bao cao luan van phong BS

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 MỐI HÀN KHI CHẾ TẠO THUỐC
HÀN THIÊU KẾT TƯƠNG ĐƯƠNG VỚI LOẠI F7A(P)4 THEO AWS A5.17-80

Học viên

: ĐÀO VĂN PHONG

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


LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ở nước ta hiện nay công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc được
ứng dụng rất rộng tuy nhiên thuốc hàn chủ yếu phải nhập
Một số cơ sở sản xuất chế tạo thử nhưng 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
mối hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết tương đương với loại
F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 và giải pháp để giảm thiểu hàm lượng
hiđrô.

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.
 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


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
bazơ là:
(CaO+MgO) – Al2O3 – CaF2 – TiO2

Trong đó:

+
+
+
+

(CaO+MgO) chiếm khoảng 30%
Al2O3 chiếm khoảng 30%
CaF2 chiếm khoảng 15%
TiO2 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
A5.17-80
F7A(P)4

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
10.71

20 ÷ 30

25÷35

25÷35

10÷20

Bazơ
(B=1,6)


 Sơ đồ nguyên lý quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn
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
1. Thuốc hàn hệ bazơ (CaO+MgO-TiO2Al2O3-CaF2…)
2. Dây hàn (Thép EM12K)
Các hàm mục tiêu
Thành phần hoá học
(hàm lượng hiđrô)

Cơ tính

Đặc trưng công
nghệ

Tính năng kỹ
thuật

Giá thành

 Sơ đồ nghiên cứu của đề tài
1-Thành phần
mẻ liệu thuốc hàn
(CaO+MgO-TiO2Al2O3-CaF2…)
2- Với dây hàn là
Thép EM12K

Hàm lượng huỳnh
thạch trong mẻ liệu
thuốc hàn (CaF2)

Chế độ sấy thiêu kết
thuốc hàn:
- Nhiệt độ thiêu kết.
- Thời gian thiêu kết

Các
hàm
mục
tiêu

Hàm lượng
Hiđrô trong
mối hàn và
VAHN

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)

20

850

120

+1

+1

+1

Mức cơ sở (Xi0 = 0)

15

700

90

0

0

0

Mức dưới (Xi min = –1)

10

550

60

–1

–1

–1

Khoảng biến thiên ΔZi

5

150

30

Các biến số


Mô tả phương pháp thí nghiệm
- Phương pháp đo:Xác định hàm lượng hiđrô trong kim loại mối
hàn bằng phương pháp Glixerin tại phòng kỹ thuật nhà máy que hàn
Việt Đức

Mẫu thí nghiệm được
cân trước khi hàn là G1


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

Phương pháp hàn
Hàn tự động dưới
lớp thuốc bảo vệ
(UP)

Kích thước tấm
kiểm tra
Dầy Rộng Dài
(T) (W)
(L)
12

25

100

Kích thước tấm
đệm
dầy (t) rộng
(w) dài (l)
12

25

150


Tiến hành hàn mẫu thí nghiệm từ thuốc hàn 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 (EM12K) loại có
đường kính φ 4.



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


Mẫu thí
nghiệm được

cân sau khi
đo thể tích là
G2

Thể tích
khí đo sau
khi ngâm
Glixerin
là V


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

10

550

60

–1

–1

–1

10.58

2

20

550

60

+1

–1

–1

9.78

3

10

850

60

–1

+1

–1

3.89

4

20

850

60

+1

+1

–1

3.11

5

10

550

120

–1

–1

+1

10.34

6

20

550

120

+1

–1

+1

9.57

7

10

850

120

–1

+1

+1

3.02

8

20

850

120

+1

+1

+1

2.34

9

8,925

700

90

– 1,215

0

0

4.65

10

21,075

700

90

+ 1,215

0

0

3.82

11

15

517,75

90

0

– 1,215

0

11.34

12

15

882,5

90

0

+ 1,215

0

3.55

13

15

700

53.55

0

0

– 1,215

4.60

14

15

700

126.45

0

0

+ 1,215

3.83

15

15

700

90

0

0

0

4.23

16

15

700

90

0

0

0

4.06

17

15

700

90

0

0

0

4.35


Thể tích khí hiđrô thu được trong ống nghiệm sau 72 giờ là V . Vậy
hàm lượng hiđrô trong 100(g) kim loại mối hàn được tính theo
công thức.

Vx85,85
+1,73
G 2 -G1
H=
0,79

Xử lý kết quả thực nghiệm
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
Y1 = 4,192 – 0,3073X1 – 2,844X2 – 0,2302X3 + 0,011X1X3 –
0,102X2X3 + 0,717X12 + 1,477X22 + 0,063X32
Hệ số tương quan R2 = 0.998 cho thấy mô hình được mô tả chính
xác cao

Biểu diễn các đường đặc tính và các kết luận khoa học
H2
4.70
4.60
4.50

H2

4.40
4.30
4.20
4.10
4.00
3.90
10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

C aF 2

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

Hàm lượng hiđrô trong
mối hàn phụ thuộc vào
hàm lượng huỳnh thạch
CaF2 và nhiệt độ sấy
thiêu kết


H2
10
9
8

H2

7
6
5

4
3
600

700

800

T

Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc
vào nhiệt độ sấy thiêu kết, °C
Hàm lượng hiđrô trong mối
hàn phụ thuộc vào hàm lượng
huỳnh thạch CaF2 và thời
gian sấy thiêu kết


H2

4.50

H2

4.40
4.30
4.20
4.10
4.00
60

70

80

90

100

110

120

tg

Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc
vào thời gian sấy thiêu kết, phút

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


H2

T = 550°C

Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng huỳnh
thạch và thời gian sấy ở nhiệt độ sấy thiêu kết