Nghiên cứu chế tạo que hàn tương đương loại e7016 bằng vật liệu trong nước
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.3 MB, 108 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------
NGUYỄN ĐỨC HẠNH
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO QUE HÀN TƯƠNG ĐƯƠNG
LOẠI E7016 BĂNG VẬT LIỆU TRONG NƯỚC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ HÀN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS.VŨ HUY LÂN
HÀ NỘI - 2010
MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC………………………………………………………………………….1
LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………...5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ QUE HÀN THÉP CÁC BON………..………….............. 8
1.1.1 Cấu tạo que hàn............................................................................................8
1.1.1.1 Lõi thép que hàn…………………………………………………….....8
1. 1.1.1.2 Vỏ bọc que hàn…………………………………………………... ........9
1.1.2 Yêu cầu đối với que hàn thép cacbon…………………….....……...........11
1.1.2.1 Yêu cầu chung.......................................................................................11
1.1.2.2 Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với que hàn thép cacbon........12
1.1.2.3 Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với vỏ bọc que hàn thép cácbon
1.1.2.4 Yêu cầu kỹ thuật chung đối với chế tạo que hàn…………………13
1.1.3 Phân loại que hàn……...……………………………………………......14
1.1.3.1 Theo tính chất của thuốc bọc que hàn………………………..........15
1.1.3.2 Theo công dụng chung………………………………………….......15
1.1.3.3 Theo chiều dày lớp vỏ bọc……………………………………….....15
1.1.3.4 Theo mức độ hợp kim hoá và đối tượng mối hàn………………...15
1.1.4 Kí hiệu que hàn…………...…………………………………………......15
1.1.4.1 Que hàn thép các bon thấp………………………………………....15
1.1.4.2 Que hàn thép hợp kim thấp…………………………………….......17
1.1.4.3 Que hàn thép không gỉ………………………………………….......17
1.1.5 Giới thiệu về que hàn thép cacbon E7016…….……………………….17
1.1.5.1 Theo tiêu chuẩn AWS A5.1 – 1981…………………………………17
1.1.5.2 Ký hiệu que hàn thép các bon thấp E7016…………………….......18
1.2 Nội dung nghiên cứu…………………………………………………………19
1. 2.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất que hàn……………………………………..19
1.2.2 Các bộ phận và công đoạn chính trong quá trình sản xuất que hàn….20
1.2.2.1 Bộ phận làm sạch…………………………………………………….20
1.2.2.2 Bộ phận kéo rút………………...…………………………….....20
1.2.3 Bộ phận nắn và cắt que….………………………………………………..21
1.2.3.1 Sơ đồ nắn và cắt que…………………………………………………21
1.2.3.2 Các phương pháp cắt……..………………………………………….22
1.2.4 Bộ phận cấp lõi que……………………………………………………...23
1.2.5 Nghiền nguyên liệu……………………………………………………….24
1.2.5.1 Mục đích ……………………………………………………………..24
1.2.5.2 Kích thước hạt nguyên liệu…….…………………………………...24
1.2.5.3 Thiết bị nghiền……………………………………………………….24
1
1.2.6 Xử lý nguyên liệu ......................................................................................24
1.2.7 Bộ phận ép que hàn………………………………………………………25
1.2.7.1 Đặc điểm chung………………………………………………………25
1.2.7.2. Sơ đồ máy ép que hàn có vỏ bọc……………………………….......25
1.2.7.3 Các loại máy ép và đặc điểm………..……………………………….25
1.2.8 Đỡ và phóng que, vê hai đầu, in, sấy, đóng gói….……………………..26
1.2.8.1 Bộ phận đỡ và phóng que……………………………………………26
1.2.8.2 Bộ phận vê hai đầu…………………………………………………..27
1.2.8.3 Bộ phận in ký hiệu que hàn………………………………………….28
1.2.8.4 Bộ phận sấy que……………………………………………………...28
1.2.8.5 Bộ phận đóng gói……………………………………………………..29
1.2.9 Kiểm tra chất lượng………...…………………………………………..29
1.2.9.1 Đo lường kiểm tra chất lượng từng khâu………………………….29
1.2.9.2 Kiểm nghiệm thành phẩm que hàn……………………………......30
1.2.9.3 Kiểm nghiệm thành phần hoá học và cơ tính kim loại mối hàn….30
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN MẺ LIỆU
THUỐC BỌC QUE HÀN TƯƠNG ĐƯƠNG E7016...........................................31
2.1 Giới thiệu sơ lược về xỉ hàn và các đặc điểm của xỉ hàn…………………...31
2.1.1 Khái niệm xỉ hàn…………………………………………………………31
2.1.2 Đặc tính cơ bản của xỉ hàn………………………………………………31
2.1.2.1 Tính axit( bazơ) của xỉ hàn……… ………………………………….31
2.1.2.2 Hoạt tính hoá học của xỉ hàn………………………………………..32
2.1.2.3 Độ nhớt………………………………………………………………..33
2.1.3 Một số đặc tính khác của xỉ hàn………………………………………...35
2.1.3.1 Sức căng bề mặt phân pha kim loại - xỉ hàn……………………….35
2.1.3.2 Độ thẩm thấu khí của xỉ hàn………………………………………...35
2.1.4 Phân loại xỉ hàn…………………………………………………………...35
2.1.4.1 Phân theo tính axit hay bazơ…………………………………………35
2.1.4.2 Phân loại theo độ hoạt tính…………………………………………...36
2.1.4.3 Phân loại theo sự thay đổi độ nhớt…………………………………..36
2.2 Cơ sở lựa chọn nền tạo xỉ cho mẻ liệu thuốc bọc que hàn………………....36
2.2.1 Yêu cầu cơ bản của nền tạo xỉ…………………………………....36
2.2.2 Nền tạo xỉ bazơ…………………………………………………………...37
2.2.3 Chọn nền tạo xỉ phù hợp với que hàn thép cacbon E7016…………….37
2.3 Lựa chọn nguyên liệu cho mẻ liệu thuốc bọc que hàn……………………..37
2.3.1 Sơ lược về nguồn nguyên liệu khoáng chất trong nước………………..37
2.3.2 Lựa chọn sơ bộ thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn E7016……….39
2
2.4 Tính toán thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn thép cacbon E7016…...40
2.4.1 Giới thiệu thành phần hoá học và cơ tính của thép làm lõi que H-08A
2.4.2 Tính toán lượng ôxy sinh ra……………………………………………. 41
2.4.3 Tính toán lượng chất khử cần dùng…………………………………….42
2.4.4 Tính toán hàm lượng các chất hợp kim hoá………………………........42
2.4.5 Tính toán các chất trong xỉ hàn……………..……………............44
2.4.5.1 Từ rutil (90% TiO2, 2% SiO2)............................................................44
2.4.5.2 Từ Đá vôi (98% CaCO3, 1% SiO2, 1% Al2O3)……………………..44
2.4.5.3 Từ quặng Bôxit (52% Al2O3, 5% SiO2)……………………………..45
2.4.5.4 Từ Titan trắng (98% TiO2)………………………………………….45
2.4.5.5 Từ cao lanh (52% SiO2, 35% Al2O3, 1,25% Fe2O3)………………...45
2.4.5.6 Từ Fero – Si (75% Si )………………………………………………...45
2.4.5.7 Từ Fero – Mn (80% Mn)………………………………………….......46
2.4.5.8 Từ trường thạch(Fenspat).(51,1%SiO2, 31%Al2O3, 4,3%K2O+Na2O)
2.4.5.9 Từ Huỳnh thạch (96% CaF2, 2% SiO2, 2%CaCO3)………………...46
2.4.5.10 Từ nước thủy tinh (25% SiO2, 11% K2O)......................................47
2.4.5.11 Từ Mika (45% SiO2, 13%Al2O3, 10%Fe2O3, 2%K2O)..................47
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÀNH PHẦN CỦA
MẺ LIỆU VỚI CÁC CHỈ TIÊU CÔNG NGHỆ CỦA QUE HÀN.....................49
3.1 Sơ đồ nghiên cứu về que hàn thép cacbon.....................................................49
3.1.1 Sơ đồ tổng quát............................................................................................49
3.1.2 Sơ đồ nghiên cứu trong đề tài...................................................................50
3.2 Xây dựng mô hình hàm mục tiêu....................................................................50
3.2.1 Hình dạng mô hình....................................................................................50
3.2.2 Giới thiệu phương pháp xác định hệ số của mô hình.............................51
3.3 Xác định hàm mục tiêu....................................................................................54
3.3.1 Lựa chọn các biến số..................................................................................56
3.3.2 Chọn tần số và xác định khoảng biến thiên.............................................57
3.3.3 Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu và tính công nghệ của q.hàn
3.3.3.1 Thí nghiệm đo chiều dài hồ quang tới hạn.........................................58
3.3.3.2 Thí nghiệm đo công bong xỉ.................................................................58
3.3.3.3 Thí nghiệm đo hình dạng mối hàn.......................................................60
3.3.4 Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ tính của que hàn……...60
3.3.4.1 Mô tả thí nghiệm……………………………………………………..60
3.3.4.2 Mẫu hàn thử………………………………………………………….61
3.3.4.3 Mẫu thử cơ tính………………………………………………………62
3.3.5 Sơ đồ khối và phần mềm lập trình của mô hình toán học.....................67
3.3.5.1 Sơ đồ khối của mô hình......................................................................67
3.3.5.2 Phần mềm lập trình…………………………………………............68
3.3.6 Tính toán số liệu và kết quả thí nghiệm..................................................68
3
CHƯƠNG 4:
TỐI ƯU HOÁ THÀNH PHẦN MẺ LIỆU THUỐC BỌC QUE HÀN………...71
4.1
4.2
4.3
4.4
Giới thiệu phương án tối ưu hoá và toán quy hoạch.....................................71
Hạch toán kinh tế…………………………………………………………….74
Xác định hàm giá thành mẻ liệu theo đơn thuốc...........................................75
Thực hiện quy hoạch toán học cho thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn
thép cacbon E7016.................................................................................................77
4.4.1 Hệ Đá vôi – Huỳnh thạch – Rutil
4.4.2 Phương pháp xác định thành phần mẻ liệu tối ưu.................................77
4.4.3 Kết quả…………………………………………………………………...78
4.5 Giá thành của que hàn thép cacbon E7016 sau khi sản xuất........................80
4.6 Sự phụ thuộc của các yếu tố công nghệ vào hàm lượng các chất Rutil, Đá
vôi, Bôxit.................................................................................................................81
4.6.1 Sự phụ thuộc của chiều dài hồ quang vào hàm lượng các chất Rutil, Đá
vôi, Bôxit…………………………………………………………………………...81
4.6.2 Sự phụ thuộc của hệ số bong xỉ vào hàm lượng các chất Rutil, Đá vôi,
Bôxit..........................................................................................................................82
4.7 Kết quả ứng dụng vào thưc tế………………………………………………..83
CHƯƠNG 5:
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO QUE HÀN THÉP CACBON E 7016
VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT.....................................................................85
5.1 Sơ đồ chế tạo que hàn thép cacbon E7016………………………………….85
5.2 Chuẩn bị lõi que………………………………………………………………85
5.2.1 Kéo rút lõi que……………………………………………………………85
5.2.2 Nắn cắt lõi que……………………………………………………….......87
5.3 Chuẩn bị các thành phần mẻ liệu...................................................................88
5.3.1
5.3.2
5.2.3
5.3.3
5.3.4
Chuẩn bị sẵn nguyên liệu đã chọn………………………………………88
Nghiền nguyên liệu.....................................................................................88
Xác định thành phần mẻ liệu....................................................................89
Xử lý nguyên liệu………………………………………………………....91
Trộn nguyên liệu........................................................................................91
5.3.4.1 Trộn khô………………………………………………………………92
5.3.4.2 Trộn ướt………………………………………………………………92
5.3.5 Ép bánh…………………………………………………………………...93
5.3.6 Ép que……………………………………………………………………..93
5.3.7 Bộ phận đỡ và đón que hàn.......................................................................94
5.3.8 Sấy que hàn……………………………………………………………….95
4
5.3.9 Thành phẩm……………………………………………………………....95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…..………………………………………………..96
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………..........………98
PHỤ LỤC.................................................................................................................99
5
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học công nghệ phát triển không ngừng, trong quá trình sản xuất, thiết kế,
chế tạo các sản phẩm đưa vào sản xuất công nghiệp lựa chọn vật liệu đảm bảo tính
kinh tế, chất lượng sản phẩm nâng cao. Vì vậy công nghệ Hàn không nằm ngoài
công nghệ đó và hiện nay phát triển mạnh mẽ ở các ngành đóng tàu, dầu khí, ôtô,
xe máy, hóa học, xây dựng,… Với ưu điểm tiết kiệm kim loại, tốn ít thời gian thực
hiện, giảm chi phí so với các phương pháp chế tạo khác mà vẫn đảm bảo độ bền cần
thiết, có khả năng hàn được các kim loại có tính chất khác nhau, công nghệ Hàn
ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng trong sản xuất.
Trong kết cấu, thép cacbon là vật liệu được sử dụng nhiều và đặc biệt là trong
những kết cấu hàn thép các bon trung bình chiếm một tỷ lệ khá lớn bởi tính hàn tốt
của loại thép này, thép càng ít cacbon càng dễ hàn. Trước đây chỉ có vài nhà máy đã
được xây dựng từ lâu như nhà máy sản xuất Que hàn điện Việt - Đức, xưởng sản
xuất que hàn và dây hàn của nhà máy gang thép Thái Nguyên, thì trong khoảng hơn
chục năm gần đây do nhu cầu phát triển của thị trường, số lượng các nhà máy và
công ty sản xuất vật liệu hàn ở Việt Nam tăng lên rất nhanh, đã có nhiều đơn vị có
tên tuổi như: Công ty Công nghiệp vật liệu hàn Nam triệu thuộc Tập đoàn Công
nghiệp tàu thủy Việt Nam, Công ty Cổ phần Que hàn Hà Việt, Công ty cổ phần kim
Tín, Công ty que hàn Hữu nghị Phú Thọ, Công ty Que hàn Đại Tây Dương Hà Bắc,
xí nghiệp que hàn Khánh Hội, nhà máy que hàn Đại Kiều Thiên Tân (Long An) và
một số nhà máy sản suất vật liệu hàn mới được xây dựng và đã đưa vào sản xuất:
Nhà máy sản xuất vật liệu hàn LILAMA (Hà Tĩnh), Nhà máy sản xuất que hàn
xuyên Á (Khu công nghiệp Diên Sanh - Quảng trị), Công ty que hàn Vạn
Đạt…Trong các sản phẩm vật liệu hàn của các nhà máy và công ty kể trên, mặt
hàng chủ yếu là là các loại que hàn điện hồ quang tay.
Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo que hàn tương đương loại E7016 bằng vật liệu trong
nước”.
6
Hướng nghiên cứu chế tạo que hàn tương đương loại E7016 gọi theo tiêu
chuẩn AWS A5.1 bằng vật liệu sẵn có trong nước nhằm đáp ứng yêu cầu về chất
lượng, giá thành của sản phẩm.
Cấu trúc luận văn gồm 05 chương
TT
Chương 1
Chương 2
Nội dung
TỔNG QUAN
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN MẺ LIỆU
THUỐC BỌC QUE HÀN TƯƠNG ĐƯƠNG E7016
XÂY DỰNG MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÀNH PHẦN
Chương 3
CỦA MẺ LIỆU VỚI CÁC CHỈ TIÊU CÔNG NGHỆ VÀ CƠ
TÍNH CỦA QUE HÀN
Chương 4
Chương 5
TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN MẺ LIỆU THUÔC BỌC QUE
HÀN
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO QUE HÀN THÉP
CACBON E 7016 VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐỀ XUẤT
Trong quá trình làm luận văn tôi xin trân thành cảm ơn các thầy, cô giáo
trong Viện Cơ Khí – Trường ĐHBK Hà Nội và đặc biệt với sự hướng dẫn tận tình
của TS. Vũ Huy Lân – Bộ môn Hàn và công nghệ kim loại – Viện Cơ Khí –
Trường ĐHBK Hà Nội, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Đồng thời luận văn
tốt nghiệp cũng trang bị cho tôi những kiến thức cần thiết trong công việc sau này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 26 tháng 10 năm 2010
Người thực hiện
Nguyễn Đức Hạnh
7
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 GIỚI THIỆU VỀ QUE HÀN THÉP CÁC BON
1.1.1 Cấu tạo que hàn
Cấu tạo của que hàn hồ quang tay có vỏ bọc gồm 2 phần chính như hình 1.1
với các thành phần cơ bản sau đây:
- Phần 1: Lõi thép que hàn;
- Phần 2: Vỏ thuốc bọc.
1.1.1.1 Lõi thép que hàn
- Phần lõi que là những đoạn dây kim loại có các kích thước cơ bản sau đây:
+ Chiều dài que L = 250 ÷ 500 mm;
+ Đường kính lõi que d = 1,6 ÷ 6 mm và cỡ của que hàn được gọi theo
đường kính của lõi que;
Một đầu để trần không bọc thuốc dùng để kẹp que hàn dài từ 15 ÷ 30 mm,
đầu còn lại được vê vát sạch thuốc bọc có độ hở 1 ÷ 2 mm;
Chiều dày lớp thuốc bọc khoảng δ = 1 ÷ 3 mm.
Hình 1.1 Hình dạng và kích thước cơ bản của que hàn có thuốc bọc
1 - Lõi que; 2 - Thuốc bọc; d - Đường kính lõi que;
D - Đường kính ngoài que hàn; L - Chiều dài que hàn;
l - Chiều dài đuôi que hàn; α - Góc phải đầu que hàn.
Các kích thước cơ bản của que hàn hồ quang tay theo TCVN 3223 : 2000
8
Bảng1.1 Kích thước cơ bản của que hàn
Đường kính lõi que,
Chiều dài que hàn, L cho phép Chiều dài đuôi que hàn,
d, (mm)
± 1, (mm)
2,0
250; 300
2,5
300; 350
3,0
l, (mm)
15 ÷ 20
350; 400
3,2
4,0
400; 450
5,0
450; 500
6,0
20 ÷ 30
1.1.1.2 Vỏ bọc que hàn
Trong quá trình hàn, thuốc bọc que hàn đóng vai trò rất quan trọng và ảnh
hưởng nhiều tới chất lượng của mối hàn. Thuốc bọc que hàn bao gồm nhiều hợp
chất hoá học khác nhau (các chất khoáng CaCO3, MgCO3, CaF2…), các quặng
(quặng Mangan), sa khoáng (ilmenhit, bazơ), Các chất hữu cơ (Xenlulôzơ, tinh
bột,...), các fero hợp kim (Fe–Mn, Fe–Si, Fe-Ti,…) đóng vai trò khác nhau trong
thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn. Mỗi thay đổi của một hợp chất đều ảnh
hưởng tới chất lượng của mối hàn. Để đơn giản việc đánh giá vai trò của các hợp
chất ta có thể phân nhóm theo tác dụng của nó trong quá trình hàn.
* Nhóm vật liệu tạo khí
Khi hàn hồ quang nhóm hợp chất này sẽ phân huỷ, sinh ra khí CO2, có tác
dụng bảo vệ, cách ly hồ quang hàn và vũng hàn với môi trường xung quanh.
Nhóm này gồm các chất như:
- Các khoáng chất gốc cacbonat: Đá vôi (CaCO3), đôlômit (CaCO3, MgCO3)
- Các hợp chất hữu cơ (Cn(H2O)n-1): Tinh bột (C12(H2O)11), xenlulô (Cellulo) (bột
gỗ),…
Khi hàn các hợp chất này sẽ phân hủy và sinh khí theo các phản ứng sau:
CaCO3 → CaO + CO2
(1.1)
9
MgCO3 → MgO + CO2
(1.2)
CO2 ⇒ CO + 1/2O2
(1.3)
Cn(H2O)n-1 ⇒ (n-1) CO + (n-1) H2 + C.
(1.4)
Khí CO2 tạo ra theo các phản ứng trên, một phần tham gia vào thành phần
khí bảo vệ vùng hồ quang và kim loại vũng hàn, bảo đảm quá trình kết tinh ở vũng
hàn tốt, phần còn lại bị phân huỷ thành khí CO theo phản ứng (1.3).
* Nhóm vật liệu tạo xỉ
Nhóm này có chức năng bảo vệ kim loại vũng hàn và tinh luyện kim loại mối
hàn, cải thiện kim loại mối hàn, cũng như có tác dụng tạo dáng mối hàn.
Chủng loại của nhóm này rất đa dạng:
+ Các ôxyt: SiO2, MnO, Fe2O3, Fe3O4, Al2O3, TiO2,…
+ Từ quặng: quặng Mangan (MnO2, MnO), cao lanh (Al2O3, SiO2), bôxit, bột
tan, Hêmantit (ôxyt sắt màu đỏ sẫm Fe2O3), Magnetit (Fe3O4), trường thạch, …
+ Từ sa khoáng: cát thạch anh (SiO2), Bazơ (TiO2), Ilmenhit (TiO2, SiO2,
Fe2O3), …
+ Các hợp chất halogen: CaF2 (từ huỳnh thạch),…
+ Các phức chất khác: Na2SiF6,…
* Nhóm vật liệu chất khử, hợp kim hoá và biến tính kim loại mối hàn
Nhóm này thường có tác dụng khử ôxi và các tạp chất có hại (S, P). Đó là
các fero hợp kim (Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti,...) và bột Al. Hoặc có tác dụng biến tính
kim loại mối hàn (Fe-Ti, Fe-V, Fe-Mo, Fe-Nb) và cao hơn nữa là hợp kim hóa kim
loại mối hàn (đặc biệt hay được sử dụng khi hàn đắp). Đó là các fero hợp kim, bột
kim loại, như Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti, Fe-Cr, Fe-Ni, Fe-V, Fe-Mo, Fe-W, bột Al,…với
hàm lượng fero hợp kim khác nhau và kích thước hạt nhất định phù hợp với mức độ
hoạt tính hóa học và chức năng của mỗi nguyên tố.
* Nhóm vật liệu ổn định hồ quang
10
Là những hợp chất có điện thế ion thấp, giúp cho việc gây hồ quang được dễ
dàng và duy trì hồ quang cháy ổn định, điều này cũng còn giúp cho việc hình thành
mối hàn đều và đẹp. Đó là những hợp chất thuộc các nhóm sau:
+ Kim loại kiềm: K2O, Na2O từ nước thủy tinh kali (potash K2SiO3), Na2O từ
nước thủy tinh natri (soda Na2SiO3).
+ Kim loại kiềm thổ: CaO, MgO,… từ các chất CaCO3, MgCO3, trừ CaF2,
chất này làm giảm tính ổn định của hồ quang hàn.
Ngoài ra có thể bổ sung các chất như: Fenspat (trường thạch), bột mica, đioxit
titan (TiO2) cũng có tác dụng tăng tính ổn định của hồ quang hàn.
Sự ổn định của hồ quang hàn có thể được đánh giá thông qua chiều dài đứt lđ
của hồ quang hàn hay còn gọi là chiều dài tới hạn của hồ quang và sự ảnh hưởng
của một số hợp chất phổ biến đến sự ổn định của hồ quang.
* Nhóm vật liệu tạo hình.
Là những hợp chất làm tăng tính dẻo và độ bám chắc của vỏ thuốc bọc với lõi
que, giúp cho que hàn khi mới ép giữ được hình dáng cần thiết và không bị biến
dạng do va đập khi phóng que, tiếp xúc với băng truyền. Đồng thời để giảm ma sát
với khuôn ép và tăng độ nhẵn của bề mặt vỏ thuốc bọc, thường dùng các chất có tác
dụng bôi trơn và làm tăng độ dẻo của thuốc bọc, như cao lanh, bột tan, bột mica,...
* Nhóm chất dính kết
Để liên kết các thành phần của mẻ liệu và tạo khả năng bám dính với lõi que,
thường sử dụng nước thủy tinh natri và kali với các tỉ trọng và modul khác nhau.
Chẳng hạn, tỷ trọng của nước thủy tinh natri (Na2O, SiO2) thường là: 1,36 ÷
1,5g/cm3 và modul: 2,65 ÷ 3,40.
1.1.2 Yêu cầu đối với que hàn thép cacbon
1.1.2.1 Yêu cầu chung
Que hàn phải đạt được các yêu cầu chính sau:
- Đảm bảo yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn.
- Đảm bảo thành phần hóa học cần thiết cho kim loại mối hàn.
- Que hàn có tính công nghệ tốt.
11
- Giá thành sản phẩm thấp.
1.1.2.2 Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với que hàn thép cacbon
Bao gồm các chỉ tiêu chủ yếu sau:
- Dễ gây hồ quang, hồ quang cháy ổn định khi hàn với dòng điện và chế độ
hàn quy định trên nhãn mác.
- Thuốc bọc nóng chảy đều, không vón cục gây khó khăn cho công việc hàn.
- Có khả năng hàn được mối hàn ở nhiều vị trí trong không gian.
- Kim loại mối hàn ít bị khuyết tật: Nứt, rỗ khí, rỗ xỉ,…
- Tạo dáng mối hàn tốt: Bề mặt mối hàn mịn, phần chuyển tiếp với kim loại
cơ bản đều đặn.
- Xỉ dễ nổi, phủ đều, dễ bong khỏi mối hàn khi nguội.
- Trong quá trình hàn kim loại lỏng ít bị bắn tóe ra xung quanh.
- Có năng suất hàn cao (có hệ số đắp cao).
- Lượng khí độc tạo ra ở mức độ cho phép, đảm bảo vệ sinh công nghiệp.
1.1.2.3 Yêu cầu về đặc tính công nghệ đối với vỏ bọc que hàn thép cácbon
Vỏ thuốc bọc của que hàn phải đảm bảo các yêu cầu và chức năng sau:
- Tạo ra môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang và hồ quang
cháy ổn định. Thường dùng các nguyên tố thuộc nhóm kim loại kiềm hoặc kiềm
thổ.
- Tạo ra khí bảo vệ vùng hàn, không cho nó tiếp xúc với oxy và nitơ của môi
trường xung quanh. Thường dùng các chất hữu cơ (tinh bột, xenlulô,…), các
khoáng chất gốc cacbonat (đôlômit, đá cẩm thạch,…).
- Tạo lớp xỉ mỏng phủ đều lên bề mặt kim loại mối hàn, bảo vệ không cho
không khí xâm nhập trực tiếp vào vũng hàn và tạo điều kiện cho mối hàn nguội
chậm. Đảm bảo hàn được các tư thế khác nhau trong không gian. Lớp xỉ này phải
dễ bong sau khi mối hàn nguội. Thường dùng các loại như: TiO2, MnO, SiO2,
Al2O3, CaF2,…
12
- Có khả năng khử oxy và các tạp chất có hại (S, P), tinh luyện kim loại.
Đồng thời có thể hợp kim hóa kim loại mối hàn nhằm nâng cao hoặc cải thiện thành
phần hóa học và cơ tính của kim loại mối hàn. Trong vỏ thuốc bọc, các ferô hợp
kim thường được đưa vào để thực hiện chức năng này.
- Ít khuyết tật bên trong: Rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu,…
- Đảm bảo tính bong xỉ cao: Có thể tự bong hoặc có thể dùng bàn chải sắt,
búa gõ nhẹ làm sạch xỉ hàn.
- Ít bắn tóe kim loại lỏng, đảm bảo năng suất cao.
- Đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp: Lượng khí có hại và bụi sinh ra
trong giới hạn cho phép.
- Thuốc bọc có độ bền cần thiết, độ bám chắc cao (không bị vỡ, nứt trong
quá trình vận chuyển và bảo quản), bảo vệ lõi que không bị ôxi hóa, khả năng chống
hút ẩm cao. Thường dùng nước thủy tinh, dextrin,…
- Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp vỏ thuốc bọc phải đảm bảo yêu cầu, thuốc
cháy đều và không rơi thành cục.
1.1.2.4 Yêu cầu kỹ thuật chung đối với chế tạo que hàn
Ngoài những yêu cầu đã nêu ở phần đặc tính công nghệ của que hàn ở phần
trước, khi chế tạo que hàn phải đảm bảo thêm các yêu cầu sau đây:
- Lớp thuốc bọc phải đảm bảo đồng tâm với lõi que, độ lệch tâm trung bình
cho phép của que hàn không vượt quá 3% so với đường kính ngoài que hàn:
e=
δ1 − δ 2
D
.100% ;
e ≤ 3%
δ1
D
e
δ2
Hình 1.2 Độ lệch tâm của vỏ bọc que hàn
13
Trong đó:
+ e: Là độ lệch tâm của vỏ bọc que hàn,%.
+ δ1: Chiều dày lớn nhất của mép ngoài mặt cắt vỏ bọc với đường kính lõi
que, mm;
+ δ2: Chiều dày nhỏ nhất của mép ngoài mặt cắt vỏ bọc với đường kính lõi
que, mm;
+ D: Đường kính ngoài que hàn, mm.
- Độ ẩm thuốc bọc que hàn nhỏ hơn 1%;
- Độ bám dính của vỏ bọc thể hiện qua chỉ số: Sau khi đã sấy khô, que hàn
không bị rã thuốc bọc khi ngâm trong nước 24 giờ ở nhiệt độ môi trường;
- Yêu cầu về thành phần hóa học của kim loại đắp theo hàm lượng các tạp
chất: S, P.
- Yêu cầu về hệ số thuốc bọc que hàn: là tỷ số trọng lượng thuốc bọc trên
trọng lượng lõi thép (không bao gồm 2 đầu mút).
K=
G1
.100%
G
Trong đó:
K: Hệ số thuốc bọc, (%).
G1: Trọng lượng thuốc bọc que, (g).
G: Trọng lượng lõi thép phần có thuốc bọc, (g).
Đối với que hàn thép cacbon là loại que hàn mà thuốc có độ dày thông
thường thì hệ số thuốc bọc nằm trong khoảng 30 ÷ 35% là hợp lý.
1.1.3 Phân loại que hàn
Hiện nay có nhiều hệ thống tiêu chuẩn phân loại que hàn như: ISO (tiêu
chuẩn quốc tế), AWS (Mỹ), BS (Anh), DIN (Đức), GOST (Nga),…và việc phân
loại có thể dựa theo đặc tính lõi que, thuốc bọc, loại dòng điện dùng để hàn, tư thế
không gian hàn, thành phần hóa học và cơ tính kim loại đắp,… dưới đây là một số
cách phân loại.
14
1.1.3.1 Theo tính chất của thuốc bọc que hàn
- Loại Axit (kí hiệu A);
- Loại Bazơ (B);
- Loại xenlulô (C);
- Loại Rutil (R);
- Loại Rutil axit (RA);
- Loại Rutil bazơ (RB);
- Loại Rutil vỏ bọc dày (RR).
1.1.3.2 Theo công dụng chung
Que để hàn có thể lại được chia ra theo chiều dầy lớp thuốc bọc:
- Chiều dày rất mỏng δ = 1 ÷ 5%;
- Chiều dày mỏng δ = 15 ÷ 20%;
- Chiều dày trung bình δ = 25 ÷ 40%.
1.1.3.3 Theo chiều dày lớp vỏ bọc
Căn cứ theo tỉ số D/d (hình 1.1) quy ước:
- Loại vỏ thuốc mỏng: D/d ≤ 1,2;
- Loại vỏ thuốc trung bình: 1,2 < D/d ≤ 1,45;
- Loại vỏ thuốc dày: 1,45 < D/d ≤ 1,8;
- Loại vỏ thuốc đặc biệt dày: D/d > 1,8.
1.1.3.4 Theo mức độ hợp kim hoá và đối tượng mối hàn
- Que hàn thép cacbon thấp;
- Que hàn thép hợp kim thấp;
- Que hàn thép hợp kim cao và thép không gỉ,…
- Que hàn gang;
- Que hàn nhôm và hợp kim nhôm
1.1.4 Kí hiệu que hàn
1.1.4.1 Que hàn thép các bon thấp
Có nhiều hệ thống ký hiệu, như ISO 9001: 2008 (Tổ chức Tiêu chuẩn hóa
Quốc tế), DIN 193 (01/ 1976 của Đức), AWS A5.1 – 81 (Hiệp Hội Hàn Mỹ), BS
15
639 – 1976 (Anh),… ở đây sẽ giới thiệu hệ thống kí hiệu que hàn của Việt Nam:
TCVN 3223 : 2000 kí hiệu quy ước kích thước và yêu cầu kỹ thuật của que hàn điện
theo phương pháp thử que hàn theo tiêu chuẩn TCVN 3909 : 2000.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3223 : 2000 áp dụng cho que hàn thép
cacbon thấp và thép hợp kim thấp, ký hiệu qui ước của que hàn gồm 4 nhóm chữ và
số:
- Que hàn có vỏ bọc được ký hiệu là: E;
- Sau chữ E là nhóm 2 con số biểu diễn giá trị giới hàn bền kéo tối thiểu
σBmin ( Kg/cm2, MPa);
- Vị trí thứ 3: Cho các tính chất cơ lý, đối với mỗi lớp độ bền kéo σBmin lại
chia ra thành 6 nhóm: Với độ dai va đập (charpy [J] ) và độ dãn dài thử nghiệm
dưới các điều kiện đưa ra ở TCVN 3909 : 2000, được đặc trưng bằng các chữ số: 0,
1, 2, 3, 4 hoặc 5.
- Vị trí thứ 4: Loại vỏ bọc của que hàn được ký hiệu bằng các chữ cái:
A : Axit;
B : Bazơ;
C : Cellulosic;
O : Oxy hóa;
R : Rutil (vỏ bọc trung bình);
S : Các loại khác.
Như vậy sơ đồ kí hiệu qui ước của que hàn điện có vỏ bọc như sau:
E
43
1
RR
Vỏ bọc rutil
dày.
T0C quy định để thử độ dai va đập (nhiệt độ phòng).
Giới hạn bền kéo thấp nhất 430 MPa
Que hàn điện có vỏ bọc hàn quang tay.
16
1.1.4.2 Que hàn thép hợp kim thấp
Hiện nay có thể dựa theo các hệ thống tiêu chuẩn sau:
AWS A5.1 – 1981 và BS 2493 – 1971.
1.1.4.3 Que hàn thép không gỉ
Để hàn thép Cr cao, Cr – Ni cao, thép Ostenit Mn cao có thể sử dụng các hệ
thống tiêu chuẩn sau: ISO 9001:2008, AWS A5.4 – 1981, BS 2926 – 1970.
1.1.5 Giới thiệu về que hàn thép cacbon E7016
1.1.5.1 Theo tiêu chuẩn AWS A5.1 - 1981
Loại que hàn này tương đương với loại que hàn E531 theo TCVN 3223:2000;
Các chỉ tiêu của que hàn E7016 theo AWS A5.1 – 1981[11] như sau:
Bảng 1.2 Thành phần hóa học kim loại đắp (%)
C
≤ 0,095
Si
0,35 ÷ 0,6
Mn
1,0 ÷ 1,3
P
≤ 0,025
Độ bền kéo tối
thiểu
Bảng 1.3 Cơ tính kim loại mối hàn
Giới hạn chảy tối Độ giãn dài tương
đối, (%)
thiểu
ksi
≥ 70
ksi
≥ 60
MPa
≥ 510
MPa
≥ 410
S
≤ 0,025
Độ dai va đập,
(J)-200C
≥ 24
≥ 90
Bảng 1.4 Thông số hàn
Đường kính (mm)
Φ 2,5(mm) Φ 3,2(mm) Φ 4,0(mm)
chiều dài (mm)
300
350
400
F, 1G
60 ÷ 90
100 ÷ 120 120 ÷ 150
H, 2G
Cường độ
dòng điện (A)
V, 3G
50 ÷ 80
90 ÷ 110
110 ÷ 130
O, 4G
Loại thuốc bọc que hàn: Que hàn E7016 là que hàn nền tạo xỉ bazơ.
Ứng dụng: Que hàn E7016 được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: Công
nghiệp đóng tàu, hàn kết cấu thép, đường ống, bồn bể chịu áp lực, ....
Tính công nghệ hàn: Que hàn thuộc nhóm hydrogen thấp, hàn ở mọi vị trí,
dể tạo hồ quang, cháy êm và ổn định, không bắn tóe, ít khói, xỉ tự bong, mối hàn
gợn sóng mịn đẹp.
17
Tư thế hàn: Hàn bằng (F, 1G), hàn ngang (H, 2G), hàn đứng (V, 3G), hàn
trần (O, 4G).
Dòng hàn: Có thể sử dụng dòng điện xoay chiều (AC) hoặc một chiều
(DCEP, DCEN).
Hướng dẫn sử dụng:
- Sấy que hàn ở 300 ÷ 350°C trong thời gian 60 phút trước khi hàn;
- Không nên sử dụng dòng điện quá mức quy định;
- Thời hạn sử dụng :12 tháng.
1.1.5.2 Ký hiệu que hàn thép các bon thấp E7016
Theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS A 5.1- 81 áp dụng cho que hàn
thép cacbon.
Ký hiệu quy ước của que hàn gồm 4 nhóm chữ và số được trình bày theo thứ
tự sau :
E
70
1
6
↓
↓
↓
↓
1
2
3
4
Theo tiêu chuẩn của hiệp hội hàn Mỹ AWS A 5.1- 81 áp dụng cho que hàn
thép cacbon.
- Vị trí 1: E - ký hiệu que hàn điện hồ quang tay, có vỏ bọc;
- Vị trí 2: Là nhóm 2 con số (70) biểu diễn giá trị giới hạn bền kéo tối thiểu
σ B min ( ksi) tương đương với 510 Mpa (N/mm2);
- Vị trí 3: Có ký hiệu là 1 - Ở đây là chỉ tư thế hàn, que hàn này hàn được mọi
tư thế.
- Vị trí 34: Có ký hiệu là 16 – Que hàn hydro thấp, loại dòng điện hàn: Xoay
chiều hoặc một chiều.
Que hàn E7016 có loại vỏ bọc chủ yếu là hợp chất canxi (đḠvôi), dùng
nước thuỷ tinh chứa Kali, vỏ bọc dày (RR), hàn được mọi tư thế, loại dòng điện
AC/DC(+).
18
1.2 Nội dung nghiên cứu
1. 2.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất que hàn
Dây
Nguyên liệu bột
Làm sạch bề mặt
Xác định mẻ liệu khô
Kéo rút
Trộn khô
Nắn & Cắt
Trộn ướt
Làm sạch & sấy khô
Ép bánh
Cấp lõi
Ép que
Vê 2 đầu
In ký hiệu
Hong khô & sấy
Đóng gói, dán
á
Kiểm & xuất xưởng
Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ chế tạo que hàn có vỏ thuốc bọc
1.2.2 Các bộ phận và công đoạn chính trong quá trình sản xuất que hàn
1.2.2.1 Bộ phận làm sạch
19
Bề mặt dây hàn do phương pháp chế tạo hoặc bảo quản không đúng yêu cầu
thường bị ôxi hoá hoặc gỉ, do vậy cần phải làm sạch để giảm ma sát khi kéo rút dây.
Tránh ảnh hưởng xấu đến năng suất kéo và tuổi thọ khuôn kéo.
Để làm sạch bề mặt dây hàn thường dùng phương pháp làm sạch bằng cơ học,
hoá học hoặc kết hợp cả hai phương pháp này. Các phương pháp làm sạch bề mặt
thông dụng:
- Phương pháp cơ học: sử dụng bàn chải thép (hình 1.4).
Hình 1.4 Kết cấu bộ phận bóc lớp ôxyt
- Phương pháp hóa học thường gồm các công đoạn sau:
Bóc vỏ — rửa axit — trung hòa — làm sạch — sấy khô.
1.2.2.2 Bộ phận kéo rút
* Lựa chọn phương pháp kéo rút.
Các sản phẩm thép cán dạng cuộn thường có đến đường kính dây nhỏ tới φ8
hoặc φ6, muốn có các cuộn dây thép có đường kính nhỏ hơn cần phải qua nguyên
công kéo rút. Dùng phương pháp này để kéo dây nhỏ tới (φ0,025mm). Theo nhiệt
độ gia công, kéo có 2 phương pháp kéo chính:
- Kéo nguội: có đặc điểm độ chính xác cao, bề mặt nhẵn bóng, song do kéo ở
trạng thái nguội nên kim loại kém dẻo hơn, yêu cầu lực kéo phải lớn và dễ bị biến
cứng nguội.
- Kéo nóng: Kim loại có độ dẻo cao nên dễ kéo, cho năng suất cao hơn. Tuy
nhiên do bề mặt kim loại dễ bị ôxi hoá nên đạt độ chính xác và độ bóng kém hơn
phương pháp kéo nguội.
20
* Lựa chọn sơ đồ kéo rút.
Dưới đây là một số loại sơ đồ kéo rút dây phổ biến:
2
1
3
4
Hình 1.5 Sơ đồ kéo rút theo công nghệ của Đức
1 – Tang quấn, 2 – Puly, 3 – Khuôn kéo, 4 – Bệ đỡ.
So sánh các phương án kéo dây ở trên, để bề mặt dây hàn được bóng đẹp,
giảm sây sước dây sau kéo rút do phải chuyển hướng và thay đổi góc nhiều lần khi
chuyển tiếp giữa các khuôn kéo tiếp theo, nên sử dụng mô hình kéo rút theo công
nghệ của Đức.
Hình 1.6 Kết cấu bộ phận kéo rút dây hàn của Đức
1.2.3 Bộ phận nắn và cắt que
1.2.3.1 Sơ đồ nắn và cắt que
Nhả dây → Nắn → Cắt → Máy đón que.
- Nắn thẳng được thực hiện qua 5 khuôn nắn.
1
2
3
4
7
A
A
5
A-A
21
6
Hình 1.7 Sơ đồ nắn thẳng và cắt que hàn
1 - Tang nhả dây; 2 - Bộ phận nắn dây; 3 - Puli đẩy;
4 - Dao cắt;5 - Dao dưới cố định; 6 - Bàn đỡ sản phẩm; 7 - Cữ cắt.
1.2.3.2 Các phương pháp cắt
- Máy cắt dao thẳng song song.
2
5
1
L
S
a
H
h
n
8
7
8
3
6
4
Hình 1.8 Máy cắt dao thẳng song song
1- Bàn kẹp; 2- Bàn trượt trên; 3- Cữ cắt; 4- Bàn trượt dưới;
5- Lưỡi dao trên; 6- Lưỡi dao dưới; 7- Sản phẩm; 8- Con lăn.
Máy có các lưỡi dao thẳng đặt song song cho nên có tên gọi là máy cắt dao
thẳng song song. Khi làm việc mặt phẳng chuyển động của dao là không đổi. Máy
còn dùng để cắt nguội sản phẩm thép hình có tiết diện đơn giản loại nhỏ.
- Máy cắt dao nghiêng.
1
2
3
Hình 1.9 Dao cắt lưỡi nghiêng.
1 - Lưỡi dao trên; 2 - Lưỡi dao dưới; 3 - Dây hàn.
- Đặc điểm: Dao trên thường nghiêng với dao dưới một góc 2o ÷ 5o.
22
- Máy cắt đĩa.
1
2
3
Hình 1.10 Sơ đồ dao cắt đĩa
1 - Lưỡi dao; 2 - Con lăn tiếp nhận; 3 - Dây hàn.
Phân loại:
- Loại một cặp đĩa.
- Loại nhiều cặp đĩa…
⇒ Với những loại máy cắt ở trên chúng đều có những ưu nhược điểm nhất định,
máy cắt dao thẳng song song tuy nhược điểm là gây tiếng ồn, nhưng ưu điểm của nó
là đơn giản, dễ chế tạo và sử dụng rất thích hợp trong dây chuyền sản xuất que hàn.
Hình 1.11 Kết cấu máy cắt dao thẳng
1.2.4 Bộ phận cấp lõi que
Que hàn sau khi qua công đoạn cắt ở trên sẽ được đưa vào bộ phận cấp lõi
→ khuôn → ép cùng thuốc bọc → tạo ra que hàn.
Máy cấp lõi: là một trong những thiết bị quan trọng của dây chuyền ép que,
có ảnh hưởng nhiều đối với khả năng tiến hành ép que liên tục và việc nâng cao
23
năng suất dây chuyền. Tác dụng của máy cấp lõi là đưa lõi thép liên tục đều đặn
theo tốc độ thiết kế đầu máy, cùng kết hợp với thuốc bọc tạo nên que hàn.
Hình 1.12 Bộ phận cấp lõi que
1.2.5 Nghiền nguyên liệu
1.2.5.1 Mục đích
Để đảm bảo sự đồng đều về thành phần hóa học của vỏ thuốc bọc, đảm bảo hồ
quang hàn cháy ổn định và vỏ bọc cháy đều theo suốt cả chiều dài que hàn.
1.2.5.2 Kích thước hạt nguyên liệu
Về nguyên tắc: Sự khác nhau giữa các chất không quá lớn để đảm bảo tính
đồng đều về thành phần hóa học và độ bền cơ học của vỏ bọc.
Đặc điểm riêng: Mỗi chất có vai trò và cơ chế tham gia trong quá trình hàn
riêng biệt nên kích thước hạt của chúng có yêu cầu khác nhau sao cho độ hạt là lớn
nhất có thể và như vậy thời gian nghiền sẽ là nhỏ nhất.
1.2.5.3 Thiết bị nghiền
Kết cấu và loại thiết bị nghiền phụ thuộc vào độ cứng và yêu cầu về độ mịn
của nguyên liệu cần nghiền, để nghiền đá hoa, imenhit,… dùng phổ biến các máy
nghiền va đập (nghiền bi).
1.2.6 Xử lý nguyên liệu
Trong quá trình chế tạo que hàn, ở công đoạn sấy sơ bộ và sấy khô kiệt hay
xảy ra hiện tượng rạn, nứt hoặc sùi vỏ bọc. Nguyên nhân của hiện tượng này là do
có thể xảy ra phản ứng giữa nước thủy tinh và các fero hợp kim.
1.2.7 Bộ phận ép que hàn
24
