-KHCN





Tên đề tài:
nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật
liệu trong nớc để hàn kết cấu thép thay thế
thuốc hàn nhập ngoại

Hà Nội, 3 - 2008

Cơ quan chủ trì
Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài




KS. Nguyễn Văn Thống


2

Mục lục


Lời mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Phần I. Khái quát về thuốc hàn cho máy hàn tự động . . . . . . 3
I. Việc bảo vệ mối hàn trong hàn nóng chảy. . . . . . . . . 3
1. ảnh hởng của không khí đến mối hàn. . . . . . . . . 3
2. Công việc bảo vệ mối hàn. . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Các phơng pháp bảo vệ mối hàn. . . . . . . . . . . . 4
4. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của ô-xy. . . . . . 5
5. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của hiđrô. . . . . . 7
6. Vai trò của xỉ hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7. Yêu cầu hợp kim hóa mối hàn. . . . . . . . . . . . . 11
II. Thuốc hàn cho máy hàn tự động. . . . . . . . . . . . . . 1 1
1. Hoạt động của máy hàn tự động. . . . . . . . . . . . 11
2. Tác động của thuốc hàn ở máy hàn tự động. . . . . . 13
3. Các loại thuốc hàn tự động. . . . . . . . . . . . . . . 14
III. Thuốc hàn tự động dạng gốm. . . . . . . . . . . . . . . 15
1. Các nhóm thuốc hàn tự động dạng gốm. . . . . . . . . 15
2. Vật liệu làm thuốc hàn dạng gốm. . . . . . . . . . . . 16
Phần II. Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm. . . . 18
I. Lựa chọn loại thuốc hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
II. Lựa chọn các thành phần trong thuốc hàn. . . . . . . . 18
III. Quy trình chế tạo thuốc hàn dạng gốm . . . . . . . . . 22
IV. Dây chuyền thiết bị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
V. Sản xuất thử nghiệm thuốc hàn. . . . . . . . . . . . . . 25
VI. Công thức pha trộn nguyên liệu . . . . . . . . . . . . . 26
Phần III. Kết luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
I. Đặc tính kĩ thuật của thuốc hàn chế tạo. . . . . . . . . . 27
II. So sánh với thuốc hàn nhập ngoại. . . . . . . . . . . . . 27

III. Hớng dẫn sử dụng thuốc hàn chế tạo . . . . . . . . . . 28
IV. Khả năng chế tạo trong nớc . . . . . . . . . . . . . . . 28
Phần IV Phụ lục . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Tài liệu tham khảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55









3



Lời mở đầu

Trong sự phát triển chung của nghành công nghiệp, nghề hàn đóng một vai
trò quan trọng. Rất nhiều thiết bị hàn hiện đại, với kỹ thuật mới đợc du nhập
vào nớc ta. Trong các thiết bị hàn công nghệ mới này có thiết bị hàn hồ quang
ngầm, đây là loại thiết bị hàn đầu tiên ở nớc ta hoạt động ở chế độ tự động, vì
vậy thờng đợc gọi là máy hàn tự động. Thiết bị hàn tự động có nhiều u điểm
nh: hàn đợc dòng hàn lớn, vật hàn dày,tốc độ hàn nhanh, mối hàn đều, độ
ngấu sâu, hàn vật hàn dày mà không cần vát mép,nên tiết kiệm đợc vật liệu,
công sức, thời gian, ngoài ra do hàn tự động nên ngời thợ tránh đợc các tác
hại của hồ quang. Thiết bị hàn tự động có một xe con, trên đấy có đầu hàn
cùng cuộn dây hàn và hộp chứa thuốc hàn. Xe con đa đầu hàn chạy dọc theo

mép hàn, hộp chứa thuốc hàn ở đằng trớc rắc thuốc hàn sẵn lên mép sắp hàn,
hồ quang xuất hiện ở phía dới lớp thuốc hàn này, ánh sáng của nó không lọt
đợc ra ngoài, vì thế có tên là hàn hồ quang ngầm. Thiết bị hàn tự động đã đợc
một số cơ sở sản xuất ở nớc ta bớc đầu nghiên cứu chế tạo. Thuốc hàn cho
thiết bị hàn tự động cho đến nay vẫn phải nhập từ nớc ngoài. Thiết bị hàn tự
động rất phù hợp với xu thế chung là tự động hóa các thiết bị sản xuất. Ngày
nay ở nớc ta thiết bị hàn tự động ngày càng phát triển, đợc sử dụng rộng rãi
trong các ngành sản xuất, làm các cấu kiện thép nh dầm cầu thép, khung nhà
tiền chế, đóng tàu. Vì vậy nhu cầu về thuốc hàn tự động ngày càng tăng.
Trớc đây đã có một số cơ sở nghiên cứu bớc đầu về thuốc hàn tự động,
nhng là phục vụ việc hàn đắp, tạo nên một lớp kim loại cứng trên bề mặt, và
cũng cha có ứng dụng rộng rãi. Trong hàn các kết cấu thép thì mối hàn phải
dẻo, dai, chịu đợc các rung động. Nhóm thực hiện đề tài Nghiên cứu chế tạo
thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong nớc để hàn kết cấu thép thay thế thuốc
hàn nhập ngoại mong muốn đóng góp đợc một số kinh nghiệm về việc sử
dụng vật liệu trong n
ớc làm ra loại thuốc hàn tự động để hàn các kết cấu thép,
và qua đấy đánh giá đợc khả năng chế tạo tại nớc ta.

4


Phần I
. Khái quát về thuốc hàn cho máy hàn tự động


I. Việc bảo vệ mối hàn trong hàn nóng chảy

1. ảnh hởng của không khí đến mối hàn.
Chúng ta sống và làm việc trong bầu khí quyển của trái đất. Không khí cho ta
ôxy để thở, ôxy còn cho ta ngọn lửa để sởi ấm và nấu ăn. Nhng hai thành phần
chính của không khí là ôxy và ni-tơ đều có hại cho mối hàn. Hầu hết các kim loại
ta thờng hàn đều rất dễ bị ôxy hoá, nhiệt độ càng cao tốc độ ôxy hoá càng nhanh,
mà nhiệt độ hàn lại rất cao, nên nếu bể hàn tiếp xúc đợc với ôxy thì toàn bộ sẽ bị
biến thành ôxit kim loại. ôxy còn có khả năng hoà tan vào kim loại, sau này tạo
thành dung dịch rắn với kim loại đấy. Cả hai dạng này đều có tác dụng xấu đến cơ
tính của mối hàn, nh làm giảm độ dẻo, độ bền, độ dai va đập ( hình 1 ). Còn ni-tơ
có đặc tính là dễ dàng hoà tan vào kim loại lỏng của bể hàn, nhiệt độ càng cao, mức
độ hoà tan càng nhiều. Khi bể hàn nguội đi, khả năng hoà tan giảm, ni-tơ bị đẩy
dần ra thành các bọt khí, bọt khí từ từ nổi lên trên để thoát vào không khí. Nhng
khả năng hòa tan ni-tơ lại giảm với mức đột biến ở nhiệt độ kim loại chuẩn bị kết
tinh ( hình 2 ), làm xuất hịên một lợng bọt khí rất lớn, các bọt khí này không còn
đủ thời gian thoát vào không khí trớc khi kim loại lỏng đông đặc, nên mức độ rỗ
khí là lớn, làm giảm chất lợng mối hàn. Trong trạng thái rắn một phần nhỏ ni-tơ
vẫn có thể hòa tan trong kim loại, lúc này nó có tác dụng làm tăng độ bền của kim
loại, nhng lại làm giảm độ dẻo ( hình 3 ). Vì vậy trong tất cả các phơng pháp hàn
nóng chảy đều phải có biện pháp cách li không khí khỏi vùng hàn để bảo vệ mối
hàn.
2. Công việc bảo vệ mối hàn.

Việc cách li không khí khỏi vùng hàn không phải là một công việc quá khó. Ta
có thể dùng một chất khí không có hại cho bể hàn liên tục thổi lên vùng hàn đẩy
không khí ra ngoài, hoặc dùng thuốc hàn bọc lên điện cực hàn hay rắc lên vùng hàn
để tạo khí và xỉ bao phủ bề mặt bể hàn để bảo vệ. Trong thực tế công việc bảo vệ
mối hàn không chỉ là cách li không khí khỏi vùng hàn, mà vấn đề còn phức tạp hơn
nhiều. Khí hiđrô ( H
2
) cũng là một chất khí có hại cho mối hàn, nó làm giảm độ
bền cơ học của mối hàn, làm xuất hiện các khuyết tật dạng rỗ bọng, các vết nứt
nóng và nứt tế vi trong mối hàn, các vết nứt lạnh ở vùng lân cận mối hàn. Hiđrô đi
vào mối hàn từ môi trờng bao bọc xung quanh, từ các cáu bẩn ở mép hàn và từ
kim loại của vật hàn, vì trong thép luôn có một lợng nhỏ hiđrô đợc hoà tan.
Ngay chính những chất đợc dùng để bảo vệ mối hàn cũng có thể lại là một nguồn
đa ôxy, hiđrô vào vùng hàn. Thí dụ khí CO
2
dùng bảo vệ mối hàn trong hàn MAG
hoặc đợc tạo ra do sự phân hủy các chất có gốc cácbonát trong thuốc hàn có thể sẽ
ôxy hóa mối hàn theo phản ứng:
Fe + CO
2
= CO + FeO . ( 1 1)

5
Hơi nớc trong thuốc hàn dới dạng độ ẩm cũng có tác dụng tơng tự
( hình 4 ):
Fe + H
2
O = H
2
+ FeO. ( 1 2 )

Do đó việc bảo vệ mối hàn lại có thêm công việc mới là ngăn chặn sự thâm nhập
của khí hiđrô vào bể hàn và khử ôxy ngay trong bể hàn. Vì vậy ngời ta lại phải sử
dụng thêm một vài chất khác để khắc phục khiếm khuyết của chất đã đợc chọn
trớc làm nhiệm vụ bảo vệ, chất thêm này lại cũng có thể tạo ra một khiếm khuyết
nhỏ hơn, thì lại phải bổ sung thêm một chất nữa giải quyết khiếm khuyết đấy. Do
đó thành phần các chất tạo nên thuốc bảo vệ là tơng đối nhiều, ảnh hởng tơng
tác các thành phần hóa học với nhau rất phức tạp, đòi hỏi sự nghiên cứu cả về lí
thuyết và thực hành thật sâu sắc.
3. Các phơng pháp bảo vệ mối hàn.
Các phơng pháp hàn nóng chảy khác nhau có biện pháp khác nhau để bảo vệ
mối hàn.
Trong hàn que ngời ta sử dụng lớp thuốc hàn bọc trên điện cực hàn, trong hàn
tự động thì thuốc hàn ở dạng hạt nhỏ đợc rắc lên vùng hàn làm nhiệm vụ này.
Thuốc hàn có nhiều nhóm thành phần khác nhau, chức năng khác nhau, mỗi nhóm
có cách bảo vệ riêng của mình: có nhóm là để cho hồ quang đốt cháy tạo ra luồng
khí mà thành phần chính là CO
2
thổi lên vùng hàn đẩy không khí ra ngoài, có nhóm
là để hồ quang làm cho nóng chảy tạo nên lớp xỉ lỏng nhẹ bao phủ bề mặ bể hàn
tạo nên lớp ngăn cách với không khí, đồng thời tạo ra các phản ứng khử ôxy với
kim loại bể hàn đa các tạp chất chuyển vào xỉ hàn, có thành phần khi bị nóng chảy
thì đi vào bể hàn tìm gặp các ôxit sắt để thực hiện các phản ứng khử ôxy
Trong các phơng pháp hàn trong môi trờng có khí bảo vệ ( MIG, MAG ), thì
khí bảo vệ làm nhiệm vụ đẩy không khí ra ngoài, còn việc tạo ra phản ứng khử ôxy
thì phải kết hợp với dây hàn. Dây hàn ở đây, trong khi sản xuất đợc pha trộn thêm
kim loại có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt nh Mn, Si. Khi dây hàn nóng chảy, thành
phần Mn và Si sẽ làm nhiệm vụ khử ôxy của bể hàn.
4. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của ôxy.
Ngoài môi trờng không khí, ôxy có thể thâm nhập vào mối hàn từ các chất
cáu bẩn, han gỉ của mép hàn, từ hơi nớc của thuốc hàn dới dạng độ ẩm, từ ngay

chính các ôxit sắt có trong các thành phần làm ra thuốc hàn và cả do các chất đợc
đa vào để khử ôxy của bể hàn.
Các thành phần của gỉ sắt ở nhiệt độ hàn sẽ tham gia vào phản ứng hóa học với
chính kim loại lỏng:
Fe
2
O
3
+ Fe = 3FeO ( 1 3 )
Fe
3
O
4
+ Fe = 4FeO ( 1 4 )
Các ôxit sắt nóng chảy đợc phân bổ cả vào kim loại lỏng và xỉ theo định luật
phân phối:
( FeO )
L = ( 1 5 )

[ FeO ]



6

1005
N
Fe
Hình 2. ảnh hởng của nhiệt độ đối với sự hòa tan của nitơ trong sắt.
Hình 1.

ảnh hởng của Ôxy đối với các tính chất cơ học của mối hàn.
0,05
Đ
ộ

h
ò
a

t
a
n

c
ủ
a

n
i
t
ơ
,

%
500
0
0,01
0,02
0,04
0,03

0,05
0,06
0,07
P
0
1
3
2
4
Chất lỏng
Fe
Fe
1000 1500
o
C
0,1MPa
2

5
0,10
k
a
0,15 0,20
0,25% O
20
2

c

k

40
60
80
6
, (MPa)
kc
120
a , (%)
k5


7
Hình 3. ảnh hởng của nitơ đối với các tính chất cơ học của kim loại mối hàn.

255
3
[H], cm /100g
0
Hình 4. ảnh hởng của độ ẩm đối với lợng hyđrô trong kim loại mối hàn.
8
0
4
12
Đ
ộ

h
ò
a

t
a
n

c
ủ
a

n
i
t
ơ
,

%
0
0
1
3
2
4
0,40,2 0,6
Độ ẩm %
0,8
Nitơ trong mối hàn, %
0,100,05 0,15
Đ
ộ

d

ã
n

d
à
i


0
5
0,20 0,25
5

20
10
15
c
5
6
MPa
%
30
k






8

( FeO ): lợng ôxit sắt hòa tan trong xỉ, tính theo %.
[ FeO ]: lợng ôxit sắt hòa tan trong kim loại lỏng, tính theo %.
L : hằng số phân phối. Hằng số phân phối này phụ thuộc vào tính
chất của xỉ.
Nh vậy ta có thể nhận thấy: nếu lợng ôxit sắt trong xỉ nhiều, thì lợng ôxit
sắt trong kim loại mối hàn cũng sẽ nhiều, nếu ta không có biện pháp khử ôxy phù
hợp trong bể hàn.
5. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của hiđrô.
Hiđrô có thể đi vào vùng hàn từ môi trờng bao bọc xung quanh, các chất bẩn
bám trên vật hàn, thuốc hàn và cả từ kim loại của vật hàn. Để chống sự thâm nhập
của hiđrô thì việc đầu tiên là làm sạch vật hàn khỏi các chất bám bẩn, dầu mỡ, sự
ẩm ớt. Hiđrô còn có trong các chất làm ra thuốc hàn nh ferô kim loại, các chất
khoáng, vì vậy khi lựa chọn nguyên liệu phải tính đến các nguyên liệu chứa ít
hiđrô. Lợng hiđrô trong các thành phần làm ra thuốc hàn càng nhiều thì lợng
hiđrô trong mối hàn càng lớn, hình 4 cho ta hiểu rõ ảnh hởng này hơn.
Độ ẩm của thuốc hàn cũng là nguồn đa hiđrô vào mối hàn. Hơi nớc bị phân li
nhiệt trong cột hồ quang. Sự tơng tác của hơi nớc với sắt, ferô hợp kim và một số
hợp chất của xỉ lỏng tạo thành hiđrô tự do hoặc hiđrôxin. Sự tơng tác này đợc
môtả bằng các phản ứng hóa học sau:

Me + H
2
O MeO + H
2
( 1 6 )
2FeO + H
2
O Fe
2
O

3
+ H
2
( 1 7 )
Me + 2H
2
O MeO + OH + H ( 1 8 )
CO + H
2
O CO
2
+ H
2
( 1 9 )

Do ảnh hởng nhiệt độ cao của cột hồ quang phân tử hiđrô bị phân li và một
phần bị ion hóa.
Theo tính toán của I.I. Frumin và chứng minh bằng thực nghiệm của V.I.
Lakomsky thì hiđrô hòa tan trong kim loại cao nhất ở nhiệt độ 2400 2450
0
C.
Trong khi hàn các giọt kim loại điện cực cũng đợc nung nóng đến nhiệt độ đấy.
Mức độ hòa tan của hiđrô trong kim loại lỏng giảm dần khi nhiệt độ hạ đi, hiđrô bị
đẩy ra ở dạng bọt khí, bọt khí nổi dần lên thoát khỏi kim loại lỏng, xuyên qua xỉ
thoát ra ngoài. Xỉ có tính thấm khí tốt lúc này tạo điều kiện cho khí thoát nhanh. ở
nhiệt độ kết tinh khả năng hòa tan của hiđrô giảm một cách đột biến ( hình 5 ) làm
xuất hiện một lợng bọt khí lớn, lúc này các bọt khí không còn đủ thời gian thoát ra
ngoài trớc khi kim loại lỏng đông đặc, gây nên hiện tợng rỗ bọng trong mối hàn.
[ 1 ]
Trong kĩ thuật hàn ngời ta áp dụng các biện pháp sau để làm giảm lợng hiđrô

trong mối hàn:
- Làm loãng các chất khí ở vùng hồ quang bằng cách làm phân hủy các chất hữu
cơ, muối hoặc các chất có gốc cacbonát trong thuốc hàn, tức là làm giảm áp lực khí
hiđrô lên kim loại lỏng.



9


[N, O]
0,10
0,06
0,02
Hình 6. ảnh hởng của tính bazơ của xỉ rutyn đối với lợng ôxy và nitơ
trong kim loại mối hàn.
600
Hình 5. ảnh hởng của nhiệt độ đối với độ hòa tan của hyđrô trong sắt.
0
20
10
30
0,2
0,6 1,0
[N]
b
[O]
Fe
14001000 1800
Fe

Fe
Lỏng
26002200
o
T, C
[H], cm /100g
40
0,1MPa
2
P
H


10

Hình 8. Quan hệ giữa áp lực hyđrô trong vùng hồ quang và lợng
trong thuốc hàn kêramic.
Hình 7.
ảnh hởng của tính bazơ của xỉ đối với độ dai va đập của mối hàn
với que hàn rutyn.
á
p

l
ự
c

c
ủ
a

h
y
đ
r
ô
,

M
P
a
0
0
2
4
6
8
10
12
40 80
x 10
-3
80
0,2
120
160
0,6
200
k
, J

CaCO
CaCO %
3
3
b
1,0


11

- Giảm lợng hiđrô trong các chất làm ra thuốc hàn bằng cách lựa chọn các chất
không có hoặc chỉ chứa ít hiđrô.
- Liên kết hiđrô thành các chất không hòa tan trong thép lỏng và bền ở nhiệt độ
hồ quang.
6. Vai trò của xỉ hàn.
Xỉ hàn có vai trò rất quan trọng trong các phơng pháp hàn có cách bảo vệ là
tạo nên lớp xỉ lỏng, nhẹ bao phủ trên bề mặt bể hàn. Lớp xỉ lỏng này tạo nên lớp
ngăn cách với không khí cho bể hàn, tăng cờng hiệu qủa cách li không khí. Ngoài
ra xỉ còn có tác dụng khử ôxy, các chất phi kim, silic, phốt pho và lu huỳnh của bể
hàn. Xỉ hàn gồm các chất phi kim nóng chảy nh ôxít, halôgen, sunphít v.v Xỉ
gồm nhiều thành phần nh: SiO
2
; TiO
2
; Al
2
O
3
; FeO; MnO; MgO; CaO; CaF
2

Tỉ
lệ của các thành phần thay đổi làm cho xỉ có các tính chất khác nhau, ảnh hởng
khác nhau đến kim loại nóng chảy. Trong các thành phần của xỉ có các ôxit mang
tính axit nh: SiO
2
; TiO
2
, các ôxit mang tính bazơ nh: CaO; FeO; Na2O; K2O và
cả các ôxit lỡng tính nh: Ti
2O3; Al2O3. Xỉ chứa trội các ôxit axit gọi là xỉ axit,
xỉ chứa trội ôxit bazơ gọi là xỉ bazơ. Bên cạnh đấy huỳnh thạch ( có thành phần
chính là CaF
2
) cũng ảnh hởng đến tính chất axit bazơ của xỉ. Trong hệ xỉ CaO
CaF
2
TiO
2
thì CaF
2
thể hiện tính bazơ khi lợng TiO
2
lớn, còn trong hệ xỉ CaO
CaF
2
SiO
2
thì ảnh hởng này không đáng kể. Qua thực nghiệm ngời ta nhận thấy
rằng: tính bazơ của xỉ có tác dụng tốt đến việc giải phóng ôxy khỏi bể hàn , giúp
khử bớt silic của bể hàn và các tạp chất phi kim.

Lu huỳnh và phốt pho là hai thành phần có hại trong thép, vì lu huỳnh làm
thép dễ bị nứt ở trạng thái nóng, còn phốt pho làm giảm độ dẻo của thép. Xỉ hàn có
tác dụng hạn chế sự thâm nhập của lu huỳnh từ điện cực hàn và thuốc hàn vào
kim loại mối hàn. Qua thực nghiệm ngời ta nhận thấy rằng toàn bộ lu huỳnh có
trong kim loại vật hàn đợc chuyển vào mối hàn, trong khi chỉ một nửa từ điện cực
hàn và một phần ba từ thuốc hàn. Điều này chứng tỏ sự tơng tác giữa kim loại vật
hàn và kim loại điện cực hàn với xỉ hàn không giống nhau và xỉ có vai trò trong
việc khử lu huỳnh của bể hàn. Việc tách lu huỳnh khỏi FeS rồi chuyển nó vào xỉ
xảy ra theo các phản ứng sau:
[ FeS ] + [ Mn ] = ( MnS ) + [ Fe ] ( 1 10 )
[ FeS ] + [ MnO ] = ( MnS ) + FeO ( 1 11 )
[ FeS ] + [ CaO ] = ( FeO ) + CaS ( 1 12 )
Các sunfit mănggan và sunfit canxi không hòa tan trong bể hàn nh sunfit sắt
và chúng chuyển vào xỉ hàn. Tính bazơ hay axit của xỉ không có sự khác nhau đáng
kể trong việc khử lu huỳnh.
Phốt pho trong bể hàn ở dạng Fe
2
P , dới tác dụng ôxy hóa của FeO trở thành
P
2
O
5
không hòa tan trong kim loại nên dễ dàng chuyển vào xỉ

2Fe
2
P + 5FeO ( P
2
O
5

) + [ Fe ] ( 1 13 )

( Ngoặc đơn chỉ các thành phần hòa tan trong xỉ, ngoặc vuông là hòa tan trong
kim loại lỏng ).

12
Đây là loại phản ứng thuận nghịch, nên quá trình có thể xẩy ra theo chiều ngợc
lại. Trong xỉ bazơ
P
2
O
5
kết hợp với CaO tạo thành 3CaO.P
2
O
5
nên không có chiều
ngợc lại, vì vậy việc khử phốt pho hiệu quả hơn. Theo I. Kazamatzu độ bazơ của
xỉ hàn ( B ) đợc tính theo tỉ lệ % của các thành phần trong xỉ theo tỉ lệ thức:
CaO + MgO + FeO + MnO + K
2
O + Na
2
O
B = ( 1 14 )

SiO
2
+ 0,788 TiO
2

Qua thực tế ngời ta nhận thấy rằng: độ bazơ của xỉ có ảnh hởng đến lợng ôxy
trong mối hàn và độ dai va đập của mối hàn. Độ bazơ của xỉ tăng thì lợng ôxy
trong mối hàn giảm, còn độ dai va đập của mối hàn tăng, ta có thể tham khảo ảnh
hởng tơng tự qua hình 6 và 7.
Trong quá trình kim loại lỏng của bể hàn nguội đi, các chất khí bị hòa tan trớc
đây đợc đẩy dần ra ở dạng bọt khí, các bọt khí này nổi lên bề mặt bể hàn, xuyên
qua lớp xỉ thoát vào không khí. Lợng khí thoát ra mạnh nhất là lúc bể hàn bắt đầu
kết tinh. Tính thấm khí của xỉ bazơ cao hơn xỉ axit nên tác dụng ngăn cách không
khí của xỉ bazơ để bảo vệ bể hàn kém hơn, nhng nó lại tạo điều kiện cho các chất
khí thoát ra tốt khi bể hàn đang kết tinh, vì vậy làm giảm khả năng gây ra khuyết
tật rỗ khí. Sự bao phủ của xỉ hàn làm cho bể hàn nguội chậm hơn, tạo điều kiện cho
các bọt khí kịp thoát ra ngoài trớc khi bể hàn đông đặc, làm giảm hiện tợng rỗ
khí.
Nhiệt độ nóng chảy của xỉ hàn cao hơn của kim loại, nên xỉ đông đặc trớc bể
hàn. Sự đông đặc này giúp giữ kim loại lỏng của bể hàn không chảy ra ngoài bể
hàn, tạo thuận lợi cho việc tạo dáng mối hàn, điều này càng quan trọng khi đờng
hàn không phải ở mặt phẳng nằm ngang.
7. Yêu cầu hợp kim hóa mối hàn.
Do nhiệt độ cao của bể hàn, một tỉ lệ nào đấy của các nguyên tố hợp kim bị ôxy
hóa và chuyển vào xỉ hàn, một tỉ lệ khác bị tiêu hao bởi hiện tợng bay hơi. Hai
quá trình này làm cho mối hàn có tỉ lệ các thành phần hợp kim ít đi. Để bù lại sự
hao hụt này ngời ta có thể cho thêm vào thuốc hàn ôxit của các kim loại đấy, hoặc
các ferô kim lọai của chúng. Bằng cách này ta cũng có thể làm tăng tỉ lệ các thành
phần hợp kim để nâng cao chất lợng mối hàn, mà ta gọi là hợp kim hóa mối hàn.
Tuy nhiên bể hàn chỉ có khả năng hấp thụ mạnh những nguyên tố mà các ôxit của
chúng có khả năng khuyếch tán cao hơn hoặc bằng ôxit sắt nh: đồng, nicken,
côban, vônfram, môlipđen.

II. Thuốc hàn cho máy hàn tự động
.
1. Hoạt động của máy hàn tự động.
Thiết bị hàn tự động gồm có nguồn điện hàn và xe hàn. Trên xe hàn có
gía đỡ cùng cuộn dây hàn, đầu hàn và hộp chứa thuốc hàn. Xe hàn chạy trên
đờng ray dẫn hớng, hộp thuốc hàn đặt phía trớc đầu hàn rắc thuốc hàn lên
mép hàn, dây hàn đợc tự động đẩy qua đầu hàn tạo hồ quang với vật hàn. Hồ


13


V
ậ
t

h
à
n

H
ì
n
h

9
.


T
h
i
ế
t

b
ị

h
à
n

t
ự

đ
ộ
n
g


1
-

C

u
ộ
n

d
â
y

h
à
n
.










2
-

D
â
y

h

à
n
.













3
-

Đ
ầ
u

h
à
n
.

4
-

H
ộ
p

t
h
u
ố
c

h
à
n
.

5
-

X
e

h
à
n
.

6
-

X
ỉ

r
ắ
n
.

7
-

T
h
u
ố
c

h
à
n
.










8
-

X
ỉ

l
ỏ
n
g
.















9
-

B
ể

h
à
n
.

1
0
-

K
i
m

l
o
ạ
i

m
ố
i

h
à
n
.
B
ộ

đ
i
ề
u

k
h
i
ể
n
U
o
N
g
u
ồ
n

đ
i
ệ
n

h
à
n
6
1
0
8
3
7
9
2
1
H

ớ
n
g

h
à
n
5
4

14


quang xuất hiện giữa đầu dây hàn và vật hàn đợc lớp thuốc hàn bao phủ không để
lọt ánh sáng ra ngoài nên còn gọi là hàn hồ quang ngầm. Một phần thuốc hàn bị đốt
cháy tạo ra chất khí ( chủ yếu là khí CO
2 ) phun ra đẩy không khí ra khỏi vùng hàn,
một phần khác của thuốc hàn bị nóng chảy tạo nên lớp xỉ lỏng hình thành lớp ngăn
cách vùng hồ quang và bể hàn với không
khí ( hình 9 ). Lợng thuốc hàn sử dụng bao giờ cũng phải nhiều hơn mức cần thiết
cho việc đốt cháy và nóng chảy để tăng cờng mức độ che phủ hồ quang.
Sau khi hàn xong phần thuốc hàn còn lại đợc thu hồi, sàng sảy để loại bỏ xỉ
lẫn rồi dùng bổ sung cho thuốc mới.
Phơng pháp hàn tự động cho phép: [ 1 ]
- Tăng năng suất hàn tới 15 17 lần so với hàn tay. Điều này đạt đợc nhờ:
a) sử dụng cờng độ và mật độ dòng điện lớn,
b) tăng tốc độ chảy của kim loại dây hàn tới 17 22g/ Ah,
c) tăng chiều sâu ngấu do đó giảm lợng kim loại dây hàn,
d) tăng tốc độ hàn tới 20 m/ h và hơn.
- Nâng cao chất lợng mối hàn nhờ kim loại lỏng đợc bảo vệ khỏi tác động
của môi trờng xung quanh; nhờ sự đồng nhất thành phần hóa học của mối hàn.
- Tăng hiệu suất sử dụng dây hàn và lợng điện tiêu thụ, giảm sự hao hụt kim
loại do không có sự bắn tóe,
- Cải thiện điều kiện lao động của công nhân hàn.
- Giảm thời gian đào tạo thợ hàn.

Nguồn điện hàn của hàn tự động là nguồn xoay chiều hoặc một chiều. Hàn tự
động với dòng xoay chiều có tính kinh tế hơn. Song ứng dụng dòng một chiều
ngợc cực cho phép nhận mối hàn chất lợng cao hơn. Vì vậy khi hàn các kết cấu
quan trọng từ thép hợp kim nên sử dụng dòng một chiều cực dơng.

2. Tác động của thuốc hàn ở phơng pháp hàn tự động.
Yêu cầu chung cho thuốc hàn tự động gồm: [ 1 ]
- Đảm bảo tính ổn định của hồ quang và quá trình hàn.
- Đảm bảo các tính chất và thành phần hóa học của mối hàn.
- Tạo dáng mối hàn đẹp.
- Mối hàn không nứt chứa ít tạp chất.
- Xỉ dễ bong.
Giải quyết các yêu cầu đặt ra có liên quan đến vật hàn và dây hàn. Do đó thuốc
hàn cho hàn tự động rất đa dạng.
Thuốc hàn ngoài nhiệm vụ bảo vệ mối hàn còn giúp ta mồi hồ quang dễ dàng
hơn ( nhất là khi hàn với dòng xoay chiều ) và giữ cho hồ quang ổn định. Tính ổn
định của hồ quang cho phép ta mở rộng phạm vi điều chỉnh chế độ hàn và trong
nhiều trờng hợp cải thiện sự tạo dáng mối hàn. Các chất làm tăng tính ổn định của
hồ quang là các chất i-ôn hóa nh: K
2
O, Na
2
O, CaO, CaF
2




15

Thành phần hóa học của mối hàn đợc tạo bởi kim loại vật hàn và dây hàn cùng với
sự tơng tác của chúng với thuốc hàn nóng chảy. Qua thực tế ngời ta nhận thấy
đôi khi chỉ sự thay đổi nhỏ của thành phần thuốc hàn cũng làm thay đổi đáng kể
cấu trúc và các tính chất của nó. Thí dụ khi hàn thép hợp kim cao cờ rôm nicken
với dây cùng thành phần, dùng thuốc hàn si-lic cao cho mối hàn cấu trúc thô và
tính chất giảm, mặc dù thành phần mối hàn thay đổi không đáng kể. Để hàn đợc
các mối hàn đạt chất lợng tốt khi hàn thép cac bon và thép hợp kim thấp cần kết
hợp đồng bộ dây và thuốc hàn, thí dụ: dây hàn thép cac bon thấp hoặc dây hàn
mănggan hàn với thuốc hàn măngan si-lic cao, còn dây hàn mănggan hàn với thuốc
hàn mănggan tự do silic cao.
Sự tạo dáng mối hàn đợc quyết định bởi các tính chất của thuốc hàn nh: độ
nhớt, sức căng của các pha trên ranh giới kim loại xỉ , điều này phụ thuộc vào
các thành phần trong thuốc hàn.
Để có đợc mối hàn không chứa các vết nứt và ít bị rỗ nhất phụ thuộc vào kim
loại vật hàn và thành phần của xỉ tác dụng lên nó khi hàn. Ngời ta nhận thấy khả
năng chống nứt nóng cao nhất của mối hàn khi hàn thép cac bon thấp và thép hợp
kim thấp đợc đảm bảo bởi thuốc hàn cao silic và cao ôxit mănggan. Sự hợp kim
hóa mối hàn bằng mănggan để tăng chống nứt kết tinh và đảm bảo các tính chất
yêu cầu của mối hàn đợc thực hiện thông qua thuốc hàn hoặc dây hàn.
Tính bong của xỉ chịu ảnh hởng của các tính chất lí hóa của nó. u điểm của
thuốc mănggan tự do silic cao là xỉ dễ bong. Điều này đợc giải thích bằng tác
dụng ô-xy hóa yếu hơn của thuốc đối với kim loại mối hàn khi đông đặc, kết quả là
sự tạo thành màng mỏng ôxit trên bề mặt chậm hơn và xỉ khó bám hơn trên mặt.

3. Các loại thuốc hàn tự động.
Theo phơng pháp chế tạo ngời ta chia thuốc hàn thành 2 nhóm: thuốc hàn
nóng chảy và thuốc hàn dạng gốm.
Thuốc hàn nóng chảy là loại thuốc hàn mà khi chế tạo ngời ta phải nung
thuốc hàn lên nhiệt độ nóng chảy của nó. Quá trình sản xuất thuốc hàn gồm 3 công

đoạn chính: chuẩn bị và pha trộn nguyên liệu, nung chảy phối liệu, gia công tạo
hạt. Nguyên liệu đợc tuyển chọn, nghiền đập thành hạt đều nhau. Tùy vào loại lò
nung đợc sử dụng mà kích thớc hạt có khác nhau để bảo đảm sự nóng chảy tốt và
ít bị tiêu hao, nếu dùng lò điện thì kích thớc hạt to hơn khoảng 2 3mm, nếu dùng
lò phản xạ thì kích thớc hạt nhỏ hơn chỉ khoảng 1 mm. Các hạt nguyên liệu này
đợc sấy để đạt độ ẩm không quá 0,5%. Công thức pha trộn nguyên liệu đợc tính
toán theo mác thuốc và kiểu lò nung. Nguyên liệu đợc cân đong, pha trộn cẩn thận
theo công thức đã chọn. Phối liệu đợc cho vào lò để nung chảy. Việc tạo hạt thuốc
từ thuốc nóng chảy có thể thực hiện theo 2 cách: phơng pháp tạo hạt ớt hoặc
phơng pháp tạo hạt khô. Phơng pháp tạo hạt ớt hay đợc sử dụng hơn vì đơn
giản. Thuốc lỏng đợc cho vào nớc, gặp lạnh thuốc biến thành các hạt nhỏ. Sau
đấy thuốc phải sấy để loại trừ hơi nớc, độ ẩm của thuốc không quá 0,1 %.
Thuốc khô đợc rây để phân loại, các hạt quá to đợc nghiền để rây lại, các

16
hạt quá nhỏ phải loại bỏ. Phơng pháp tạo hạt khô có thể thực hiện bằng cách phun
không khí vào thuốc lỏng để làm nguội hoặc đổ thuốc lỏng vào khuôn kim loại.
Thuốc rắn đợc nghiền cơ khí, rồi đợc rây để phân loại.
Thuốc hàn dạng gốm là loại thuốc hàn mà khi chế tạo thuốc chỉ đợc nung
đến một nhiệt độ thích hợp ( cha đến nhiệt độ nóng chảy ) để tạo nên độ rắn chắc
cho hạt thuốc và làm cho hạt thuốc có độ ẩm thấp nhất. Quá trình sản xuất thuốc
gốm có thể chia thành 3 công đoạn chính: chuẩn bị và pha trộn nguyên liệu, tạo
hạt, sấy thuốc. Nguyên liệu đợc tuyển chọn, nghiền thành bột. Công thức pha trộn
nguyên liệu đợc tính toán theo từng mác thuốc. Nguyên liệu đợc cân đong cẩn
thận theo công thức đã chọn, đợc cho vào thiết bị trộn khô, trộn thật cẩn thận cho
đều, rồi đợc chuyển vào thiết bị trộn ớt để trộn với nớc thủy tinh. Phối liệu ớt
đợc chuyển sang thiết bị ép và tạo hạt để tạo ra hạt thuốc có độ chắc và tơng đối
tròn. Các hạt thuốc còn ớt này đợc cho vào lò nung. Công đoạn nung gồm 2
bớc: nung sơ bộ và nung nhiệt độ cao. Các tính chất công nghệ của phần lớn thuốc
đợc cải thiện, tính háo nớc của chúng giảm rõ rệt khi tăng nhiệt độ nung. Nhng

sự tăng nhiệt độ nung có giới hạn vì khả năng xẩy ra các phản ứng pha khô bất lợi
làm ôxy hóa các nguyên tố hợp kim và phân hủy các ôxit cao kim loại và các muối.
Thuốc sấy xong đợc rây để phân loại, hạt to đợc nghiền để rây lại, hạt quá nhỏ bị
loại ra ( sau đó có thể bổ sung vào phối liệu ớt của mẻ sau ).
Thuốc hàn nóng chảy có u điểm là không có tính háo nớc, hạt rắn nên việc
bảo quản dễ dàng. Nhng nhợc điểm là do nung ở nhiệt độ cao nên một số thành
phần bị phân hủy, biến đổi tính chất hóa học làm thay đổi thành phần của thuốc,
gây nên sự hao hụt, đồng thời gây khó khăn cho việc tính toán tỉ lệ các thành phần
phối liệu. Việc sản xuất thuốc nóng chảy tiêu thụ năng lợng lớn.
Thuốc hàn dạng gốm có
u điểm là các thành phần phối liệu không bị phân
hủy hay biến chất trong quá trình chế tạo do nhiệt độ nung không cao, nên việc tính
toán các thành phần khá chính xác. Mỗi hạt thuốc có đầy đủ các thành phần làm ra
thuốc hàn, chúng giữ nguyên tính chất và thành phần hoá học nh lúc ban đầu.
Không giống thuốc nóng chảy, thuốc gốm có khả năng hoàn nguyên kim loại. Để
thực hiện công đoạn này ngời ta đa vào thuốc gốm các kim loại tự do ( phần lớn
ở dạng ferô kim loại ) có ái lực hóa học mạnh hơn sắt. Ferô mănggan, ferô silic,
ferô titan, bột nhôm, hợp kim silic canxi là những chất có thể dùng để khử ô xy
trong thuốc gốm. Việc sử dụng một lợng nhỏ các nguyên tố tinh luyện nh : ferô
titan, bột nhôm, silic canxi cho phép tinh luyện cấu trúc mối hàn làm tăng độ dẻo
và khả năng chống nứt kết tinh của mối hàn. Lợng thuốc gốm tiêu hao ít hơn so
với thuốc nóng chảy nhờ khối lợng riêng của nó nhỏ hơn. Sản xuất thuốc gốm tiêu
thụ năng lợng ít. Nhợc điểm là thuốc hàn gốm có tính háo nớc, độ rắn chắc của
hạt thuốc không cao nên việc bảo quản khó khăn, trớc khi hàn thờng phải sấy lại.
Các u điểm của thuốc hàn gốm đợc đánh giá cao, nên mặc dù thuốc hàn
nóng chảy đợc nghiên cứu ra và sản xuất trớc, nhng ngày nay tại các nớc phát
triển nh Hoa Kỳ, Đức lợng thuốc gốm đợc sản xuất ra gấp 2 4 lần thuốc nóng
chảy. [ 1 ]

17


III. Thuốc hàn tự động dạng gốm
.
1. Các nhóm thuốc hàn tự động dạng gốm.
Theo Viện Hàn Quốc tế ( IIW ) các thuốc gốm đợc chia thành 5 loại:
- Thuốc mănggan silic, kí hiệu: MS.
- Thuốc canxi silic, kí hiệu: CS.
- Thuốc nhôm rutin, kí hiệu: AR.
- Thuốc nhôm kiềm, kí hiệu: AB.
- Thuốc florua kiềm, kí hiệu: FB.
Thuốc mănggan silíc đảm bảo sự hình thành tốt mối hàn với khả năng chống
rỗ cao. Loại thuốc này chủ yếu dùng để hàn thép thờng, mỏng với một đờng hàn.
Thuốc canxi silic thuộc loại trung tính hoặc bazơ nhẹ, tạo dáng mối hàn đẹp
và xỉ dễ bong, cho phép ứng dụng dòng cao, đảm bảo các tính chất cơ học và khả
năng chống nứt kết tinh của mối hàn.Thuốc đợc dùng để hàn một hoặc nhiều
đờng các thép hợp kim thấp trong nghành đóng tàu, làm bồn chứa và các kết cấu
thép khác.
Thuốc nhôm rutin là loại tổng hợp hơn cả. Chúng có các tính chất công nghệ
tốt nhất, đặc biệt khi hàn tốc độ cao Mối hàn có các tính chất cơ học và chống nứt
tốt. Thuốc nhôm rutin dùng cho hàn các kết cấu thép các bon thấp và thép hợp
kim thấp trong chế tạo máy, đóng tàu, ôtô và các nghành công nghiệp khác.
Thuốc nhôm kiềm có các tính chất công nghệ tốt và đảm bảo các tính chất
cơ học cùng khả năng chống nứt cao của mối hàn Về phơng diện luyện kim
thuốc này nằm giữa thuốc bazơ thấp và bazơ. Thuốc dùng cho hàn thép hợp kim
thấp độ bền cao trong đóng tàu, bình áp lực cao và các kết cấu thép đặc biệt khác.
Thuốc florua kiềm thuộc loại có tíng bazơ cao. Chúng đảm bảo các tính chất
cơ học cao nhất và khả năng chống nứt kết tinh của mối hàn. Tính công nghệ của

thuốc florua kiềm kém hơn các loại thuốc khác. Thuốc dùng để hàn một hoặc
nhiều đờng thép xây dựng hạt mịn độ bền cao và thép có yêu cầu chống lạnh cao
của mối hàn.
2. Vật liệu làm thuốc hàn dạng gốm.
Bảng dới đây cho biết các thành phần chủ yếu làm ra thuốc hàn dạng gốm. [
1 ]
Theo bảng này, các thành phần chủ yếu làm ra thuốc hàn gốm là: ôxit mănggan,
ôxit canxi, ôxit nhôm, ôxit silic, ôxit magiê, florua canxi, trong thuốc nhôm rutin
còn có ôxit titan ( TiO
2
). Ngoài ra còn có thể có một số thành phần khác nh:
- Các ferô kim loại ( ferô silic, ferô titan, ferô mănggan ), bột nhôm, hợp kim
silic-canxi để thực hiện phản ứng hoàn nguyên. Ferô titan, bột nhôm, silic-canxi
còn có tác dụng tinh luyện cấu trúc mối hàn làm tăng độ dẻo và khả năng chống
nứt kết tinh của mối hàn.
- Các muối và ôxit cao ( MnO
2
, Fe
2
O
3
) làm tăng khả năng tác dụng của pha khí
trong cột hồ quang, làm giảm lợng hiđrô trong vùng hồ quang.
- Đá vôi ( CaCO
3
) làm tăng khả năng chống rỗ mối hàn gây bởi hiđrô


18

C¸c lo¹i thuèc hµn d¹ng gèm. [ 1 ]


Lo¹i thuèc

Thµnh phÇn chÝnh

Thµnh phÇn kh¸c
L−îng tèi
thiÓu cña
thµnh phÇn
chÝnh %

M¨nggan- Silic
¤xit m¨nggan – MnO
Th¹ch anh - SiO
2

¤xit canxi - CaO

¤xit nh«m – Al
2
O
3

Flua - CaF
2


50

Canxi - Silic
Th¹ch anh – SiO
2

¤xit canxi – Ca O
¤xit magiª - MgO

¤xit nh«m – Al
2
O
3

¤xit m¨ng gan- MnO
Florua canxi - CaF
2


60

Nh«m - Rutin
¤xit nh«m – Al
2
O
3

¤xit canxi - CaO
Rutin – TiO
2

Th¹ch anh - SiO
2

¤xit m¨nggan – MnO


45

Nh«m – KiÒm
¤xit nh«m – Al
2
O
3

¤xit canxi - CaO
¤xit magiª - MgO

Th¹ch anh - SiO
2

¤xit m¨nggan – MnO

45

Flua – KiÒm
¤xit canxi - CaO
¤xit magiª - MgO
Flua - CaF
2

Th¹ch anh - SiO
2

¤xit m¨nggan – MnO
¤xit nh«m – Al
2
O
3



50

19
Phần II. Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm.


I. Lựa chọn loại thuốc hàn.
Nh ta thấy ở phần trên thuốc hàn dạng gốm đang đợc đánh giá cao, các
nớc trên thế giới đang từ thuốc nóng chảy chuyển dần sang sản xuất thuốc gốm
nhiều hơn. Nớc ta có nhiều khoáng sản khác nhau, trong đấy các khoáng sản
chứa các nguyên liệu có các thành phần có thể làm ra thuốc hàn gốm tơng đối
nhiều. Việc sản xuất thuốc hàn gốm không đòi hỏi thiết bị quá phức tạp, cũng
không cần nhiều năng lợng. Vì vậy nhóm đề tài chọn thuốc hàn gốm để nghiên
cứu chế tạo.
Trong các thuốc hàn gốm, thì chọn loại thuốc nhôm rutin để nghiên cứu
vì thuốc nhôm rutin có tính tổng hợp hơn cả, chúng có các tính chất công nghệ tốt
nhất. Mối hàn có các tính cơ học và chống nứt tốt. Thuốc nhôm rutin dùng cho
hàn các kết cấu thép các bon thấp và thép hợp kim thấp trong chế tạo máy, đóng
tàu, ô tô và các ngành công nghiệp khác. [ 1 ]

II. Lựa chọn các thành phần trong thuốc hàn.
Thuốc hàn gốm nhôm rutin, nh phần trên ta đẫ thấy có các thành phần hóa
học chủ yếu là: Al
2
O
3
, rutin ( thành phần hóa học chính là TiO
2
), CaO, SiO
2
, MnO.
Ngoài ra còn có thể có các thành phần khác nh: MgO, FeMn, FeSi, FeTi, CaF

2
,
MnO
2
, Fe
2
O
3
, CaCO
3
.
Qua nghiên cứu và thử nghiệm chúng tôi quyết định lựa chọn các nguyên liệu
sau: bôxit, rutin, đá vôi, huỳnh thạch, đôlômít, cao lanh, quặng mănggan, ferô
mănggan, ferô silic.
- Bôxit là loại silicat nhôm có thành phần chủ yếu là ôxit nhôm ( 65% 80%
Al
2
O
3
).
Trong thuốc hàn nó là chất làm ổn định hồ quang và là chất tạo xỉ.
Theo các tài liệu tỉ lệ Al
2
O
3
có thể đến 40% của thuốc hàn. [ 1 ]
- Rutin là loại sa khoáng tự nhiên có thành phần chính là TiO
2
, loại dùng cho
sản xuất thuốc hàn có tỉ lệ TiO

2
trên 90%.
Khi hàn rutin giúp cho việc mồi hồ quang, giữ cho hồ quang ổn định và êm. Tỉ
lệ lớn của TiO
2
giúp cho CaF
2
thể hiện tính bazơ trong xỉ.
- Đá vôi có thành phần chủ yếu là CaCO
3
.
Khi hàn dới tác dụng nhiệt của hồ quang xẩy ra phản ứng hóa học:
CaCO
3
= CaO + CO
2
( 2 1 )
Khí CO
2
thoát ra có tác dụng đẩy không khí khỏi vùng hàn, đồng thời giúp ổn
định hồ quang. Khí CO
2
còn có tác dụng làm loãng các chất khí ở vùng hồ

20
quang từ đấy làm giảm áp lực của hiđrô lên kim loại lỏng, nhờ thế lợng hiđrô hòa
tan vào kim loại lỏng ít đi. Ta có thể thấy tác dụng này qua hình 8.
CaO có vai trò quan trọng trong việc khử phốt pho và lu huỳnh trong mối hàn.
Sunfit sắt trong bể hàn gặp CaO xẩy ra phản ứng hóa học:
[ FeS ] + ( CaO ) = ( FeO ) + CaS ( 2 2 )

Ngoặc [ ] chỉ thành phần hòa tan trong bể hàn, ngoặc ( ) chỉ thành phần hòa tan
trong xỉ.
Không giống nh FeS là hòa tan trong kim loại lỏng, CaS không hòa tan trong
kim loại và chuyển vào xỉ.
Phốt pho tồn tại trong kim loại lỏng dới dạng phốtphít sắt ( Fe
2
P ), nó bị ôxy
hóa bởi ôxit sắt:
2Fe
2
P + 5FeO ( P
2
O
5
) + 9[ Fe ] ( 2 3 )
Phản ứng này có thể xảy ra theo cả hai chiều: thuận, nghịch. Quá trình luyện
kim có rutin, tính bazơ của xỉ ảnh hởng lớn tới quá trình khử phốtpho. Trong xỉ
bazơ P
2
O
5
kết hợp với CaO:
P
2
O
5
+ 3CaO = 3 CaO. P
2
O
5

( 2 4 )
CaO. P
2
O
5
không hòa tan nên không có chiều nghịch. Còn trong xỉ axit FeO kết
hợp trớc với silic nên tốc độ ôxy hóa phốtpho giảm. Ta biết rằng trong hệ xỉ CaO
CaF
2
- TiO
2
các tính chất bazơ của huỳnh thạch ( thành phần chính là CaF
2
) thể
hiện khi nồng độ TiO
2
lớn, còn khi CaO lớn thì nó đóng vai trò là chất phụ gia axit.
Trong thuốc hàn đợc chế tạo lợng rutin chiếm khoảng 15%, còn lợng đấ vôi
chiếm khoảng 7%, vì vậy xỉ do thuốc hàn tạo ra mang tính bazơ.
- Đôlômít là cacbônát hỗn hợp có thành phần chính là CaMg(CO
3
)
2
.
Dới tác động của hồ quang, đôlômít nóng chảy tham gia tạo xỉ, đồng thời bị
phân hủy tạo ra khí CO
2
và các thành phần nóng chảy CaO, MgO. ảnh hởng của
MgCO
3

có thể thấy trên hình 10. Tác dụng của CO
2
và CaO đã bàn đến ở phần trên,
ngoài ra CaO và MgO còn có tác dụng làm tăng độ bazơ của xỉ.
- Huỳnh thạch có thành phần chủ yếu là CaF
2
( lợng CaF
2
có thể đến 95% )

21
Huỳnh thạch rất dễ nóng chảy, tham gia tạo xỉ. Trong xỉ CaF
2
phản ứng hóa học
với SiO
2
tạo ra khí hiđrôflorua ( HF ). Quá trình tạo ra khí hiđrôflorua trong vùng
hồ quang xẩy ra theo các phản ứng sau:
2( CaF
2
) + ( SiO
2
) = 2CaO + SiF
4
, ( 2 5 )
SiF
4
+ 2H
2
O = SiO

2
+ 4HF . ( 2 6 )
Dới tác dụng của hồ quang CaF
2
có thể tơng tác trực tiếp với hơi nớc cho ra
khí hiđrôflorua:
CaF
2
+ H
2
O = CaO + 2HF. ( 2 7 )
Khí hiđrôflorua không hòa tan trong thép lỏng và bền ở nhiệt độ hồ quang nên
thoát ra ngoài, làm giảm áp lực của hiđrô lên bể hàn, từ đấy làm giảm lợng hiđrô
hòa tan trong kim loại lỏng, kết quả là mối hàn ít bị rỗ. Ta có thể tham khảo ảnh
hởng này trên hình 11.
- Cao lanh là loại silicat nhôm có thành phần chủ yếu là Al
2
(Si
4
O
10
).6H
2
O
( lợng Al
2
(Si
4
O
10

).6H
2
O chiếm 80% 90% ).
Cao lanh dẻo nên có tác dụng tốt trong việc tạo hạt cho thuốc. Khi hàn nó nóng
chảy tham gia tạo xỉ. Dới tác dụng của hồ quang Al
2
(Si
4
O
10
).6H
2
O bị phân hủy
thành Al
2
O
3
và SiO
2
. Ôxit nhôm có tác dụng làm ổn định hồ quang. Ôxit silic tham
gia vào việc khử hiđrô và khử ôxy.
- Quặng mănggan có thành phần chủ yếu là các ôxit mănggan ( lợng ôxit
mănggan chiếm khoảng 50% ).
Khi hàn quặng măng gan nóng chảy tham gia tạo xỉ. Trong xỉ ôxit mănggan và
cả ôxit silic tham gia vào các phản ứng hóa khử giúp khử ôxy khỏi kim loại mối
hàn. Giai đoạn đầu khi giọt kim loại lỏng từ dây hàn nóng chảy chuyển vào xỉ thì
xẩy ra phản ứng hóa học:
SiO
2
+ 2Fe = 2FeO + Si ( 2 8 )

22


H×nh 10. ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang (1) vµ l−îng hi®r« trong
kim lo¹i mèi hµn (2 ) phô thuéc l−îng trong thuèc hµn.
H×nh 11.
¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang (1) vµ l−îng hi®r« trong
kim lo¹i mèi hµn (2 ) phô thuéc l−îng trong thuèc hµn.
H


+

H


O


1
H
y
®
r
«

t
r
o
n
g

m
è
i

h
µ
n
0
0
4
4
8
128
2
CaF
CaF %
2
0,04
2
[H]
0,08
P
2

[H], cm /100g
3
12
0
0
4
8
4
8
201612
3
MgCO
2
,

M
P
a
MgCO
3
%
1
2
0,04
0,08
12
2
2
H

+

H


O


P




23

MnO + Fe = FeO + Mn ( 2 9 )
Theo định luật phân phối một phần ôxit sắt hòa tan trong xỉ, phần kia chuyển
vào bể hàn. Silic và mănggan đợc tạo ra cũng chuyển vào bể hàn.
Giai đoạn sau khi nhiệt độ bể hàn không còn quá cao, trong bể hàn xẩy ra phản
ứng theo chiều ngợc lại: silic và mănggan khử ôxy của ôxit sắt có trong bể hàn
tạo ra SiO, MnO và Fe. Các ôxit silic và ôxit mănggan di chuyển vào xỉ. Lúc này
cần giữ cho bể hàn nguội chậm để các ôxit này có đủ thời gian chuyển hết vào xỉ
khi kim loại lỏng cha kịp đông đặc. Nh vậy tác dụng bao phủ của xỉ và cả thuốc
hàn cha nóng chảy là hết sức quan trọng.
- Ferô silic thông thờng có 3 loại: loaị 45%, loại 75% và loại 95 % silic. Để
sản xuất thuốc hàn ta dùng loại 45% Si, vì những loại có hàm lợng silic cao
thờng gây ra các phản ứng hóa học bất lợi với kiềm của thủy tinh lỏng.
Ferô silic là chất khử ôxy và hợp kim hóa mối hàn. Lợng silic trong thuốc hàn
giúp mối hàn chống nứt nóng tốt, ngoài ra tỉ lệ silic cao còn làm cho xỉ dễ bong.

- Ferô mănggan thờng có lợng mănggan trên 78%.
Ferô mănggan là chất khử ôxy và hợp kim hóa mối hàn. Hợp kim hóa với
mănggan làm tăng khả năng chống nứt kết tinh và tăng độ bền, cải thiện tính dẻo
của mối hàn.

III. Quy trình chế tạo thuốc hàn dạng gốm
.
Thuốc hàn dạng gốm đợc chế tạo theo 3 bớc chính: chuẩn bị và pha trộn
nguyên liệu, tạo hạt, sấy thuốc.
Tất cả các nguyên liệu dạng khoáng chất đợc chọn lựa theo đúng chủng loại,
thành phần đạt chất lợng rồi đợc nghiền nhỏ. Chúng đợc sàng để loại bỏ các hạt
quá cỡ, thông thờng kích thớc của các hạt không quá 0,3 mm. Nguyên liệu phải
khô, độ ẩm không quá 1%. Nguyên liệu đạt yêu cầu đợc nhập vào kho nguyên liệu
để sử dụng dần. Từng thành phần đợc cân theo đúng tỉ lệ có mặt của chúng trong
công thức pha trộn đã chọn. Tất cả các phần nguyên liệu cân xong đợc cho chung
vào thiết bị trộn. Đầu tiên chúng đợc trộn khô cho đến khi các thành phần trộn lẫn
đều với nhau. Sau đấy chuyển sang chế độ trộn ớt, bằng cách rót thêm dần nớc
thủy tinh vào trong khi trộn. Nớc thủy tinh có thành phần chủ yếu là
KNaSiO
3
.nH
2
O, có tác dụng tạo nên sự dính kết các hạt phối liệu, khi khô đi tạo
nên độ cứng của viên thuốc. Sau này trong khi hàn nớc thủy tinh phân hủy tạo ra

24
các chất K
2
O và Na
2

O là các chất làm ổn định hồ quang. Khi phối liệu đã ớt đều
thì đợc chế biến tạo thành từng hạt thuốc. Các hạt thuốc đợc tiếp tục vê tròn để
có dạng hình cầu và tạo nên độ sít chặt. Hạt thuốc càng sít chặt thì trong quá trình
bảo quản, vận chuyển hạt thuốc càng khó bị vỡ nhỏ ra. Sau đấy thuốc đợc sấy.
Việc sấy thuốc đợc chia thành 2 giai đoạn: sấy sơ bộ và sấy nhiệt độ cao. Việc
chia làm 2 giai đoạn là để đảm bảo hạt thuốc khô đều và có độ ẩm thấp nhất. Trong
giai đoạn đầu nhiệt độ đợc nâng dần lên đến 250
o
C. Trong giai đoạn 2, nhiệt độ
đợc nâng dần lên đến nhiệt độ nung cần thiết của loại thuốc. Khi tăng nhiệt độ
nung thì tính háo nớc của thuốc giảm rõ rệt, còn các tính chất công nghệ thì đợc
cải thiện. Tuy nhiên việc tăng nhiệt độ nung có giới hạn vì nhiệt độ cao có thể gây
ra các phản ứng bất lợi trong thuốc, làm ôxy hóa các nguyên tố hợp kim và phân
hủy các ôxit cao kim loại và muối. Nếu là thuốc dùng cho hàn đắp, tạo nên bề mặt
kim loại cứng thì nhiệt độ nung chỉ đến 450
o
C, còn nếu là các loại thuốc hàn kết
cấu thép thì nhiệt độ nung có thể lên đến 700
o
C, thậm chí có loại lên đến 900
o
C.
Sấy xong, thuốc đợc làm nguội xuống nhiệt độ bình thờng. Sau đấy thuốc đợc
sàng lọc lại để loại bỏ hạt không đạt kích cỡ. Hạt to quá và hạt nhỏ quá so với yêu
cầu đều phải loại ra, vì vậy thuốc phải qua 2 loại sàng: sàng loại bỏ hạt to và sàng
loại bỏ hạt nhỏ. Các hạt quá to thì đợc nghiền để sàng lại. Các hạt quá nhỏ thì
đợc đa trở lại công đoạn trộn nguyên liệu. Thuốc đạt yêu cầu đợc đóng gói
trong bao nilông hoặc hộp kim loại.
Dây chuyền công nghệ đợc mô tả theo sơ đồ dới đây.

Kho n
g
u
y
ên liệu Cân
Trộn khô
Trộn ớt Tạo hạt Vê tròn

S
ấ
y
nhiệt độ thấ
p

Sấ
y
nhiệt độ cao
Làm n
g
uội
Đón
g

g
óiNhậ
p
kho thành
p
hẩm Sàn
g
lọc thành
p
hẩm