Đang tải... (xem toàn văn)
i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ TĂNG BÁ ĐẠI NGHIÊN CỨU CHẤT LƢỢNG MỐI HÀN KẾT CẤU THÉP BẰNG HÀN HỒ QUANG TỰ ĐỘNG DƢỚI LỚP TRỢ DUNG GỐM ALUMINATE RUTILE CHẾ TẠO TRONG NƢỚ[.]
i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ TĂNG BÁ ĐẠI NGHIÊN CỨU CHẤT LƢỢNG MỐI HÀN KẾT CẤU THÉP BẰNG HÀN HỒ QUANG TỰ ĐỘNG DƢỚI LỚP TRỢ DUNG GỐM ALUMINATE-RUTILE CHẾ TẠO TRONG NƢỚC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 9.52.01.03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2020 ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Tăng Bá Đại Nơi công tác: Bộ môn Công nghệ Động – Khoa Ơ tơ Trƣờng Đại học Công nghiệp Việt Hung Tên Đề tài Luận án: ―Nghiên cứu chất lƣợng mối hàn kết cấu thép hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung gốm Aluminate-Rutile chế tạo nƣớc‖ Chuyên ngành: Kỹ thuật khí - Mã số 9.52.01.03 Tôi xin cam đoan Luận án cơng trình nghiên cứu khoa học riêng Các kết nghiên cứu Luận án trung thực, chƣa đƣợc công bố cơng trình khác TẬP THỂ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2020 PGS.TS Đào Quang Kế Nghiên cứu sinh TS Hoàng Văn Châu Tăng Bá Đại iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy tham gia giảng dạy, đào tạo suốt trình học tập nghiên cứu Tôi chân thành cảm ơn Thầy Hội đồng cấp có góp ý chun mơn để Luận án đƣợc hồn thiện Đặc biệt, Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Đào Quang Kế, TS Hồng Văn Châu tận tình hƣớng dẫn, động viên để hồn thành Luận án Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Thu Quý tạo điều kiện sở vật chất, phịng thí nghiệm q trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí, Cán bộ, Thầy Trung tâm đào tạo, tạo điều kiện thuận lợi, động viên suốt trình nghiên cứu hồn thành Luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Thầy Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban Giám hiệu, khoa Cơ khí, khoa Ơ tơ, trƣờng Đại học Cơng nghiệp Việt Hung hỗ trợ, tạo điều kiện thời gian, vật chất để NCS hồn thành Luận án Cuối cùng, tơi chân thành cảm ơn hỗ trợ vật chất động viên tinh thần ngƣời thân gia đình, bạn bè, đồng nghiệp suốt trình thực Luận án Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2020 Nghiên cứu sinh Tăng Bá Đại iv MỤC LỤC Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Danh mục hình ảnh .vii Danh mục bảng biểu xi Danh mục từ viết tắt xiii Danh mục ký hiệu toán học xiv MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài luận án Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận án Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Các điểm Luận án Bố cục Luận án CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Công nghệ hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung hàn gốm 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.3 1.4 1.5 Khái niệm hàn dƣới lớp trợ dung gốm Phân loại Trợ dung hàn dùng công nghệ hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung hàn gốm 11 Tình hình nghiên cứu trợ dung hàn sử dụng công nghệ hàn tự động dƣới lớp gốm Việt Nam 14 Tình hình nghiên cứu trợ dung hàn, sử dụng công nghệ hàn tự động dƣới lớp trợ dung gốm giới 19 Giới hạn nội dung nghiên cứu luận án 24 Kết luận chƣơng 24 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH HÀN HỒ QUANG DƢỚI LỚP TRỢ DUNG GỐM 26 2.1 Q trình hồn ngun hợp kim hóa mối hàn hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung hàn gốm [5,12,17] 26 2.2 Ảnh hƣởng số thành phần hợp kim trợ dung hàn gốm 27 v 2.2.1 Ôxyt titan 27 2.2.2 Ôxit Mangan 28 2.2.3 Ôxit Silic 29 2.3 2.3.1 2.3.2 Ảnh hƣởng nguyên tố hợp kim thép đến tính hàn thép 30 Cacbon (C) 30 Mangan (Mn) 30 2.3.3 2.3.4 2.3.5 Silic (Si) 30 Lƣu huỳnh (S) 31 Phôtpho (P) 33 2.3.6 Ảnh hƣởng nitơ (N) 33 2.4 Xỉ hàn 34 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 Khái niệm xỉ hàn 34 Đánh giá xỉ hàn 35 Phân loại xỉ hàn 37 Ảnh hƣởng chế độ hàn 38 Kết luận chƣơng 46 CHƢƠNG VẬT LIỆU, TRANG THIẾT BỊ VÀ PHƢƠNG PHÁP | 3.1 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 47 Vật liệu 47 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.2 Kim loại dùng nghiên cứu 47 Quy trình cơng nghệ chế tạo trợ dung gốm 49 Trang thiết bị nghiên cứu hàn thử nghiệm 59 Chuẩn bị trƣớc hàn tiến hành hàn 59 Mẫu thiết bị kiểm tra 64 Phƣơng pháp mơ q trình hàn phần mềm Sysweld 70 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm 72 Quy hoạch thực nghiệm 72 Tính tốn, lựa chọn chế độ hàn 74 Thiết lập quy trình hàn hàn thực nghiệm với trợ dung hàn gốm 3.4.3 3.5 chế tạo 78 Phƣơng pháp tiến hành 79 Kết luận chƣơng 82 vi CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÀNH PHẦN MẺ LIỆU TRONG TRỢ DUNG GỐM 4.4.1 ĐẾN CHẤT LƢỢNG MỐI HÀN KẾT CẤU THÉP 83 Mô số trƣờng nhiệt độ hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung gốm 83 Kết mô 83 4.1.2 4.2 4.3 Chu trình nhiệt số vị trí quan trọng 85 Hình dạng kích thƣớc mối hàn thực nghiệm 86 Tổ chức kim loại mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt 87 4.4 Kết nghiên cứu tính mối hàn 89 4.4.1 Độ cứng kim loại mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt 89 4.4.2 4.4.3 4.5 4.5.1 Độ bền kéo 91 Độ dai va đập 93 Nghiên cứu ảnh hƣởng tỷ lệ thành phần TiO2; SiO2; MnO2 đến tính mối mối hàn 95 Ảnh hƣởng cặp tham số (TiO2, SiO2), (SiO2, MnO2) (TiO2, 4.5.2 4.6 MnO2 96 Ảnh hƣởng đồng thời tỷ lệ thành phần TiO2; SiO2; MnO2 104 Kết luận chƣơng 126 4.1 KẾT LUẬN CHUNG 128 Danh mục báo, cơng trình khoa học cơng bố liên quan đến đề tài 130 Tài liệu tham khảo 131 Phụ lục 139 vii Hình 1.1 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Sơ đồ hàn dƣới lớp trợ dung hàn gốm 13 Hình 1.2 Máy hàn tự động dƣới lớp trợ dung hàn gốm .13 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Mối hàn tự động dƣới trợ dung gốm .14 Hàn dầm chữ I với phƣơng pháp hàn tự động dƣới trợ dung gốm 14 Một số ứng dụng phƣơng pháp hàn tự động dƣới trợ dung gốm .14 Hình 2.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng ôxit mangan trợ dung hàn đến hàm lƣợng gia tăng S kim loại mối hàn .32 Hàm lƣợng S kim loại mối hàn phụ thuộc vào tính bazơ Hình 2.2 trợ dung hàn 32 Hình 2.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ hòa tan N2 Trong Fe 34 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Ảnh hƣởng N2 tính chất học kim loại mối hàn .34 Sự phụ thuộc độ nhớt xỉ hàn vào nhiệt độ 37 Hình dạng mối hàn 39 Sự thay đổi hình dạng kích thƣớc mối hàn theo cƣờng độ dịng điện hàn 40 Hình 2.8 Ảnh hƣởng điện áp tới hình dạng tiết diện bề mặt mối hàn .41 Hình 2.9 Sự thay đổi mức tiêu thụ trợ dung gốm theo điện áp hàn .42 Hình 2.10 a) Hƣớng kết tinh tinh thể mối hàn b) Các đƣờng đẳng Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 3.1 Hình 3.2 nhiệt bề mặt mối hàn c) Bề mặt mối hàn tốc độ hàn cao 43 Ảnh hƣởng tốc độ hàn tới kích thƣớc mối hàn mức tiêu hao trợ dung gốm 43 Ảnh hƣởng đƣờng kính điện cực tới hình dạng kích thƣớc mối hàn; a tiết diện ngang dây hàn hồ quang; b.Hình dạng mối hàn; c Ảnh hƣởng đƣờng kính dây hàn 44 Ảnh hƣởng góc nghiêng dây hàn lên hình dạng mối hàn .45 Ảnh hƣởng góc nghiêng vật hàn lên hình dạng mối hàn 45 Mẫu hàn thực nghiệm 49 Nguyên lý quy trình cơng nghệ chế tạo trợ dung gốm 54 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Cân nguyên liệu .55 Thiết bị trộn khô 55 Hỗn hợp nguyên liệu trộn khô .55 Thiết bị trộn ƣớt .56 Máy sấy nhiệt độ thấp 57 Hình 2.11 Hình 2.12 viii Hình 3.8 Máy sấy Nhiệt độ cao 57 Hình 3.9 Trợ dung gốm lấy khỏi thiết bị sấy 57 Hình 3.10 Trợ dung gốm trƣớc sấy sau sấy 58 Hình 3.11 Máy hàn Amada 630-1 60 Hình 3.12 Bộ phận cấp dây (1.Dây hàn, 2.Bộ phận cấp dây, 3.Bánh dẫn có rãnh, 4.Tay vặn, 5.Bánh ép lực) .61 Hình 3.13 Bộ phận cấp trợ dung gốm bảng điều khiển .62 Hình 3.14 Tủ sấy trợ dung hàn .62 Hình 3.15 Mẫu hàn 64 Hình 3.16 Tách mẫu .64 Hình 3.17 Mẫu thử kim loại đắp .65 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Mẫu thử kim loại giáp mối .65 Mẫu thử độ dai va đập theo tiêu chuẩn 66 Vị trí mẫu thử va đập 67 Máy thử va đập vị trí búa đập 67 Độ cứng Vicker (HV) 68 Hình 3.23 Máy đo độ cứng tế vi chiều dày lớp thấm Wilson Wolpert Micro-Vickers Model420 MVD 69 Hình 3.24 Thiết bị nghiên cứu tổ chức tế vi Nikon Eclipes Model L150 70 Hình 3.25 Các tƣợng vật lý đƣợc mơ SYSWELD .71 Hình 3.26 Sơ đồ q trình mơ số 72 Hình 3.27 Các bƣớc tiến hành kiểm tra quy trình hàn 78 Hình 3.28 Điều chỉnh chế độ dịng áp .80 Hình 3.29 Điều chỉnh chạy dọc đầu hàn 80 Hình 3.30 Kết thúc trình hàn 81 Hình 3.31 Mẫu sau hàn 81 Hình 3.32 Mơ hình thực nghiệm 82 Hình 4.1 Mặt cắt ngang liên kết hàn 84 Hình 4.2 Phân bố trƣờng nhiệt mối hàn .84 Hình 4.3 Hình 4.4 Hình 4.5 Hình 4.6 Chu trình nhiệt số điểm vị trí khảo sát 85 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ nút 3998, 4083 4404 85 Hình dạng mối hàn 86 Tổ chức tế vi mẫu thép Q460D sử dụng trợ dung gốm với thành phần 10% TiO2, 14% SiO2, 22% MnO2 87 ix Hình 4.7 Tổ chức tế vi mẫu thép Q460D sử dụng trợ dung gốm với thành phần 12% TiO2, 16% SiO2, 20% MnO2 87 Hình 4.8 Tổ chức tế vi mẫu thép Q235 sử dụng trợ dung gốm với Hình 4.9 thành phần 10% TiO2, 14% SiO2, 22% MnO2 88 Tổ chức tế vi mẫu thép Q235 sử dụng trợ dung gốmvới thành phần 12 % TiO2, 16% SiO2, 20% MnO2 88 Hình 4.10 Ảnh chụp mẫu thử kéo 91 Hình 4.11 Ảnh chụp mẫu va đập tủ lạnh sâu .93 Hình 4.12 Phân bố ảnh hƣởng tỷ lệ cặp tham số đến tiêu đánh giá mẫu thép hàn Q460D 99 Hình 4.13 Phân bố ảnh hƣởng cặp tham số đến tiêu đánh giá mẫu thép hàn Q235 102 Hình 4.14 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ bền kéo mối hàn 109 Hình 4.15 Biểu đồ phần trăm ảnh hƣởng yếu tố TiO2,SiO2,MnO2 tới độ bền kéo mối hàn .109 Hình 4.16 Đồ thị phụ thuộc độ bền kéo vào mẻ trợ dung hàn mức tối ƣu dƣới dạng lũy thừa 3D .111 Hình 4.17 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ cứng mối hàn .114 Hình 4.18 Biểu đồ phần trăm ảnh hƣởng yếu tố TiO2, SiO2, MnO2 Hình 4.19 Hình 4.20 Hình 4.21 Hình 4.22 Hình 4.23 tới độ cứng mối hàn 114 Đồ thị phụ thuộc độ cứng vào trợ dung gốm mức tối ƣu dƣới dạng lũy thừa 3D 115 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ dai va đập mối hàn .117 Biểu đồ phần trăm ảnh hƣởng tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 tới độ dai va đập mối hàn 117 Đồ thị phụ thuộc độ dai va đập vào mẻ trợ dung gốm mức tối ƣu dƣới dạng lũy thừa 3D 118 Biểu đồ phân mức tỷ lệ TiO2, SiO2 MnO2 cho số đánh giá tổng thể OEC 121 Hình 4.24 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hƣởng tỷ lệ TiO2, SiO2 MnO2 121 Hình 4.25 Phân mức tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 tới đặc trƣng tính mối hàn hàn thép Q235 trợ dung gốm với tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 khác 123 x Hình 4.26 Biểu đồ phần trăm ảnh hƣởng tỷ lệ TiO2;SiO2;MnO2 tới độ bền kéo, độ dai va đập độ cứng mối hàn .124 Hình 4.27 Đồ thị phụ thuộc độ bền, độ dai va đập độ cứng vào mẻ liệu trợ dung mức tối ƣu dƣới dạng lũy thừa 3D 125 xi Bảng 1.1 DANH MỤC BẢNG BIỂU Phân loại trợ dung gốm theo thành phần khoáng Bảng 1.2 Thành phần thí nghiệm đặc trƣng trợ dung gốm .11 Bảng 1.3 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Phân bổ khối lƣợng kim loại đắp theo phƣơng pháp hàn (1998-2010) .19 Mối quan hệ cƣờng dòng điện đƣờng kính dây hàn 39 Thành phần hóa học tính thép Q235 47 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Thành phần hóa học thép Q460D 48 Cơ tính thép Q460D 48 Thành phần trợ dung gốm hệ Aluminate – Rutile 50 Bảng 3.5 Mã hóa ma trận thí nghiệm 51 Bảng 3.6 Các mức biến đầu vào .51 Bảng 3.7 Hàm lƣợng hàm lƣợng tạp chất có nguyên liệu 52 Phối liệu với mẻ trợ dung hàn gốm Aluminate – Rutile 52 Thành phần % khối lƣợng cho chất chƣa tính đến khối lƣợng tạp chất có 100kg trợ dung gốm 53 Bảng 3.8 Bảng 3.9 Bảng 3.10 Khối lƣợng nguyên chất có 100kg trợ dung gốm 53 Bảng 3.11 Thành phần hóa học vật liệu nƣớc dùng để sản xuất trợ dung hàn .59 Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 Bảng 3.16 Bảng 3.17 Bảng 3.18 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Thông số kĩ thuật máy hàn Amada 630-1 .61 Các điều kiện thí nghiệm .63 Phƣơng án thực nghiệm Taguchi mảng L9 73 Các đặc trƣng chất lƣợng theo Taguchi .74 Sự phụ thuộc tốc độ hàn so với đƣờng kính dây hàn 76 Bảng thơng số chế độ hàn liên kết giáp mối thép Q460D .77 Bảng thông số chế độ hàn liên kết giáp mối thép Q235 78 Kết thử độ cứng mẫu thép Q235 theo TCVN 258-1:2007 .90 Kết thử độ cứng mẫu thép Q460 theo TCVN 258-1:2007 .90 Kết thử kéo mẫu, TCVN 197:2002 thép Q235 .91 Bảng 4.4 Bảng 4.5 Kết thử kéo mẫu theo, TCVN 197:2002 thép Q460 .92 Kết thử va đập mẫu thép Q235, theo TCVN 312-1:2007, TCVN 258-1:2007 93 Kết thử va đập mẫu thép Q460D theo TCVN 312-1:2007, TCVN 258-1:2007 94 Bảng 4.6 xii Bảng 4.7 Tỷ lệ thành phần TiO 2, SiO2, MnO2 kết thử mẫu thép Q460D 95 Bảng 4.8 Tỷ lệ thành phần TiO 2, SiO2, MnO2 kết mẫu thử thép Q235 95 Bảng 4.9 Hàm quan hệ tƣơng quan với cặp tham số Thép Q460D 98 Bảng 4.10 Các tiêu mẻ liệu với mẫu thép hàn (Q460D) 100 Bảng 4.11 Hàm quan hệ tƣơng quan với cặp tham số mẫu thép hàn Q235 .101 Bảng 4.12 Các tiêu mẻ liệu với mẫu thép hàn (Q235) 103 Bảng 4.13 Các mức giá trị tƣơng ứng yếu tố ảnh hƣởng 106 Bảng 4.14 Các điều kiện thử nghiệm, kết đo tỷ lệ S/N độ bền kéo 107 Bảng 4.15 Phân mức tỷ lệ ảnh hƣởng yếu tố tới độ bền kéo Bảng 4.16 Bảng 4.17 Bảng 4.18 Bảng 4.19 mối hàn 108 Các điều kiện thử nghiệm, kết đo tỷ lệ S/N độ cứng 112 Phân mức tỷ lệ ảnh hƣởng yếu tố tới độ cứng mối hàn 113 Các điều kiện thử nghiệm, kết đo tỷ lệ S/N độ dai va đập 115 Phân mức tỷ lệ ảnh hƣởng yếu tố tới độ dai va đập mối hàn 116 Bảng 4.20 Các thông số đầu vào kết OEC cho thí nghiệm 119 Bảng 4.21 Phân mức tỷ lệ ảnh hƣởng yếu tố tới OEC 120 Bảng 4.22 Kết dự đốn tiêu chí riêng lẻ ứng với mức tối ƣu thơng số tính theo OEC 122 xiii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AR Aluminate-Rutile AR A.B.S American Bureau of Shipping Tổ chức Đăng kiểm tầu Hoa Kỳ ASME American Society of Mechanical Hiệp hội Kỹ sƣ Cơ khí Hoa Kỳ Engineers AWS American Welding Society Hiệp hội hàn Hoa Kỳ DIN Deutsches Institut für Normung Tiêu chuẩn Đức SAW Submerged Arc Welding Hàn tự động dƣới lớp trợ dung HJ431- Carbon Steel electrodes and flux Que hàn thép Carbon trợ dung GB/T5293for submerged arc welding hàn (Tiêu chuẩn Trung Quốc) 1999 IIW International Institute of Welding Viện hàn quốc tế JIS Japanese Industrial Standards Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản TNTĐ Thí nghiệm trọng điểm VAHN Vùng ảnh hƣởng nhiệt VMH Vùng mối hàn xiv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TỐN HỌC Ký hiệu Giải thích Ih Cƣờng độ dòng điện (A) c Chiều cao mối hàn (mm) a Chiều rộng khe hàn (mm) b Bề rộng mối hàn (mm) Fi Diện tích kim loại đắp (mm) U Điện áp (V) ψ Độ co thắt ak Độ dai va đập δ Độ giãn dài d Đƣờng kính dây hàn (mm) β Góc vát mép (mm) ̅ Giá trị trung bình σb Giới hạn bền (N/mm2) σch Giới hạn chảy η Hệ số hữu ích qđ Năng lƣợng đƣờng (cal/cm) Tb.gi Nhiệt độ biến giòn P Tải trọng Sai số trung bình MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Hàn công nghệ đƣợc ứng dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp [30, 36, 75, 87- 90, 92-93] Nhờ cơng nghệ hàn, ngƣời ta liên kết kim loại hợp kim với mà hàng loạt vật liệu phi kim khác nhƣ vật liệu polymer, thuỷ tinh thực đƣợc liên kết bền vững với công nghệ hàn Cơng nghệ hàn thực đƣợc tất điều kiện môi trƣờng, kể dƣới nƣớc ngồi khoảng khơng vũ trụ Hầu nhƣ ngành kinh tế quốc dân, đâu có sử dụng kim loại hợp kim, có ứng dụng đến cơng nghệ hàn Từ tạo phơi xác chi tiết máy chế tạo tàu vƣợt đại dƣơng, xây dựng tổ hợp cơng nghiệp lƣợng, hố chất, luyện kim, khai thác chế biến dầu khí, cơng nghiệp hàng khơng vũ trụ, cơng nghệ hàn đóng vai trị quan trọng số chủng loại thiết bị định đến chất lƣợng tuổi thọ sản phẩm tồn cơng trình Trong 100 năm phát triển (từ phát minh Benardos năm 1882 nay), cơng nghệ hàn có đóng góp quan trọng cho tất ngành công nghiệp, đặc biệt lĩnh vực khí chế tạo máy Cùng với phát triển nhảy vọt ngành điện, điện tử, điều khiển - tự động hóa, tin học v.v , công nghệ hàn năm cuối kỷ XXI có phát triển vƣợt bậc góp phần to lớn vào phát triển nhiều ngành cơng nghiệp phạm vi tồn cầu Ở Việt Nam, công nghệ hàn đƣợc sử dụng phổ biến nhà máy khí chế tạo, sửa chữa sở sản xuất phục vụ cho ngành kinh tế quốc dân Tuy nhiên so với nƣớc công nghiệp tiên tiến hai lĩnh vực nƣớc ta bị bỏ lại khoảng cách xa Về công nghệ hàn, nhìn chung cịn lạc hậu, cơng nghiệp sản xuất vật liệu hàn Chúng ta có nhà máy sản xuất số chủng loại que hàn tay đủ để phục vụ cho xây dựng dân dụng, chủng loại vật liệu hàn tự động chế tạo máy sản xuất kết cấu nhập ngoại nhiều, chƣa thể đáp ứng nhu cầu ngày tăng cao mục tiêu cơng nghiệp hố, đại hố đất nƣớc năm tới Để thực thành công Chiến lƣợc phát triển kinh tế xã hội 10 năm 20102020 nhằm đƣa nƣớc ta khỏi tình trạng chậm phát triển, không quan tâm đến công nghệ hàn chế tạo vật liệu hàn phục vụ kịp thời cho nhu cầu sản xuất, đảm bảo nhanh chóng thu hẹp khoảng cách so với nƣớc công nghiệp tiên tiến giới, nhu cầu cấp thiết Trong trình hàn tự động dƣới lớp trợ dung gốm, trợ dung hàn chế độ hàn đóng vai trị quan trọng, ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng mối hàn Vì việc “Nghiên cứu chất lượng mối hàn kết cấu thép hàn hồ quang tự động lớp trợ dung gốm Aluminate-Rutile chế tạo nước” cần thiết Đây lĩnh vực nghiên cứu mẻ Việt Nam, nhiều tiềm năng, hấp dẫn khả ứng dụng cao Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu đề tài luận án Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng tỷ lệ TiO2, MnO2, SiO2 mẻ liệu trợ dung hàn gốm hệ xỉ AR đƣợc chế tạo nƣớc đến chất lƣợng mối hàn kết cấu thép công nghệ hàn SAW Thiết lập hàm toán học biểu diễn mối quan hệ tỷ lệ thành phần mẻ liệu với tiêu tính mối hàn Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận án + Đối tƣợng nghiên cứu: - Nghiên cứu thành phần mẻ liệu trợ dung gốm hệ AR chế tạo nguồn vật liệu nƣớc công nghệ hàn SAW - Nghiên cứu ảnh hƣởng thành phần mẻ liệu (TiO2, MnO2, SiO2) đến chất lƣợng mối hàn (tổ chức tế vi tiêu tính) + Phạm vi nghiên cứu: - Chất lƣợng mối hàn thép cacbon thấp (Q235) thép hợp kim thấp(Q460D) dạng tấm, có chiều dày 20 đến 25 mm với liên kết hàn giáp mối vát mép chữ V - Đánh giá tổ chức mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt, tiêu tính mối hàn mẫu tiêu chuẩn từ liên kết hàn thực nghiệm với tỷ lệ thành phần TiO2, MnO2, SiO2 trợ dung gốm hệ AR Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm + Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết Tổng quan tài liệu (công trình khoa học cơng nghệ, phát minh sáng chế, tiêu chuẩn) để đánh giá mức độ nghiên cứu ứng dụng vấn đề nghiên cứu luận án giới nƣớc, từ khoanh vùng rõ nhiệm vụ nghiên cứu đề tài luận án, nghiên cứu sở lý thuyết xây dựng bƣớc quy trình cơng nghệ chế tạo kết hợp với thực nghiệm sản xuất chế tạo trợ dung hàn gốm - Phƣơng pháp chuyên gia: trao đổi thông tin, học hỏi kinh nghiệm tƣ vấn đánh giá - Phân tích ảnh hƣởng thành phần mẻ liệu trợ dung hàn gốm đến tiêu chất lƣợng liên kết hàn - Sử dụng phƣơng pháp thiết kế thí nghiệm với phƣơng pháp Taguchi kết hợp phân tích ANOVA, sử dụng phần mềm tính tốn mơ để xác định hàm lƣợng hợp lý thành phần mẻ liệu trợ dung hàn gốm hệ AR đảm bảo chất lƣợng mối hàn Xây dựng hàm hồi quy tốn học phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu biểu diễn mối quan hệ thành phần mẻ liệu trợ dung hàn tiêu tính mối hàn + Nghiên cứu thực nghiệm - Xây dựng mơ hình thực nghiệm sở phân tích yếu tố đầu vào mục tiêu đầu q trình hàn Tính tốn xác định mức tỷ lệ thành phần tổ hợp phƣơng án thực nghiệm theo phƣơng pháp Taguchi - Dựa kết kiểm tra tính mối hàn, sử dụng phƣơng pháp Taguchi kết hợp phân tích phƣơng sai ANOVA hồi quy nhiều biến để đánh giá kết nghiên cứu theo mục tiêu đặt - Sử dụng thiết bị thí nghiệm đại phân tích đánh giá tiêu - lý - hóa cần thiết nguyên vật liệu đầu vào - Tiến hành chuẩn bị chế tạo trợ dung gốm với thành phần mẻ liệu khác nhau, liên kết hàn thiết bị hàn Tiến hành thực nghiệm hàn mẫu, chế tạo mẫu thử theo tiêu chuẩn để đo độ bền kéo, độ dai va đập, độ cứng soi tổ chức tế vi Ý nghĩa khoa học thực tiễn + Ý nghĩa khoa học - Xác định ảnh hƣởng tỷ lệ thành phần mẻ liệu gốm hệ AR đến cấu trúc tiêu tính mối hàn cơng nghệ hàn SAW - Thiết lập đƣợc hàm toán học biểu diễn mối quan hệ tỷ lệ thành phần mẻ liệu gốm hệ AR với chất lƣợng mối hàn kết cấu thép - Sử dụng phƣơng pháp tối ƣu đa mục tiêu OEC xác định đƣợc ảnh hƣởng đồng thời thành phần MnO2, TiO2, SiO2 mẻ liệu gốm đến độ bền kéo, độ dai va đập, độ cứng kim loại mối hàn phạm vi nghiên cứu - Lựa chọn đƣợc thành phần mẻ liệu gốm phù hợp hàn kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp đạt đƣợc tiêu tính theo yêu cầu + Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Kết nghiên cứu sở cho việc thiết lập quy trình chế tạo trợ dung gốm gốm hệ AR nguyên liệu nƣớc để hàn thép cacbon hợp kim thấp chế tạo kết cấu khí cơng nghệ hàn SAW - Kết nghiên cứu Luận án sử dụng làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu sản xuất vật liệu hàn công nghệ hàn SAW, hàn điện xỉ, hàn hồ quang tay - Giới thiệu phƣơng pháp nghiên cứu, đánh giá đơn giản, hiệu việc xác định thành phần mẻ liệu trợ dung gốm phù hợp mức độ ảnh hƣởng thành phần đến tiêu tính mối hàn Các điểm Luận án - Xác định đƣợc tỷ lệ thành phần mẻ liệu trợ dung hàn gốm hợp lý từ nguồn nguyên liệu nƣớc để chế tạo, ứng dụng hàn thép hợp kim thấp thép cacbon thấp đảm bảo chất lƣợng mối hàn tốt - Xây dựng hàm toán học thể mối quan hệ thành phần mẻ liệu trợ dung hàn gốm hệ AR đến độ bền kéo, độ dai va đập độ cứng kim loại mối hàn Đồng thời định lƣợng đƣợc mức độ ảnh hƣởng thành phần mẻ liệu đến tiêu tính phạm vi nghiên cứu - Áp dụng phƣơng pháp tối ƣu đa mục tiêu OEC đánh giá ảnh hƣởng đồng thời tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 trợ dung gốm hệ AR đến tiêu tính mối hàn xây dựng hàm toán học biễu diễn mối quan hệ đồng thời thành phần trợ dung hàn với tiêu tính mối hàn 5 Bố cục Luận án Gồm phần mở đầu, danh mục tài liệu tham khảo, danh mục cơng trình cơng bố có liên quan đến Luận án, phần phụ lục, nội dung đƣợc trình bày 138 trang Kết cấu gồm chƣơng: Chƣơng Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng Nghiên cứu lý thuyết trình hàn hồ quang tự động dƣới trợ dung gốm Chƣơng Vật liệu, trang thiết bị phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Chƣơng Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng số thành phần mẻ liệu trợ dung gốm gốm đến chất lƣợng mối hàn kết cấu thép 6 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Công nghệ hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung hàn gốm 1.1.1 Khái niệm hàn lớp trợ dung gốm Trợ dung hàn gốm đƣợc chế tạo cách pha trộn đồng nguyên liệu thành phần đƣợc nghiền nhỏ đến mức độ định, tạo hạt cách bổ sung thêm chất kết dính vê viên tạo hạt Mỗi hạt gồm phần tử nhỏ liên kết chặt với với đủ thành phần theo cơng thức, hạt gốm có thành phần, mật độ cấu trúc [86] Trợ dung hàn gốm hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu khác Chức trình hàn là: - Bảo vệ kim loại mối hàn, tránh chất khí ngồi mơi trƣờng xâm nhập - Tạo lớp xỉ: đông đặc nhanh, giữ đƣợc kim loại lỏng làm cho kim loại mối hàn nguội từ từ, làm cho bề mặt mối hàn đƣợc nhẵn bóng - Khử oxy, nitơ tinh luyện kim loại mối hàn - Tăng hệ số hàn đắp kim loại mối hàn - Cải thiện ion hóa, tạo ổn định hồ quang trình hàn - Bổ sung nguyên tố hợp kim vào kim loại mối hàn, hợp kim hóa mối hàn (hồn ngun Mn Si, nguyên tố hợp kim khác vào kim loại mối hàn trợ dung hàn gốm) - Tạo dáng mối hàn - Bảo vệ thợ hàn khỏi tác dụng xạ hồ quang - Chống bắn tóe kim loại nóng chảy 1.1.2 Phân loại Hiện giới sản xuất nhiều mác trợ dung gốm khác nhau, nhiên theo phƣơng pháp chế tạo công nghệ chia làm loại chủ yếu [17]: - Trợ dung gốm không nung chảy: Là trợ dung gốm đƣợc chế tạo từ vật liệu bột hỗn hợp trộn với chất dính kết lỏng tạo hạt sấy khơ nhiệt độ 400 oC đến 600oC - Trợ dung hàn thiêu kết: Là trợ dung đƣợc chế tạo từ vật liệu bột hỗn hợp ... dƣới lớp trợ dung gốm, trợ dung hàn chế độ hàn đóng vai trị quan trọng, ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng mối hàn Vì việc ? ?Nghiên cứu chất lượng mối hàn kết cấu thép hàn hồ quang tự động lớp trợ dung. .. nghệ Động – Khoa Ơ tơ Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Việt Hung Tên Đề tài Luận án: ? ?Nghiên cứu chất lƣợng mối hàn kết cấu thép hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung gốm Aluminate- Rutile chế tạo nƣớc‖... Khái niệm hàn dƣới lớp trợ dung gốm Phân loại Trợ dung hàn dùng công nghệ hàn hồ quang tự động dƣới lớp trợ dung hàn gốm 11 Tình hình nghiên cứu trợ dung hàn sử