Nghiên cứu thành phần phối liệu của thuốc hàn gốm hệ aluminate và rutile cho hàn tự động kết cấu thép

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        LÊ THỊ NGA NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU CỦA THUỐC HÀN GỐM HỆ ALUMINATE - RUTILE CHO HÀN TỰ ðỘNG KẾT CẤU THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        LÊ THỊ NGA NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU CỦA THUỐC HÀN GỐM HỆ ALUMINATE - RUTILE CHO HÀN TỰ ðỘNG KẾT CẤU THÉP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mà SỐ : 60.52.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. ðÀO QUANG KẾ TS. HOÀNG VĂN CHÂU HÀ NỘI - 2013 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều có nguồn gốc, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Ngày tháng năm 2013 Người cam ñoan Lê Thị Nga Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… ii LỜI CẢM ƠN ðề tài Luận văn ñược tác giả hoàn thành tại Phòng thí nghiệm trọng ñiểm Công nghệ hàn và xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công Thương) dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. ðào Quang Kế và TS. Hoàng Văn Châu cùng các thầy cô trong khoa Cơ - ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, ñã giúp ñỡ tôi hoàn thành Luận văn này. Qua ñây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa Cơ - ðiện - Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. ðặc biệt, cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. ðào Quang Kế và TS. Hoàng Văn Châu, Hai thầy ñã dành nhiều công sức hướng dẫn tôi thực hiện ñề tài trong suốt thời gian qua. ðồng 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… tháng…. Năm 2013 Tác giả Lê Thị Nga Hình 4-23: Tổ chức thô ñại mối hn mẫu 2 79 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vii MỞ ðẦU 1 1. Tính cấp thiết của ñề tài 1 2. Mục tiêu, ñối tượng, phạm vi nghiên cứu 2 3. Cấu trúc của luận văn 3 Chương 1: TỔNG QUAN ðỀ TÀI 4 1.1. Công nghệ hàn tự ñộng dưới lớp thuốc trợ dung 4 1.1.1. Khái quát chung về công nghệ hàn ñiện nóng chảy 4 1.1.2. Khái quát chung về công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc 5 1.2. Tổng quan về thuốc hàn gốm 9 1.2.1. Khái quát chung về thuốc hàn 9 1.2.2. Khái quát chung về thuốc hàn gốm 13 1.3. Lựa chọn nguyên vật liệu 20 1.4. Thép Q460D 24 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 26 1.5.1. Ngoài nước 26 1.5.2. Trong nước 27 1.5.3. Nhu cầu thuốc hàn gốm trong công nghiệp tại Việt Nam 28 Chương 2: ðỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1. ðối tượng nghiên cứu 29 2.2. Phương pháp nghiên cứu 29 2.2.1. Nghiên cứu lý thuyết 29 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… iv 2.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm 29 2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 29 2.2.4. Các tiêu chí cần kiểm tra ñánh giá 30 2.2.5. Thiết bị kiểm tra 30 2.3. ðịa ñiểm, thời gian và phạm vi nghiên cứu 32 2.3.1. ðịa ñiểm 32 2.3.2. Thời gian 32 2.3.3. Phạm vi nghiên cứu 32 Chương 3: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THUỐC HÀN GỐM 33 3.1. Nghiên cứu tính chất nguyên vật liệu cho chế tạo thuốc hàn gốm 33 3.2. Các ñặc tính công nghệ của thuốc hàn 35 3.2.1. Các tính chất lý hóa của thuốc hàn 35 3.2.2. Ảnh hưởng của thuốc ñối với tính ổn ñịnh của quá trình hàn 37 3.2.3. Ảnh hưởng của thuốc ñối với tính bong của xỉ 39 3.3. Ảnh hưởng của một số nguyên tố hợp kim ñến kim loại hàn 41 3.3.1. Cacbon (C) 41 3.3.2. Mangan (Mn) 41 3.3.3. Silic (Si) 41 3.3.4. Lưu huỳnh (S) 42 3.3.5. Phôtpho (P) 44 3.4. Xỉ hàn 45 3.4.1. Khái niệm xỉ hàn 45 3.4.2. ðặc tính cơ bản của xỉ hàn 46 3.4.3. Phân loại xỉ hàn 50 3.5. Cơ sở lý thuyết tính toán bài phối liệu thuốc hàn gốm 51 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 55 4.1. Tính toán bài phối liệu cho thuốc hàn gốm 55 4.2. Quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn gốm 63 4.2.1. Cân ñong nguyên liệu khô 63 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… v 4.2.2. Trộn khô (Hình 4-4) 64 4.2.3. Trộn ướt 65 4.2.4. Vê viên tạo hạt 65 4.2.5. Sấy thuốc hàn 66 4.2.6. Phân loại hạt 67 4.2.7. Bao gói, kiểm tra thành phẩm và nhập kho 67 4.3. Thiết lập quy trình và tính toán chế ñộ hàn 68 4.3.1. Thiết lập quy trình hàn 68 4.3.2. Tính toán chế ñộ hàn 69 4.4. Chuẩn bị trước khi hàn và tiến hành hàn 71 4.4.1. Máy hàn 71 4.4.2. Bộ phận cấp dây, cấp thuốc 73 4.4.3. Phương pháp tiến hành 73 4.5. Kết quả kiểm tra kim loại học mối hàn 78 4.5.1. Kiểm tra tổ chức thô ñại 78 4.5.2. Kiểm tra tổ chức tế vi 80 4.5.3. ðo ñộ cứng tế vi 82 4.6. ðánh giá chất lượng thuốc hàn ñã chế tạo 83 4.6.1. ðặc tính của thuốc hàn ñã chế tạo 83 4.6.2. Hướng dẫn sử dụng thuốc hàn ñược chế tạo 83 4.6.3. Khả năng sản xuất trong nước 84 4.7. An toàn lao ñộng và môi trường 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 1. Kết luận 85 2. Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 89 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1: Phân loại thuốc hàn gốm theo thành phần khoáng 13 1.2: Thành phần thí nghiệm ñặc trưng của các thuốc gốm theo % 14 1.3: Thành phần hóa học của thép Q460D 25 1.4: Thành phần cơ tính của thép Q460D 25 1.5: Phân bố khối lượng kim loại ñắp theo phương pháp hàn 26 3.1: thành phần hóa học của vật liệu dùng ñể sản xuất thuốc hàn 33 3.2: Tỷ lệ giữa dòng hàn và chiều dày lớp thuốc 37 3.3: Hệ số trung bình αx khi thay ñổi mỗi thành phần dưới ñây theo mức ñộ giảm 1% ảnh hưởng ñối với αx 39 3.4: Ảnh hưởng ñộ bám của xỉ với kim loại mối hàn ñến tính bong của xỉ 41 4.1: Thành phần thuốc hàn gốm hệ Aluminate – Rutile 55 4.2: Các mức của biến ñầu vào 56 4.3: Ma trận quy hoạch thực nghiệm 57 4.4: Kết quả tính bước chuyển ñộng δj của các yếu tố 58 4.5: Kết quả thí nghiệm theo hướng dốc ñứng 58 4.6: Kết quả tính bước chuyển ñộng δj của các yếu tố 59 4.7: Kết quả thí nghiệm theo hướng dốc ñứng 60 4.8: Kết quả tính bước chuyển ñộng δj của các yếu tố 61 4.9: Kết quả thí nghiệm theo hướng dốc ñứng 61 4.10: Bài phối liệu cho thuốc gốm hệ Alnuminate - Rutile 63 4.11: Sự phụ thuộc của tốc ñộ hàn so với ñường kính dây 70 4.12: Thông số kĩ thuật hàn model STARMATIC1003 72 4.13: Thành phần hoá học của lớp kim loại ñắp (%) 76 4.14: Cơ tính kim loại hàn 76 4.15: Kích thước dây hàn, dòng ñiện và lượng khí sử dụng thích hợp 76 4.16: Các ñiều kiện thí nghiệm 77 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1-1: Sơ ñồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 6 1-2: Máy hàn tự ñộng dưới lớp thuốc hàn 7 1-3: Hàn mẫu tiêu chuẩn ΓOCT 6996-66 8 1-4: Hàn dầm chữ I với phương pháp hàn tự ñộng dưới lớp thuốc 8 1-5: a. Hàn ống dẫn trong xưởng, b. Hàn ống dẫn ngoài trời 8 1-6: Lượng H2 trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào lượng MgCO3 trong thuốc hàn 22 2-1: Máy ño ñộ cứng tế vi và chiều dày lớp thấm Wilson Wolpert Micro - Vickers Model 420 MVD 30 2-2: Thiết bị nghiên cứu tổ chức tế vi Nikon Eclipes Model L150 32 3-1: Bình chứa các nguyên vật liệucho chế tạo thuốc hàn gốm 35 3-2: Sơ ñồ tác dụng của các ion rơi vào vết catot và làm nhẹ sự phát xạ ñiện tử 38 3-3: Ảnh hưởng của các liên kết hóa học ñối với tính ổn ñịnh hóa của thuốc hàn 38 3-4: Ảnh hưởng của hàm lượng ôxit mangan trong thuốc hàn ñến hàm lượng gia tăng S trong kim loại mối hàn 43 3-5: Hàm lượng S trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào tính bazơ của thuốc hàn 44 3-6: Hàm lượng photpho trong kim loại mối hàn phụ thuộc vào tính bazơ của thuốc hàn 45 3-7: Sự phụ thuộc của ñộ nhớt xỉ hàn vào nhiệt ñộ 49 4-1: a. Hình ảnh ño bề rộng mối hàn, b. ðộ cứng vùng ảnh hưởng nhiệt 55 4-2: Bề rộng mối hàn và ñộ cứng vùng ảnh hưởng nhiệt theo các phương án thí nghiệm 62 4-3: Nguyên liệu ñược ñưa lên bàn cân 64 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… viii 4-4: Máy trộn khô 64 4-5: Máy trộn ướt 65 4-6: Vê viên tạo hạt thủ công 65 4-7: Máy sấy nhiệt ñộ thấp 66 4-8: Máy sấy nhiệt ñộ cao 66 4-9: Sơ ñồ nguyên lý quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn gốm 67 4-10: Các bước tiến hành kiểm tra quy trình hàn. 68 4-11: Hình dạng kích thước của mối hàn 69 4-12: Máy hàn model STARMATIC 1003DC 72 4-13: Bộ phận cấp dây, cấp thuốc 73 4-14: Chẩn bị mẫu hàn 74 4-15: Gá ñặt phôi trước khi hàn 74 4-16: Sấy thuốc trước khi hàn 75 4-17: Thuốc hàn 75 4-18: Dây hàn 75 4-19: Bộ ñiều chỉnh các thông số hàn 77 4-20: Quá trình hàn 78 4-21: Kết thúc quá trình hàn 78 4-22: Tổ chức thô ñại mối hàn mẫu 1 79 4-23: Tổ chức thô ñại mối hàn mẫu 2 79 4-24: Tổ chức thô ñại mối hàn mẫu 3 79 4-25: Ảnh tổ chức tế vi của mẫu 1, 200x 80 4-26: Ảnh tổ chức tế vi của mẫu số 2,200x 80 4-27: Vị trí ño ñộ cứng tế vi của mẫu hàn 82 4-28: Biểu ñồ ño ñộ cứng của các mẫu 82 4-29: Thuốc hàn gốm hệ xỉ Auminate - Rutile 83 [...]... trên, tác gi m nh d n ch n ñ tài: Nghiên c u thành ph n ph i li u c a thu c hàn g m h Aluminate - Rutile cho hàn t ñ ng k t c u thép" làm ñ tài lu n văn th c sĩ 2 M c tiêu, ñ i tư ng, ph m vi nghiên c u a M c tiêu c a ñ tài Nghiên c u thành ph n ph i li u c a thu c hàn g m h Aluminate Rutile cho hàn t ñ ng k t c u thép b ng v t li u trong nư c, thay th cho thu c hàn nh p ngo i Trư ng ð i h c Nông... tinh t o thành m i hàn (Hình 1-1) Trên m t vũng hàn và ph n m i hàn ñã ñông ñ c hình thành m t l p x có tác d ng tham gia vào các quá trình luy n kim khi hàn, b o v và gi nhi t cho m i hàn, và s tách kh i m i hàn sau khi hàn Ph n thu c hàn chưa ñư c nóng ch y có th s d ng l i Hàn h quang dư i l p thu c b o v có th ñư c t ñ ng c hai khâu c p dây vào vùng h quang và di chuy n h quang theo tr c m i hàn Trư... t t t M i hàn có các tính cơ h c và ch ng n t t t Thu c Aluminate - Rutile dùng cho hàn các k t c u thép cácbon th p và thép h p kim th p trong ch t o máy ñóng tàu, ôtô và các ngành công nghi p khác Thu c hàn Aluminate - Rutile có thành ph n hóa h c ch y u là: Al2O3, Rutile (thành ph n ch y u là Al2O3, TiO2), CaO, SiO2, MnO Ngoài ra còn có các thành ph n khác như: FeMn, FeSi, FeTi, MgO, CaF2, CaCO3,... ñưa vào trong thành ph n thu c hàn g m m t kh i lư ng l n kim lo i và các nguyên t h p kim ð c tính b n v ng c a các lo i thu c hàn g m h bazơ là m t ưa ñi m l n cho phép kh c ph c kh năng chuy n d ch c a các nguyên t h p kim ph thu c vào ch ñ hàn và ñ m b o thành ph n hóa h c n ñ nh cho m i hàn, kim lo i ñ p tương ng v i thành ph n hóa h c c th c a m i lo i dây hàn Tuy nhiên, thu c hàn n u ch y cũng... chi m 15 ÷ 20% kh i lư ng thu c hàn g m và cũng c n kho n chi phí nh t ñ nh Ph n l n các lo i thu c hàn n u ch y c a các nư c trên th gi i ñư c s d ng cho hàn thép cacbon th p và thép h p kim th p Thu c hàn g m thì s d ng cho thép h p kim cao, thép ch ng mài mòn, thép ñ c bi t… Các ưu ñi m c a thu c hàn g m ñư c ñánh giá cao, nên m c dù thu c hàn n u ch y ñư c nghiên c u và s n xu t trư c, nhưng ngày... nh t và kh năng ch ng n t k t tinh c a m i hàn Tính công ngh c a thu c Florua - Ki m kém hơn các lo i thu c khác Thu c dùng ñ hàn m t ho c nhi u ñư ng thép xây d ng h t m n ñ b n cao và thép có yêu c u ch ng l nh cao c a m i hàn * Nguyên li u ch y u c a thu c hàn Aluminate - Rutile (A-R) - ðá vôi: + Có thành ph n ch y u là CaCO3 Lo i dùng cho s n xu t thu c hàn có thành ph n tương ñ i CaO ~ 55% và CO2... trình hàn nóng ch y mà h quang cháy gi a dây hàn (ñi n c c hàn) và v t hàn dư i m t l p thu c b o v Dư i tác d ng nhi t c a h quang, mép hàn, dây hàn và m t ph n c a thu c hàn sát h quang b nóng ch y t o thành vũng hàn Dây hàn ñư c ñ y vào vũng hàn b ng m t cơ c u ñ c bi t v i t c ñ phù h p v i t c ñ cháy c a nó (Hình 1-1) Theo ñ chuy n d ch c a ngu n nhi t (h quang) mà kim lo i vũng hàn s ngu i và k... a m i hàn gây ra b i hyñro - Lư ng thu c tiêu hao ít hơn thu c nóng ch y nh kh i lư ng riêng c a nó l n hơn - Ch t o ñơn gi n, giá thành h - D ñi u ch nh thành ph n m li u c a thu c hàn ñ thay ñ i thành ph n hóa h c c a kim lo i m i hàn và cơ tính c a nó m t cách linh ho t Vì khi s n xu t thu c hàn g m không có công ño n nung ch y nên thu c cho phép ch a ñ các thành ph n như mong mu n Các thành ph... dáng m i hàn v i kh năng ch ng n t k t tinh c a m i hàn Thu c ñư c dùng ñ hàn m t ho c nhi u ñư ng các thép h p kim th p trong ngành ñóng tàu, làm b n ch a và các k t c u thép khác Thu c Aluminate - Rutile là lo i t ng h p hơn c Chúng có các tính ch t công ngh t t nh t, ñ c bi t khi hàn t c ñ cao M i hàn có các tính ch t cơ h c và ch ng n t t t Thu c Aluminate - Rutile dùng cho hàn các k t c u thép cacbon... hàn ngu i t t , làm cho b m t m i hàn ñư c nh n bóng - Kh oxi, nitơ và tinh luy n kim lo i m i hàn - B xung nguyên t h p kim vào kim lo i m i hàn - Tăng h s hàn ñ p c a kim lo i m i hàn - C i thi n s ion hóa t o n ñ nh h quang H p kim hóa m i hàn (hoàn nguyên Mn và Si, và các nguyên t h p kim khác vào kim lo i m i hàn n u là thu c hàn g m) - T o dáng m i hàn - B o v th hàn kh i tác d ng b c x c a h quang . tượng nghiên cứu Công nghệ hàn tự ñộng dưới lớp thuốc cụ thể là thuốc hàn gốm hệ Aluminate - Rutile cho hàn tự ñộng kết cấu thép. c. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thiết lập bài toán phối liệu. loại thuốc hàn gốm theo thành phần khoáng 13 1.2: Thành phần thí nghiệm ñặc trưng của các thuốc gốm theo % 14 1.3: Thành phần hóa học của thép Q460D 25 1.4: Thành phần cơ tính của thép. VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        LÊ THỊ NGA NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU CỦA THUỐC HÀN GỐM HỆ ALUMINATE - RUTILE CHO HÀN TỰ ðỘNG KẾT CẤU THÉP