Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG TRÌNH KHCN TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU MỚI” Mã số KC.02/11-15 BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết nguyên vật liệu nước để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp” Mã số: KC.02.04/11-15 Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Chủ nhiệm đề tài: TS Vũ Huy Lân Chủ nhiệm đề tài (ký tên) Cơ quan chủ trì đề tài (ký tên đóng dấu) HÀ NỘI – 2/2016 I THÔNG TIN CHUNG Tên đề tài: Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết nguyên vật liệu nước để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp Mã số: KC.02.04/11-15 Thuộc: “Chương trình nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ vật liệu mới” Mã số KC.02/11-15 Chủ nhiệm đề tài: Họ tên: Vũ Huy Lân Ngày, tháng, năm sinh: 17 tháng 10 năm 1958 Nam/ Nữ: Nam Học hàm, học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Chức vụ: Giảng viên Bộ môn Hàn & CNKL, Viện Cơ khí, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Điện thoại Tổ chức: 04.38692204 Nhà riêng: 04.35575170 Mobile: 0904 508 268 Fax: 04.38684543 E-mail: lan.vuhuy@hust.edu.vn Tên tổ chức công tác: Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại-Viện Cơ khí-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Địa tổ chức: 306-C1-Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Địa nhà riêng: 7b - ngách 18, ngõ 236 đường Khương Đình, Hạ Đình, Thanh Xuân, Hà Nội Tổ chức chủ trì đề tài: Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Điện thoại: 04.38694242 Fax: E-mail: Website: www.hust.edu.vn Địa chỉ: Số 1-Đại Cồ Việt-Hai Bà Trưng-Hà nội Họ tên thủ trưởng tổ chức: PGS TS Hoàng Minh Sơn Số tài khoản: 93101062 Ngân hàng: Kho bạc Nhà nước - Hai Bà Trưng – Hà Nội Tên quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục Đào tạo II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực đề tài: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2015 - Thực tế thực hiện: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2015 Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 3.850 tr.đ, đó: + Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 3.850 tr.đ + Kinh phí từ nguồn khác: tr.đ b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH: Số Theo kế hoạch Thực tế đạt Ghi Kinh phí Thời gian Kinh phí TT Thời gian (Số đề nghị 2 (Tháng, năm) 10/2012 12/2014 2015 (Tháng, năm) 10/2012 12/2014 8/2015 (Tr.đ) 2200 1700 610 toán) (Tr.đ) 1540 1700 610 1.387.902.626 1.343.243.190 3850 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đơn vị tính: Triệu đồng III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Số Nội dung khoản chi Trả công lao động Nguyên, vật liệu, lượng Thiết bị, máy móc Xây dựng, sửa chữa nhỏ Chi khác Tổng cộng Theo kế hoạch Tổng SNKH Thực tế đạt Nguồn khác Tổng SNKH Nguồn khác 2400 2400 2400 2400 1000 1000 1000 1000 250 250 250 250 0 0 0 200 3,850 200 3,850 0 200 3,850 200 3,850 0 Số TT Tên sản phẩm tiêu chất lượng chủ yếu 03 thiết bị chủ yếu dây chuyền sản xuất thuốc hàn thiêu kết công suất 100kg/mẻ gồm: Máy tạo hạt Máy sấy sơ Máy sấy thiêu kết Đơn vị đo Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt 01 01 01 01 01 01 01 01 01 kg 200 200 200 kg 200 200 200 kg 200 200 200 C C C Thuốc hàn F7A(P)2 theo AWS A5.17-80 Thuốc hàn F7A(P)4 theo AWS A5.17-80 Thuốc hàn F7A(P)6 theo AWS A5.17-80 b) Sản phẩm Dạng II: Số TT Yêu cầu khoa học Tên sản phẩm cần đạt Theo kế hoạch Thực tế đạt Bộ hồ sơ thiết kế - Bộ vẽ thiết kế máy tạo hạt theo yêu cầu TCVN Theo kế hoạch thuốc hàn - Thiết kế rõ ràng, đảm bảo đủ tin cậy Quy trình công - QTCN hoàn chỉnh nghệ chế tạo bao gồm tất Theo kế hoạch máy tạo hạt nguyên công, có tính thuốc hàn khả thi Bộ hồ sơ thiết kế - Bộ vẽ thiết kế máy sấy sơ theo yêu cầu TCVN Theo kế hoạch thuốc hàn - Thiết kế rõ ràng, đảm bảo đủ tin cậy Quy trình công - QTCN hoàn chỉnh Theo kế hoạch Ghi nghệ chế tạo máy sấy sơ thuốc hàn bao gồm tất nguyên công, có tính khả thi - Bộ vẽ thiết kế Bộ hồ sơ thiết kế theo yêu cầu TCVN máy sấy thiêu - Thiết kế rõ ràng, đảm kết thuốc hàn bảo đủ tin cậy Quy trình công - QTCN hoàn chỉnh nghệ chế tạo bao gồm tất máy sấy thiêu nguyên công, có tính kết thuốc hàn khả thi Quy trình công - QTCN hoàn chỉnh, nghệ sản xuất có tính khả thi, thân thuốc hàn thiêu thiện môi trường kết Theo kế hoạch Theo kế hoạch Theo kế hoạch c) Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên Yêu cầu khoa học sản cần đạt Theo Thực tế phẩm kế hoạch đạt 04 bài Nội dung thông tin Bài báo khoa học có tính khoa mới, kết luận học có giá trị lý thuyết thực tiễn Số lượng, nơi công bố (Tạp chí, nhà xuất bản) - đăng Tạp chí Cơ khí VN, số 9+10/2013 - đăng Tạp chí Cơ khí VN, số 8/2015 d) Kết đào tạo: Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo Thạc sỹ Tiến sỹ (tham gia) Số lượng Theo kế Thực tế đạt hoạch 10 1 Ghi (Thời gian kết thúc) 2013 - 2015 2016 đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền giống trồng: Ghi Kết Số Tên sản phẩm Theo Thực tế (Thời gian TT đăng ký kế hoạch đạt kết thúc) Đơn thuốc hàn thiêu kết: Đã nộp đơn F7A(P)2-BK, F7A(P)4-BK, 03 đăng ký F7A(P)6-BK Đánh giá hiệu đề tài mang lại: a) Hiệu khoa học công nghệ: - Kết nghiên cứu đề tài có đóng góp quan trọng lĩnh vực vật liệu hàn có ý nghĩa công nghệ, thực tiễn cao - Kết nghiên cứu ứng dụng đề tài giúp chuyên gia kỹ thuật làm chủ nâng cao trình độ công nghệ lĩnh vực chuyên môn - Tạo điều kiện cho nghiên cứu nước tiệm cận với công trình nghiên cứu tiên tiến giới - Tạo điều kiện kết hợp chặt chẽ tổ chức đào tạo – nghiên cứu doanh nghiệp b) Hiệu kinh tế xã hội: - Sử dụng nhiều nguyên vật liệu nước, góp phần thúc đẩy công nghệ chế biến sâu ngành công nghiệp khai khoáng gia tăng giá trị - Xã hội có thêm sản phẩm mới, có tính kinh tế cao Khi xuất thu thêm ngoại tệ cho đất nước - Giải việc làm cho số đáng kể người lao động - Góp phần vấn đề cải thiện vệ sinh môi trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trong nghiệp phát triển công nghiệp, ngành công nghệ hàn đóng vai trò quan trọng việc chế tạo kết cấu thép hàn cho ngành công nghiệp mũi nhọn ngành dầu khí, hóa dầu, công nghiệp đóng tàu, giao thông, chế tạo máy, lắp máy, thủy điện, nhiệt điện, Để nâng cao suất chất lượng kết cấu hàn, ngày ứng dụng nhiều phương pháp hàn tiên tiến có mức độ giới hóa, tự động hóa cao, phải kể đến phương pháp hàn tự động lớp thuốc để hàn đường hàn dài tư hàn bằng, hàn ngang mối hàn góc kết cấu hàn lớn yêu cầu chất lượng cao Thông qua công trình kết đánh giá tình hình nghiên cứu nước nước công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết số loại thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu phổ biến để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp, ta thấy phạm vi xu hướng ứng dụng thuốc hàn thiêu kết để tăng suất chất lượng ngành chế tạo khí ngày phát triển Các công trình nghiên cứu nhà khoa học, kết nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất công ty sản xuất vật liệu hàn tiếng giới hướng tiên tiến đắn, giải vấn đề công nghệ vật liệu hàn Đây vấn đề hạn chế nghiên cứu ứng dụng Việt Nam Một số công trình nghiên cứu trước tác giả Việt Nam chưa sâu vào chất thuốc hàn, đối tượng nghiên cứu giới hạn với thuốc hàn hệ axit ôxyt nhôm – rutil Kết nghiên cứu coi thử nghiệm ban đầu điều kiện phòng thí nghiệm, chưa triển khai ứng dụng đại trà thực tiễn Vì nhóm Đề tài đặt mục tiêu thực việc nghiên cứu công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết số loại thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu phổ biến để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp Căn vào mục tiêu, nội dung nhiệm vụ Nhiệm vụ nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ cấp Nhà nước giao cho Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội theo Quyết định số 191/QĐ-BKHCN ngày 20/02/2012 Bộ trưởng Bộ Khoa học Công nghệ việc phê duyệt kinh phí, tổ chức cá nhân chủ trì nhiệm vụ khoa học công nghệ bắt đầu thực kế hoạch năm 2012 Chương trình: “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ Vật liệu mới”, mã số KC.02/11-15 Hợp đồng Nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ số 04/2012/HĐ-ĐTCT-KC.02/11-15 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cơ quan chủ trì thực Đề tài “Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết nguyên vật liệu nước để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp”, mã sốKC.02.04/11-15, thuộc Chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước KC.02/11-15 theo nội dung Thuyết minh Đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THUỐC HÀN Ở VIỆT NAM 1.1 Thuốc hàn thiêu kết để hàn tự động lớp thuốc Thuốc hàn thiêu kết ngày ứng dụng rộng rãi giới có nhiều ưu điểm như: khả tinh luyện tạp chất có hại hợp kim hóa kim loại mối hàn cao, thành phần thuốc hàn dễ điều chỉnh để đạt thành phần hóa học kim loại mối hàn theo yêu cầu với số chủng loại mác dây hàn tiêu chuẩn không cần nhiều, giá thành hạ Nó khắc phục nhược điểm quan trọng độ ẩm cao thuốc hàn gốm cho phép nhận mối hàn chất lượng cao, nên thuốc hàn thiêu kết ngày quan tâm phát triển nhiều nước công nghiệp tiên tiến Các nhà nghiên cứu sản xuất lớn giới như: Thụy Điển (hãng ESAB), Ucraine (viện Hàn Paton), Hàn Quốc (hãng Hyundai, Chosun, ), Mỹ (HOBART), Đài Loan, nghiên cứu sâu loại thuốc hàn thiêu kết sản xuất với số lượng lớn 1.2 Mục tiêu nội dung nghiên cứu Mục tiêu đề tài: Làm chủ công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết, sử dụng tối đa nguyên vật liệu nước để chế tạo thuốc hàn thiêu kết đạt tiêu chuẩn kỹ thuật tương đương với Tiêu chuẩn Hiệp hội hàn Mỹ AWS A5.17-80 để ứng dụng vào sản xuất công nghiệp Việt Nam Nội dung nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết Thiết kế chế tạo 03 thiết bị cần thiết để sản xuất thuốc hàn thiêu kết với công suất 100kg/mẻ dùng cho hàn tự động kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp Nghiên cứu sản xuất 03 loại thuốc hàn thiêu kết sử dụng tối đa nguyên vật liệu nước để hàn tự động lớp thuốc kết hợp với loại dây hàn thích hợp tương đương với tiêu chuẩn Hiệp hội hàn Mỹ AWS A5.1780, cụ thể loại thuốc hàn sau: Bảng Thành phần hóa học kim loại mối hàn theo AWS A5.17-80 Loại thuốc hàn dây hàn theo AWS A5.17-80 F7A(P)2-EL8 F7A(P)4-EM12K F7A(P)6-EH14 C 0.07 0.07 0.08 Thành phần hóa học kim loại mối hàn, % Kim loại Chiều dày Si Mn P S (mm) 0.50 1.25 0.012 0.011 SM 400 25 0.35 1.40 0.012 0.010 SM 400 25 0.23 1.28 0.017 0.008 SM 400 25 Ghi chú: SM 400 – thép cacbon kết cấu hàn theo JIS G3106 -1999 tương đương ASTM A573 Bảng Cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.17-80 Loại thuốc hàn dây hàn theo AWS Độ bền kéo σk Độ bền chảy σc tối thiểu Độ giãn Độ dai va đập ak tối thiểu 10 TT Hình Kết cấu tổng thể máy sấy thiêu kết Bảng Bảng thống kê cụm phận chủ yếu máy thiêu kết Tên cụm phận Số lượng Vật liệu Cửa trượt SUS 316 Hộp điều khiển SUS 316 Cửa trượt SUS 316 Bộ phận tường chịu nhiệt Gạch samot Khung đỡ máy SUS 316 Kết cấu tổng thể phận cấp nhiệt Sơ đồ kết cấu phận cấp nhiệt dùng dây nung điện trở có dạng hình Bộ phận cấp nhiệt có kết cấu gồm phận chủ yếu sau đây: - Tường lò gạch samot chịu nhiệt; - Lớp cách nhiệt chất cách nhiệt khác; - Bộ phận dây nung 38 Hình Kết cấu tường chịu nhiệt máy thiêu kết Chọn công suất lò điện trở P = 18 KW Ở sử dụng dòng điện ba pha mắc mạch song song Yêu cầu nhiệt độ làm việc máy 500 ÷ 950 oC chọn lớp cách nhiệt gốm Bố trí dây nung xung quanh tường lò, làm tăng khả xạ nhiệt cho phép phân bố nhiệt đồng buồng lò Kết cấu khung máy đỡ máy Hình Kết cấu khung đỡ máy ray trượt cửa Khung xương máy chế tạo từ thép hình chữ “L” không gỉ SUS 316   8.1.3 Thiết kế hệ thống điều khiển máy sấy thiêu kết Các thông số đầu vào: - Nhiệt độ sấy từ 500°C đến 950°C; - Thời gian sấy bắt đầu tính đạt nhiệt độ sấy Sơ đồ điều khiển nhiệt độ máy sấy: Hệ thống điều khiển nhiệt độ thiết kế tương tự hệ thông điều khiển máy sấy sơ có thêm phận hẹn giờ: 39 Hình Hộp điều khiển hoạt động Các giá trị nhiệt độ thời gian cài đặt, máy làm việc giá trị hiển thị bảng điều khiển, thuận tiện cho việc kiểm soát ngắt kịp thời theo thời gian đặt trước 8.2 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo máy sấy thiêu kết Các quy trình công nghệ chế tạo phận chi tiết chủ yếu dẫn Bộ hồ sơ Quy trình công nghệ chế tạo máy sấy thiêu kết thuốc hàn Hình Máy sấy thiêu kết thuốc hàn vận hành Bảng hướng dẫn sử dụng máy dẫn phụ lục Báo cáo tổng hợp 40 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH MỐI HÀN 9.1 Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn 9.1.1 Sơ đồ nghiên cứu chế độ hàn Để sử dụng thuốc hàn có hiệu đảm bảo chất lượng hàn, cần phải xây dựng hướng dẫn sử dụng Do vậy, cần nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn đến hình thành mối hàn Sơ đồ nghiên cứu tổng quát sau Lượng thuốc hàn nóng chảy Chiều rộng mối hàn Chiều cao mối hàn Chiều sâu ngấu mối hàn Hệ số hình dạng mối hàn 1.Thuốc hàn-Dây hàn F7A(P)X-EXXX Các thông số chế độ hàn: I, U, Vh Quá trình hàn SAW Hàm mục tiêu Hình dạng kích thước mối hàn Hình Sơ đồ nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn đến hình dạng mối hàn lượng thuốc nóng chảy Các bước nghiên cứu: - Bước 1: Xây dựng phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng thông số chế độ hàn đến hàm mục tiêu có dạng tổng quát yi= f (xi) Trong đó: yi – hàm mục tiêu (hình dạng mối hàn: b, c, h, ψmh; lượng thuốc nóng chảy tương đối) - xi – biến đầu vào (các thông số chế độ hàn:I, U, Vh, …) - Bước 2: Tối ưu hóa thông số chế độ hàn - Bước 3: Xây dựng hướng dẫn sử dụng thuốc hàn 9.1.2 Xây dựng phương trình hồi quy a) Lựa chọn hàm mục tiêu: 41 Mô hình nghiên cứu có dạng cụ thể : b, c, h, ψmh, Gx = f (I, U, Vh)) Trong đó: b – chiều rộng mối hàn; c – chiều cao (phần lồi) mối hàn; h – chiều sâu ngấu mối hàn; ψmh – hệ số hình dạng mối hàn; Gx – lượng thuốc hàn nóng chảy tương đối Theo tài liệu hàm mục tiêu có dạng đa thức bậc yi = b0 + b1x1 + + bixi + b12x1x2 + … + b11x12 +….+ biixi2 Để xác định hệ số bi dựa phương pháp bình phương bé b) Các biến số đầu vào: - Vật liệu mẫu hàn sử dụng thép SM400B – thép kết cấu hàn - Chiều dày S = 20 mm - Tư hàn (1G) - Đường kính dây hàn: 4,0 mm; - Tầm với điện cực: 30 mm; - Góc nghiêng điện cực: 0° c) Xây dựng kế hoạch thực nghiệm: Mô hình đa thức bậc chọn kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao mức tối ưu Box – Wilson 9.1.3 Tối ưu hóa chế độ hàn Các bước giải toán tối ưu − Bước 1: Lựa chọn hàm mục tiêu để tối ưu Trường hợp nghiên cứu chọn hệ số hình dạng mối hàn lượng thuốc nóng chảy ψmh1 ≤ ψmh = b/c ≤ ψmh2 Gx1 ≤ Gx ≤ Gx2 Trong đó: ψmh1, ψmh2 – giá trị giới hạn cho phép hình dạng mối hàn, phụ thuộc vào phương pháp hàn tính chất mối loại thuốc hàn; Gx1, Gx2 – giá trị giới hạn cho phép lượng thuốc nóng chảy tương đối khối lượng kim loại đắp, phụ thuộc vào tính chất mối loại thuốc hàn − Bước 2: Chọn ràng buộc giá trị giới hạn: ≤ ≤ xi ≤ bi − Bước 3: ứng dụng phần mềm chuyên dụng giải toán tối ưu 9.2 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn cho thuốc hàn F7A(P)2 9.2.1 Số liệu ban đầu: - Thuốc hàn F7A(P)2-BK-EL8, - Tư hàn mối hàn điển hình 1G; - Đường kính dây hàn 4.0 mm - Kim loại thép có mác SM400B 42 9.2.2 Kế hoạch thực nghiệm kết xử lý số liệu Bảng Kế hoạch thực nghiệm kết thí nghiệm Giá trị biến thực № TN 10 11 12 13 14 15 16 17 Giá trị biến mã hóa Giá trị hàm mục tiêu Chiều Hệ Chiều cao số sâu mối hình ngấu, hàn, dạng, Y3 Y2 Y4 Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3 Chiều rộng mối hàn, Y1 550 850 550 850 550 850 550 850 517 24 24 40 40 24 24 40 40 32 12 12 12 12 36 36 36 36 24 –1 –1 +1 +1 –1 –1 +1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 +1 +1 +1 13.7 21.7 21.2 28.6 9.5 13 11 15.3 4.3 3.5 3.2 3.3 2.8 1.9 2.6 1.9 5.3 1.0 2.8 1.4 3.2 1.1 4.6 3.2 5.4 6.1 8.9 2.9 4.6 5.8 5.9 0.75 0.60 1.48 1.32 0.55 0.55 1.72 0.95 0 12 2.6 1.0 4.6 0.86 882 32 24 –1 +1 –1 +1 –1 +1 –1 +1 – 1,215 + 1,215 0 19.4 2.7 4.0 7.2 0.75 700 22.2 24 12.6 3.3 2.1 3.8 0.57 700 41.7 24 17.2 2.4 3.0 7.2 1.29 700 32 9.42 26.2 5.2 2.0 5.0 1.06 700 32 38.5 13 2.1 2.4 6.2 0.90 700 700 700 32 32 32 24 24 24 16.4 16.8 16.6 2.5 2.7 2.3 2.0 2.1 1.9 6.6 7.6 5.9 0.85 0.89 0.81 0 – 1,215 +1,21 0 0 0 0 0 – 1,215 +1,21 0 Lượng thuốc nóng chảy, Y5 Kết thử tiêu công bong xỉ hàn cho thấy với tạo xỉ chọn, tính bong xỉ hàn tốt Kết xây dựng phương trình hồi quy sau: - Mô hình chiều rộng mối hànphụ thuộc vào chế độ hàn: b = 16.754 + 2.393X1 + 1.821X2 - 4.049X3 + 0.106X1X2 - 0.604X1X3 - 0.782X2X3 –0.487X12 – 0.690X22 + 1.139X32 Hệ số tương quan R2 = 0,992 - Mô hình chiều cao đắp mối hànphụ thuộc vào chế độ hàn: c = 2.564 - 0.016X1 - 0.326X2- 0.615X3 + 0.098X1X2 + 0.054X1X3 - 0.052X2X3 + 0.029X12 + 0.072X22 + 0.385X32 Hệ số tương quan R2 = 0,855 - Mô hình chiều sâu ngấu mối hàn phụ thuộc vào chế độ hàn: 43 - - h = 2.009 +1.074X1 - 0.092X2- 0.0004X3+ 0.012X1X2- 6.437X1X3+ 0.349X2X3 + 0.210X12 + 0.204X22 + 0.063X32 Hệ số tương quan R2 = 0,897 - Mô hình hệ số hình dạng mối hàn phụ thuộc vào chế độ hàn: Dmh=ψmh= 6.494 + 0.761X1 +1.094X2- 0.235X3 - 0.125X1X2 - 0.277X1X3 0.166X2X3 -0.207X12 - 0.347X22 - 0.294X32 Hệ số tương quan R2 = 0.897 - Mô hình lượng thuốc hàn nóng chảy phụ thuộc vào chế độ hàn: Gx = 0.818 - 0.084X1 + 0.294X2- 0.039X3 - 0.066X1X2 - 0.040X1X3 + 0.008X2X3 + 0.006X12 + 0.050X22 + 0.066X32 Hệ số tương quan R2 = 0.938 Nhận xét: Các phương trình hồi quy mô tả ảnh hưởng thông số chế độ hàn hàn tự động lớp thuốc đến kích thước mối hàn lượng thuốc nóng chảy 100g dây hàn có tương thích cao thể qua hệ số tương quan từ R2 = 0,855 ÷ 0,992 Ảnh hưởng thông số chế độ hàn đến kích thước lượng thuốc hàn nóng chảy có phù hợp cao với lý thuyết, phản ánh tính chất vật lý thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ thấp (B ≈ 1,1) 9.2.3 Tối ưu hóa chế độ hàn thuốc hàn F7A(P)2 Đối với cặp thuốc hàn – dây hàn (F7A(P)2 – EL8), yêu cầu hình thành mối hàn lượng thuốc hàn tiêu hao với ràng buộc sau + Tường minh: 550 A ≤ I ≤ 850 A ; 24 V ≤ U ≤ 40 V; 12 ipm ≤ Vh ≤ 36 ipm + Ẩn: hàn tự động lớp thuốc thông thường yêu cầu hệ số hình dạng mối hàn thường ψmh = ÷ 10 [3], nhiên thuốc hàn bazơ thấp khả hình thành mối hàn có giảm đáng kể, nên chọn hệ số hình dạng mối hàn thấp Ở chọn hàm mục tiêu để tối ưu: 6,0 ≤ ψmh = b/c ≤ 10 0,7 ≤ Gx ≤ 1,3 Bảng Khoảng giá trị thông số chế độ hàn hợp lý Đường kính dây hàn (d),mm I, (A) U, (V) Vh, (ipm) Dmh Gx 4,0 640 – 780 32 – 37 14 – 21 6,0 – 7,6 0,94 – 1,1 9.3 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn cho thuốc hàn F7A(P)4 9.3.1 Số liệu ban đầu: - Thuốc hàn F7A(P)4-BK-EM12K, - Các điều kiện khác tương tự 44 9.3.2 Kết xử lý số liệu thực nghiệm - Mô hình chiều rộng mối hànphụ thuộc vào chế độ hàn: b = 15,755 + 2,289x1 + 1,464x2- 3,816x3 - 0,275x1x2 - 0,674x1x3 - 1,325x2x3 – 0,337x12 – 0,778x22 + 1,660x32 Hệ số tương quan R2 = 0,955 - Mô hình chiều cao đắp mối hàn phụ thuộc vào chế độ hàn - c = 2.239 + 0.152x1 - 0,045x2- 0,433x3 + 0,112x1x2 - 0,112x1x3 + 0,022x2x3 + 0,350x12 + 0,317x22 + 0,252x32 Hệ số tương quan R2 = 0,777 - Mô hình chiều sâu ngấu mối hàn phụ thuộc vào chế độ hàn: h = 3,973 + 0,752x1 - 0,085x2 +0,733x3 + 0,361x1x2 + 0,207x1x3 - 0,120x2x3 +0,080x12 – 0,039x22 - 0,206x32 Hệ số tương quan R2 = 0,757 - Mô hình hệ số hình dạng mối hàn phụ thuộc vào chế độ hàn: Dmh=ψmh= 6,788 + 0,381x1 + 0,400x2- 0,519x3 - 0,201x1x2 + 0,039x1x3 0,295x2x3 – 0,692x12 – 0,738x22 - 0,088x32 Hệ số tương quan R2 = 0,661 - Mô hình lượng thuốc hàn nóng chảy vào chế độ hàn: Gx = 0,877 - 0,124x1 + 0,268x2 + 0,023x3 - 0,175x1x2 - 0,050x1x3 - 0,052x2x3 + 0,055x12 + 0,133x22 + 0,176x32 Hệ số tương quan R2 = 0,721 Kết thử tiêu công bong xỉ hàn cho thấy với tạo xỉ chọn, tính bong xỉ hàn tốt, phần nhiều tự bong Mức độ tương thích phương trình hồi qui cao, với hệ số tương quan R2 = 0,661 ÷ 0,955 Đặc tính biểu đồ phù hợp cao, phản ánh tính chất vật lý thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình (B ≈ 1,6) lên hình thành mối hàn kích thước mối hàn 9.3.3 Tối ưu hóa chế độ hàn thuốc hàn F7A(P)4 Vậy ta chọn thông số chế độ hàn thỏa mãn tiêu chí 5,0 ≤ ψmh ≤ 10 0,7 ≤ Gx ≤ 1,3 Bảng Khoảng giá trị thông số chế độ hàn hợp lý Đường kính dây hàn (d),mm I, (A) U, (V) Vh, (ipm) Dmh Gx 4,0 650 – 870 31,4 – 35 14,5 – 18,6 6,1 – 6,9 0,99 – 1,1 45 9.4 Nghiên cứu ảnh hưởng chế độ hàn cho thuốc hàn F7A(P)6 9.4.1 Số liệu ban đầu: - Thuốc hàn F7A(P)6-BK-EH14, - Các điều kiện khác tương tự 9.4.2 Kết xử lý số liệu thực nghiệm - Mô hình chiều rộng mối hàn: - b = 16.754+ 2.393x1 + 1.821x2- 4.049x3 + 0.106x1x2 - 0.604x1x3 - 0.782x2x3 – 0.487x12 – 0.690x22 + 1.139x32 Hệ số tương quan R2 = 0,982 - Mô hình chiều cao đắp mối hàn: c = 2.564 - 0.016x1 - 0.326x2- 0.615x3 + 0.098x1x2 + 0.054x1x3 - 0.052x2x3 + 0.029x12 + 0.072x22 + 0.385x32 Hệ số tương quan R2 = 0,920 - Mô hình chiều sâu ngấu mối hàn: h = 2.009 +1.074x1 - 0.092x2+ 0.012x1x2 + 0.349x2x3 + 0.210x12 + 0.204x22 + 0.063x32 Hệ số tương quan R2 = 0,881 - Mô hình hệ số hình dạng mối hàn: Dmh=ψmh= 6.494 + 0.761x1 +1.094x2- 0.235x3 - 0.125x1x2 - 0.277x1x3 - 0.166x2x3 -0.207x12 - 0.347x22 - 0.294x32 Hệ số tương quan R2 = 0,810 - Mô hình lượng thuốc hàn nóng chảy vào chế độ hàn: Gx = 0.818 - 0.084x1 + 0.294x2- 0.039x3 - 0.066x1x2 - 0.040x1x3 + 0.008x2x3 + 0.006x12 + 0.050x22 + 0.066x32 Hệ số tương quan R2 = 0.939 Mức độ tương thích phương trình hồi qui cao, với hệ số tương quan R2 = 0,810 ÷ 0,982 Ảnh hưởng thông số chế độ hàn đến kích thước lượng thuốc hàn nóng chảy có phù hợp cao với lý thuyết, phản ánh tính chất vật lý thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ cao (B ≈ 2,8) 9.4.3 Tối ưu hóa chế độ hàn thuốc hàn F7A(P)6 Chọn thông số chế độ hàn thỏa mãn tiêu chí sau 4,0 ≤ ψmh ≤ 0,8 ≤ Gx ≤ 1,6 Bảng Khoảng giá trị thông số chế độ hàn hợp lý Đường kính dây hàn (d),mm I, (A) U, (V) Vh, (ipm) Dmh Gx 4,0 595 – 615 24 – 34 14,5 – 32 4,7 – 6,0 1,18 – 1,38 46 47 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I:  thiết bị sản xuất thuốc hàn thiêu kết : Tính kỹ thuật máy sản xuất thuốc hàn chế tạo đạt so với đăng ký thuyết minh đề tài Theo đăng ký Thực tế đạt TT Thông số TMĐT Máy tạo hạt thuốc hàn thiêu kết 01 01 01 01 01 01 200 kg 200 kg 400 441 480-660 530 Độ giãn dài tương đối δ, % 22 23,8 Độ dai va đập ak Charpy V tối thiểu nhiệt độ -29oC, J Thuốc hàn F7A(P)4 có tiêu kỹ thuật: Độ bền chảy tối thiểu σc, MPa 27 136 200 kg 200 kg 400 417.5 480-660 497 Độ giãn dài tương đối δ, % 22 34.2 Độ dai va đập ak Charpy V tối thiểu nhiệt độ -40oC, J Thuốc hàn F7A(P)6 có tiêu kỹ thuật: Độ bền chảy tối thiểu σc, MPa 27 164 200 kg 200 kg 400 423 480-660 495 Độ giãn dài tương đối δ, % 22 32.56 Độ dai va đập ak Charpy V tối thiểu nhiệt độ -51oC, J 27 104,8 công suất 100kg/mẻ Máy sấy sơ thuốc hàn thiêu kết công suất 100kg/mẻ Máy sấy thiêu kết thuốc hàn thiêu kết công suất 100kg/mẻ Thuốc hàn F7A(P)2 có tiêu kỹ thuật: Độ bền chảy tối thiểu σc, MPa Độ bền kéo σk tối thiểu, MPa Độ bền kéo σk tối thiểu, MPa Độ bền kéo σk tối thiểu, MPa b) Sản phẩm Dạng II:  hồ sơ thiết kế cho thiết bị sản xuất thuốc hàn thiêu kết - Các vẽ thiết kế theo yêu cầu TCVN, vẽ chế tạo 48 hình chiếu có thêm vẽ 3D giúp cho người đọc dễ nắm bắt đầy đủ thông tin chi tiết - Các vẽ rõ ràng chi tiết  quy trình công nghệ chế tạo thiết bị sản xuất thuốc hàn thiêu kết - QTCN hoàn chỉnh bao gồm nguyên công từ chuẩn bị phôi đến lắp ráp, kiểm tra chất lượng sản phẩm - QTCN khả thi đảm bảo đủ tin cậy độ lặp lại  Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết - Quy trình công nghệ xây dựng hoàn chỉnh - Quy trình sản xuất thử nghiệm thuốc hàn kiểm tra mẫu hàn cho kết ổn định - Sản phẩm có tính khả thi cao, ứng dụng vào sản xuất thử nghiệm - Quy trình công nghệ có tính thân thiện môi trường cao c) Sản phẩm Dạng III: Bài báo khoa học - đăng Tạp chí Cơ khí Việt Nam d) Kết đào tạo: - Thạc sỹ: 10 bảo vệ năm 2013-2015 - Tiến sỹ: 01 tham gia đề tài (kế hoạch bảo vệ năm 2016) Nhận định kết đạt - Về số lượng: đáp ứng đầy đủ theo thuyết minh đăng ký - Về chất lượng: sản phẩm đề tài đáp ứng mức chất lượng theo thuyết đăng ký Đánh giá hiệu đề tài, dự án mang lại a) Hiệu khoa học công nghệ: - Kết nghiên cứu đề tài có đóng góp quan trọng lĩnh vực vật liệu hàn có ý nghĩa công nghệ, thực tiễn cao - Kết nghiên cứu ứng dụng đề tài giúp chuyên gia kỹ thuật làm chủ nâng cao trình độ công nghệ lĩnh vực chuyên môn - Tạo điều kiện cho nghiên cứu nước tiệm cận với công trình nghiên cứu tiên tiến giới - Tạo điều kiện liên kết tổ chức đào tạo – nghiên cứu doanh nghiệp b) Hiệu kinh tế xã hội: - Sử dụng nhiều nguyên vật liệu nước, góp phần thúc đẩy công nghệ chế biến sâu ngành công nghiệp khai khoáng gia tăng giá trị - Xã hội có thêm sản phẩm mới, có tính kinh tế cao - Giải việc làm cho số đáng kể người lao động 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - - - Kết luận: Những ưu điểm sản phẩm thuộc đề tài:  Về thiết kế quy trình công nghệ chế tạo thiết bị sản xuất thuốc hàn Sản phẩm dạng I đề tài thiết bị chủ yếu dây chuyên sản xuất thuốc hàn gốm thiêu kết Bộ quy trình công nghệ chế tạo kiểm chứng thực tế, nhận thiết bị với tính yêu cầu đề Đây thiết bị với quy mô sản xuất thử nghiệm phòng thí nghiệm, công suất chưa lớn, thiết bị lần đầu Việt Nam tự thiết kế chế tạo Sản phẩm đề tài đạt độ xác cần thiết có tính khả thi cao  Về đơn thuốc hàn thiêu kết Sản phẩm dạng I đề tài thành phần mẻ liệu đơn thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp đến bazơ cao Các thuốc hàn nghiên cứu đáp ứng tốt thiêu chí đề tính công nghệ hàn, thành phần hóa học tính mối hàn Các loại thuốc hàn sản phẩm đề tài đạt độ chất lượng cao ứng dụng để hàn vật liệu kết cấu hàn theo yêu cầu  Về quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết Sản phẩm dạng II đề tài quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết Quy trình công nghệ xây dựng hoàn chỉnh, sản xuất thử nghiệm thuốc hàn kiểm tra mẫu hàn cho kết ổn định đáp ứng yêu cầu để độ hạt, kích thước, độ ẩm thuốc hàn, Sản phẩm có tính khả thi cao, ứng dụng vào sản xuất thử nghiệm Kết nghiên cứu từ đề tài cho phép rút kết luận quan trọng đây: Phương pháp nghiên cứu có nhiều điểm mới, vừa đảm bảo tiêu kỹ thuật tính kinh tế cho mảng sau kết hợp lại Đây mẫu hình để nghiên cứu thành phần mẻ liệu thuốc hàn Các kết nghiên cứu phần loại thuốc hàn có hệ số bazơ khác đóng góp bổ sung ảnh hưởng nhóm chất đến tiêu quan trọng thuốc hàn tính công nghệ hàn, hiệu hợp kim hóa tinh luyện kim loại mối hàn,… thuốc hàn thiêu kết có hệ bazơ từ thấp đến cao (B = 1,1÷2,8) Các kết phương pháp nghiên cứu từ đề tài có ý nghĩa quan trọng lý thuyết thực tiễn lĩnh vực nghiên cứu sản xuất vật liệu hàn Đã xây dựng quy trình sản xuất thuốc hàn thiêu kết sở tạo xỉ từ chất (CaO+MgO), Al2O3, CaF2, TiO2 , … nhiều nguồn nguyên liệu nước Kiến nghị: Đề nghị hỗ trợ để đề tài tiếp tục pha nhằm hoàn thiện sản phẩm tăng công suất thiết bị để ứng dụng hiệu việc sản xuất thuốc hàn thiêu kết 50 vào thực tế sản xuất 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Huy Lân, Bùi Văn Hạnh Giáo trình Vật liệu hàn NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2010 TS Ngô Lê Thông.Công nghệ hàn điện nóng chảy (Tập 1&2), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2004 Nguyễn Minh Tuyển, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 Ngô trí Phúc, Trần Văn Địch Sổ tay sử dụng thép giới NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2003 TCVN 3909 : 2000, Que hàn điện dùng cho thép cacbon thấp thép hợp kim thấp - phương pháp thử TCVN 3223 : 2000, Que hàn thép cacbon thép hợp kim thấp TCVN 2362 : 1978, Dây thép hàn TCVN 7472-2005( ISO5817-20 ) - Mức chất lượng khuyết tật hàn Петров Г Л Сварочные материалы Машиностроение, Ленинград 1972 10.Пoтaпов Н Н Сварочные материалы для дуговой сварки Машиностроение, Москва 1989 11.Kaтaлoг o cваркe, рeзкe, ИЭС им E O Пaтонa НAН Укрaины, Киев 2005 12 AWS D1.1/D1.1M (2006), Structural Welding Code – Steel 13 AWS Welding Handbook, 9th Edition, 2001 14 ISO 3690:2000 Welding and allied processes – Determination of hyidrogen content inferritic steel arc weld metal 15 Quy trình kiểm tra khí hiđrô mối hàn, VIWELCO, 2008 52 [...]... Ghi chú: Các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn được kiểm tra theo tiêu chuẩn ANSI/AWS B4.0, Standard Methods for Mechanical Testing of Welds 11 CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN THIÊU KẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn thiêu kết như sau: Hình 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết Công... CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THANH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)2 3.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn 3.1.1 Lựa chọn nền tạo xỉ và tính toán thành phần sơ bộ - Đối tượng nghiên cứu là thuốc hàn F7A(P)2 kết hợp với dây hàn EL8 - Hệ số bazơ B ≈ 1,1 Đây là thuốc hàn có tính bazơ thấp có tỷ lệ các chất tạo xỉ dự kiến sơ bộ như sau Bảng 3 .Các nhóm chất chủ yếu trong xỉ hàn với một số mác thuốc Các nhóm thành phần... tra hàm lượng hiđrô trong mối hàn sai khác so với giá trị tính toán dưới 10% và trong phạm vi cho phép 3.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn 3.4.1 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK - Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BKvới tỷ lệ các chất đã tìm được theo các phần trước như sau Bảng 3 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)2-BK Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, % Huỳn Trườn Thuốc hàn Alumi Rutil, Đá... nghệ chế tạo thuốc hàn thiêu kết sẽ bao gồm những công đoạn chủ yếu sau đây: - Chuẩn bị các thành phần đảm bảo các chỉ số kỹ thuật yêu cầu: - Cân phối liệu mẻ liệu thuốc hàn theo đơn cho mỗi mác thuốc; - Trộn mẻ liệu khô; - Trộn mẻ liệu ướt; - Tạo hạt thuốc hàn; - Sấy sơ bộ; - Sấy thiêu kết ở nhiệt độ cao (> 500 °C); - Kiểm tra và đóng gói sản phẩm 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Sơ đồ nghiên cứu... yếu sau đây Hình 6 Sơ đồ nguyên lý động học cơ cấu đùn ép thuốc và cắt hạt Các bộ phận chức năng chủ yếu: 1 Cánh ép thuốc hàn; 2 Cánh gạt thuốc hàn; 3 Khung lắp cánh cắt thuốc hàn để tạo hạt; 4 Ống sàng tạo hạt; 5 Lưỡi cắt tạo hạt thuốc hàn 28 Hình 6 Sơ đồ kết cấu máy tạo hạt 6.1.2 Tính toán và lựa chọn các kết cấu chính Lựa chọn và tính toán các bộ phận truyền động được cơ cấu bộ truyền đai và bộ truyền... 6 Kết cấu và các kích thước mô hình ống sàng đứng - Thiết kế cơ cấu các cánh tạo hạt thuốc Kết cấu cánh ép thuốc để tạo hạt có dạng như hình dưới đây Hình 6 Kết cấu cánh ép tạo hạt qua sàng đứng ndp = 40 Vậy chọn số vòng quay sơ bộ của cánh ép là (vòng/phút) - Thiết kế cánh gạt thuốc Kết cấu cánh gạt thuốc để cấp thuốc, tăng áp lực ép thuốc và tăng năng suất tạo hạt dự kiến có dạng như sau Hình 6 Kết. .. hàn Sơ đồ nghiên cứu tổng quát để xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn phải đáp ứng nhiều nhóm chỉ tiêu như sơ đồ hình dưới đây 1 .Thuốc hàn 12 2 Dây hàn Thuốc hàn & dây hàn Các hàm mục tiêu Cơ tính kim loại mối hàn Đặc tính công nghệ hàn Hàm lượng hiđrô Giá thành Thành phần hoá học %C, Mn, Si, S, P Độ bềnσch, σk , độ dãn dài, độ dai va đập, độ cứng Độ ổn định hồ quang Chất lượng bề mặt mối hàn Hình... Bảng 5 Lượng hiđrô thử nghiệm kiểm tra khi hàn bằng F7A(P)6 Hàm lượng huỳnh Nhiệt độ sấy, Thời gian sấy thiêu Lượng hiđrô trong thạch, (%) (°C) kết, (phút) mối hàn, cm3/100g 24 814 76 3,06 5.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn 5.4.1 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)6-BK Bảng 5 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)6-BK Thuốc hàn Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, % Alumi Huỳn Rutil, Đá Trườn Cao FeMgO... tính kim loại mối hàn đạt yêu cầu - Các kết quả thử cơ tính kim loại mối hàn đáp ứng tốt yêu cầu đề ra - Lượng lượng hiđrô với chế độ sấy thiêu kết đã xác định là: 5,26 cm3/100g đáp ứng tốt yêu cầu 20 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN THUỐC HÀN F7A(P)4 4.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn 4.1.1 Lựa chọn nền tạo xỉ và tính toán thành phần sơ bộ - Đối tượng nghiên cứu là thuốc hàn F7A(P)4- EM12K... sấy thiêu Lượng hiđrô trong thạch, (%) (°C) kết, (phút) mối hàn, cm3/100g 12 755 103 3,42 4.4 Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn 4.4.1 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)4-BK Bảng 4 Thành phần đơn thuốc hàn F7A(P)4-BK Hàm lượng các chất trong mẻ liệu thuốc hàn, % Huỳn Trườn Thuốc hàn Alumi Rutil, Đá Cao FeMgO h g n TiO2 vôi lanh Mn thạch thạch F7A(P)4- 24÷2 22÷2 9 3 3 5 18÷20 12÷13 BK 6 4 FeSi 1 Lượng nước