BAO CAO CHỈNH BS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Tác
Tácgiả
giảluân
luânvăn:
văn:

Phan Văn Chỉnh

Hướng
Hướngdẫn
dẫnKhoa
Khoahọc
học

TS. Vũ Huy Lân


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.
1.Lý
Lýdo
dochọn
chọnđề
đềtài
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, ...
Việc sản xuất thuốc hàn 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.
Chưa đáp ứng về số lượng, chất lượng, còn phải nhập khẩu nhiều
 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 các
nguyên tố hợp kim Mn và Si có trong mối hàn
Do vậy luận văn đi sâu Nghiên cứu hiệu quả hợp kim hóa của Mn và Si
trong thành phần thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo
AWS A5.17-80


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
2.
2.Mục
Mụcđích
đíchnghiên
nghiêncứu,
cứu,đối
đốitượng
tượngvà
vàphạm
phạmvi
vinghiên
nghiêncứu
cứu

* Mục đích nghiên cứu:
Text
+ Nghiên cứu sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim
phổ biến Mn và Si (từ fero hợp kim: Fe-Mn, Fe-Si) trong
thành phần thuốc hàn vào kim loại mối hàn khi chế tạo

Text
thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo
AWS A5.17-80.
Texthợp kim (Fe-Mn,
+ Xác định được hàm lượng các fero
Fe-Si) trong thành
phần thuốc hàn thiêu kết tương đương
Text
với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
2.
2.Mục
Mụcđích
đíchnghiên
nghiêncứu,
cứu,đối
đốitượng
tượngvà
vàphạm
phạmvi
vinghiên
nghiêncứu
cứu

* Đối tượng nghiên cứu của đề tài là:
+ Phân tích, lựa chọn các nguyên tố hợp kim phổText
biến từ fero
hợp kim dùng trong thành phần thuốc hàn khi chế tạo thuốc hàn

thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.
+ Nghiên
cứu sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim phổ
Text
biến Mn và Si trong thuốc hàn vào kim loại mối hàn khi chế tạo
thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS
Text
A5.17-80.
+ Xác định được hàm lượng các nguyên tố hợp kim thông qua
Text
các fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đưa vào thành phần thuốc hàn
thiêu kết tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80
đảm bảo thành phần hóa học kim loại mối hàn.


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
3.
3. Ph
Phươ
ương
ng pháp
pháp nghiên
nghiên ccứứu.
u.
- Phân tích, lựa chọn các nguyên tố hợp kim phổ biến dùng trong
thành phần mẻ liệu thuốc hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết
tương đương với loại F7A(P)2 theo AWS A5.17-80.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các fero hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si)
trong mẻ liệu thuốc hàn đến thành phần hóa học kim loại mối hàn
của thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ tương đương với loại F7A(P)2

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)2 theo AWS A5.17-80 đảm bảo thành
phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn.


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắtnội
nộidung
dung chính
chínhcủa
của luận
luậnvăn
văn
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN THIÊU KẾT
1. Sơ lược về hàn tự động dưới lớp thuốc hàn
Text
1.1. Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc
Text

Text


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm

Tómtắt
tắt nội
nộidung
dungchính
chínhcủa
củaluận
luậnvăn
văn
1.2. Vai trò công dụng của thuốc hàn
Text

Text

Hình 1.6. Dạng thuốc hàn
Text hàn
1.3. Phân loại thuốc
-F (fused): loại nung chảy
- B (bonded): loại liên kết, tức là thuốc hàn gốm và thiêu kết


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắtnội
nộidung
dung chính
chínhcủa
của luận
luậnvăn

văn
2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn

Text

-Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn trên thế giới
- Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam.
Text

-Nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam
( liệt kê ở bảng 1.1 trang 21)
3. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Text

(đã trình bày ở phía trên)


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắtnội
nộidung
dung chính
chínhcủa
của luận
luậnvăn
văn

Chương 2. GIỚI THIỆU VỀ THUỐC HÀN VÀ LỰA

CHỌN XỈ HÀN
2.1. Các chi tiêu cơ bản của thuốc hàn
2.2. Thàn phần, phân loại và ký hiệu thuốc hàn
- Nhóm tạo khí, Nhóm tạo xi, Nhóm ổn đị nh hồ quang,
nhóm chất khử và hợp kim hóa, nhóm chất khử tạp chất
- Phân loại: Thuốc hàn nung, thuốc hàn gốm nói chung
(thuốc hàn gốm, thuốc hàn thiêu kết), thuốc hàn nung
chảy+bột hợp kim hoặc fero hợp kim ….


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắt nội
nộidung
dungchính
chínhcủa
củaluận
luậnvăn
văn
- Ký hiệu thuốc hàn: Ký hiệu thuốc hàn của Việt Nam chưa được
chuẩn hóa . Tham khảo ký hiệu của AWS theo tiêu chuẩn AWS
A5.17-80 (Sơ đồ hình 2.1 trang 32)
2.3. Sơ lược về xỉ hàn
- Khái niệm về xỉ hàn: Khái niệm, đặc điểm, các tính chất của xỉ hàn
- Độ nhớt của xỉ hàn: một trong những tính chất quan trọng của xỉ hàn
là độ nhớt của nó ở trạng thái nóng chảy.
+ Độ nhớt của xỉ hàn chứa cao lanh (ôxit nhôm) tăng khi có các chất kiềm
+ Độ nhớt của xỉ hàn giảm khi bổ xung CaF 2

- Một số khái niệm có liên quan đến độ nhớt của xỉ hàn, đó là nhiệt độ
nóng chảy của thuốc – xỉ hàn. …
+ Xỉ ngắn: là loại xỉ hàn có sự thay đổi độ nhớt sảy ra trong khoảng nhiệt
độ hẹp
+ Xỉ dài: là loại xỉ có sự thay đổi của độ nhớt xảy ra trong khoản nhiệt độ
rộng và từ từ


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắtnội
nộidung
dungchính
chínhcủa
củaluận
luậnvăn
văn
- Một số đặc tính khác của xỉ hàn:
+ Sức căng bề mặt phân pha kim loại nóng chảy-xỉ hàn nóng chảy…
+ Độ thẩm thấu khí của xỉ hàn: …
- Phân loại xỉ hàn
+ Phân loại theo tính axit hay bazơ:
+ Phân loại teo độ hoạt tính:
+ Phân lọa theo nền tạo xỉ:
2.4. Lựa chọn nền tạo xỉ hàn và tính toán sơ bộ thành phần mẻ liệu thuốc hàn
-Lựa chọ nền tạo xỉ: phải thỏa mãn các tiêu chí: (6 tiêu chí)
Giới thiệu một số nền tạo xỉ thông dụng:
MnO – SiO2 – CaO – (MgO). Có MnO tạo ra nhiều bụi.

MnO – SiO2 – FeO. Giảm chất lượng mối hàn (dạng hòa tan FeO) lớn
CaO – CaF2 – TiO2. Hàn thép không gỉ, thép cac bon kết cấu độ bền cao.
CaO – CaF2 – Al2O3. hàn đắp thép hợp kim trung bình và hợp kim cao.


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Từ những phân tích và yêu cầu về nền tạo xỉ của thuốc hàn thép các bon độ
bền cao.
Phù hợp với điều kiện Việt Nam chọn nền tạo xỉ dưới đây:
(CaO + MgO) – Al2O3 – CaF2 – TiO2 Để đảm bảo được nền tạo xỉ có các tính
chất vật lý cần thiết như nhiệt độ nòng chảy, độ nhớt, tỷ trọng riêng, sức căng
bề mặt, góc thấm, … thì nguyên tắc chọn tỉ lệ các cấu tử cần dựa vào giản đồ
trạng thái 3 nguyên, xem hình 2.5; hình 2.6 và hinh 2.7
-Xác định thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn
+ Nguyên tắc chọn sơ bộ nền tạo xỉ:
Dựa vào hàm lượng của các chất (Ca + MgO), CaF2, Al2O3,TiO2 có trong
thành phần nguyên liệu chứa chúng.
Dựa vào đặc điểm và yêu cầu của thuốc hàn hệ bazơ loại F7A(P)2 theo AWS
A5.17-80.
Dựa vào tỷ lệ hệ xỉ đã chọn ở trên
+ Xác định sơ bộ hàm lượng các chất tạo xỉ: …


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắtnội
nộidung
dung chính

chínhcủa
của luận
luậnvăn
văn
Vậy, ta có hàm lượ ng của các chất trong thành mẻ liệu của thuốc hàn
F7A2 để thí nghiệm với các chất tạo xỉ hàn tìm đượ c của Đề tài
nhánh trướ c có hàm lượ ng như sau:
Bảng 2.6: Thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn (mẻ liệu khô)
Thuốc
hàn
F7A2

Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, %
MgO Al2O3 CaF2 Rutil CaCO3 Trường Cao Fe- Fe-Si
TiO2
thạch lanh Mn
16
23,6 8,4
30


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
4.
4.Tóm
Tómtắt
tắtnội
nộidung
dung chính
chínhcủa
của luận

luậnvăn
văn
2.5. Xác định nội dung nghiên cứu.
- Sơ đồ nghiên cứu tổng quát:
1.Thành phần mẻ liệu thuốc hàn

Text

2. Dây hàn (thép EL8)
Thuốc hàn & dây hàn

Text
Thành phần hoá
học
%C,
Mn, Si,
S, P

Các hàm mục tiêu
Cơ tính kim loại mối Đặc tính công nghệ
hàn
hàn

Hàm lượng hiđrô

Text

Độ
bềnσch, σk
Text

, độ dãn
dài, độ dai
va đập

Tính
bong
xỉ

Hình
dạng
mối
hàn

Độ ổn
định
hồ
quang

Giá thành


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

- Sơ đồ nghiên cứu của đề tài:
Trong số nhiều chỉ tiêu cơ bản ở sơ đồ nghiên cứu tổng quát, do nội
dung chung rất lớn. Do vậy, nhiệm vụ cụ thể của đề tài chỉ giới hạn
nghiên cứu chuyên sâu một trong số các tiêu chí quan trọng là thành
phần hoá học của kim loại mối hàn (Mn, Si, …) được hợp kim hóa bằng
các Ferô hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) từ mẻ liệu thuốc hàn. Sau khi đã xác
định được hàm lượng các Ferô hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) phù hợp, sẽ kiểm

tra cơ tính kim loại mối hàn.
Sơ đồ nghiên cứu được thể hiện trên so đồ Hình 2.9 trang 53
Để đạt được các mục tiêu này, trên cơ sở lựa chọn thành phần hoá
học kim loại mối hàn, kết quả nghiên cứu từ phần lựa chọn nền tạo xỉ
và chọn được thành phần thuốc hàn đáp ứng các tiêu chí về tính công
nghệ hàn của nhóm tham gia thực hiện Đề tài ở phần trước. Nội dung
của đề tài này sẽ tiếp tục thực hiên các nhiệm vụ dưới đây:


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
 Tính toán sơ bộ các ferô hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) đóng vai
trò các chất khử và chất hợp kim hoá trong mẻ liệu thuốc
hàn.
 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm nghiên cứu sự dịch
chuyển của Mn và Si từ các Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu
thuốc hàn vào kim loại mối hàn.
 Xác đị nh đượ c hàm lượ ng các fero hợp kim cần thiết
đưa vào mẻ liệu thuốc hàn một cách hợp lý đảm bảo
thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn.


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chươ ng 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠ NG PHÁ NGHIÊN CỨU.
3.1. Ảnh hưở ng của Mn và Si trong thuốc hàn đế n chất
lượ ng kim loại mối hàn
- Mn, Si trong vai trò chất khử:
+ Những tạp chất có hại chủ yếu khi hàn thép cacbon:O2, Nitơ,
Hidro, lưu huỳnh, phốt pho.
+ Khử O2. phản ứng sau: Si + O2 = SiO2 + Q

Ti + O2 = TiO2 + Q
2Mn + O2 = 2MnO + Q
4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khử lưu huỳnh (S): [FeS] + (MnO) → (MnS) + [FeO] MnS tạo thành ít
hoà tan trong sắt và nhiệt độ nóng chảy của nó là 1883oC sẽ chuyển vào xỉ.
Để phòng ngừa nứt nóng, hàm lượng mangan tối thiểu trong Text
kim loại mối
hàn phải thoả mãn tỉ số sau đây
[ Mn ] / [ S ] ≥ 10,3 ÷ 11,5
Text

[S],%

0,001

Text

0

-0,001
0

10

20

(MnO)

%

Kết luận: S được khử dễ dàng bởi xỉ hàn bazơ và Mn tối thiểu 0,6 ÷ 0,8%


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khử phốt pho:
Mn, Si trong vai trò hợp kim hóa: Hàm lượng các nguyên tố hợp
kim trong kim loại mối hàn ảnh hưởng trực tiếp tới tính công nghệ
hàn và các chỉ tiêu cơ tính, kỹ thuật của kim loại mối hàn như sau:
Cacbon, Mangan, Silic, Crôm, Niken, Molybden, Vanadi, Vonfram.

Ảnh hưởng đáng kể của V như là một nguyên tố hợp kim cho
kim loại đắp khi hàm lượng V trong vật liệu dây hàn là 0,15%0,25% và cao hơn. Khi tạo thành các hợp chất nitrit và các
cacbit khó nóng chảy, V có tác dụng làm mịn các cấu trúc hạt
cấp1 và cấp 2, tăng độ cứng và độ bền mòn của thép. Trong vật
liệu hàn, V thường được sử dụng trong các tổ hợp các nguyên
tố hợp kim khác như : Ni, Cr, Mo, W….
Tổ chức tế vi của kim loại lớp đắp có vai trò rất quan trọng,
ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kỹ thuật của lớp đắp


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Sơđồ nghiên cứu ảnh hưởng của Mn, Si trong thành phần thuốc hàn

1.Thành phần mẻ liệu: Fe-Mn, Fe-Si
2. Dây hàn (thép EL8)

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 bềnσch,

σk, độ dãn dài
tương đối, độ
dai va đập


PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
- Tính toán sơ bộ lượng Mn và Si đưa vào thành phần mẻ liệu

Thuốc
hàn
F7A2

(trang 63,64)

Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, %
MgO Al2O3 CaF2 Rutil CaCO3 Trường Cao Fe-Mn Fe-Si
thạch
TiO2

lanh
16

23,6

8,4

30

9

2

1

6

4

3.2. Phương pháp nghiên cứu
- Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu…
Vật liệu mẫu hàn (kim loại cơ bản) mác thép SM400B…
3.3. Mô tả phương pháp các thí nghiệm
- Điều kiện vật liệu mẫu, thiết bị và chế độ hàn thí nghiệm: trong khuôn khổ
luận văn, tác giả nghiên cứu ở vị trí mối hàn điển hình 1G, chọn chế độ hàn
tính toán sơ bộ ở vị trí hàn bằng theo tiêu chuẩn AWS, với đường kính dây
hàn là 4.0mm
- Vật liệu mẫu hàn sử dụng thép có mác SM400B
- Dây hàn EL8 theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80 . Máy hàn tự động Dosun DZ1000

TIẾNHỰC HÀNH THÍ NGHIỆM


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
- Mô tả thí nghiệm xác định thành phần hóa học kim loại mối hàn

Kích thước mẫu thử phân tích thành phần hóa học
- Phôi mẫu


TIẾNHỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
- Dùng máy phân tích quang phổ để phân tích thành phần %Mn và %Si
trong
mối hàn.

- Mô tả thí nghiệm xác định cơ tính kim loại mối hàn.
Mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài


TIẾNHỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
- Mẫu thử dai va đập

-

Máy thử va đập và vị trí búa đập