VUONG SLINE

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 ẢNH HƯỞNG CỦA Mn VÀ Si TRONG THÀNH PHẦN THUỐC
HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TƯƠNG ĐƯƠNG LOẠI F7A(P)4
THEO AWS A5.17-80 ĐẾN CƠ TÍNH MỐI HÀN
Học viên

: NGUYỄN CÔNG VƯỢNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ HUY LÂN
Hà Nội: 26/10/2013


LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc đóng vai
trò quan trọng trong việc chế tạo các kết cấu thép bằng hàn cho
các ngành công nghiệp mũi nhọn như ngành dầu khí, hóa dầu,
công nghiệp đóng tàu, giao thông, chế tạo máy, lắp máy, thủy
điện, nhiệt điện, ...
Số lượng thuốc hàn nói chung ở Việt Nam sử dụng khoảng
15.000 tấn, trong đó thuốc hàn có chất lượng cao cần nhập khẩu
khoảng 10.000 tấn/năm.
 Tuy nhiên, ở Việt Nam việc sản xuất loại thuốc hàn chủ
yếu còn trong giai đoạn thử nghiệm và nguyên liệu phải nhập
phần lớn từ nước ngoài và chưa có đầy đủ các chỉ tiêu cơ bản cần

thiết để nâng cao chất lượng thuốc hàn. Trong số các chỉ tiêu
quan trọng này, đó là hàm lượng Mn và Si trong kim loại mối
hàn đóng vai trò then chốt để nâng cao chất lượng mối hàn.


ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Mn VÀ Si TRONG THÀNH PHẦN THUỐC
HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TƯƠNG ĐƯƠNG LOẠI F7A(P)4
THEO AWS A5.17-80 ĐẾN CƠ TÍNH MỐI HÀN


NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

+ Phân tích, lựa chọn các nguyên tố hợp kim phổ biến từ fero
hợp kim dùng trong thành phần thuốc hàn khi chế tạo thuốc hàn
thiêu kết tương đương với loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80.
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si)
trong thành phần thuốc hàn đến thành phần hóa học và cơ tính
kim loại mối hàn của thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ tương đương
với loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80.
+ Xác định hàm lượng các nguyên tố hợp kim thông qua các fero
hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đưa vào thành phần thuốc hàn thiêu kết
tương đương loại F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 đảm bảo thành
phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn.


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 5 chương.



Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam
TT TÊN

NGUỒN GỐC

TT

TÊN

NGUỒN GỐC

1

-Thái Nguyên
- Bình thuận

7

Trường
thạch

- Yên Bái
- Lào Cai,….

Cao lanh

-Hải Dương
-Hưng Yên

2

Ôxít Titan
(Ti2O)

8

Rutil

-Bình Định

3

Ilmenit

-Hà Tĩnh,
-Thái Nguyên

9

4

Đá vôi

-Hà nam
- yên bái
-Hà nam

- Hà tĩnh
-Hải dương
- Sơn la

10 Fe - Mn

5
6

Đôlômit
Huỳnh
thạch

11

Alumina

Fe - Si

12 Nước thủy
tinh

- Lâm Đồng
- Đắc K nông
- Thái Nguyên
- Hà Tĩnh,….
- Thái Nguyên
- Hải Phòng
- Hà Nội

Xác định thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn
Biến mã hoá
(không thứ nguyên)

Biến thực, %
Các biến
số

MgO,
Z1

Huỳnh Rutil
Alumin
thạch (TiO2),
(Al2O3),
X1
Z4
(CaF2),
Z2
Z3

X2

X3

X4

Mức dưới

16

17

5

20

–1

–1

–1

–1

Mức trên

26

27

15

30

+1

+1

+1

+1

Các chất còn lại
CaCO3
7

Trường
thạch
2

Cao lanh

Fe-Mn

Fe-Si

1

7

5


Sơ đồ nghiên cứu tổng quát
1.Thuốc hàn
2. Dây hàn (thép EM12K)
Thuốc hàn & dây hàn
Các hàm mục tiêu

Thành phần hoá
học

Cơ tính kim loại
mối hàn

Đặc tính công nghệ
hàn

Hàm lượng hiđrô

Giá thành

Hình dạng mối hàn

Khả năng bong xỉ

Độ ổn định hồ quang

Độ bềnσ ch, σ k , độ dãn dài,
độ dai va đập, độ cứng

%C, Mn, Si, S, P


Sơ đồ nghiên cứu đề tài
1.Thành phần mẻ liệu thuốc hàn
2. Dây hàn (thép EM12K)
Thuốc hàn & dây hàn
Hàm mục tiêu

Thành phần hoá học
kim loại mối hàn
%C,
Mn, Si,
S, P

Kiểm tra cơ tính kim loại
mối hàn
Độ bềnσ ch, σ k , độ dãn dài
tươngđối, độ dai va đập


Ứng dụng quy hoạch thức nghiệm nghiên cứu thành phần
hóa học kim loại mối hàn
Hàm mục tiêu
yi = f (xi)
Cụ thể: (% Mn, %Si )= f (%Fe-Mn, %Fe-Si)

Mô hình đa thức bậc 2 (dạng phi tuyến)
yi = b0 + b1x1 + .... + bixi + b12x1x2 + …..+ b11x12 +….+ biixi2
- yi – là các hàm mục tiêu (thành phần hóa học kim loại mối
hàn: %Mn, %Si), %.
- xi - là các biến đầu vào (% Fe-Mn, Fe-Si trong mẻ liệu
thuốc hàn), %.


 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố
Biến thực
Các biến số

Biến mã hoá

Fe-Mn,% Fe-Si,%
Z1
Z2

X1

X2

Mức trên (Ximax = +1)

8

6

+1

+1

Mức cơ sở (Xi = 0)

6

4

0

0

Mức dưới (Ximin = –1)

4

2

–1

–1

Khoảng biến thiên ΔZi

2

2


Kế hoạch thực nghiệm thí nghiệm trực giao bậc 2
Giá trị các biến
thực,%
№ thí
nghiệm Fe-Mn, Fe-Si,
Z1
Z2
1
4
2
2
8
2

3
4
6
4
8
6
5
4
4
6
8
4
7
6
2
8
6
6
9
6
4
10
6
4
11
6
4

Giá trị các biến
mã hóa

X1

X2

–1
+1
–1
+1
–1
+1
0
0
0
0
0

–1
–1
+1
+1
0
0
–1
+1
0
0
0

Giá trị các hàm
mục tiêu,%

Si,
Mn,
Y2
Y1


Kết quả thí nghiệm
№ thí
nghiệm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Giá trị các biến
thực,%
FeMn(Z1)
4
8
4
8
4
8

6
6
6
6
6

Giá trị các biến
mã hóa

Fe-Si(Z2)

X1

X2

2
2
6
6
4
4
2
6
4
4
4

–1
+1
–1

+1
–1
+1
0
0
0
0
0

–1
–1
+1
+1
0
0
–1
+1
0
0
0

Giá trị các hàm mục
tiêu,%
Si,(Y2 )
Mn(Y1)
1.519
2.778
1.962
3.269
1.761

3.054
2.082
2.544
2.331
2.294
2.346

0.524
0.694
1.512
1.674
1.007
1.121
0.624
1.596
1.092
1.103
1.085


Các phương trình hồi quy:
Mn = Y1 = 2.33096+ 0.498551x1 + 0.180017x2 + 0.0122475x1x2 +
0.037632x12 – 0.00768314x22
Hệ số tương quan R2 = 0,999.
Si = Y2 = 1.08881 + 0,0573216x1 + 0,379685x2 + 0,000405019x1x2 –
0,00792719x12 + 0,0134414x22
Hệ số tương quan R = 0, 999.


Biểu diễn các đường dặc trưng

(Mn, Si) = f (Fe-Mn, Fe-Si)



Giải bằng phần mềm tối ưu ta nhận được kết qủa hàm
lượng Fe-Mn; Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn:
Fe-Mn
Fe-Si
Mn
Si
Fe-Mn
3.6
3.7031
3.8442
2.3
4.245
4
3.1562
4.2812

Free
Free
Target
Target

Fe-Si
1.05
0.848
0.9128
1.225

0.853
0.7625
1.1093
0.6207

2
0.5
0.5
0.5

Mn
1.3144
1.3134
1.3548
1.0602
1.4453
1.3733
1.2219
1.4246

0
0
Si
0.3079
0.2708
0.2916
0.2714
0.2988
0.2679
0.2966

0.2522

1.43765
0.3
S
0.0074
0.0074
0.0074
0.0074
0.0074
0.0074
0.0074
0.0075

10
6
1.61286
0.4

P
iter
0.0322 4
0.0323 21
0.0323 29
0.0321 19
0.0325 39
0.0324 20
0.0321 29
0.0326 25

log(D)
-2.4683
-2.3724
-2.9878
-1.71
-3.3226
-2.4738
-2.2469
-2.1955


Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-2
và dự kiến thành phần hóa học tính toán của kim loại mối
hàn.
Giá trị các biến
Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối
thực, %
hàn, %
Fe-Mn
Fe-Si
C
Mn
Si
S
P
5
1
1,662
0,364
Kết quả thử nghiệm thuốc hàn F7A4-2 và thành phần hóa học của

kim loại mối hàn (Mẫu thử theo ANSI/AWS B4.0).
Giá trị các biến
thực, %
Fe-Mn
Fe-Si
5

1

Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại
mối hàn, %
C
Mn
Si
S
P
0,0694

1,567

0,401

0,0062

0.0244


Mẫu kiểm tra phân tích thành phần hóa học KL mối hàn:

Kiểm tra cơ tính, độ dai va đập mối hàn
Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 – 80
Chỉ tiêu về cơ tính

F6XX - EXXX
F7XX - EXXX

Độ bền kéo tối thiểu
MPa
ksi
415÷550
418÷650

Giới hạnchảy
Tối thiểu,
MPa

Độ giãn dài
tương đối,
%

330
400

22
22

60
70

Kết quả kiểm tra thử kéo
Tiết diện
(mm2)
174.835

Giới hạn chảy

Giới hạn bền

Độ giãn dài

(MPa)

(MPa)

(%)

417.538

497.316

34.286


Mẫu kiểm tra thử kéo Kl mối hàn


Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn
Công thử độ dai va đập kim loại mối hàn theo AWS A5.17 - 80
Chữ số Nhiệt độ thử mẫu,oC Công phá huỷ tối thiểu thử mẫu, J

Z
0
2
4
5
6
8

-18
-29
-40
-46
-51
-68

27
27
27
27
27
27

- Kết quả thử độ dai va đập KL mối hàn
STT

Tên mẫu

Nhiệt độ thử(oC)

Công va đập (J)

1

Mẫu F44-1

-40oC

198

2

Mẫu F44-2

-40oC

92

3

Mẫu F44-3

-40oC

203


Mẫu kiểm tra độ dai va đập Kl mối hàn


Giới thiệu thuốc hàn để sản xuất thử nghiệm

Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn để
sản
xuất thử nghiệm thuốc hàn F7A4.
Hàm lượng các
Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại
ferô hợp kim, %

mối hàn, %

Fe-Mn

Fe-Si

C

Mn

Si

S

P

5

1

0,0694

1,567

0,401

0,0062

0.0244