Bßo cßo h i ngh KH vi n c) khf VH LGn

HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ
NHÂN DỊP 55 NĂM THÀNH LẬP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Đề tài:

Nghiên cứu ảnh hưởng của nền tạo xỉ đến
hiêêu quả hợp kim hóa kim loại mối hàn bằng
Mn và Si khi chế tạo môêt số que hàn thép
cacbon thông dụng
TS. Vũ Huy Lân - Bộ môn Hàn & CNKL-Viện Cơ khí


I - Đặt vấn đề:
Hiện nay trong các ngành công nghiệp nước ta nhu
cầu về vật liệu hàn rất lớn. Trong đó que hàn là loại vật
liệu hàn rất phổ biến và có nhu cầu lớn.
● Sản xuất que hàn trong nước chủ yếu dùng đơn thuốc
bọc và nguồn nguyên vật liệu nhập ngoại. Do vậy, giá
thành đắt và thiếu chủ động.
● Hiện nay ở nước ta các tài liệu, sớ liệu để tính tốn
đơn th́c bọc que hàn cịn thiếu.
● Để sản xuất que hàn, một trong những vấn đề cần giải
quyết là nghiên cứu hiệu quả hợp kim hóa của các
nguyên tố hợp kim phổ biến dùng trong thuốc bọc que
hàn thép cacbon là Mn và Si trên một số nền tạo xỉ hàn
thông dụng là hệ xỉ axit – rutil và hệ xỉ hàn bazơ để sản
xuất các loại que hàn thông dụng E6013 và E7016.
●

II - Mục đích và đới tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp
kim phổ biến dùng trong thuốc bọc que hàn thép
cacbon là Mn và Si trên một số nền tạo xỉ hàn thông
dụng là hệ xỉ axit – rutil và hệ xỉ hàn bazơ.
● Ứng dụng kết quả nghiên cứu để xác định hàm lượng
các nguyên tố Mn và Si cần đưa vào thành phần mẻ liệu
th́c bọc que hàn một cách chính xác và thuận tiện để
sản xuất các loại que hàn E6013 và E7016, E7018.
●


III - Nội dung và kết quả nghiên cứu:
2.1. Chọn nền tạo xỉ và các nguyên tố hợp kim:
2.1.1. Nền tạo xỉ - được lựa chọn để tiến hành nghiên cứu
gồm hai hệ xỉ được sử dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt
Nam, kí hiệu theo tiêu chuẩn của Hội Hàn Mỹ AWS:
● Nền tạo xỉ hệ rutil (axit) tương đương với nền của que hàn
E6013 được chọn: TiO2 – Al2O3 – CaO – (SiO2);
● Nền tạo xỉ bazơ tương đương với nền tạo xỉ dùng cho que
hàn E7016, E7018: CaO – CaF2 – TiO2 – (Al2O3).
2.1.2. Các nguyên tố hợp kim:
- Que hàn dùng lõi thép cacbon thấp loại H–08A và
những nguyên vật liệu chủ yếu khác đang được dùng để
sản xuất que hàn ở nước ta.
- Các nguyên tố hợp kim phổ biến là Mn và Si được đưa
vào đơn thuốc bọc bằng các Fe – Mn, Fe – Si.


2.2. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm

Theo thông tin tiên nghiệm, sự phụ thuộc của hàm lượng
Si và Mn trong kim loại mối hàn vào hàm lượng Si, Mn trong
thành phần mẻ liệu thuốc bọc có dạng đa thức bậc hai. Do
vậy, chọn kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao, cụ thể
ở đây chọn ma trận kế hoạch hỗn hợp do Box và Wilson đề
xuất, với số lượng thí nghiệm khi k < 5: N = 2k + 2k + n 0 ,
trong đó k = 2 là số cấu tử biến thiên, n0 = 1 là số thí
nghiệm ở tâm. Trong trường hợp này số thí nghiệm N = 9.

2.3. Xử lý số liệu thực nghiệm
Theo kết quả thực nghiệm và xử lý các số liệu theo
chương trình chuẩn, cho phép xác lập được các quan hệ về
hàm lượng của Si và Mn trong kim loại đắp phụ thuộc vào
hàm lượng của chúng trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc
que hàn.


2.3.1. Đối với nền tạo xỉ hệ Rutil (axit):
+ Hàm lượng Si trong kim loại mối hàn:
YSi = 0,17 – 0,157X1+ 0,001 X2 + 0,186 X12 + 0,025 X1.X2
+ 0,007X22
+ Hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn:
YMn = – 0,005+0,445X1+0,026X2 – 0,057 X12 – 0,025 X1.X2
+ 0,025 X22
Ở đây:
X1 , X2 – tương ứng là hàm lượng của Si và Mn trong thuốc
bọc que hàn, %;
YSi , YMn – tương ứng là hàm lượng của Si và Mn trong kim
loại mối hàn, %.
Các số liệu thực nghiệm còn cho phép xây dựng được biểu

đồ phụ thuộc của Mn và Si trong kim loại mối hàn vào hàm
lượng của chúng trong thuốc bọc (hình1; 2):


Đối với nền tạo xỉ hệ Rutil (axit):

Hình 1: Quan hệ giữa hàm lượng Si trong kim loại đắp phụ thuộc vào hàm
lượng Si trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn.
đường 1 - ứng với (Mn)tb = 0,69%; đường 2 - ứng với (Mn)tb = 2,07%.


Hình 2: Quan hệ giữa hàm lượng Mn trong kim loại đắp phụ thuộc vào hàm
lượng Mn trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn.
đường 1 - ứng với (Si)tb = 0,44%; đường 2 - ứng với (Si)tb = 1,1%.


2.3.2. Đối với nền tạo xỉ hệ bazơ:
Tương tự cũng nhận được các phương trình sau:
+ Hàm lượng Si trong kim loại mối hàn:
YSi = 0,241 – 0,191X1 – 0,107 X2 + 0,125 X12 + 0,161 X1.X2
+ 0,027X22
+ Hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn:
YMn = 0,150 – 0,158X1 + 0,005 X2 +0,135 X12 + 0,025 X1.X2
+ 0,145 X22
Và các đường đặc trưng phụ thuộc của Mn và Si trong kim
loại mối hàn vào hàm lượng của chúng trong thuốc bọc đối với
nền tạo xỉ bazơ (hình 3; 4):


Đối với nền tạo xỉ hệ bazơ :

[Si],%

0,6
2

0,4
1

1

0,2

0,2

0,6

1,0

(Si)tb,%

Hình 3: Quan hệ giữa hàm lượng Si trong kim loại đắp phụ thuộc vào hàm
lượng Si trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn.
đường 1 - ứng với (Mn)tb = 0,69%; đường 2 - ứng với (Mn)tb = 2,07%.


[Mn],%

1,2
2

0,8
1

0,4

1,0

Hình 4:

2,0

3,0

(Mn)tb,%

Quan hệ giữa hàm lượng Mn trong kim loại đắp phụ thuộc vào hàm
lượng Mn trong thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn.
đường 1 - ứng với (Si)tb = 0,44%; đường 2 - ứng với (Si)tb = 1,1%.


IV – Kết luận:
Kết quả thực nghiệm phù hợp với lý thuyết về quan hệ
giữa hàm lượng của Mn, Si trong thuốc bọc và trong kim loại
mối hàn;
 Đặc trưng ảnh hưởng của nền tạo xỉ đến sự dịch chuyển
của các nguyên tố hợp kim (Mn, Si) từ thuốc bọc vào kim
loại mối hàn được thể hiện rất rõ. Đặc biệt trong trường hợp
nền tạo xỉ rutil (axit), thông thường đường đặc tính sẽ thoải
hơn, tuy nhiên khi hàm lượng của (Si)tb thấp, nhưng hàm
lượng Si trong mối hàn khá cao cho thấy hệ số dịch chuyển

của Si trong xỉ hàn có hàm lượng ơxi thấp (thuốc bọc chứa
ít chất sinh khí) là đáng kể, đồng thời lượng Si trong kim loại
mối hàn cao cịn có thể được giải thích bởi các phản ứng
hoàn nguyên Si từ xỉ hàn;



 Trong hình 3; 4 cho thấy: với nền tạo xỉ có tính bazơ,
lượng khí ơxi phân huỷ từ các chất trong thuốc bọc lớn nên
mức độ ơxi hố các nguyên tố hợp kim khá lớn và khả năng
xảy ra các phản ứng hồn ngun thấp, do đó để đáp ứng
được đủ lượng Mn, Si cần thiết trong kim loại mối hàn, phải
đưa vào một lượng fero hợp kim lớn hơn (đặc biệt là hàm
lượng Si) so với trường hợp dùng nền tạo xỉ rutil.
 Các kết quả nghiên cứu của đề tài và các biểu đồ cho
phép các cơ sở sản xuất vật liệu hàn và các chuyên gia kỹ
thuật có thể ứng dụng để xác định hàm lượng Mn, Si đưa
vào thành phần thuốc bọc một cách thuận tiện, khi đầu vào
của nguyên vật liệu thay đổi hoặc nghiên cứu thành phần
đơn thuốc bọc mới.


Một số hình ảnh SV và HVCH tham gia NCKH:

Thiết bị kéo dây hàn của N/m SX Vật liệu Hàn Lilama 5
Hà Tĩnh


Dây chuyền SX que hàn của N/m SX Vật liệu Hàn Lilama 5
Hà Tĩnh

Sinh viên và HVCH Viện Cơ khí thực tập
tại Nhà máy SX Vật liệu Hàn Lilama 5 Hà Tĩnh


Xin trân trọng cám ơn