Nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phạm Thanh Lưu

NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN
THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phạm Thanh Lưu

NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN
THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH
Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Vũ Huy Lân
2. TS. Hà Xuân Hùng

Hà Nội - 2019

LỜI CAM ĐOAN
Luận án tiến sĩ ”Nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết
hệ bazơ trung bình” được hoàn thành bởi nghiên cứu sinh Phạm Thanh Lưu, thực
hiện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Tác giả tham gia Đề tài Khoa học và Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước
mã số KC.02.04/11-15 do PGS.TS. Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm Đề tài. Tôi xin cam
đoan bản luận án là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tác giả. Phần cơ sở
lý thuyết được tham khảo các tài liệu mới nhất, có nguồn gốc rõ ràng và có chọn
lọc. Các kết quả nghiên cứu được công bố trong luận án này là của tác giả và được
chủ nhiệm đề tài xác nhận đồng ý cho sử dụng vào mục đích nghiên cứu, viết và
báo cáo Luận án tiến sĩ ở các cấp. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2019
Nghiên cứu sinh

PHẠM THANH LƯU

TM. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS VŨ HUY LÂN

1


LỜI CẢM ƠN
Trân trọng cảm ơn các thày giáo hướng dẫn, các thày cô giáo trong Bộ môn
Hàn & Công nghệ kim loại, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, Bộ Khoa học Công nghệ, Ban chủ nhiệm đề tài KC.02.04/11 – 15,…
đã tạo những điều kiện tốt nhất để tác giả thực hiện luận án. Đặc biệt, xin được bày
tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Hàn và Xử lý bề

mặt – Viện Nghiên cứu Cơ khí, Công ty Cổ phần Que Hàn điện Việt Đức, Công ty
TNHH MTV Đóng tàu Phà Rừng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam,... đã tạo điều
kiện, giúp đỡ về cơ sở vật chất và các chuyên gia đã góp ý những thông tin vô cùng
quý báu, những ý kiến xác đáng trong lĩnh vực liên quan, để tác giả có thể hoàn
thành luận án này.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên trong gia
đình, tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã cộng tác, cổ vũ, động viên, giúp đỡ và chia
sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh

PHẠM THANH LƯU

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ .................................................................. 8
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THUỐC HÀN THIÊU KẾT ............ 14
1.1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ....................................................................... 14
1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ......................................... 14
1.1.2 Vai trò và công dụng của thuốc hàn ....................................................................... 15
1.1.3 Phân loại thuốc hàn ................................................................................................ 17
1.1.4 Ký hiệu thuốc hàn và dây hàn ................................................................................ 22
1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ............................................................. 24
1.2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở trong nước .................................... 24

1.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở nước ngoài .................................... 27
CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN THIÊU
KẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................... 32
2.1 Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết .................................................... 32
2.1.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ...................................................................................... 32
2.1.2 Các công đoạn chủ yếu của quy trình công nghệ ................................................... 33
2.2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu ............................................................. 40
2.2.1 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu .................................................. 40
2.2.2 Nghiên cứu xác định thành phần đơn thuốc hàn .................................................... 46
2.2.3 Nghiên cứu tính công nghệ hàn .............................................................................. 49
2.2.4 Nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si vào kim loại mối hàn ........................... 56
2.2.5 Nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn ............................................ 64
2.2.6 Kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thuốc hàn với thành phần tối ưu. ....... 72
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM............................................................. 79
3.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn .......................................................... 79
3.1.1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm............................................... 79
3.1.2 Xử lý số liệu thí nghiệm ......................................................................................... 81
3.1.3 Biểu diễn các đường đặc trưng ............................................................................... 81
3.2 Nghiên cứu nhóm chất khử và hợp kim hóa kim loại mối hàn ................................. 85
3


3.2.1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm............................................... 85
3.2.2 Xử lý số liệu thí nghiệm ......................................................................................... 86
3.2.3 Biểu diễn các đường đặc trưng ............................................................................... 87
3.3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô .......................................... 91
3.3.1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm............................................... 91
3.3.2 Xử lý số liệu thí nghiệm ......................................................................................... 93
3.3.3 Biểu diễn các đường đặc trưng ............................................................................... 94
3.4 Quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK .................................................... 98

3.4.1 Lập quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK........................................... 98
3.4.2 Giới thiệu thuốc hàn F7A4-BK ............................................................................ 100
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TỐI ƯU MẺ LIỆU THUỐC HÀN
THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH....................................................................... 103
4.1 Xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4 –BK................................................ 103
4.1.1 Xác định tỷ lệ các chất tạo xỉ đảm bảo tính công nghệ hàn cho thuốc hàn
F7A4–BK....................................................................................................................... 103
4.1.2 Xác định hàm lượng các ferô hợp kim cho thuốc hàn F7A4–BK ........................ 105
4.1.3 Xác định hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ thiêu kết cho thuốc
hàn F7A4–BK ................................................................................................................ 107
4.2 Kiểm tra thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn .................. 110
4.2.1 Kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn ................................................... 110
4.2.2 Kiểm tra các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn .................................................... 110
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 115
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................ 122
PHỤ LỤC ............................................................................................................................

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
AC
AWS

Alternating Curent
American Welding Society

ASTM
ASME

American Society for Testing of Materials
American Society of Machine Engineers

DC
DCEN, DC DCEP, DC +

Direct Current
Direct Current Electrode Negative
Direct Current Electrode Positive

DT
EN

Destructive Testing
European Standards

HAZ
IIW

Heat affected zone
International Institute Welding

ISO
JIS
KLCB
NDT

International Standard Organization
Japanese Industrial Standards

Kim loại cơ bản
Nondestructive Testing

PWHT
SAW

Post Weld Heat Treatment
Submerged Arc Welding

SMAW
TCVN
VAHN
WPS
WPQR
ak

Shielded Metal Arc Welding
Tiêu chuẩn Việt Nam
Vùng ảnh hưởng nhiệt
Welding Procedure Specification
Welding Procedure Qualiffication Recode
Độ dai va đập

σch
σk
δ
Ψmh (Dmh)
Ψn
R
[R]

H2

Giới hạn chảy
Độ bền kéo
Độ dãn dài tương đối
Hệ số hình dạng mối hàn
Hệ số ngấu mối hàn
Hệ số tương quan của mô hình
Hệ số tương quan cho phép
Hiđrô

5


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh đặc điểm thuốc hàn thiêu kết và thuốc hàn nung chảy ...................... 20
Bảng 1.2 Phân loại và ký hiệu thuốc hàn theo thành phần hóa học ................................ 21
Bảng 1.3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn ................................................. 23
Bảng 1.4 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 – 80 .......................... 23
Bảng 1.5 Thành phần hóa học chủ yếu của dây hàn tự động dưới lớp thuốc theo
AWS A5.17 – 80 ............................................................................................................. 23
Bảng 1.6 Quy cách bao gói đối với dây hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ .................. 24
Bảng 1.7 Một số mác thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu và hệ số bazơ theo tiêu chuẩn
của Viện hàn quốc tế (IIW) hoặc ESAB................................................................... ...... 29
Bảng 1.8 Thành phần hóa học chủ yếu của xỉ hàn khi sử dụng thuốc hàn ESAB .......... 29
Bảng 2.1 Nguyên liệu chuẩn bị sản xuất thuốc hàn thiêu kết ......................................... 34
Bảng 2.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu cho nguyên liệu đầu vào .................................. 35
Bảng 2.3 Tỷ lệ các chất trong mẻ liệu qui đổi ................................................................ 37
Bảng 2.4 Các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn với cặp thuốc hàn – dây hàn theo

tiêu chuẩn AWS A5.17-80 ...................................................................................................... 48
Bảng 2.5 Các chỉ tiêu thành phần hóa học kim loại mối hàn với các cặp thuốc
hàn– dây hàn nghiên cứu theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80 ............................................. 49
Bảng 2.6 Các nhóm chất chủ yếu trong xỉ hàn F7A4-BK .............................................. 53
Bảng 2.7 Thành phần hoá học của thép mác SM400B, (%) ........................................... 53
Bảng 2.8 Thành phần hoá học của dây hàn EM12K, (%)............................................... 54
Bảng 2.9 Các chỉ tiêu cơ tính dây hàn ............................................................................ 54
Bảng 2.10 Bảng đặc tính kỹ thuật của nguồn hàn và xe hàn .......................................... 54
Bảng 2.11 Các thông số chế độ hàn thí nghiệm .............................................................. 55
Bảng 2.12 Thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK ............................................ 60
Bảng 2.13 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào ..................................... 63
Bảng 2.14 Các kích thước mẫu hàn đánh giá các chỉ tiêu cơ tính .................................. 73
Bảng 2.15 Kích thước mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn AWS B4.0 ........................ 75
Bảng 2.16 Kích thước mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn TCVN 3909:2000 ............. 75
Bảng 3.1 Các mức giá trị của các biến đầu vào ......... .................................................... 79
Bảng 3.2 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm tính công nghệ hàn của
thuốc hàn F7A–BK với dây hàn EM12K ........................................................................ 80
Bảng 3.3 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố..................................................... 85

6


Bảng 3.4 Kế hoạch và số liệu thực nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn
khi dùng thuốc hàn F7A4-BK ......................................................................................... 85
Bảng 3.5 Các thông số về hàm lượng Mn ....................................................................... 86
Bảng 3.6 Các thông số về hàm lượng Si ......................................................................... 87
Bảng 3.7 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố..................................................... 92
Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm đo hàm lượng hiđrô trong mối hàn .................................. 92
Bảng 3.9 Các thông số về hàm lượng hiđrô .................................................................... 93
Bảng 3.10 Quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK ........................................ 99

Bảng 3.11 Bảng hướng dẫn sử dụng thuốc hàn F7A4-BK ........................................... 100
Bảng 4.1 Các số liệu của biến đầu vào và các giới hạn của các hàm mục tiêu ............ 104
Bảng 4.2 Các giá trị điều kiện của hàm mục tiêu ......................................................... 104
Bảng 4.3 Giá trị các biến số đầu vào và các chỉ tiêu tính công nghệ hàn ..................... 105
Bảng 4.4 Hàm lượng các chất tạo xỉ chủ yếu và thông số đặc tính công nghệ hàn ...... 105
Bảng 4.5 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK và dự
kiến thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn .............................................. 105
Bảng 4.6 Các số liệu của biến đầu vào và các giới hạn của các hàm mục tiêu ............ 106
Bảng 4.7 Hàm lượng Fe – Mn, Fe – Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK và dự
kiến thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn .............................................. 107
Bảng 4.8 Các số liệu của biến đầu vào và các giới hạn của các hàm mục tiêu ............ 108
Bảng 4.9 Hàm lượng huỳnh thạch đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và chế độ sấy thiêu
kết và hàm lượng hiđrô H4 ............................................................................................ 109
Bảng 4.10 Hàm lượng huỳnh thạch đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và chế độ sấy thiêu
kết và hàm lượng hiđrô thử nghiệm kiểm tra ................................................................ 109
Bảng 4.11 Thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK.................................................... 109
Bảng 4.12 Thành phần hoá học kim loại mối hàn dùng thuốc hàn F7A4-BK với
dây hàn EM12K ............................................................................................................ 110
Bảng 4.13 Kết quả kiểm tra cơ tính mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn
EM12K .......................................................................................................................... 111
Bảng 4.14 Kết quả kiểm tra độ dai va đập mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây
hàn EM12K.................................................................................................................... 112

7


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ................................... 14
Hình 1.2 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ................................................ 15
Hình 1.3 Các dạng thuốc hàn .......................................................................................... 16

Hình 1.4 Thuốc hàn nung chảy ....................................................................................... 18
Hình 1.5 Thuốc hàn gốm ................................................................................................ 18
Hình 1.6 Thuốc hàn thiêu kết.......................................................................................... 19
Hình 1.7 Thuốc hàn thiêu kết của một số hãng .............................................................. 19
Hình 1.8 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ.................................................. 27
Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết ................................. 33
Hình 2.2 Các bước phối liệu đơn thuốc hàn ................................................................... 38
Hình 2.3 Mô hình nghiên cứu thành phần thuốc hàn thiêu kết ....................................... 41
Hình 2.4 Sơ đồ thuật toán tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết ............................ 42
Hình 2.5 Sơ đồ nghiên cứu tổng quát thuốc hàn............................................................. 47
Hình 2.6 Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần mẻ liệu đến tính công nghệ
hàn ................................................................................................................................... 49
Hình 2.7 Ảnh hưởng của một số hợp chất đến tính ổn định của hồ quang..................... 51
Hình 2.8 Dây hàn tự động EM12K ................................................................................. 53
Hình 2.9 Máy hàn tự động Dosun DZ1000 .................................................................... 54
Hình 2.10 Mẫu phôi hàn xác định chiều dài hồ quang tới hạn ....................................... 55
Hình 2.11 Cách xác định và đo chiều dài hồ quang tới hạn ........................................... 55
Hình 2.12 Thước cặp ...................................................................................................... 56
Hình 2.13 Sơ đồ nghiên cứu thành phần hóa học kim loại mối hàn ............................... 56
Hình 2.14 Ảnh hưởng của hàm lượng ôxit mangan trong thuốc hàn đến hàm lượng
gia tăng của S trong kim loại mối hàn ............................................................................. 58
Hình 2.15 Hàm lượng S trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào tính bazơ của thuốc
hàn ................................................................................................................................... 58
Hình 2.16 Hàm lượng P trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào tính bazơ của thuốc
hàn ................................................................................................................................... 59
Hình 2.17 Kích thước mẫu thử phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn ........... 61
Hình 2.18 Hàn mẫu thử phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn ...................... 61
Hình 2.19 Máy phân tích quang phổ............................................................................... 62
Hình 2.20 Sơ đồ nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn .......................... 64
Hình 2.21 Hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng của

nó trong thuốc hàn ........................................................................................................... 66
8


Hình 2.22 Phân bố của hiđrô trong thép ......................................................................... 67
Hình 2.23 Các trường hợp nứt kim loại mối hàn ............................................................ 67
Hình 2.24 Sơ đồ kết cấu gá kẹp mẫu hàn ....................................................................... 70
Hình 2.25 Hình dạng và kích thước mẫu hàn ................................................................. 71
Hình 2.26 Mẫu hàn thử nghiệm ...................................................................................... 71
Hình 2.27 Mẫu thử đặt trong bình gom khí hiđrô ngâm trong cốc chứa glyxerin.......... 71
Hình 2.28 Mẫu thử hiđrô trong máy điều nhiệt .............................................................. 72
Hình 2.29 Các kích thước mẫu hàn để chuẩn bị mẫu thử cơ tính ................................... 73
Hình 2.30 Vị trí lấy mẫu thử độ bền kéo và độ dai va đập ............................................. 74
Hình 2.31 Mẫu thử kéo kim loại mối hàn ....................................................................... 74
Hình 2.32 Cắt mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài ........................................................... 75
Hình 2.33 Hình dạng và kích thước mẫu thử độ bền kéo và độ dãn dài tương đối ........ 75
Hình 2.34 Máy kéo nén H011- Matest- Italia ................................................................. 76
Hình 2.35 Hình dạng và kích thước mẫu chuẩn thử dai va đập theo tiêu chuẩn
AWS B4.0 ........................................................................................................................ 77
Hình 2.36 Mẫu chuẩn đầy đủ thử dai va đập theo tiêu chuẩn AWS (có dung sai) ......... 77
Hình 2.37 Máy thử va đập và vị trí búa đập ................................................................... 77
Hình 3.1 Các dạng khuyết tật bề mặt mối hàn ................................................................ 80
Hình 3.2 Sự phụ thuộc của Lhq vào hàm lượng MgO ..................................................... 82
Hình 3.3 Sự phụ thuộc của Lhq vào hàm lượng Al2O3 .................................................... 82
Hình 3.4 Sự phụ thuộc của Lhq vào hàm lượng CaF2 ..................................................... 82
Hình 3.5 Sự phụ thuộc của Lhq vào hàm lượng TiO2 ...................................................... 83
Hình 3.6 Sự phụ thuộc của Lhq vào % MgO, Al2O3, CaF2, với TiO2= 17% ................... 83
Hình 3.7 Sự phụ thuộc của Lhq vào % MgO, CaF2, TiO2 với Al2O3= 20% .................... 83
Hình 3.8 Sự phụ thuộc của Lhq vào % MgO, Al2O3, TiO2 với CaF2= 15% .................... 84
Hình 3.9 Sự phụ thuộc của Lhq vào % Al2O3, CaF2, TiO2 với MgO = 25% ................... 84

Hình 3.10 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm
lượng Fe – Mn trong thuốc hàn ....................................................................................... 88
Hình 3.11 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm
lượng Fe – Si trong thuốc hàn ......................................................................................... 88
Hình 3.12 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào %Fe-Mn
và %Fe-Si trong thuốc hàn .............................................................................................. 89
Hình 3.13 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào % Fe-Si
trong thuốc hàn ................................................................................................................ 89
Hình 3.14 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào % Fe-Mn
trong thuốc hàn ................................................................................................................ 90
9


Hình 3.15 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào %Fe-Mn và
%Fe – Si trong thuốc hàn ................................................................................................ 90
Hình 3.16 Hàm lượng hiđrô (ml/100g kim loại đắp) trong mối hàn phụ thuộc vào
%CaF2 với Ts=700°C và t=90ph ..................................................................................... 94
Hình 3.17 Hàm lượng hiđrô (ml/100g kim loại đắp) phụ thuộc vào Ts (phút) với
CaF2 = 15% và t = 90 ph ................................................................................................. 95
Hình 3.18 Hàm lượng hiđrô (ml/100g kim loại đắp) phụ thuộc vào t (phút) với
CaF2 = 15% vàTs = 7000C ............................................................................................... 95
Hình 3.19 Sự phụ thuộc của hàm lượng hiđrô vào lượng CaF2 (%) trong thuốc hàn
và nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với t = 90ph ............................................................. 96
Hình 3.20 Hàm lượng hiđrô phụ thuộc vào hàm lượng CaF2 và ts với Ts = 700°C ........ 96
Hình 3.21 Hàm lượng hiđrô phụ thuộc vào Ts và ts với CaF2 =15% .............................. 96
Hình 3.22 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm
lượng huỳnh thạch CaF2 và nhiệt độ sấy thiêu kết, khi ts = 90 phút. .............................. 97
Hình 3.23 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm
lượng huỳnh thạch CaF2 và thời gian sấy thiêu kết ......................................................... 97
Hình 3.24 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm

lượng huỳnh thạch CaF2 và thời gian sấy thiêu kết. ........................................................ 97
Hình 3.25 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm
lượng huỳnh thạch CaF2 và thời gian sấy thiêu kết ......................................................... 98
Hình 4.1 Xỉ hàn tự bong sau khi hàn ............................................................................ 109
Hình 4.2 Chất lượng bề mặt mối hàn khi hàn bằng thuốc hàn với thành phần tối ưu .......... 110
Hình 4.3 Mẫu đã hàn xong chuẩn bị gia công mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn ....... 111
Hình 4.4 Mẫu sau khi thử kéo kim loại mối hàn .......................................................... 111
Hình 4.5 Các mẫu sau khi thử độ dai va đập kim loại mối hàn .................................... 111

10


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Hàn tự động dưới lớp thuốc là một trong các phương pháp hàn tiên tiến,
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất cơ khí, cho năng suất cao, chất lượng
mối hàn đảm bảo tốt các yêu cầu kỹ thuật, điều kiện môi trường tốt hơn đa số các
phương pháp hàn khác, giá thành phù hợp. Thuốc hàn nói chung và thuốc hàn thiêu
kết nói riêng được sử dụng trong hàn tự động dưới lớp thuốc và hàn điện xỉ. Việc sử
dụng vật liệu là thuốc hàn thiêu kết có nhiều ưu điểm nổi trội về nhiều mặt so với
các loại thuốc hàn khác. Do đó vấn đề nghiên cứu, sản xuất và sử dụng thuốc hàn
thiêu kết là xu hướng để chế tạo các công trình và kết cấu hàn chất lượng cao.
Hiện nay trên thế giới đã nghiên cứu sâu và sản xuất nhiều loại thuốc hàn
thiêu kết, còn ở Việt Nam nhu cầu lớn, nhưng việc nghiên cứu còn chưa sâu, kết
quả đạt được còn khiêm tốn, nên chưa áp dụng để sản xuất công nghiệp, phải nhập
khẩu với giá thành cao và bị động... Đây là nguyên nhân làm cho giá thành các công
trình chế tạo bằng hàn trong nước bị đẩy lên cao, làm giảm tính cạnh tranh, đồng
thời cũng mất đi một nguồn ngoại tệ khá lớn. Trong khi đó, nguồn nguyên vật liệu
để sản xuất thuốc hàn thiêu kết ở trong nước rất lớn và phong phú. Do đó, mục tiêu
của đề tài là nghiên cứu và tối ưu hóa được thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ

trung bình trên cơ sở sử dụng tối đa nguồn nguyên liệu trong nước, sản xuất và ứng
dụng vào thực tiễn đáp ứng nhu cầu sản xuất và xuất khẩu.
2. Mục đích của luận án:
- Nghiên cứu, xác định thành phần tối ưu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ
trung bình để hàn các kết cấu thép từ thép cacbon thấp.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:
- Đối tượng nghiên cứu: Thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình.
Ứng dụng để nghiên cứu thành phần mẻ liệu thuốc hàn ký hiệu F7A4–BK kết hợp
với dây hàn EM12K tạo thành bộ thuốc hàn và dây hàn F7A4–BK–EM12K để hàn
các kết cấu từ thép cacbon thấp.
- Phạm vi nghiên cứu: Hàn các kết cấu thép cacbon thấp.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
+ Tổng hợp các cơ sở lý thuyết về nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết.
+ Thí nghiệm thăm dò, sàng lọc và nghiên cứu thực nghiệm.
- Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm:
+ Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm xây dựng các phương trình toán học
11


biểu diễn mối quan hệ ảnh hưởng của các chất trong thành phần thuốc hàn thiêu kết
đến các chỉ tiêu công nghệ hàn, thành phần hóa học kim loại mối hàn,... làm cơ sở
cho việc tối ưu hóa thành phần thuốc hàn.
+ Giải bài toán tối ưu xác định thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung
bình đảm bảo các chỉ tiêu theo yêu cầu.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của luận án:
- Ý nghĩa khoa học của luận án:
+ Luận án đã bổ sung thêm phương pháp nghiên cứu lựa chọn thành phần
thuốc hàn SAW và các số liệu mới làm cơ sở để xây dựng các mẻ liệu thuốc hàn
thiêu kết hệ bazơ trung bình.

+ Xây dựng được các quy luật ảnh hưởng của các thành phần chủ yếu của
thuốc hàn F7A4-BK đến các chỉ tiêu công nghệ hàn của thuốc hàn, thành phần hóa
học kim loại mối hàn, hàm lượng hiđrô trong mối hàn và VAHN.
+ Đề xuất được sơ đồ nghiên cứu và các bước tối ưu hóa thành phần mẻ liệu
thuốc hàn.
- Ý nghĩa thực tiễn của luận án:
+ Các kết quả nghiên cứu có thể được triển khai sản xuất các sản phẩm thuốc
hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình ở trong nước, mang lại hiệu quả kinh tế và xã hội
cao.
+ Tính độc đáo của luận án thể hiện ở chỗ đây là mác thuốc hàn thiêu kết
chất lượng cao đầu tiên ở Việt Nam do người Việt Nam tự nghiên cứu và sản xuất
bằng nguồn nguyên vật liệu chủ yếu từ trong nước.
6. Các đóng góp mới của luận án:
- Bằng cách vận dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và phần mềm
Modde 5.0 vào việc xác định các hàm hồi quy mô tả quan hệ, quy luật ảnh hưởng
của các chất chủ yếu trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung
bình đến tính công nghệ hàn của thuốc hàn là chiều dài hồ quang tới hạn.
- Xây dựng được quy luật dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim Mn, Si từ
thuốc hàn vào kim loại mối hàn trong hệ xỉ bazơ trung bình. Trên cơ sở đó xác định
được hàm được thành phần hóa học kim loại mối hàn đáp ứng các chỉ tiêu cơ tính
của kim loại mối hàn.
- Xây dựng được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng huỳnh thạch và các
thông số chế độ sấy thiêu kết thuốc hàn hệ xỉ bazơ trung bình đến lượng hiđrô trong
mối hàn. Trên cơ sở đó đã xác định được vùng các thông số sấy thiêu kết thuốc hàn
là: nhiệt độ sấy 755°C, thời gian sấy 103 phút, lượng hiđrô trong mối hàn là 3,36
cm3/100g kim loại đắp (nhỏ hơn yêu cầu là 4 cm3/100g).
12


- Xây dựng được sơ đồ thuật toán tối ưu thành phần mẻ liệu thuốc hàn theo

các mô đun, giúp giảm số lượng thí nghiệm và chi phí thí nghiệm. Trên cơ sở giải
bài toán tối ưu đã xác định được tỷ lệ hợp lý các chất trong thành phần mẻ liệu
thuốc hàn F7A4–BK đáp ứng tốt các chỉ tiêu đề ra.
7. Kết cấu của luận án:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết.
Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết và phương pháp
nghiên cứu.
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm.
Chương 4: Xác định thành phần tối ưu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ
trung bình.

13


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THUỐC HÀN
THIÊU KẾT
1.1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
a) Khái niệm hàn hồ quang dưới lớp thuốc
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc (còn gọi là hàn hồ quang chìm, hồ quang
ngầm), tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding) là quá trình hàn nóng
chảy trong đó hồ quang cháy giữa đầu mút của điện cực hàn (dây hàn, băng hàn) và
vật hàn dưới một lớp thuốc hàn. Một phần lượng nhiệt sinh ra do hồ quang điện làm
nóng chảy kim loại điện cực và kim loại cơ bản tạo thành vũng hàn. Phần nhiệt khác
làm nóng chảy thuốc hàn, tạo thành lớp màng xỉ bảo vệ vùng hồ quang và bể kim
loại lỏng tránh khỏi sự xâm nhập và ảnh hưởng có hại của môi trường khí quyển
xung quanh [1, 2].
b) Nguyên lý của hàn hồ quang dưới lớp thuốc

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc bao gồm các bộ phận chủ yếu sau:
Nguồn hàn, đầu hàn, thùng chứa và phễu rải thuốc hàn, khay chứa cuộn dây hàn, xe
tự hành, ray hàn, đầu dò mép hàn, bảng điều khiển các thông số chế độ hàn.
Đầu hàn được gắn bộ phận cấp dây hàn tự động có tác dụng cấp dây hàn và
tiếp xúc điện cho dây điện cực hàn, duy trì chiều dài hồ quang trong quá trình hàn,
gây hồ quang khi bắt đầu hàn, ngắt hồ quang khi đã hàn xong. Đầu hàn có thể điều
chỉnh tịnh tiến lên xuống, lắc ngang, nghiêng điện cực về phía trước sau, quay sang
trái phải thông qua các vít điều chỉnh. Các thay đổi này được thực hiện bằng tay.
14


Xe hàn tự hành thực hiện chuyển động tiến hoặc lùi thông qua 4 bánh xe và
đường ray dẫn hướng với vận tốc hàn nhất định theo quỹ đạo cho trước (thường là
đường thẳng hoặc đường cong có biên dạng không phức tạp).
Bảng điều khiển sẽ điều khiển các thông số chế độ hàn, hướng hàn, khởi
động và dừng quá trình hàn theo yêu cầu. Bảng điều khiển được bố trí ở vị trí thao
tác thuận lợi (thường là ở mặt trước của thiết bị).
Thuốc hàn được đựng trong thùng chứa và được rải về phía trước điện cực
thông qua ống dẫn thuốc khi bộ phận van mở ra. Lượng thuốc hàn được cấp nhiều
hay ít tùy thuộc vào khe hở giữa miệng phễu và chi tiết hàn. Thuốc hàn dư có thể
được thu hồi một cách tự động sau khi hàn thông qua bộ phận thu hồi thuốc hàn.

Hình 1.2 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Khi phát sinh hồ quang hàn, dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, dây hàn, các
mép kim loại cơ bản và một phần thuốc hàn tiếp sát hồ quang bị nóng chảy tạo
thành vòm hồ quang và vũng hàn. Dây hàn được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu
cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ nóng chảy của nó để đảm bảo duy trì hồ
quang cháy ổn định. Khi hồ quang di chuyển nên nguồn nhiệt giảm, kim loại lỏng

trong vũng hàn sẽ nguội, đông đặc và kết tinh tạo thành mối hàn.
Trên bề mặt vũng hàn và phần mối hàn kết tinh hình thành một lớp xỉ có tác
dụng bảo vệ kim loại mối hàn khỏi ôxy và nitơ hóa, tham gia vào các quá trình
luyện kim khi hàn, giữ nhiệt cho mối hàn. Sau khi hàn xong chỉ cần gõ nhẹ hoặc
toàn bộ xỉ hàn tự bong tróc (độ bong tróc có thể đạt gần 100%) tạo nên bề mặt mối
hàn nhẵn, sạch, không kẹt xỉ, rỗ khí. Thuốc hàn có thể mang tính axit hoặc bazơ.
Các chuyển động cấp dây hàn, dao động điện cực và chuyển động theo
đường hàn thường được cơ giới hóa. Tùy theo mức độ tự động của các chuyển động
này mà chia thành hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc.
1.1.2 Vai trò và công dụng của thuốc hàn
a) Khái niệm về thuốc hàn:
15


Thuốc hàn là hỗn hợp gồm nhiều thành phần, hạt thuốc có màu xám, dạng
hạt và có kích cỡ xác định trong khoảng 0,25 ÷ 4 mm.

Hình 1.3 Các dạng thuốc hàn

b) Vai trò và công dụng của thuốc hàn:
 Các đặc tính công nghệ của thuốc hàn:
- Tạo ra môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang và duy trì hồ quang
ổn định.
- Tạo vòm xỉ nóng chảy bảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác dụng
có hại của oxi và nitơ của môi trường xung quanh.
- Giúp hình thành và bảo đảm hình dạng mối hàn tốt (tạo dáng mối hàn).
- Làm cho kim loại mối hàn nguội chậm, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi
thoát hiđrô từ mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt.
- Khử oxi và các tạp chất có hại (S, P), tinh luyện kim loại mối hàn.
- Đảm bảo hệ số nóng chảy và tốc độ hàn theo yêu cầu.

- Hợp kim hóa kim loại mối hàn, đặc biệt đối với mối hàn đắp để cải thiện tổ
chức kim loại và nâng cao cơ tính kim loại mối hàn.
- Bảo vệ thợ hàn khỏi tác dụng bức xạ của hồ quang, cải thiện điều kiện lao
động cho thợ hàn.
- Nhờ có lớp thuốc và vòm xỉ bảo vệ hồ quang hàn, nên trong quá trình hàn
kim loại điện cực không bị bắn toé, giảm hao tổn kim loại, nâng cao năng suất hàn.
- Giảm khuyết tật trong phạm vi cho phép: rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu,... do
cải thiện điều kiện hình thành mối hàn và tinh luyện kim loại mối hàn.
- Cải thiện các tiêu chí vệ sinh công nghiệp: giảm lượng khí thải và bụi sinh ra
trong giới hạn cho phép khi hàn.
 So sánh với thuốc bọc que hàn:
Ưu điểm:
- Sử dụng chế độ hàn cao hơn (cường độ và mật độ dòng điện hàn lớn).

16


- Tăng tốc độ chảy của kim loại dây hàn tới 17 ÷ 22g/Ah; tăng tốc độ hàn tới
hơn 20 m/h.
- Tăng chiều sâu ngấu; giảm lượng kim loại dây hàn bắn tóe, bay hơi.
- Chất lượng kim loại mối hàn tốt hơn nhờ kim loại lỏng được bảo vệ khỏi
tác dụng của môi trường xung quanh và nhờ sự đồng nhất thành phần hóa học của
kim loại mối hàn.
- Cải thiện điều kiện làm việc của công nhân.
- Giảm thời gian đào tạo thợ hàn.
Nhược điểm:
- Hồ quang chìm (kín, ngầm) nên hạn chế khả năng quan sát và theo dõi việc
hình thành mối hàn.
- Chủ yếu hàn ở tư thế hàn sấp, hàn các chi tiết có hình dạng đơn giản, phẳng
hoặc những chi tiết tròn có đường kính không quá nhỏ.

- Hàn ở tư thế khác hàn sấp đòi hỏi phải có quy trình công nghệ phức tạp
hơn; các thiết bị phụ trợ như đồ gá, ray dẫn hướng phù hợp.
1.1.3 Phân loại thuốc hàn
Hiện nay có nhiều hệ thống tiêu chuẩn phân loại thuốc hàn như: ISO (Tổ
chức tiêu chuẩn hoá Quốc tế), AWS (Hội hàn Mỹ), BS (Anh), DIN (Đức), GOST
(Nga),... Việc phân loại có thể dựa theo phương pháp chế tạo, tính chất hóa học của
thuốc hàn, thành phần hoá học và cơ tính kim loại đắp,.... [1, 2].
a) Phân loại theo phương pháp chế tạo:
Được chia làm 3 loại chủ yếu, gồm: thuốc hàn nung chảy, thuốc hàn gốm và
thuốc hàn thiêu kết. Các loại thuốc hàn này theo chỉ số tính bazơ (hoặc axit) lại
được chia thành các loại khác nhau.
- F (fused): loại nung chảy;
- B (bonded): loại thuốc hàn gốm, cụ thể như sau:
+ Thuốc hàn gốm thường: quy trình chế tạo có nhiệt độ sấy ≤ 500°C;
+ Thuốc hàn thiêu kết: quy trình chế tạo có nhiệt độ sấy thiêu kết > 500°C
(Agglomerated flux).
- M (mechanically mixed): loại trộn hỗn hợp cơ học.
 Thuốc hàn nung chảy (Fused Fluxes):
Là thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ được chế tạo
bằng phương pháp nấu chảy các thành phần của mẻ liệu, sau đó được tạo hạt. Thuốc
hàn nung chảy có thành phần hóa học đồng đều, không chứa các chất khử oxi và
fero hợp kim.

17


Hình 1.4 Thuốc hàn nung chảy

Đặc điểm của thuốc hàn nung chảy:
- Thường là hệ silicat có tỉ lệ ôxit cao, do đó có đặc tính axit.

- Nhiệt độ nóng chảy khoảng 13000C.
- Độ nhớt đủ cao ở nhiệt độ cao để ngăn tác động của ôxi và nitơ từ không
khí khi hàn và ngăn xỉ chảy loãng ra khỏi mối hàn.
- Đồng nhất về mặt thành phần hóa học, không hút ẩm.
- Không chứa các nguyên tố hợp kim.
- Khi hàn, xỉ hàn chứa nhiều ôxit tự do.
 Thuốc hàn gốm (Bonded Fluxes):
Là thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ, được chế tạo từ
vật liệu bột hỗn hợp trộn với chất dính kết lỏng tạo hạt và sấy khô ở nhiệt độ 400 0C
÷ 6000C. Thuốc hàn gốm có thành phần tương tự như thuốc bọc que hàn, có thành
phần hóa học không đồng đều so với thuốc hàn nung chảy, có độ bền hạt thuốc
thấp. Thuốc hàn gốm có giá thành chế tạo thấp và có thể được dùng cho cả hàn đắp.

Hình 1.5 Thuốc hàn gốm

Đặc điểm của thuốc hàn gốm:

18


- Thường có hệ số bazơ tối đa 2,6 ÷ 3,2. Hệ số bazơ cao khiến nồng độ ôxi
và lưu huỳnh thấp, độ dai va dập kim loại mối hàn cao.
- Có thể bổ sung trực tiếp fero kim loại vào thuốc hàn, tăng khả năng hợp
kim hóa kim loại mối hàn trong dải nồng độ rộng.
- Các nguyên tố hợp kim dễ đi vào kim loại mối hàn (khi hàn đắp) do tính ổn
định hóa học của CaO và MgO.
- Thuốc hàn gốm được hợp kim hóa đòi hỏi khống chế tốt điện áp hồ quang.
- Dễ hút ẩm, nên phải sấy trước khi sử dụng theo chế độ sấy phù hợp.
 Thuốc hàn thiêu kết (Agglomerated fluxes):
Là thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ, được chế tạo từ

vật liệu bột hỗn hợp với chất kết dính lỏng, tạo hạt sau đó thiêu kết ở nhiệt độ 7000C
÷ 10000C.

Hình 1.6 Thuốc hàn thiêu kết

Thuốc hàn thiêu kết có nhiều ưu điểm như: khả năng tinh luyện các tạp chất
có hại và hợp kim hóa kim loại mối hàn cao, thành phần thuốc hàn dễ điều chỉnh để
đạt được thành phần hóa học kim loại mối hàn theo yêu cầu, giá thành hạ. Loại
thuốc này đã khắc phục được nhược điểm rất quan trọng là độ ẩm cao của thuốc hàn
gốm và cho phép nhận được mối hàn chất lượng cao hơn.

Hình 1.7 Thuốc hàn thiêu kết của một số hãng

19


Bảng 1.1 So sánh đặc điểm thuốc hàn thiêu kết và thuốc hàn nung chảy

Đặc điểm

Ưu điểm

Thuốc hàn thiêu kết

Thuốc hàn nung chảy

- Hồ quang ổn định hơn, tính
công nghệ tốt hơn.
- Lượng khí sinh ra ít, tạo dáng
mối hàn đều hơn.

- Dễ điều chỉnh thành phần mẻ

- Khả năng hợp kim hóa kim loại
mối hàn cao
- Chế tạo đơn giản, giá thành hạ.
- Thành phần hóa học của hạt thuốc
hàn đồng đều hơn, nên thành phần

liệu thuốc hàn để thay đổi hóa học của kim loại mối hàn sẽ
thành phần hóa học kim loại đồng đều hơn.
mối hàn và cơ tính một cách
linh hoạt.
- Ít hút ẩm.

Nhược

- Thuốc dễ hút ẩm, do vậy khi chế
- Chế tạo phức tạp hơn.
tạo phải sấy sơ bộ và sấy khô thuốc
- Khả năng hợp kim hóa hạn hàn đúng nhiệt độ cần thiết và trước

điểm

chế do bản chất của phương khi sử dụng cần sấy lại ở nhiệt độ
pháp chế tạo thuốc.

và thời gian thích hợp với từng loại
thuốc hàn.

b) Phân loại theo tính chất hóa học (chỉ số bazơ B):

Theo chỉ số bazơ [1, 2, 3] thuốc hàn được phân loại như sau:
- Thuốc hàn axit (acid): B < 0.9
- Thuốc hàn bazơ thấp (Neutral): 0.9 ≤ B ≤ 1.2
- Thuốc hàn bazơ trung bình (Basic): 1.2 ≤ B ≤ 2
- Thuốc hàn bazơ cao (High Basic): B > 2
Phạm vi ứng dụng của các loại xỉ hàn – thuốc hàn có liên quan đến độ dai va
đập và điều kiện thử mẫu như sau [1, 4]:

c) Phân loại theo đặc điểm và tỷ trọng hạt thuốc:
- Thuốc hàn hạt dạng thủy tinh và hạt dạng tinh thể có tỷ trọng: 1,4 ÷ 1,8
kg/dm3.
- Thuốc hàn hạt bọt nhẹ có tỷ trọng: 0,6 ÷ 1 kg/dm3.
20


d) Phân loại theo tính axit hoặc bazơ của xỉ hàn:
- Thuốc hàn hệ axit: hồ quang cháy êm, ổn định, giọt kim loại có kích thước
nhỏ, dịch chuyển dạng tia, mối hàn rất đẹp. Tuy nhiên, khả năng khử tạp chất và
tinh luyện kim loại mối hàn bị hạn chế, hàm lượng hiđrô cao, nên thường dùng để
hàn các kết cấu thép cacbon thông thường.
- Thuốc hàn hệ bazơ: hồ quang cháy kém ổn định hơn, giọt kim loại dịch
chuyển có kích thước lớn hơn nhiều, bề mặt kim loại mối hàn thô. Tuy nhiên, nó có
ưu điểm là tinh luyện kim loại mối hàn rất tốt, hệ số dịch chuyển của các nguyên tố
hợp kim cao, hàm lượng hiđrô thấp nên phù hợp để hàn thép cacbon có độ bền cao,
thép hợp kim và hàn đắp.
- Thuốc hàn trung tính: đặc điểm của nó có tính trung hòa giữa hai loại thuốc
hàn kể trên.
e) Phân loại theo hoạt tính hóa học (H) của xỉ hàn:
- Thuốc hàn hoạt tính cao H > 0,6.
- Thuốc hàn hoạt tính H: 0,6 ÷ 0,3.

- Thuốc hàn hoạt tính thấp H: 0,3 ÷ 0,1.
- Thuốc hàn trung tính, trơ H < 0,1.
f) Phân loại theo công dụng:
- Thuốc hàn dùng hàn cơ giới và hàn đắp.
- Thuốc hàn điện xỉ.
- Thuốc hàn hợp kim cao.
g) Phân loại theo thành phần hóa học:
Bảng 1.2 Phân loại và ký hiệu thuốc hàn theo thành phần hóa học
(Tiêu chuẩn IIW – 545 -78)[1]

Kí hiệu

Thành phần chính, %

Loại thuốc hàn

MS

MnO + SiO2 ≥ 50

Hệ Mn – Silicat

CS

CaO + MgO + SiO2 ≥ 60

Hệ Canxi – Silicat

ZS

ZrO2 + SiO2 ≥ 30

Hệ Ziconi - Silicat

AR

Al2O3 + TiO2 ≥ 45

Ôxit nhôm - Rutil

AB

Al2O3 + CaO + MgO ≥ 45
(Al2O3 ≥ 20)

Ôxit nhôm - Bazơ

FB

CaO + MgO + MnO + CaF2 ≥ 50
SiO2max = 20

Fluorit - Bazơ

CaF2 ≥ 15
ST

Chứa chất hợp kim hóa

Đặc biệt

21


Theo thành phần hóa học của xỉ hàn còn có thể chia làm 3 nhóm chính như
sau:
- Nhóm chứa các ôxit – đó là các hệ xỉ hàn MnO – SiO2 – TiO2 bổ sung thêm
các ô xit bazơ: CaO, MgO và các ôxit khác như: Al2O3, Fe2O3,... và chứa không quá
12% CaF2. Chúng được dùng để hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp.
- Nhóm chứa các muối + các ôxit – đó là các hợp chất florua và các ôxit kim
loại. Chúng được dùng để hàn đắp thép hợp kim trung bình và hợp kim cao.
- Nhóm chứa các muối – gồm các florua và clorua, hoặc không chứa hợp
chất có ôxi. Nhóm này dùng để hàn kim loại hoạt tính cao: Al, Ti,... hàn điện xỉ.
1.1.4 Ký hiệu thuốc hàn và dây hàn
Hiện nay hệ thống tiêu chuẩn để kí hiệu thuốc hàn của Việt Nam chưa được
tiêu chuẩn hóa, do đó có thể tham khảo một số tiêu chuẩn phổ biến trên thế giới như
AWS. Tiêu chuẩn này thường giới thiệu kết hợp thuốc hàn với dây hàn đặc để hàn
tự động dưới lớp thuốc. Tiêu chuẩn AWS A5.17 – 80 “Quy định thuốc hàn và dây
hàn thép cacbon để hàn tự động dưới lớp thuốc” [1, 2], thuốc hàn được kết hợp với
dây hàn tương ứng để đạt được cơ tính cần thiết của kim loại mối hàn.

Thuốc hàn:

F X X X
(1) (2) (3) (4)
(1) - F (Flux): Thuốc hàn.
(2) - Độ bền kéo tối thiểu của kim loại mối hàn (ksi).
(3) - Điều kiện nhiệt luyện khi thử mẫu.
A – As welding: trạng thái sau khi hàn (không nhiệt luyện).

P – PWHT (Post Weld Heat Treatment): có nhiệt luyện sau khi hàn (chế

độ nhiệt luyện là 610 – 6350C/1h).
(4) – Nhiệt độ quy ước thử độ dai va đập.
22


Bảng 1.3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn

Độ dai va đập kim loại mối hàn theo AWS A5.17 - 80
Chữ
số

Nhiệt độ thử mẫu,
0
F

Nhiệt độ thử mẫu,
0
C

Công phá hủy tối thiểu thử mẫu,
J

Z

Không yêu cầu

Không yêu cầu

Không yêu cầu

0

0

- 18

27

2

-20

- 29

27

4

-40

- 40

27

5

-50

- 46

27

6

-60

- 51

27

8

-80

- 62

27

Dây hàn – AWS:

E X X X
(1) (2) (3) (4)
(1) – E (Electrode): điện cực hàn (dây hàn).
(2) - Chữ cái chỉ hàm lượng Mangan
L:...............Low Mn (mangan thấp).
M: ............Medium Mn (mangan trung bình).
H: ............ Hight Mn (mangan cao).
(3) - Số chỉ hàm lượng cacbon (phần vạn).
(4) - K (killed) nếu có, chỉ thị rằng thép dây hàn được khử silic.
Các chỉ tiêu của dây hàn và kim loại mối hàn tham khảo ở các bảng sau đây:

Bảng 1.4 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17 – 80

Chỉ tiêu về cơ tính
FXXX - EXXX

Độ bền kéo tối thiểu

Giới hạn chảy tối

Độ giãn dài

Mpa

ksi

thiểu, MPa

tương đối, %

480 – 650

70

400

22

Bảng 1.5 Thành phần hóa học chủ yếu của dây hàn tự động dưới lớp thuốc theo AWS
A5.17 – 80

Kí hiệu
dây hàn

Thành phần hoá học,%
C

Mn

Si

S

P

Cu và nguyên
tố khác

Dây hàn có hàm lượng mangan thấp
EL8

0,10

0,25 ÷ 0,60

0,07

0,030

0,030

0,35

EL8K

0,10

0,25 ÷ 0,60

0,10 ÷ 0,25

0,030

0,030

0,35

EL12

0,05÷ 0,15

0,25÷0,60

0,07

0,030

0,030

0,35

23