Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bộ hàn gốm ding để hàn tự động théo có độ bền cao dưới lớp thuốc trợ dung

Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 1








Báo cáo đề tài nghiên cứu Khcn & MT


Đề tài
:
Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột hàn gốm ding để hàn
tự động thép có độ bền cao dới lớp thuốc trợ dung.


ắ Bộ chủ quản : Bộ công thơng
ắ
Cơ quan chủ quản : Tổng công ty hoá chất việt nam
ắ
Cơ quan thực hiện : công ty cổ phần que hàn điện việt đức
ắ Chủ nhiệm đề tài : Kỹ s Đặng Trần Lơng



7229
28/3/2009

Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 2

Mục lục


Trang
Chơng I Đặt vấn đề 3
1. Tổng quan 3
2. Đánh gía về thị trờng 3
Chơng II Hàn và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 4
I. Giới thiệu chung về hàn 4
II. Mục tiêu nghiên cứu 4
1. Giải quyết tính công nghệ hàn 4
2. Các chỉ tiêu cơ lý hoá học kim loại mối hàn 4
3. Hớng nghiên cứu 5
4. Phơng pháp nghiên cứu 6
5. Bớc nghiên cứu 7
Chơng III Nghiên cứu về phân loại và đặc tính của bột hàn 8
I. Phân loại 8
II. Nghiên cứu tính chất của thuốc hàn 8
1. Yêu cầu chung của thuốc hàn với dây hàn nóng chảy 8
2. Đặc tính của bột hàn gốm kiểu AR 9
Chơng IV Nghiên cứu tính chất của nguyên liệu 10
1. Đá vôi 10
2. Đô lô mít 11
3. Canxi florua 11
4. Rutil 11
5. Cao lanh 12
6. Fenspát 12

7. Sạn cao nhôm 12
8. Zirconi 13
9. Quặng Mangan 13
10. Các hợp chất có kim loại và hợp kim ferro 13
10.1 Ferro Silic 14
10.2 Ferro mangan 14
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 3
Chơng V Nghiên cứu ảnh hởng của nguyên tố hợp kim đến
kim loại hàn
16
1. Các bon 16
2. Magan 16
3. Silic 16
4. Lu huỳnh 16
5. Phốt pho 16
Chơng VI Nghiên cứu một số khuyết tật trong quá trình hàn 17

1. ảnh hởng của không khí tới chất lợng mối hàn
17

2. ảnh hởng cuả bột hàn không đồng đều
18
3. Rỗ khí trong mối hàn 20
4. Đờng nứt trong mối hàn 20
Chơng VII Kết quả nghiên cứu 21
1. Mẫu sản xuất thử ngày 02/5/2008 21
2. Mẫu sản xuất thử ngày 23/7/2008 21
3. Mẫu sản xuất thử ngày 10/11/2008 22
4. Mẫu sản xuất 80kg 22

Chơng VIII Lựa chọn thiết bị phù hợp và hoàn thiện công nghệ
sản xuất
23
I. Sơ lợc về công nghệ sản xuất bột hàn gốm 23
II. Sơ đồ công nghệ sản xuất bột hàn gốm 23
1. Hệ thống trộn và tạo hạt 25
2. Hệ thống sấy khô nhiệt độ thấp và nung nhiệt độ cao 25
3. Hệ thống sàng phân ly và nghiền hạt to 25
4. Hệ thống chuyển và chứa bột hàn 25
III. Các thiết bị chính của dây chuyền 25
IV. Đánh giá tác động môi trờng 27
V. Tính toán giá thành bột hàn 27
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 4
Chơng I
đặt vấn đề
1. Tổng quan
Hiện nay do nền công nghiệp của đất nớc đang trên đà phát triển,
việc sử dụng vật liệu hàn cũng đa dạng hơn và số lợng vật liệu hàn tăng
30% so với năm 1997, 1998: Đó là sử dụng hàn khí (hơi) Ô xy axetilen,
hàn bằng khí gas, hàn hồ quang với que hàn có vỏ bọc, hàn TIG, MIC,
MAG và hàn với dây (băng) bọc lõi thuốc, hàn dới lớp thuốc
Việc sử dụng bột hàn để hàn các chi tiết, kết cấu sẽ mang lại năng
suất cao, chất lợng liên kết hàn tốt, đảm bảo mỹ quan do đó nó mang lại
hiệu quả kinh tế lớn trong việc chế tạo gia công các chi tiết, kết cấu có
kích thớc lớn.
ở các nớc công nghiệp phát triển, ngành sản xuất vật liệu hàn đã
chế tạo đợc rất nhiều loại bột hàn dùng để hàn tự động dới lớp thuốc
cho các loại vật liệu từ vật liệu thép các bon thấp cho tới các mác thép
hợp kim cao cũng nh các kim loại màu.

2. Đánh giá về thị trờng:
Hiện nay, mỗi tháng công ty CP que hàn điện Việt Đức nhập trung
bình 20 tấn bột hàn /tháng, do vậy cả năm sẽ vào khoảng 250 tấn. Trong
thời gian tới dự kiến tỉ trọng que hàn sẽ giảm đi do công nghệ hàn tiên
tiến hơn sẽ sử dụng nhiều đến bột hàn loại này nên đến năm 2010 dự
kiến tiêu thụ 350tấn/năm. Mặt khác bột hàn của công ty cổ phần que hàn
điện Việt Đức chiếm khoảng 40% thị phần. Nh vậy nhu cầu của cả nớc
sẽ vào khoảng 875 tấn/năm.
Đối với ngành công nghiệp chế tạo vật liệu hàn ở Việt Nam còn rất
non trẻ, đã có nhiều cơ sở sản xuất vật liệu hàn nhng phần lớn các cơ sở
chỉ sản xuất loại bột hàn thông dụng để hàn thép có độ bền trung bình và
cũng chỉ giới hạn ở sản xuất bột hàn nóng chảy, rất ít các cơ sở chế tạo
đợc các loại bột hàn để hàn thép có độ bền cao. Do đó việc công ty Cổ
phần que hàn điện Việt Đức đề xuất và tiến hành nghiên cứu Quy trình
công nghệ sản xuất bột hàn gốm dùng để hàn tự động thép có độ bền
cao dới lớp thuốc trợ dung là một hớng đi đúng, nó sẽ góp phần đa
dạng hoá mặt hàng sản xuất của công ty, đáp ứng nhu cầu thị trờng và
phục vụ sự phát triển nền kinh tế của đất nớc.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 5
Chơng II
hàn và Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
I. Giới thiệu chung về hàn
Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không tháo đợc từ kim
loại, hợp kim và các vật liệu khác (chất dẻo, thuỷ tinh )
Khi hàn nóng chảy, mối ghép hàn là một bộ phận của kết cấu bao gồm mối
hàn, kim loại vùng ảnh hởng nhiệt và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ
chức dới tác dụng của sự hàn. Mối hàn là chất hợp kim nấu chảy của kim loại
cơ bản (vật hàn) và kim loại bổ xung (vật liệu hàn) còn vùng ảnh hởng nhiệt là
phần kim loại cơ bản với các tính chất thay đổi do hàn.

Hàn nóng chảy có thể liên kết đợc hầu hết các kim loại và hợp kim với
chiều dày bất kỳ. Có thể hàn các kim loại và hợp kim không đồng nhất.
Hàn là quá trình công nghệ đợc ứng dụng rộng rãi để chế tạo mới và phục
hồi các kết cấu chi tiết. Tính u việt của các kết cấu hàn so với đúc, tán và rèn
đã đợc công nhận, bao gồm sự giảm tiêu hao kim loại, giảm chi phí lao động,
đơn giản thiết bị, rút ngắn thời gian sản xuất và tăng năng suất sản phẩm mà
không cần mở rộng mặt bằng sản xuất. Đồng thời khả năng cơ khí hoá các thao
tác công nghệ chính cũng đợc mở rộng đáng kể. Tuy nhiên tất cả các tính u
việt của hàn chỉ có thể thực hiện đợc khi đảm bảo đợc chất lợng cần thiết
của các mối hàn để kết cấu có thể làm việc lâu dài và tin cậy. Điều này có đợc
trên cơ sở nghiên cứu sâu sắc công nghệ hàn và xác định mối quan hệ của nó
với các dạng kết cấu và các đặc điểm của sản phẩm đợc sản xuất.
II. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
1) Giải quyết tính công nghệ hàn.
Hàn đợc các loại thép các bon thấp và hợp kim thấp.
Sau khi hàn mối hàn có xỉ phủ đều, dễ bong (tự bong), bề mặt xỉ đẹp.
Đảm bảo tính công nghệ hàn tốt khác: hồ quang ổn định, êm, ít sôi, mối
hàn láng, mỹ quan.
2) Các chỉ tiêu cơ lí, hoá học kim loại mối hàn:
Đạt theo yêu cầu chất lợng đề ra: tiêu chuẩn AWS A5.17-89 của Mỹ
Tơng đơng một số bột hàn cùng loại của Thuỵ Điển, Đài Loan, Hàn
Quốc, Mỹ.
Thành phần hóa học và cơ tính của kim loại mối hàn cần đạt đợc:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 6
C 0,15%
Mn 1,8%
Si 0,9%
S 0,035%
P 0,035%

Cơ tính kim loại mối hàn
Giới hạn bền
B
: 415 đến 550 MPa
Giới hạn chẩy
C
330 MPa
Độ giãn dài
L-5d
22%
Độ dai va đập a
KV
27J ở nhiệt độ 18
O
C

Để thực hiện đợc các mục tiêu trên, các vấn đề cần nghiên cứu sẽ là:
a) Nghiên cứu về phân loại và các đặc tính của bột hàn các loại nói chung
và bột hàn gốm nói riêng.
b) Nghiên cứu tính chất của các nguyên liệu dùng cho sản xuất bột hàn
gốm.
c) Nghiên cứu so sánh đặc điểm, thành phần cơ lí, hoá kim loại mối hàn
và tính công nghệ hàn của một số loại bột hàn ở một số nớc công
nghiệp phát triển.
d) Nghiên cứu xây dựng phối liệu phù hợp để sản xuất loại bột hàn kiểu
AR.
e) Sản xuất thử trên phòng thí nghiệm, kiểm tra đánh giá chất lợng.
f) Sản xuất lô nhỏ trên phòng thí nghiệm để giới thiệu sản phẩm (lấy ý

kiến khách hàng).
g) Lựa chọn thiết bị phù hợp.
h) Hoàn thiện công nghệ sản xuất, sản xuất lô sản phẩm lớn.
3) Hớng nghiên cứu
Từ những phân tích nghiên cứu tính chất của nguyên liệu, sự ảnh hởng
của nguyên tố hợp kim đến kim loại hàn cũng nh những khuyết tật do bột
hàn gây ra trong quá trình hàn để thoả mãn mục tiêu đề ra.
Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn bột hàn gốm kiểu AR là nhóm Nhôm
Rutil.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 7
Chất kết dính cho loại bột hàn này là hỗn hợp thuỷ tinh lỏng gồm: 70%
thuỷ tinh lỏng Kali và 30% thuỷ tinh lỏng Natri. Hỗn hợp thuỷ tinh lỏng này
có các thông số sau: Modul Silic: 3ữ3,2 Nồng độ: 38ữ40
o
Be
4) Phơng pháp nghiên cứu
Dựa vào Catalog giới thiệu bột hàn của một số nớc Đài loan, Hàn Quốc,
Nga, Pháp, Đức để nghiên cứu chế tạo bột hàn gốm để hàn thép Các bon thấp
và thép hợp kim thấp.
Nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu liên quan đến lĩnh vực vật liệu hàn nói
chung và lĩnh vực bột hàn nói riêng, sau đó tập hợp lựa chọn qua các kết quả
thực nghiệm để lựa chọn một phối liệu tối u cho sản xuất bột hàn AR đảm
bảo mục tiêu đề ra
Bột hàn AR tơng đơng và phù hợp với tiêu chuẩn AWS A5.17-89 đợc
liệt kê ở bảng 5. (Bảng thành phần hóa kim loại mối hàn, khi hàn một số loại
bột hàn gốm cùng loại của một số nớc sản xuất, dùng với lõi H08A hoặc
tơng đơng).
Bảng 5
Thành phần hoá học (%)

Kí hiệu Tiêu chuẩn
C Mn
Si
P S
Cu
F7A2 EL8
Mỹ,AWS
A5.17
0,15 1,8 0,9

0,035
0,035

0,35
S502-H
Nhật, JIS
3183
- - -
0,035 0,035
-
AR-7
(F7-VD)
Việt Đức
0,06ữ
0,12
0,8
ữ1,40
0,6ữ
0,9
0,019ữ

0,03
0,014ữ
0,03
-
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 8
5) Các bớc nghiên cứu
Dựa vào đề cơng nghiên cứu, nhóm nghiên cứu thực hiện tuần tự theo
các bớc để giải quyết các yêu cầu và mục tiêu của đề tài:
Giải quyết công nghệ tạo hạt: Công nghệ tạo thành bột hàn, thuốc phải vê
đợc viên thành dạng tròn.
Công nghệ sấy: Sau tạo hạt, thuốc đợc sấy sơ bộ để tách phần lớn hơi
nớc thoát ra ở nhiệt độ <150
o
C . Thuốc sấy không có hiện tợng nứt rạn trong
thời gian sấy ở lò điện, có nhiệt độ sấy khoảng 700 đến 950
o
C: thuốc khô đều,
không bị biến màu, không rạn nứt độ ẩm <1%.
Công nghệ hàn: Nhóm bột hàn là nhóm Nhôm Rutil, mặt khác trong
phối liệu có sử dụng một số lợng hợp kim Ferro nên bột hàn loại này có thể
hàn đợc cả ở dòng điện một chiều và xoay chiều có hồ quang rất ổn định xỉ
phủ đều và tự bong, mối hàn đẹp. Trong quá trình hàn bột hàn cháy ổn định, hồ
quang không bị ngắt, ít bắn toé kim loại.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 9
Chơng III
Nghiên cứu về phân loại và đặc tính của bột hàn
I- Phân loại:
Bột hàn dùng để hàn dới lớp thuốc gồm chủ yếu các loại ôxýt cùng các

hợp kim, đợc trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định và đợc chia làm 2 loại chính:
loại bột hàn nóng chảy và bột hàn gốm.
a. Bột hàn nóng chảy có thể nấu bằng lò điện hồ quang, lò phản xạ hoặc lò
chõ dùng than cốc (nấu thủ công). Đợc thiêu kết, làm nguội tạo hạt. Khi
hàn thuốc nóng chẩy ra tạo xỉ hàn. Bột hàn nóng chẩy có các loại chứa
SiO
2
, MnO, trong quá trình hàn nó tăng cờng sự hoàn nguyên Si, Mn.
Bột hàn có chứa lợng ôxýt nhỏ còn lại là lợng Huỳnh thạch hoặc các
hợp chất thuộc nhóm Halốit. Bột hàn chứa ôxýt hoặc không chứa ôxýt và
ngời ta cho thêm một lợng TiO
2
.
b. Bột hàn gốm là loại bột hàn gồm các ôxýt, hợp chất kim loại Kiềm hoặc
Kiềm thổ trộm với tỷ lệ nhất định rồi tạo hạt, nung nóng. Đặc điểm của
bột hàn gốm là rất dễ hút ẩm.
Khi sản xuất bột hàn gốm không có công đoạn nung chảy nên thuốc cho
phép chứa đủ các thành phần mong muốn. Các thành phần vật liệu giữ ở trạng
thái tự nhiên cho tới khi hàn. Điều này cho phép tiến hành xử lý luyện kim bổ
xung kim loại mối hàn, làm thay đổi cấu trúc và thành phần của nó hiệu quả hơn
so với thuốc nóng chảy. Lợng thuốc gốm nói chung tiêu hao ít hơn thuốc nóng
chảy do vậy chọn nghiên cứu công nghệ sản xuất bột hàn gốm là hớng đi đúng.
II. Nghiên cứu tính chất của thuốc hàn
1. Yêu cầu chung của thuốc hàn với dây hàn nóng chảy.
a- Đảm bảo tính ổn định của hồ quang và quá trình hàn
b-Đảm bảo các tính chất và thành phần hoá học của mối hàn
c-Tạo dáng mối hàn đẹp
d-Mối hàn không nứt, ít tạp chất
e-Xỉ dễ bong.
Các biện pháp giải quyết các yêu cầu trên đặt ra liên quan tới thành phần

kim loại cơ bản và dây hàn (điện cực). Do vậy thuốc hàn dùng với dây hàn nóng
chảy rất đa dạng.
Có rất nhiều loại bột hàn gốm, theo Viện Hàn Quốc tế, bột hàn gốm đợc
đợc phân ra các loại chính sau:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 10
Bột hàn gốm kiểu AB: Nhôm Kiềm, thành phần chủ yếu là Al
2
O
3
,
CaO và MgO.
Bột hàn gốm kiểu AR: Nhôm Rutil, thành phần chủ yếu là Al
2
O
3
và
TiO
2
.
Bột hàn gốm kiểu CS: Can xi Silíc, thành phần chủ yếu là CaO, MgO,
và SiO
2

Bột hàn gốm kiểu FB: Florua Kiềm, thành phần chủ yếu là CaO,
MgO, MnO và CaF
2
.
Bột hàn gốm kiểu MS: Mangan - Silic, thành phần chủ yếu là MnO và
SiO

2
.
2) Đặc tính của bột hàn gốm kiểu AR:
Bột hàn gốm kiểu AR là loại tổng hợp hơn cả so với các loại bột hàn gốm
khác. Chúng có các tính chất công nghệ tốt nhất, đặc biệt khi hàn tốc độ cao.
Mối hàn có hình dáng đẹp, xỉ phủ đều, dễ bong (tự bong), các tính chất cơ học
và chống nứt tốt. Bột hàn gốm kiểu AR chủ yếu dùng để hàn các kết cấu, thép
các bon thấp và thép hợp kim thấp trong chế tạo máy, đóng tầu, ôtô và các
ngành công nghiệp khác.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 11
Chơng IV
Nghiên cứu các tính chất của nguyên liệu

Bột hàn gốm là hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu, chức năng chính của bột
hàn trong quá trình hàn là:
Bảo đảm tính ổn định của hồ quang và quá trình hàn.
Bảo vệ kim loại mối hàn, tránh chất khí ngoài môi trờng xâm nhập.
Tạo ra lớp xỉ: Do đông đặc nhanh, giữ đợc kim loại lỏng làm cho kim
loại mối hàn nguội từ từ, làm cho bề mặt mối hàn đợc nhẵn bóng.
Khử oxy, Nitơ và tinh luyện kim loại mối hàn.
Bổ xung nguyên tố hợp kim vào kim loại mối hàn.
Tăng hệ số hàn đắp của kim loại mối hàn.
Với những chức năng chính trên ngời ta nhận thấy nhóm bột hàn kiểu
AR có thành phần chủ yếu là ôxýt Nhôm Al
2
O
3
và Rutil, ngoài ra còn có đô lô
mít, Đá vôi CaCO

3
và Canxi Florua CaF
2
. Khí để bảo vệ kim loại lỏng là khí
CO
2
và CO do các nguyên liệu gốc cácbonát tạo ra. Ngoài ra còn có các chất
Mn, Si, Ti làm chất khử oxy. Các chất hợp kim Ferro để hợp kim hoá mối hàn.
Bột hàn loại này tạo ra mối hàn có chất lợng tốt, đặc biệt là khả năng
chống nứt. Thành phần tạp chất có hại nh P và S trong kim loại mối hàn không
quá 0,035% cho mỗi nguyên tố, đó là một tỉ lệ thấp. Trong khi cháy, nhờ bột
hàn mà trong kim loại có sự tinh luyện tế vi, khử các tạp chất có hại, bổ xung
thêm các thành phần có lợi.
Sau đây là tính chất và thành phần của các loại nguyên liệu để sản xuất bột
hàn gốm kiểu AR.
1) Đá vôi
: Có thành phần chủ yếu là CaCO
3
. Loại dùng cho sản xuất bôt hàn có
thành phần tơng đối CaO ~ 55% và CO
2
~ 42%.
Khi nung nóng ở nhiệt độ 880
o
C sẽ xẩy ra phản ứng:
CaCO
3
CaO + CO
2

Với một số loại bột hàn có nhiệt độ nung đến 900
O
C thì CaCO
3
trong bột
hàn chỉ còn lại là CaO.
Khí CO2 thoát ra là khí bảo vệ mối hàn, nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc
ổn định hồ quang. Khi hàn thì đá vôi tạo nên đặc tính bazơ của xỉ.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 12
CaO có vai trò rất quan trọng trong việc khử P và S trong thép, làm giảm
hàm lợng P và S có hại trong thép.
Phốt pho (P) chuyển từ kim loại cơ bản, lõi và bột hàn vào kim loại mối
hàn. Trong kim loại mối hàn P tồn tại dới dạng phốt phít sắt. Sự ôxi hoá P với
ôxit sắt để tạo thành P
2
O
5
không hoà tan trong kim loại tạo thuận lợi cho nó
chuyển vào xỉ theo phản ứng:
2Fe
2
P + 5FeO (P
2
O
5
) + 9[ Fe] (1)
() chỉ các thành phần hoà tan trong xỉ
[] chỉ các thành phần hoà tan trong kim loại
Trong xỉ bazơ P

2
O
5
kết hợp với CaO tạo thành canxi phốt phát (3CaO.P
2
O
5
)
và nhờ vậy sự cân bằng ở phản ứng (1) xảy ra theo chiều thuận, tạo điều kiện
khử phốt pho hiệu quả hơn.
Lu huỳnh (S) cũng đợc di chuyển từ kim loại vào xỉ theo phản ứng:
[S] + (CaO) (CaS) + [ O] (2)
2) Đôlômít
:
Là cacbonat hỗn hợp có công thức CaMg(CO
3
)
2
. Trong bột hàn Đôlômít có
tác dụng tạo xỉ, ổn định hồ quang, độmịn thích hợp để sản xuất bột hàn của
nguyên liệu này là 0,25 mm.
Thành phần hoá học:
CaO : 28 ữ

31%;
MgO : 21 ữ

23%.
3) Canxi Florua
:

Có thành phần chủ yếu là CaF
2
với hàm lợng loại tốt 95%, là
khoáng sản rất quan trọng, hầu nh bột hàn nào cũng cần tới nó. CaF
2
là
chất dễ chảy và chống nổ bắn khi hàn rất tốt, khi cháy chúng xảy ra phản
ứng:
H+F =HF
4HF + SiO
2
= SiF
4
+ 2 H
2
O
Cả hai chất HF và SiF
4
đều là chất bảo vệ mối hàn rất tốt. Nhng
khí đó là khí độc. CaF
2
là chất tạo nên đặc tính bazơ của xỉ.
4) Rutil
:
Là quặng Titan tự nhiên, loại dùng cho sản xuất bột hàn có thành
phần hoá chủ yếu:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 13
TiO
2

FeO P S
92% 3,5% 0,03% 0,03%
Rutil là nguyên liệu khi cháy tạo hồ quang, làm cho hồ quang ổn
định và êm. Loại bột hàn AR dùng nhiều nguyên liệu này, mặt khác trong
khi hàn thì Ti + N -> TiN, hợp chất TiN có tính dẻo, loại trừ đợc ảnh
hởng xấu của FeN trong kim loại mối hàn là cứng và dòn.
5) Cao lanh
:
Là chất có màu vàng thuộc loại Silicat Nhôm, có công thức cấu tạo
Al
2
(Si
4
O
10
). 6H
2
O. Trong bột hàn nó là chất tạo xỉ, khi ếp, tạo hạt bột hàn
nó có tác dụng tạo hình rất tốt, độmịn thích hợp để sản xuất bột hàn của
nguyên liệu này là 0,25 mm.
Thành phần hoá học:
SiO
2
: 50 ữ

56%;
Al
2
O
3

: 28 ữ

35%;
Fe
2
O
3
: 3,0%;

P : 0,03%;
S : 0,10%.


6) Fenspat
:
Là một loại silicát nhôm, ở dạng cục nguyên khai có màu trắng hồng. Có
tác dụng tạo xỉ. Trong tự nhiên phenpat tồn tại ở 3 dạng:
KAlSi
3
O
8
gọi là Kali phenpat; AlSi
3
O
8
gọi là Natri phenpat và CaAl
2
Si
2
O

8
gọi
là Canxi phenpat
Trong công nghệ sản xuất bột hàn thờng sử dụng loại Kali phenpat có
hàm lợng chính sau: SiO
2
:
SiO
2
: 63ữ 70%;
Al
2
O
3
: 15ữ 20%;

K
2
O 9%
P 0,03%;
S 0,03%.

7) Sạn Cao Nhôm
:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 14
Thuộc loại Silicat Nhôm, trong bột hàn nó là chất tạo xỉ, độmịn
thích hợp để sản xuất bột hàn của nguyên liệu này là 0,25mm.
Thành phần hoá học:
Al

2
O
3
: 65 ữ

80%;
Fe
2
O
3
3,0%;

P : 0,03%;
S : 0,10%.

8) Zircon
:
Có màu nâu nhạt, có tác dụng làm cho xỉ dễ bong, mối hàn bóng nó
ít đợc sử dụng trong công nghệ sản xuất bột hàn
Thành phần hoá học: ZrO
2
khoảng 50%
9) Quặng Mangan
:
Dạng bột có màu đen hàm lợng Mangan trong quặng chiếm 40 ữ
55%. Đioxit Mangan có khả năng tham gia khử tốt trong quá trình luyện
kim. Ngoài ra còn có tính chất tạo xỉ.
10) Các chất có kim loại và hợp kim Ferro
:
Việc dùng các hợp kim Ferro hoặc kim loại nguyên chất vào trong

bột hàn nhằm mục đích để khử oxy hay để tăng thành phần kim loại ấy
trong mối hàn, hoặc để bù hao cho những nguyên tố bị cháy hao tổn ta
thờng gọi là hợp kim hoá mối hàn.
Trong quá trình hàn, nhiệt độ vùng hàn lên rất cao (ở giữa
3500C, xung quanh 2500
o
C) do đó làm chảy kim loại, có một số kim
loại tạo thành oxyt nằm lẫn lộn với thép, chủ yếu là FeO nó làm giảm tính
bền cơ học của kim loại hoặc gây nên hiện tợng nứt nóng. Để khử những
tạp chất đó phải dùng những nguyên tố có ái lực cao với oxy tạo thành
một loại oxyt thực tế không tan trong kim loại. Lúc đó nguyên tố chất
oxy hoá Pa tác dụng với [ FeO] hoàn nguyên sắt tạo thành oxyt tách ra
khỏi kim loại :
m[ FeO] + n[ Pa] = m [ Fe] + (Pa
n
O
m
)
Mức độ ôxyhoá của chất khử ôxy có thể đánh giá theo tính bền
ôxyt của nó tạo thành. Khi nồng độ bằng nhau và ở vùng nhiệt độ =
2000
o
C tác dụng mạnh nhất với ôxy có Ca, sau đó Mg, Al, Ti, V, Si, Mn,
Cr, Fe, Ni, Cu. Tất cả những nguyên tố kể trên khi ở cùng nhiệt độ chỉ có
Niken và Đồng có ái lực với Ôxy yếu hơn Fe. Vì vậy tất cả những nguyên
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 15
tố có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt đều là chất khử ôxy thông dụng nhất
khi hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp. Sự ôxy hoá Si và Mn tiến hành
theo phản ứng:

2 [ FeO] + [ Si] = (SiO2) + 2[ Fe] +Q
[ FeO] + [ Mn] = (MnO) + [ Fe] +Q
SiO
2
và MnO là những loại oxit không tan trong kim loại. Các phản
ứng trên là phản ứng toả nhiệt, khi nhiệt độ giảm, lợng SiO
2
và MnO tạo
thành rất lớn do đó lợng FeO cân bằng trong kim loại, cả nồng độ chất
ôxy hoá giảm xuống.
10.1-Ferro Silic
:
Thờng có 3 loại: 45% Si, 75% Si và 95%Si.
Trong sản xuất bột hàn thờng dùng loại có 45% Silic các loại khác
ít dùng vì Silic cao nó sẽ phản ứng mãnh liệt với kiềm của thuỷ tinh lỏng.
Trong bột hàn nó là chất khử ôxy và hợp kim hoá.
10.2-Ferro Mangan
:
Cũng nh Ferro Silíc, Ferro Mangan là nguyên liệu đa vào trong
bột hàn để khử ôxy và để hợp kim hoá mối hàn.
Loại Ferro Mangan thờng dùng cho sản xuất bột hàn là loại có
Mn 78%; C1,5%.
Khi nghiên cứu bột hàn ngời ta nhận thấy nếu bột hàn có hàm
lợng Mn tăng nó sẽ cải tiến tính chảy loãng của kim loại nóng chảy và
có thể tăng tính chống nứt của kim loại mối hàn. Nguyên tố Mn cũng làm
tăng độ bền, cải thiện tính dẻo của kim loại mối hàn, tạo tính chất cơ lý
gần tơng đơng với kim loại cơ bản.
Các kết quả phân tích cỡ hạt nguyên liệu dùng cho bột hàn AR
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 16

Bảng 4
Thành phần, cỡ hạt, % khối lợng
TT
Nguyên liệu
0,125
ữ
0,15 (mm)
0,15
ữ
0,20
(mm)
0,20
ữ
0,30
(mm)
1 Đá vôi 0 6 94
2 Đô lô mít 6 15 79
3 CanxiFlorua 92 5 3
4 Fenspat 78 12 10
5 Rutil 27 70 3
6 Cao lanh 20 70 10
7 Sạn cao Nhôm 5 21 74
8 Zircon 30 70 0
9 Quặng Mangan 15 80 5
10 Các loại hợp
kim Ferro
0 20 80
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 17

Chơng V
Nghiên cứu ảnh hởng của
nguyên tố hợp kim đến kim loại hàn
Lợng các nguyên tố hợp kim trong thép ảnh hởng đến tính hàn nh sau:
1. Cacbon (C)
: là hợp chất quan trọng trong thép (lợng chứa của nó đợc đánh
dấu bởi hai chữ số chỉ số % đứng trớc mác thép). Nó xác định độ bền độ dai,
tính tôi và những tính chất khác của thép. Lợng cacbon đến 0,25% không làm
xấu khả năng hàn của thép. Tiếp tục tăng lợng cacbon khả năng hàn rất xấu, vì
có thể tạo nên sự nứt. Vì thế, dây thép lợng C > 0,20% đối với việc hàn không
có lợi bởi vì khi nó nóng chảy C cháy dẫn tới tạo thành nhiều lỗ hơi.
2. Mangan (Mn)
: Thờng lợng chứa trong thép tới 0,3 0,8% không cản trở
việc hàn. trong một số thép đặc biệt hàm lợng của nó có tới 1,8 2,5%. Trong
trờng hợp này, Mn làm tăng khả năng tôi của thép và có khả năng tạo thành
nứt, trong thép Mn cao, lợng Mn tới 11 ữ 16%. Trong thời gian hàn nó cháy
mạnh bởi vậy cần thiết phải có phơng pháp bảo vệ đặc biệt.
3. Silic (Si)
: Thông thờng trong thép cacbon lợng Si là 0,02 ữ0,3% còn thép
đặc biệt có thể đạt 0,8 ữ1,5%. Si làm khó hàn, nó làm tăng tính chảy lỏng của
hợp kim, dễ ôxy hoá oxit khó nóng chảy vào trong xỉ.
4. Lu Huỳnh (S)
: Lu huỳnh cũng là nguyên tố tạp chất có hại nó làm cho
mối hàn tăng khả năng nứt nóng trong quá trình hàn, ở nhiệt độ cao S liên kết
với Fe tạo thành FeS cùng tinh dễ chảy ở 1195
O
C, các FeS này lại liên kết với
Fe, FeO tạo thành các cùng tinh dễ chảy ở nhiệt độ thấp hơn. Do đó S có trong
kim loại mối hàn càng nhiều càng xuất hiện nhiều cùng tinh dễ chảy, do vậy
lợng S trong mối hàn càng ít càng tốt, thông thờng trong mối hàn S 0,035%.

5. Phốt pho (P)
: Phốt pho là nguyên tố tạp chất có hại làm xấu đi cơ tính của
thép Các bon và thép hợp kim nó làm cho thép bị dòn nguội và tăng tính nứt
nóng của thép. Trong mọi trờng hợp nên tìm cách khử P trong mối hàn, thông
thờng trong mối hàn P 0,035%.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 18
Chơng VI
Nghiên cứu một số khuyết tật trong quá trình hàn

Nghiên cứu các nguyên nhân gây ra các khuyết tật trong mối hàn cho tất cả
các kim loại và hợp kim là một vấn đề quá rộng so với nội dung của chúng ta, vì
chúng ta chỉ sản xuất một số loại bột hàn.
Khuyết tật cũng lại do cả hai nguyên nhân tự bột hàn và nguyên nhân do
phơng pháp thao tác cũng nh chuẩn bị liên kết hàn hay công nghệ hàn nói
chung, chúng ta chỉ nói ở đây nguyên nhân tự bột hàn gây nên.
1. ảnh hởng của không khí tới chất lợng mối hàn.
Quả đất cảu chúng ta đang sống có một lớp không khí dày bao bọc.
Thành phần của không khí chủ yếu là ôxy và nitơ; ôxy duy trì sự sống của con
ngời, nitơ là những nguyên liệu dùng cho các ngành công nghiệp, chế tạo phân
bón Nhng trong quá trình hàn nóng chảy, ôxy và nitơ lại là 2 độc tố có hại
cho mối hàn. Phần lớn kim loại dùng để hàn đều rất dễ bị oxi hoá, nhiệt độ càng
cao tốc độ ôxy hoá càng nhanh mà khi hàn thì nhiệt độ rất cao, trung tâm vùng
hàn lên tới 4800
o
C. Oxy còn có khả năng hoà tan vào kim loại tạo thành dung
dịch rắn với kim loại đó. Cả hai dạng này đều ảnh hởng và làm xấu cơ tính mối
hàn: giảm độ dẻo, độ bền, độ dai va đập (ảnh 1).

Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 19
Nitơ có đặc tính là dễ hoà tan vào kim loại lỏng của bể hàn, nhiệt độ càng
cao mức độ hào tan càng nhiều. Khi bể hàn nguội đi, khả năng hào tan giảm,
nitơ bị đẩy dần ra thành các bọt khí và đợc từ từ nổi lên khỏi bể hàn, thoát ra
ngoài không khí. Nhng khả năng hoà tan nitơ lại giảm với mức đột biến ở nhiệt
độ kim loại chuẩn bị kết tinh (ảnh 2) làm xuất hiện một lợng bọt khí rất lớn.

Các bọt khí này không còn đủ thời gian thoát vào không khí trớc khi kim
loại đông đặc gây nên hiện tợng rỗ khí làm giảm chất lợng mối hàn. ở trạng
thái rắn, Nitơ vẫn có một phần nhỏ hoà tan trong kim loại, nó có tác dụng làm
tăng độ bền nhng lại làm giảm độ dẻo của kim loại (ảnh 3).
Vì vậy trong tất cả các phơng pháp hàn nóng chảy đều phải có biện pháp
đẩy ôxy và nitơ ra khỏi vùng hàn để bảo vệ mối hàn.
2. ảnh hởng của bột hàn không đồng đều: bột hàn đạt chất lợng phải
đạt độ mịn và trộn đều.
Về độ mịn tiêu chuẩn Liênxô (cũ) qui định nh sau:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 20

Các chất quặng và khoáng vật độ nghiền mịn phải lọt qua sàng 3600
lỗ/cm
2
, các chất hợp kim Ferrô phải lọt qua rây 1600 lỗ/cm
2
. Tiêu chuẩn của
Đức thì các loại quặng và khoáng vật có độ hạt nhỏ hơn hoặc bằng 0,2mm, các
loại Ferrô có cỡ hạt nhỏ hơn hoặc bằng 0,3mm.
Cỡ hạt của bột hàn phải đạt khoảng 0,2 mm đến 2,5 mm
Bột hàn không đều làm cho chất lợng mối hàn không tốt: nh trộn thuốc không
đều thì hồ quang cháy không liên tục, không thể hàn đợc.
Mặt khác một số nguyên liệu cũng không nên có độ mịn nhỏ quá yêu cầu nh
các loại Ferrô mịn quá sẽ cháy hết.



Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 21
3. Rỗ khí trong mối hàn:
Nhiều tác giả Liên xô (cũ) nghiên cứu và giới thiệu vấn đề này dựa trên cơ sở lý
luận về thép sôi và thép lắng của ngành luyện kim. Cách phân tích tơng
đối phức tạp, nhng để áp dụng trong thực tiễn về hàn chúng ta có thể nắm một
số vấn đề đã kết luận nh:
- Những bột hàn mà chất khử oxygen trong thuốc bọc là Mangan, Carbon,
chúng sinh khí bảo vệ là loại hữu cơ, thì có đặc điểm dù có hàn vật cha sạch gỉ
và hàn hồ quang dài cũng ít sinh khí rỗ. Theo nh cách phân loại đã giới thiệu
thì loại acid và rutin có đặc tính này.
- Những bột hàn mà thuốc bọc là các loại cacbonat và fluorua tuy có nhiều u

điểm về mặt cơ tính mối hàn, nhng có nhợc điểm là nếu hàn thép cha sạch gỉ
và hàn hồ quang oxy thì hay bị rỗ khí.
- Ngoài ra những khuyết tật do bảo quản không tốt (bột hàn bị ẩm, hạt không
tròn) tạo điều kiện cho mối hàn bị rỗ hàn, bị nổ, thuốc xuống phễu hàn không
đều ảnh hởng rất lớn đến phẩm chất mối hàn.
4. Đờng nứt trong mối hàn:
Cần phân biệt nứt nóng và nứt nguội:
Nứt nóng xảy ra trong giai đoạn kết tinh. Nguyên nhân có thể do lợng
tạp chất trong kim loại đắp nhiều: chẳng hạn nh S, O. Lu huỳnh tạo nên
sunfua sắt (FeS) nhiệt độ nóng chảy 1193
o
C, nó kết tinh sau cùng nằm vào giữa
tinh thể kim loại, khi kim loại kết tinh xong nó vẫn còn lỏng tạo nên những khe
hở giữa khối kim loại và gây ra nứt. Oxy cũng vậy (tạo nên FeO).
Nứt nguội xảy ra sau khi kim loại dã kết tinh xong, trong giai đoạn nguội
đến nhiệt độ thờng. Trong quá trình nguội, có sự biến đổi tinh thể từ dạng
Ôstenit sang dạng Mactenxit, kích thớc hạt tinh thể tăng do đó xảy ra đờng
nứt. Trờng hợp tỷ lệ C và Cr cao làm cho mối hàn dễ bị nứt nguội.
Muốn giảm khuyết tật hay nứt, phải áp dụng các biện pháp sau đây:
Phải chọn các loại bột hàn ít đem tạp chất vào mối hàn.
Bảo quản bột hàn phải tốt, không để ẩm.
Lựa chọn chế độ hàn cho hợp lý (Theo các tài liệu dạy nghề hàn)
Ngời ta cũng kinh nghiệm rằng bột hàn kiểu AR có hình dáng, bề mặt
mối hàn đẹp hơn so với kiểu khác.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 22
Chơng VII
Kết quả nghiên cứu
Qua nhiều mẫu thí nghiệm sản xuất tại phòng nghiên cứu và kiểm ra để
thoả mãn các yêu cầu vừa để cập ở trên.

1- Mẫu sản xuất thử ngày 02/5/2008

Kết quả
:
Công nghệ tạo hạt đạt yêu cầu
Sấy, nung bột hàn theo qui trình: bình thờng không có hiện tợng rạn
nứt.
Sử dụng dây hàn H08A không mạ 1,6 và 4
Kỹ thuật hàn đạt yêu cầu (có bản kết quả kiểm tra sản phẩm kèm theo).
Đem hàn thử ở Công ty CN tầu thuỷ Thanh Hoá.
Phân tích thành phần hoá học lớp kim loại đắp và cơ tính mối hàn
Nhận xét
:
Đạt tính hàn
Về thành phần hoá học: trong dải yêu cầu nhng ngỡng an toàn của
thành phần Silic và Mangan trong kim loại mối hàn còn thấp;
2- Mẫu sản xuất thử ngày 23/7/2008

Kết quả
:
Công nghệ tạo hạt tốt
Sấy, nung bột hàn theo qui trình: bình thờng không có hiện tợng rạn
nứt.
Sử dụng dây hàn H08A không mạ 1,6 và 4
Kỹ thuật hàn: đạt yêu cầu (có bản kết quả kiểm tra sản phẩm kèm theo).
Đem hàn thử ở Công ty CN tầu thuỷ Thanh Hoá và Công ty kết cấu thép
Đông Anh
Phân tích thành phần hoá học và cơ lý (Có bảng kết quả kèm theo)
Nhận xét
:

Đạt tính hàn
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 23
Thành phần hoá đều đạt nhng ngỡng an toàn của thành phần Mn trong
kim loại mối hàn thấp.
3- Mẫu sản xuất thử ngày 10/11/2008

Kết quả
:
Công nghệ tạo hạt tốt
Sấy, nung bột hàn theo qui trình: bình thờng không có hiện tợng rạn
nứt.
Sử dụng dây hàn H08A không mạ 1,6 và 3,2
Kỹ thuật hàn: đạt yêu cầu
Thành phần hoá học và cơ tính (Có bảng kết quả kèm theo)
Nhận xét
:
Đạt tính hàn
Thành phần hóa học kim loại mối hàn đạt yêu cầu.
Cơ tính kim loại mối hàn đạt yêu cầu.
4- Sản xuất lô nhỏ 80kg trên phòng thí nghiệm theo đơn phối liệu sản
xuất thử ngày 10/11/2008
Kết quả
:
Công nghệ tạo hạt tốt
Sấy, nung bột hàn theo qui trình: bình thờng không có hiện tợng rạn
nứt.
Sử dụng dây hàn H08A không mạ 1,6 và 3,2
Kỹ thuật hàn: đạt yêu cầu
Thành phần hoá học và cơ tính (Có bảng kết quả kèm theo)

Nhận xét
:
Đạt tính hàn
Thành phần hóa học kim loại mối hàn đạt yêu cầu.
Cơ tính kim loại mối hàn đạt yêu cầu
Sau đó bột hàn đợc gửi đi hàn thử ở PTN trọng điểm về Hàn của Viện
nghiên cứu Cơ khí để hàn thử. Kết quả thử nghiệm có bản kết luận kèm
theo.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 24
Chơng VIII
Lựa chọn thiết bị phù hợp và
Hoàn thiện công nghệ sản xuất

I. Sơ lợc về công nghệ sản xuất bột hàn gốm:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm tơng đối giống với công nghệ sản xuất
thuốc bọc que hàn. Bột của các thành phần tạo xỉ, Ferro hợp kim và vật liệu
khác cũng đợc sản xuất bột hàn gốm. Các thành phần khô cân theo tỷ lệ
nhất định. Để đảm bảo thuốc đồng đều về thành phần, liệu khô đợc trộn kỹ
trong máy trộn chuyên dùng.
Một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với sản xuất bột hàn gốm là
tạo hạt ở dạng tròn nhằm tạo điều kiện cho bột xuống phễu, tăng khả năng
chống thất thoát trong vận chuyển và sử dụng. Thông thờng có hai cách tạo
hạt:
Tạo hạt bằng máy vo hạt.
Tạo hạt trong máy ép thuốc ớt.
Trong hai phơng pháp này thì phơng pháp sau hoàn thiện hơn vì nó đảm
bảo thuốc chắc hơn và ít hao phí do bụi hơn. Phơng pháp này do sử dụng nớc
Silicát đặc hơn do vậy các hạt bột hàn có độ bền cơ học cao hơn.
Sau khi tạo hạt thuốc đợc sấy. Đây là công đoạn quan trọng của quá trình

công nghệ sản xuất bột hàn gốm, nó quyết định chất lợng của sản phẩm.
Việc sấy sơ bộ và sấy kết thúc của bột hàn gốm có thể đợc thực hiện trong
các lò gaz hoặc lò điện. Nhiệt độ nung bột hàn gốm từ 400 đến 950
O
C, thông
thờng ngời ta nung từ khoảng 600 đến 700
O
C. Các tính chất công nghệ của
phần lớn bột đợc cải thiện và tính háo nớc của chúng giảm rõ rệt khi tăng
nhiệt độ nung. Tuy nhiên sự tăng nhiệt độ nung có giới hạn bởi khả năng xẩy ra
các phản ứng pha khô bất lợi làm ô xy hoá các nguyên tố hợp kim, phân huỷ các
ôxýt cao kim loại và muối. Các loại bột hàn dùng để hàn thép hợp kim thấp
nung ở nhiệt độ 550 đến 700
O
C, các loại bột hàn kiểu AR nung ở nhiệt độ tới
950
O
C.

II. Sơ đồ công nghệ Sản xuất bột hàn gốm:
Các hệ thống chính trong dây chuyền:

Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 25

Khoán
g
Hợ
p

kim Ferro Silicát
Sấ
y
Kẹ
p
hàm
N
g
hiền búaN
g
hiền bi
Sàn
g
run
g

Cân
p
hối liệu
Trộn khô
Trộn ớt
Tạo hạt
Sấ
y
khô
Sàn
g

p
hân l

y

Sa lô bán
thành phẩm
N
g
hiền
S
ản
phẩm
đạt yêu
cầu

H
ạt to
Nun
g
kết Làm n
g
uội Sàn
g

p
hân l
y
Sa lô thành
phẩm
Bao
g
ói sản

phẩm
Thu hồi bột mịn