SLIDE BAO VE LV hưng 25 10 2013

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

BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÀN
ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN
ĐẾN TÍNH CÔNG NGHỆ HÀN CỦA THUÔC HÀN THIÊU KẾT”

Học viên:

NGUYỄN THÀNH HƯNG

Người HDKH: TS. VŨ HUY LÂN
Hà Nội: 30/12/2011


LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay nhu cầu về thuốc hàn thiêu để hàn tự động các
kết cấu thép cacbon có chất lượng cao ở trong nước rất
lớn (khoảng 15.000 tấn).
Tuy nhiên, ở Việt Nam việc sản xuất loại thuốc hàn chủ
yếu còn trong giai đoạn thử nghiệm.
Nguồn nguyên liệu trong nước rất dồi dào và phong phú
Xuất phát từ tính cấp thiết và yêu cầu nêu trên, tác giả tiến
hành chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần
thuốc hàn đến tính công nghệ hàn của thuốc hàn thiêu kết”.


NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

- Phân tích, lựa chọn nền tạo xỉ và các chất đưa vào thành
phần thuốc hàn với chỉ số bazơ hợp lý (B=1,6) và sử dụng
tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất tạo xỉ chủ yếu trong
thành phần thuốc hàn đến tính công nghệ hàn của thuốc
hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình F7A(P)4 theo tiêu chuẩn
AWS A5.17 – 80.
- Xác định được hàm lượng các chất tạo xỉ chủ yếu trong
thành phần thuốc hàn đảm bảo các chỉ tiêu công nghệ hàn
khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ F7A(P4) theo tiêu
chuẩn AWS A5.17-80


KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN
XỈ HÀN
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Chương 4: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU
ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN ĐẾN
TÍNH CÔNG NGHỆ HÀN
Chương 5: XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ CÁC KẾT LUÂN KHOA
HỌC
CÁC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT

Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn trên Thế giới
Thuốc hàn thiêu kết ngày càng được quan tâm và phát
triển bởi các hãng ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến như:
Thụy Điển (hãng ESAB), Ucraine (viện hàn Paton), Hàn
Quốc (hãng Huyndai, Chosun, Kiswel…), Mỹ (HOBART),
Đài Loan ...


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT
Nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam
Chủ yếu chỉ sản xuất que hàn điện và dây hàn, còn thuốc
hàn chủ yếu phải nhập ngoại.
Tuy nhiên, kết quả đạt được và mức độ triển khai ứng
dụng thực tế còn rất khiêm tốn. VD như Công ty CP Que
hàn điện Việt Đức, Bộ Công Thương đã nghiên cứu đề tài
về thuốc hàn gốm mác F7-VD (hoặc AR-7) (2008), kết quả
tuy đã được sản xuất thử, nhưng còn một số hạn chế nên
chưa thể triển khai sản xuất với qui mô công nghiệp và đây
là loại thuốc hàn hệ axit dùng để hàn các kết cấu thép yêu
cầu chất lượng thông thường.

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN
Lựa chọn nền tạo xỉ hàn và tính toán sơ bộ thành phần
mẻ liệu thuốc hàn
Một số nền tạo xỉ
 MnO – SiO2 – CaO – (MgO). Nền tạo xỉ này có MnO tạo

ra nhiều bụi gây ô nhiễm đến môi trường và ảnh hưởng
đến sức khỏe của người công nhân.
 MnO – SiO2 – FeO. Nền tạo xỉ này sẽ làm giảm chất
lượng kim loại mối hàn, do % O2 còn lại trong kim loại
mối hàn (dạng hòa tan FeO) lớn.
 CaO – CaF2 – TiO2. Nền tạo xỉ này thích hợp cho hàn
thép không gỉ, các thép cacbon kết cấu độ bền cao.
 CaO – CaF2 – Al2O3. Nền tạo xỉ này dùng để hàn đắp
thép hợp kim trung bình và hợp kim cao.


Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN
Giản đồ trạng thái nhiệt độ của hệ xỉ hàn, °C


Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN
Độ sệt của xỉ ở nhiệt độ 1600°C, Pa.s


Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN
Sức căng bề mặt của hệ xỉ hàn ở 1600°C, J/m2

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN

Nền tạo xỉ được lựa chọn:
(CaO + MgO) – Al2O3 – CaF2 – TiO2
Tỷ lệ và thành phần sơ bộ:
+
+
+
+

(CaO + MgO) chiếm khoảng 30%
Al2O3 chiếm khoảng 30%
CaF2 chiếm khoảng 15%
TiO2 chiếm khoảng 25%


Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA CHỌN XỈ HÀN
Sơ đồ nghiên cứu đề tài
1.Thuốc hàn
2. Dây hàn (EM12K)
1. Thành phần mẻ liệu thuốc hàn
(Nhóm các chất tạo xỉ hàn)
2. Dây hàn (EM12K)
Hàm mục tiêu
Các chỉ tiêu đặc tính công
nghệ hàn của thuốc hàn
Tính ổn định hồ
quang hàn

Sự hình thành

mối hàn

Tính bong
xỉ hàn

Chiều rộng mối hàn
Chiều cao mối hàn
Chiều sâu ngấu
Hệ số hình dạng mối hàn


Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Ảnh hưởng của các nhóm chất chủ yếu đến tính công
nghệ hàn
Ảnh hưởng đến độ ổn định hồ quang hàn
Ảnh hưởng đến sự hình thành mối hàn
Ảnh hưởng đến tính bong xỉ hàn


Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần thuốc
hàn đến tính công nghệ hàn
Thay đổi hàm lượng các chất chủ
yếu (MgO, Al2O3, CaF2, TiO2)
Dây hàn & thuốc hàn
Hàm mục tiêu
Các chỉ tiêu đặc tính công
nghệ hàn của thuốc hàn
Tính ổn định hồ

quang hàn

Sự hình thành
mối hàn

Tính bong
xỉ hàn

Chiều rộng mối hàn
Chiều cao mối hàn
Chiều sâu ngấu
Hệ số hình dạng mối hàn


Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Hàm mục tiêu:
yi = f (xi)
(Lhq, b, c, h, Ψ mh) = f(MgO, Al2O3, CaF2, TiO2)
Mô hình đa thức bậc 2 (dạng phi tuyến)
Yi = b0 + b1X1 + .... + biXi + b12X1X2 + …..+ b11X12 +….+ biiXi2


Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào

Biến mã hoá
(không thứ nguyên)

Biến thực, %

Các
biến
số
Mức
dưới
Mức
trên

Huỳnh
Rutil
thạch
(CaF2), (TiO2),
Z4
Z3

MgO,
Z1

Alumin
(Al2O3),
Z2

20

15

10

30

25

20

X1

X2

X3

X4

12

–1

–1

–1

–1

22

+1

+1

+1

+1

Các chất còn lại
CaCO3
8

Trường
thạch
5

Cao lanh

Fe-Mn

Fe-Si

1

4

2


Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao (với biến mã hóa )
Giá trị các biến mã hóa

Giá trị hàm mục tiêu

Số thứ tự thí

nghiệm

X0

X1

X2

X3

Yi

1

+1

–1

–1

–1

Yi1

2

+1

+1

–1

–1

Yi2

3

+1

–1

+1

–1

Yi3

4

+1

+1

+1

–1

Yi4

5

+1

–1

–1

+1

Yi5

6

+1

+1

–1

+1

Yi6

7

+1

–1

+1

+1

Yi7

8

+1

+1

+1

+1

Yi8

9

+1

–α

0

0

Yi9

10

+1

+α

0

0

Yi10

11

+1

0

–α

0

Yi11

12

+1

0

+α

0

Yi12

13

+1

0

0

–α

Yi13

14

+1

0

0

+α

Yi14

15

+1

0

0

0

Yi15


Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Điều kiện thí nghiệm
Vị trí mối hàn điển hình 1G, chọn chế độ hàn được tính toán sơ
bộ ở vị trí hàn bằng theo tiêu chuẩn AWS, với đường kính dây
hàn là 4.0 mm
Vật liệu mẫu hàn và dây hàn
Thành phần hoá học của thép hàn SM400B, (%):
C

Mn

Si

S

P

0.06 ~ 0.12

0.35 ~ 0.60

0.10 max

0.025 max

0.025 max.

Thành phần hoá học của dây hàn EM12K, (%):
C

Mn

Si

0,05 ÷ 0,15 0,80 ÷ 1,25 0,10 ÷ 0,35

S

P

Cu

0,030

0,030

0,35

Chương 4: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN ĐẾN TÍNH CÔNG NGHỆ HÀN
Kế hoạch thực nghiệm
Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào.
Biến mã hoá
Biến thực, %
(không thứ nguyên)
Các biến
Alumin Huỳnh thạch Rutil
số
MgO,
(Al2O3),
(CaF2), (TiO2), X1 X2 X3 X4
Z1
Z2
Z3
Z4
Mức dưới 20
Mức trên 30

15
25

10
20

12
22

–1
+1

–1
+1

–1
+1

Các chất còn lại
CaCO3
8

Trường
thạch
5

Cao lanh

Fe-Mn

Fe-Si

1

4

2

–1
+1


Chương 4: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN ĐẾN TÍNH CÔNG NGHỆ HÀN
Kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao
Giá trị các biến số

TT

MgO

Alumin
(Al2O3)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21
22

X1
0.3
0.3
0.3
0.3
0.23
0.3
0.3
0.23
0.2
0.23
0.2
0.2
0.2
0.2
0.276667
0.243333
0.276667
0.276667
0.243333
0.2575

0.2575
0.2575

X2
0.25
0.15
0.25
0.18
0.25
0.18
0.15
0.25
0.25
0.15
0.18
0.25
0.226667
0.226667
0.15
0.25
0.226667
0.226667
0.193333
0.2075
0.2075
0.2075

Hàm mục tiêu

Chiều dài Chiều Chiều Chiều Hệ số hình Công bong

Huỳnh thạch
Rutil (TiO2) Các chất hồ quang rộng cao mối sâu ngấu dạng mối xỉ hàn bx,
(CaF2)
còn lại tới hạn l, mối hàn hàn c, mối hàn hàn Ψ
N/mm2 ,
mh
mm
b, mm
mm
h, mm
X3
X4
X5
Yl
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
0.1
0.15
0.2
0.2
0.15
0.2
0.13
0.12
0.2
0.2
0.12

0.2
0.2
0.12
0.2
0.1
0.22
0.2
0.13
0.22
0.2
0.1
0.22
0.2
0.13
0.22
0.2
0.2
0.22
0.2
0.2
0.22
0.2
0.176667
0.173333
0.2
0.2
0.173333
0.2
0.153333
0.22

0.2
0.176667
0.196667
0.2
0.143333
0.163333
0.2
0.1
0.196667
0.2
0.176667
0.12
0.2
0.143333
0.22
0.2
0.1575
0.1775
0.2
0.1575
0.1775
0.2
0.1575
0.1775
0.2


Chương 4: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN ĐẾN TÍNH CÔNG NGHỆ HÀN
Các thông số chế độ hàn khác dùng để nghiên cứu

Các thông số chế độ hàn chủ yếu được tính toán và hàn
kiểm tra đạt ổn định có các giá trị như sau:
+ Đường kính dây hàn: 4,0 mm
+ Tầm với điện cực: 30 mm;
+ Góc nghiêng điện cực: 0°.


Chương 4: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG
CỦA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN ĐẾN TÍNH CÔNG NGHỆ HÀN

Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu tính công
nghệ hàn
Xác định chiều dài hồ quang tới hạn
Xác định các kích thước và hình dạng mối hàn.
Xác định công bong xỉ