B o c o t t NGHI p (h i) HC

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
*******************

LỄ BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÀN
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG HIĐRÔ TRONG KIM LOẠI MỐI HÀN
KHI HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN GỐM HỆ BAZƠ

Học viên

: DƯƠNG VĂN HỘI

Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ HUY LÂN
Hà Nội: 30/12/2011


LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ở nước ta hiện nay công nghệ hàn tự động dưới lớp
thuốc được ứng dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong lĩnh vực đóng
tàu và chế tạo kết cấu thép, ...
trong nước như Công ty Cổ phần Que hàn điện Việt Đức, công
ty sản xuất vật liệu hàn Nam Triệu,... đã nghiên cứu và chế tạo thử.
 còn hạn chế, do chưa nghiên cứu đầy đủ các chỉ tiêu cơ bản cần
thiết để nâng cao chất lượng thuốc hàn. Một trong số các chỉ tiêu quan
trọng này là hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và các giải pháp
để giảm thiểu nó.
Do vậy luận văn đi sâu Nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong
kim loại mối hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc hàn gốm hệ bazơ
và giải pháp để giảm thiểu hàm lượng hiđrô.

KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục, danh mục các tài liệu
tham khảo và danh mục các bảng biểu luận văn gồm có 6 chương
18 tiết.
 Ảnh hưởng của hiđrô trong kim loại mối hàn và vùng ảnh
hưởng nhiệt khi hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

Sự phân bố của hiđrô trong thép


Nứt nguội trong kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt


Như vậy những ảnh hưởng có hại của hiđrô trong kim loại
mối hàn:
- Giảm tính dẻo, tăng tính dòn của kim loại mối hàn và vùng gần
mối hàn tạo nên “hiện tượng dòn hiđrô”;
- Tăng tính rỗ trong kim loại mối hàn;
- Tăng tính nứt của kim loại mối hàn trong quá trình kết tinh của
mối hàn;
- Giảm độ dai va đập, bền mỏi của mối hàn và liên kết hàn.


 Các giải pháp giảm thiểu hàm lượng hiđrô
 Làm sạch bề mặt vật hàn;
 Sấy khô thuốc hàn, dây hàn;
 Sử lý nhiệt sau khi hàn;
 Đưa vào trong thành phần thuốc hàn hợp chất có khả năng liên

kết với hiđrô tạo thành hợp chất bền hơn và đi vào pha xỉ (điều
chỉnh thành phần mẻ liệu thuốc hàn). Đó là huỳnh thạch (CaF2)
 Khi chế tạo: sấy khô kiệt
Vì hiđrô có trong hơi nước được liên kết bởi CaF 2 theo phản
ứng:
CaF2 + H2O → CaO + 2HF


Do trong hiđrô còn tồn tại ở dạng các tinh thể ngậm nước (ở dạng
liên kết hóa học chứa gốc - OH) do khi tạo hạt thuốc hàn hoặc
trong môi trường có độ ẩm cao mà bằng phương pháp sấy khô
thông thường không loại bỏ hết.

Vi vậy khi nghiên cứu tạo đơn thuốc hàn có thành phần: CaF2, chế
độ sấy thuốc hàn, thời gian sấy là các thông số được điều chỉnh
bằng các phương án thực nghiệm và thí nghiệm


 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài


Trên cơ sở nghiên cứu các nền tạo xỉ cho thuốc hàn từ đó đưa
ra cơ sở lựa chọn nền tạo xỉ cho thành phần mẻ liệu thuốc hàn
gốm là:
CaO – TiO2– Al2O3 – CaF2

Trong đó: + CaO chiếm khoảng 30%
+ CaF2 chiếm khoảng 10%

+ TiO2 chiếm khoảng 35%
+ Al2O3 chiếm khoảng 25%

Đồng thời tham khảo thành phần theo tiêu chuẩn Hiệp hội hàn Mỹ
AWS và hãng vật liệu hàn và thiết bị hàn ESAB (Thụy Điển)
Mác thuốc
và dây hàn
theo AWS
A5.80
F7A(P)2

Mác thuốc
hàn theo
ESAB 19042004

Thành phần hóa học chủ yếu của xỉ hàn,%
SiO2+TiO2

CaO+MgO

Al3O2+MnO

CaF2

Hoạt tính
(Hệ số Ba
zơ B)

OK Flux
10.80

30 ÷ 40

25÷35

15÷25

6÷14

Bazơ
(B=1,1)


Đơn thuốc sơ bộ


Quặng & các vật liệu khác
No

Loại

Kiểm tra
yes
Nghiền nhỏ

No

Kiểm tra kích thước
yes
Cân TP mẻ liệu

Trộn khô
Trộn ướt

Cấp nước thủy tinh

Ép tạo hạt
Sấy sơ bộ
Sàng tuyển hạt
Sấy khô kiệt
Loại

No

Kiểm tra

yes

Bao gói & bảo quản


 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát

 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài


Lựa chọn mô hình, các biến, các hàm mục tiêu
- Hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn là hàm mục tiêu
cần nghiên cứu – hàm số y.
- Sử dụng huỳnh thạch trong thuốc hàn để điều chỉnh hàm
lượng hiđrô trong mối hàn: (CaF2) – x1.

- Nhiệt độ thiêu kết thuốc hàn – x2.
- Thời gian thiêu kết – x3.
Theo các số liệu lý thuyết và tiên nghiệm, mô hình có dạng đa
thức bậc 2 như sau
Yi = b0 + b1X1 + .... + biXi + b12X1X2 + …..+ b11X12 +….+ biiXi2


Kế hoạch thực nghiệm trực giao bậc hai


Giá trị và khoảng biến thiên của các biến số
Biến mã hoá
(không thứ nguyên)

Biến thực
Hàm lượng
huỳnh thạch,
(%)
Z1

Nhiệt độ
sấy, (°C)
Z2

Thời gian
sấy thiêu
kết, (phút)
Z3

X1

X2

X3

Mức trên (Xi max = +1)

14

700

80

+1

+1

+1

Mức cơ sở (Xi0 = 0)

10

600

60

0

0

0

Mức dưới (Xi min = –1)

6

500

40

–1

–1

–1

Khoảng biến thiên ΔZi

4

100

20

Các biến số


Giá trị các biến thực

Giá trị các mã hóa

№ thí
Kếnghiệm
hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm
Z1

Z2

Z3

X1

X2

X3

1

6

500

40

–1

–1

–1

2

14

500

40

+1

–1

–1

3

6

700

40

–1

+1

–1

4

14

700

40

+1

+1

–1

5

6

500

80

–1

–1

+1

6

14

500

80

+1

–1

+1

7

6

700

80

–1

+1

+1

8

14

700

80

+1

+1

+1

9

5,14

600

60

– 1,215

0

0

10

14,86

600

60

+ 1,215

0

0

11

10

478,5

60

0

– 1,215

0

12

10

721,5

60

0

+ 1,215

0

Giá trị hàm mục tiêu – hàm
lượng hiđrô trong mối hàn,
cm3/100g
Y


Mô tả phương pháp thí nghiệm
- Phương pháp đo:


Mô tả phương pháp thí nghiệm
Phôi thí nghiệm được cắt có kích thước như hình vẽ

Hình dạng và kích thước mẫu hàn thí nghiệm
Sử dụng cân phân tích
sai số 0,1g để cân mẫu
trước khi hàn có khối
lượng G1 = 199,7(g)


Tiến hành hàn mẫu thí nghiệm từ thuốc hàn gốm hệ bazơ được
chế tạo thử nghiệm

Bắt đầu hàn và kết thúc từ vị trí cách đầu tấm đệm khoảng 20mm với
dòng hàn 600A, điện áp hàn 30V, tốc độ hàn 60cm/phút, dây hàn

dùng để hàn cho mẫu thử nghiệm, dây hàn là loại (H - 08A) loại có
đường kính φ 4. Mẫu hàn được thực hiện trên máy LINCON DC, xe
hàn tự động LT - 7


Sử dụng cân phân tích sai số 0,1g để cân mẫu sau khi hàn
có khối lượng G2 = 208,6(g)

Mẫu sau khi hàn được nhúng trong dung dịch glixerin và đưa
vào máy điều nhiệt ở nhiệt độ 450C trong thời gian 72 giờ. Dùng
bình đo khí để xác định thể tích khí hiđrô có trong 100g kim loại
mối hàn


Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm
Giá trị các biến thực

№ thí
nghiệm

Giá trị hàm mục tiêu – hàm
lượng hiđrô trong mối hàn,
cm3/100g

Giá trị các mã hóa

Y

Z1

Z2

Z3

X1

X2

X3

1

6

500

40

–1

–1

–1

6,2

2

14

500

40

+1

–1

–1

5,0

3

6

700

40

–1

+1

–1

4,6

4

14

700

40

+1

+1

–1

3,3

5

6

500

80

–1

–1

+1

5,5

6

14

500

80

+1

–1

+1

4,4

7

6

700

80

–1

+1

+1

3,7

8

14

700

80

+1

+1

+1

2,5

9

5,14

600

60

– 1,215

0

0

5,2

10

14,86

600

60

+ 1,215

0

0

2,9

11

10

478,5

60

0

– 1,215

0

5,7

12

10

721,5

60

0

+ 1,215

0

2,8

13

10

600

35.7

0

0

– 1,215

4,5

14

10

600

84.3

0

0

+ 1,215

3,1

15

10

600

60

0

0

0

3,3

16

10

600

60

0

0

0

3,4

17

10

600

60

0

0

0

3,2


Thể tích khí hiđrô thu được trong ống nghiệm sau 72 giờ là V =
0,05 (ml). Vậy hàm lượng hiđrô trong 100(g) kim loại mối hàn
được tính theo công thức.
Vx85,85
0,04x85,85
+1,73
+ 1, 73
G 2 -G1
208, 6 − 199, 7
H=
=
≈ 2,92
0,79
0, 79

Xử lý kết quả thực nghiệm
Kết quả xử lý số liệu

Các kết quả thực nghiệm được tiến hành xử lý theo phần mềm
chuẩn đã trình bày ở trên cho kết quả phương trình hồi quy mô tả
ảnh hưởng của các biến đầu vào đến hàm lượng hiđrô trong mối
hàn như sau bằng phần mềm MODDE 5.0:
Y1 = 3,416 – 0,574X1 – 0,795X2 – 0,355X3 + 0,241X12 +
0,327X22 + 0,133X32
Hệ số tương quan R = 0.966 cho thấy mô hình được mô tả chính
xác cao


Biểu diễn các đường đặc tính và các kết luận khoa học

Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào
hàm lượng huỳnh thạch CaF2 trong
thành phần thuốc hàn

Bề mặt mô tả hàm mục tiêu
phụ thuộc vào 2 biến số


Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào
nhiệt độ sấy thiêu kết

Bề mặt mô tả hàm mục tiêu
phụ thuộc vào 2 biến số


Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào
thời gian sấy thiêu kế
Bề mặt mô tả hàm mục tiêu

phụ thuộc vào 2 biến số