Nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong mối hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu

Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CAM ĐOAN Tôi Trần xuân Trung, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2013B, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Trong thời gian học tập nghiên cứu, đƣợc giúp đỡ thầy cô giáo, công ty Que hàn điện Việt Đức đặc biệt giúp đỡ thầy TS Vũ Huy Lân tham gia đề tài Khoa học Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nƣớc mã số KC.02.04/11-15 TS Vũ Huy Lân làm chủ nhiệm đề tài hoàn thành luận văn với đề tài: Nghiên cứu hàm lƣợng hiđrô mối hàn chế tạo thuốc hàn thiêu kết tƣơng đƣơng với loại F7A(P)6 theo AWS A5.17-80 Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân dƣới hƣớng dẫn TS Vũ Huy Lân tham khảo tài liệu đƣợc liệt kê, ngoại trừ số liệu, bảng biểu, đồ thị, công thức đƣợc trích dẫn tài liệu tham khảo, nội dung công bố lại luận văn tác giả đƣa Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2015 Học viên Trần Xuân Trung GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA HIĐRÔ TRONG KIM LOẠI MỐI HÀN KHI HÀN 13 1.1.Tổng quan hàn dƣới lớp thuốc bảo vệ 13 1.2.Hiđrô kim loại mối hàn 15 1.3.Ảnh hƣởng hiđrô kim loại mối hàn hàn dƣới lớp thuốc bảo vệ .16 1.4.Tổng quan nghiên cứu hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn chế tạo sử dụng thuốc hàn thiêu kết tƣơng đƣơng với loại F7A(P)6 theo AWS A5.17-80 18 1.5 Việc nghiên cứu hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn chế tạo sử dụng thuốc hàn thiêu kết tƣơng đƣơng với loại F7A(P)6 theo AWS A5.17-80 20 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HIĐRÔ TRONG KIM LOẠI MỐI HÀN 22 2.1 Nguồn gốc hiđrô 22 2.1.1 Nguồn hiđrô từ môi trƣờng xung quanh 22 2.1.2 Nguồn hiđrô từ vật hàn vật liệu hàn 22 2.1.3 Nguồn hiđrô tồn thuốc hàn 22 2.2 Cơ chế ảnh hƣởng 23 2.3 Mức hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt 29 2.3.1 H4 Mức dƣ hydro thấp 29 2.3.2 H8 Mức dƣ hiđrô thấp 29 2.3.3 H16 Mức hiđrô giới hạn 29 2.4 Nghiên cứu giải pháp chủ yếu giảm hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn chế tạo thuốc hàn .29 2.4.1 Chuẩn bị vật liệu hàn 30 2.4.2 Sử dụng CaF2 thành phần thuốc hàn 30 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.4.3 Chế độ sấy sơ thiêu kết chế tạo thuốc hàn 31 2.4.4 Chế độ sấy trƣớc sử dụng thuốc hàn 32 2.5 Giới thiệu thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết 33 2.5.1 Nhóm tạo khí 33 2.5.2 Nhóm tạo xỉ 33 2.5.3 Nhóm chất khử, hợp kim hóa biến tính kim loại mối hàn 33 2.5.4 Nhóm ổn định hồ quang 34 2.5.5 Nhóm chất tạo hình 34 2.5.6 Nhóm chất dính kết 34 2.6 Ảnh hƣởng huỳnh thạch đến hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn với tạo xỉ 34 2.6.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn 34 2.6.2 Ảnh hƣởng huỳnh thạch 35 CHƢƠNG TÍNH TOÁN SƠ BỘ THÀNH PHẦN MẺ LIỆU THUỐC HÀN BAZƠ CAO 36 3.1 Giới thiệu sơ lƣợc xỉ hàn lựa chọn tạo xỉ hàn 36 3.1.1 Khái niệm xỉ hàn 36 3.1.2 Đặc tính xỉ hàn 36 3.1.2.1 Tính axit( bazơ) xỉ hàn 36 3.1.2.2 Hoạt tính hoá học xỉ hàn 37 3.1.2.3 Độ nhớt 38 3.1.3 Một số đặc tính khác xỉ hàn 40 3.1.3.1 Sức căng bề mặt phân pha kim loại - xỉ hàn 40 3.1.3.2 Độ thẩm thấu khí xỉ hàn 40 3.1.4 Phân loại xỉ hàn 40 3.1.4.1 Phân theo tính axit hay bazơ 40 3.1.4.2 Phân loại theo độ hoạt tính 41 3.1.4.3 Phân loại theo thay đổi độ nhớt 41 3.2 Cơ sở lựa chọn tạo xỉ cho mẻ liệu thuốc hàn bazơ cao .41 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3.2.1 Nguyên tắc lựa chọn tạo xỉ 41 3.2.2 Một số tạo xỉ thông dụng 42 3.2.3 Chọn tạo xỉ cho thuốc hàn bazơ thiêu kết F7A(P)6 42 3.3 Lựa chọn nguyên liệu cho mẻ liệu thuốc hàn bazơ cao .45 3.3.1 Sơ lƣợc nguồn nguyên liệu khoáng chất nƣớc 45 3.3.2 Lựa chọn sơ thành phần mẻ liệu thuốc hàn 47 3.3.3 Giới thiệu kim loại dây hàn 49 CHƢƠNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THUỐC HÀN BAZƠ CAO 51 4.1 Sơ đồ nguyên lý quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn Bazơ cao .51 4.2 Các bƣớc chế tạo thuốc hàn Bazơ cao 52 4.2.1 Tuyển chọn nguyên vật liệu 52 4.2.2 Nghiền, sàng, chuẩn bị nguyên liệu 52 4.2.3 Xử lý nguyên liệu 52 4.2.4 Phối liệu thành phần mẻ liệu thuốc hàn 53 4.2.5 Trộn nguyên liệu 53 4.2.5.1 Trộn khô 53 4.2.5.2 Trộn ƣớt 54 4.2.6 Tạo hạt 55 4.2.7 Sấy thuốc hàn 56 4.2.8 Sàng tuyển hạt, kiểm tra kích thích thƣớc hạt, độ ẩm 56 4.2.9 Bao gói, kiểm tra thành phẩm nhập kho 57 CHƢƠNG XÂY DỰNG KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM, TIẾN HÀNH 58 THÍ NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 58 5.1 Lựa chọn mô hình lập trình 58 5.1.1 Lựa chọn mô hình, biến hàm mục tiêu 58 5.1.2 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm phƣơng pháp giải 61 5.1.2.1 Loại kế hoạch thực nghiệm .61 5.1.2.2 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm cho trƣờng hợp nghiên .62 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 5.1.3 Lập trình phần mềm xây dựng phƣơng trình hồi quy 63 5.1.3.1 Phƣơng pháp xác định hệ số mô hình: 63 5.1.3.2 Phần mềm lập trình xác định hệ số mô hình: 66 5.2 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm tiến hành thí nghiệm 66 5.2.1 Mô tả phƣơng pháp thí nghiệm 66 5.2.2 Tiến hành thí nghiệm kết 72 5.3 Xử lý kết thực nghiệm 73 5.3.1 Kết xử lý số liệu 73 5.3.2 Biểu diễn đƣờng đặc tính kết luận 74 5.3.2.1 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào yếu tố dạng 2D 74 5.3.2.2 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào yếu tố dạng 3D 77 5.3.3 Xác định hàm lƣợng tối ƣu huỳnh thạch thông số chế độ thiêu kết 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 89 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG Ký hiệu Đơn vị ý nghĩa H2 - Hiđrô PH Mpa Áp suất hyđrô phân tử pha khí KH2 , H - M [g] Khối lƣợng Tncxi o C Nhiệt độ nóng chảy xỉ Tnc o C Nhiệt độ nóng chảy kim loại kimloai Hằng số cân hỗn hợp hyđrô phân tử nguyên tử H - Hoạt tính hóa học Ha - Hoạt tính hóa học của ôxit axit Hb - Hoạt tính hoá học ôxit bazơ  kl - Độ nhớt kim loại nóng chảy  xi - Độ nhớt xỉ R - Hệ số tƣơng quan mô hình [R] - Hệ số tƣơng quan cho phép GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn phụ thuộc vào phƣơng pháp hàn, vật liệu hàn kim loại 27 Bảng 3.1 Bảng thành phần hóa học chủ yếu xỉ hàn sử dụng thuốc hàn ESAB44 Bảng 3.2 Bảng thành phần hóa học vật liệu dùng để sản xuất thuốc hàn 45 Bảng 3.3 Giá trị khoảng biến thiên yếu tố 48 Bảng 3.4 Thành phần hoá học thép hàn SM400B, (%): 49 Bảng 3.5 Thành phần hoá học số thông số chủ yếu dây hàn EH14 tự động dƣới lớp thuốc theo AWS A5.17 – 80, (%) 49 Bảng 3.6 Các tiêu tính dây hàn[1]: 49 Bảng 3.7 Thành phần thuốc hàn để nghiên cứu hàm lƣợng hiđrô 49 Bảng 5.1 Kế hoạch thực nghiệm bậc hai trực giao 61 Bảng 5.2 Giá trị khoảng biến thiên yếu tố 62 Bảng 5.3 Kế hoạch thực nghiệm kết thí nghiệm 62 Bảng 5.4 Bảng giá trị tổng quát 64 Bảng 5.5 Kích thƣớc mẫu kiểm tra đệm 67 Bảng 5.6 Các số liệu thí nghiệm đo hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt dùng thuốc hàn F7A(P)6 kết hợp dây hàn EH14 72 Bảng 5.7 Các số liệu biến đầu vào giới hạn hàm mục tiêu 85 Bảng 5.8 Hàm lƣợng huỳnh thạch đƣa vào mẻ liệu thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết với yêu cầu hàm lƣợng hiđro H4 86 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nguyên lý trình hàn dƣới lớp thuốc 13 Hình 1.2 Hình dạng phận cấu hàn máy hàn tự dộng dƣới lớp thuốc 14 Hình 1.3 Hàn dầm chữ I phƣơng pháp hàn tự động dƣới lớp thuốc bảo vệ 15 Hình 1.4 Phân bố hiđrô thép 17 Hình 1.5 Các trƣờng hợp nứt kim loại mối hàn 18 Hình 2.1 Mức độ phân ly hiđrô phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ [1] 25 Hình 2.2 Độ hoà tan hyđrô sắt phụ thuộc vào nhiệt độ, 25 Hình 2.4 Hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn phụ thuộc vào 28 Hình 2.5 Hình ảnh máy sấy sơ thiêu kết 32 Hình 3.1: Sự phụ thuộc độ nhớt xỉ hàn vào nhiệt độ [1] 39 Hình 3.2 Giản đồ trạng thái nhiệt độ hệ xỉ hàn, °C 42 Hình 3.3 Độ sệt xỉ nhiệt độ 1600°C, Pa.s 43 Hình 3.4 Sức căng bề mặt hệ xỉ hàn 1600°C, J/m2 43 Hình 4.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết 51 Hình 4.2 Máy tạo hạt ống sàng đứng 55 Hình 4.3 Đặt chế độ thiêu kết thuốc hàn 56 Hình 4.4 Thuốc hàn F7A(P)6 thành phẩm 57 Hình 5.1 Sơ đồ thuật toán tính hệ số phƣơng trình hồi quy 66 Hình 5.2 Hình ảnh cân mẫu trƣớc hàn 67 Hình 5.3 Hình dạng kích thƣớc mẫu hàn thí nghiệm 68 Hình 5.4 Mẫu hàn thử nghiệm 68 Hình 5.5 Tiến hành hàn mẫu thí nghiệm 69 Hình 5.6 Mẫu hàn xong đƣợc ngâm nƣớc đá 69 Hình 5.7 Mẫu thử hiđrô ngâm glixerin 70 Hình 5.8 Hình ảnh mẫu thử hiđrô máy điều nhiệt 70 Hình 5.9 Hình ảnh máy điều nhiệt 71 Hình 5.10 Ảnh thí nghiệm đo hàm lƣợng hiđrô theo phƣơng pháp Glixerin 71 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.11 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào hàm lƣợng hàm lƣợng CaF2 (%) thuốc hàn với Ts = 700°C t = 90ph 74 Hình 5.12 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào hàm lƣợng hàm lƣợng CaF2 (%) thuốc hàn với Ts = 700°C t = 100ph 74 Hình 5.13 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào hàm lƣợng hàm lƣợng CaF2 (%) thuốc hàn với Ts = 700°C t = 120ph 75 Hình 5.14 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% t = 90ph 75 Hình 5.15 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 25% t = 90ph 75 Hình 5.16 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 27% t = 90ph 76 Hình 5.17 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% Ts = 700°C 76 Hình 5.18 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% Ts = 750°C 76 Hình 5.19 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% Ts = 850°C 77 Hình 5.20 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào hàm lƣợng CaF2 (%) nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với t = 90phút 77 Hình 5.21 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào hàm lƣợng CaF2 (%) nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với t = 120phút 78 Hình 5.22 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào thời gian sấy thiêu kết nhiệt độ CaF2 = 22% 78 Hình 5.23 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào thời gian sấy thiêu kết nhiệt độ CaF2 = 25% 79 Hình 5.24 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào thời gian sấy thiêu kết nhiệt độ CaF2 = 27% 79 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.25 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào CaF2 thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn Ts = 700 oC 80 Hình 5.26 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào CaF2 thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn Ts = 750 oC 80 Hình 5.27 Sự phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt vào CaF2 thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn Ts = 850 oC 81 Hình 5.28 Giản đồ đồng mức hàm lƣợng %H2 mối hàn với t = 90phút 81 Hình 5.29 Giản đồ đồng mức hàm lƣợng %H2 mối hàn với t = 120phút 82 Hình 5.30 Giản đồ đồng mức xác định hàm lƣợng %H2 mối hàn 82 với Ts = 750°C 82 Hình 5.31 Giản đồ đồng mức xác định hàm lƣợng %H2 mối hàn 82 Hình 5.32 Giản đồ đồng mức xác định hàm lƣợng %H2 mối hàn 83 Hình 5.33 Giản đồ đồng mức xác định hàm lƣợng %H2 mối hàn 83 GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 10 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.13 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào hàm lượng hàm lượng CaF2 (%) thuốc hàn với Ts = 700°C t = 120ph Qua đồ thị cho ta thấy hàm lƣợng CaF2 tăng hàm lƣợng hiđrô mối hàn giảm rõ Tuy nhiên, giai đoạn đầu hàm lƣợng CaF2 đƣa vào đến 17% mức độ giảm mạnh Điều đƣợc giải thích tác dụng huỳnh thạch có vai trò quan trọng - Ảnh hưởng nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Hình 5.14 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% t = 90ph Hình 5.15 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 25% t = 90ph GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 75 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.16 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 27% t = 90ph Qua đồ thị cho ta thấy nhiệt độ sấy thiêu kết tăng hàm lƣợng hiđrô mối hàn giảm mạnh tùy thuộc vào hàm lƣợng CaF2 đƣa vào mẻ liệu, hàm lƣợng hiđrô mối hàn tiệm cận (mức độ giảm yếu đi) nhiệt độ sấy thiêu kết đạt tăng đến khoảng 720°C ÷ 750°C Điều cho thấy nhiệt độ thiêu kết thực có hiệu với nhiệt độ tối thiểu750°C sở để xác lập chế độ sấy thiêu kết phần lựa chọn chế độ sấy hợp lý sau - Ảnh hưởng thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Hình 5.17 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% Ts = 700°C Hình 5.18 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% Ts = 750°C GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 76 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.19 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn với CaF2 = 22% Ts = 850°C Qua đồ thị cho ta thấy thời gian sấy thiêu kết tăng hàm lƣợng hiđrô mối hàn giảm mạnh Tuy nhiên, đặc tính ảnh hƣởng nhiệt độ sấy thiêu kết tăng đến hàm lƣợng hiđrô mối hàn có yếu so với ảnh hƣởng nhiệt độ thiêu kết thuốc hàn 5.3.2.2 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vào yếu tố dạng 3D - Ảnh hưởng thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Hình 5.20 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào hàm lượng CaF2 (%) nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với t = 90phút GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 77 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.21 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào hàm lượng CaF2 (%) nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với t = 120phút - Ảnh hưởng hàm lượng CaF2 (%) mẻ liệu thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt Hình 5.22 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào thời gian sấy thiêu kết nhiệt độ CaF2 = 22% GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 78 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.23 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào thời gian sấy thiêu kết nhiệt độ CaF2 = 25% Hình 5.24 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào thời gian sấy thiêu kết nhiệt độ CaF2 = 27% - Ảnh hưởng nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 79 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.25 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào CaF2 thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn Ts = 700 oC Hình 5.26 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào CaF2 thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn Ts = 750 oC GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 80 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.27 Sự phụ thuộc hàm lượng hiđrô mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt vào CaF2 thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn Ts = 850 oC Trên sở quan hệ đƣờng đặc tính cho thấy mức độ ảnh hƣởng yếu tố có khác nhau, hàm lƣợng huỳnh thạch (CaF 2) mẻ liệu thuốc hàn nhiệt độ sấy thiêu kết ảnh hƣởng mạnh đến hàm lƣợng hiđrô mối hàn Còn mức độ ảnh hƣởng thời gian thiêu kết yếu yếu tố Ngoài xác định biến số theo giản đồ sau: Ngoài cách xác định giá trị biến số theo cách giải trên, thực tế áp dụng linh hoạt theo giản đồ đồng mức sau Hình 5.28 Giản đồ đồng mức hàm lượng %H2 mối hàn với t = 90phút GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 81 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.29 Giản đồ đồng mức hàm lượng %H2 mối hàn với t = 120phút Hình 5.30 Giản đồ đồng mức xác định hàm lượng %H2 mối hàn với Ts = 750°C Hình 5.31 Giản đồ đồng mức xác định hàm lượng %H2 mối hàn với Ts = 850°C GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 82 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 5.32 Giản đồ đồng mức xác định hàm lượng %H2 mối hàn với CaF2= 22% Hình 5.33 Giản đồ đồng mức xác định hàm lượng %H2 mối hàn với CaF2= 27% Các giản đồ đồng mức với giá trị nhiệt độ sấy thiêu kết khác cho thấy, việc giảm hàm lƣợng hiđrô phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ sấy thiêu kết, lý thuyết >500oC, nhƣng lúc chƣa có tác dụng nhiều phải 750oC mức ảnh hƣởng đủ mạnh hiệu tăng hàm lƣợng huỳnh thạch thời gian sấy thực phát huy tác dụng 5.3.3 Xác định hàm lƣợng tối ƣu huỳnh thạch thông số chế độ thiêu kết  Nguyên tắc xác định giá trị yếu tố hợp lý: GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 83 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xác định giá trị yếu tố hợp lý (tối ƣu) từ mô hình đảm bảo hàm lƣợng hiđrô theo yêu cầu – tức đảm bảo tiêu chí kinh tế - kỹ thuật Do vậy, việc giải toán phải đáp ứng điều kiện ràng buộc Bài toán quy hoạch đa mục tiêu trƣờng hợp tổng quát với n biến, m buộc, p mục tiêu là: Max(min) j k ( x1 , x2 , , x n ), k  1,2, , p  g ( x1 , x2 , ,xn )  bi  x j  i = 1,2,…,m; j = 1,2,…,n Ta ký hiệu miền buộc miền D Trong toán việc giải toán tìm đƣợc giá trị biến đầu vào thỏa mãn giá trị hàm mục tiêu cho trƣớc  Các ràng buộc: + Các ràng buộc tƣờng minh (các giới hạn biên) biến số: 17 % ≤ X1 = CaF2 ≤ 27 % ; 550 °C ≤ X2 ≤ 850 °C; 60ph ≤ X3 ≤ 120ph + Các ràng buộc ẩn: cặp thuốc hàn – dây hàn (F7A(P)6 – EH14) Trong trƣờng hợp hàm mục tiêu hàm lƣợng hiđrô mối hàn, nhiên phụ thuộc vào tiêu tính, mà chủ yếu tiêu độ dai va đập độ giãn dài tƣơng đối kim loại mối hàn mà lựa chọn hàm lƣợng hiđrô thích hợp với mức độ yêu cầu (rất thấp, thấp, trung bình,…) theo tiêu chuẩn Trong trƣờng hợp nguyên tắc tối ƣu vừa đảm bảo tính kỹ thuật tính kinh tế : Y = %H ≤ H4 - Xác định giá trị biến số thỏa mãn điều kiện hàm mục tiêu nhƣ sau: Trong trƣờng hợp nguyên tắc tối ƣu vừa đảm bảo tính kỹ thuật (hàm lƣợng hiđrô thấp H4, tức %H ≤ cm3/100g) tính kinh tế : 17 % ≤ X1 = CaF2 ≤ 27 % ; 550 °C ≤ X2 ≤ 850 °C; 60ph ≤ X3 ≤ 120ph GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 84 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Và hàm mục tiêu chọn thỏa mãn loại yêu cầu hàm lƣợng hiđrô H4: Y = %H ≤ cm3/100g  Xác định giá trị yếu tố hợp lý: Giải phần mềm tối ƣu chuyên dụng MODDE 5.0 với ràng buộc có điều kiện, ta xác định đƣợc giá trị biến số hàm mục tiêu nhƣ dƣới đây: Bảng 5.7 Các số liệu biến đầu vào giới hạn hàm mục tiêu CaF2 Free 17 27 Ts Free 550 850 T Free 60 120 H2 Target Ts CaF2 21.1111 T 773.334 114.333 20.1667 830 23.6093 H2 iter log(D) 2.8245 24 -1.5116 100 2.8494 18 -1.6442 814.541 76.6859 2.9997 38 -7.0508 27 850 120 3.1133 -1.8914 22 760 90 2.9877 -3.8192 19 850 120 3.0762 -2.2357 27 850 120 3.1133 -1.8914 27 760 90 2.8073 -1.4304 Hàm lƣợng huỳnh thạch đƣa vào mẻ liệu thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết kết hợp với dây hàn EH14 dự kiến cho kết sau đây: GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 85 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Bảng 5.8 Hàm lượng huỳnh thạch đưa vào mẻ liệu thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết với yêu cầu hàm lượng hiđro H4 Hàm lƣợng huỳnh Nhiệt độ sấy, (°C) thạch, (%) X1 23,6 X2 Thời gian sấy thiêu Hàm lƣợng hiđrô kết, (phút) mối hàn, X3 cm3/100g 76 2,99 814 Với giá trị yếu tố đầu vào tìm đƣợc tiến hành thí nghiệm kiểm tra, kết kiểm tra cho thấy giá trị tính toán hàm lƣợng hiđrô mối hàn so với thực nghiệm đủ xác, sai lệch dƣới 5% Kết luận: Trên sở quan hệ đƣờng đặc tính cho phép rút số kết luận quan trọng dƣới đây: - Từ phƣơng trình hồi quy cho phép xây dựng đƣờng đặc tính phản ánh phụ thuộc hàm lƣợng hiđrô mối hàn vào hàm lƣợng huỳnh thạch (CaF2) mẻ liệu thuốc hàn, nhiệt độ sấy thiêu kết thời gian thiêu kết - Đặc tính đƣờng biểu diễn phản ánh rõ ảnh hƣởng yếu tố đến hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt, cho thấy tác dụng yếu tố - Mức độ ảnh hƣởng yếu tố có khác nhau, hàm lƣợng huỳnh thạch (CaF2) mẻ liệu thuốc hàn nhiệt độ sấy thiêu kết ảnh hƣởng mạnh đến hàm lƣợng hiđrô mối hàn Còn mức độ ảnh hƣởng thời gian thiêu kết yếu yếu tố - Khi yếu tố đạt đến giá trị tới hạn, mức độ ảnh hƣởng thay đổi Các kết phù hợp với lý thuyết - Giới hạn ngƣỡng ảnh hƣởng đến hàm lƣợng hiđrô rõ ràng nhiệt độ 730 o C GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 86 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố gồm có thành phần thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết đến hàm lƣợng hiđrô mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ để hàn tự động dƣới lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp Trên sở kết tính toán thí nghiệm tiên nghiệm chọn đƣợc cấu tử chủ yếu thành phần mẻ liệu thuốc hàn Sau đó giữ cố định cấu tử chuyển sang nghiên cứu thay đổi huỳnh thạch thông số chế độ thiêu kết ảnh hƣởng đến hàm lƣợng hiđrô mối hàn Trong trình nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để xây dựng mô hình, xác lập mối quan hệ yếu tố đầu vào hàm lƣợng hiđrô mối hàn Từ phƣơng trình hồi quy xây dựng đƣợc cho phép xác định giá trị tối ƣu biến đầu vào đảm bảo hàm lƣợng hiđrô theo yêu cầu có xét đến tiêu kinh tế Kết chủ yếu đề tài gồm nội dung sau đây: - Đề tài nêu rõ đƣợc nguồn gốc hiđrô mối hàn dạng tồn nƣớc chứa vật liệu hàn điều kiện nhiệt độ sấy, nhiệt độ thiêu kết cần thiết khử nƣớc (độ ẩm) rõ đƣợc mức độ ảnh hƣởng hiđrô vào nhiệt độ sấy thiêu kết loại thuốc hàn khác Trên sở lựa chọn đƣợc khoảng nhiệt độ đầu vào cần thiết công đoạn sấy thiêu kết chế tạo thuốc hàn hệ bazơ cao - Đề tài ứng dụng quy hoạch thực nghiệm, xác lập đƣợc quan hệ hàm lƣợng hiđrô mối hàn phụ thuộc vào hàm lƣợng huỳnh thạch mẻ liệu thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết Kết ý nghĩa khoa học cao tính mà có giá trị thực tiễn việc sản xuất thuốc hàn vật liệu nƣớc cụ thể mác thuốc hàn F7A(P)6 - Mức độ ảnh hƣởng yếu tố có khác nhau, nhiệt độ sấy thiêu kết hàm lƣợng huỳnh thạch (CaF2) mẻ liệu thuốc hàn ảnh hƣởng mạnh đến hàm lƣợng hiđrô mối hàn Cũng mức độ ảnh hƣởng thời gian thiêu kết yếu yếu tố GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 87 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - Ngƣỡng ảnh hƣởng hiđrô nhiệt độ 730oC, hiệu tăng hàm lƣợng huỳnh thạch thời gian sấy thực phát huy tác dụng - Các biểu đồ đƣợc xây dựng từ phƣơng trình toán học, phản ánh rõ ảnh hƣởng huỳnh thạch thành phần thuốc hàn chế độ sấy thiêu kết đến hàm lƣợng hiđrô, đồng thời giúp cho chuyên gia kỹ thuật ứng dụng thuận tiện vào việc tính toán điều chỉnh thành phần huỳnh thạch chế độ thiêu kết yêu cầu hàm lƣợng hiđrô thay đổi - Đề tài xác định đƣợc hàm lƣợng huỳnh thạch chế độ thiêu kết hợp lý cho thuốc hàn với hệ số bazơ cao (B = 2,8): hàm lƣợng huỳnh thạch 23,6%, nhiệt độ sấy 814 oC, thời gian sấy thiêu kết 76 phút hàm lƣợng hiđrô mối hàn 2,99 cm3/100g Kết nghiên cứu đề tài áp dụng với hệ xỉ bazơ cao B = 2,8, có điều kiện nên nghiên cứu mở rộng cho số loại thuốc hàn với hệ số bazơ phổ biến, để giúp cho sở sản xuất vật liệu hàn có đầy đủ tài liệu tham khảo GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 88 Luận văn Thạc sỹ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] - Vũ huy Lân, Bùi Văn Hạnh, Giáo trình Vật liệu hàn, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2010 [2] - TS Ngô Lê Thông, Công nghệ hàn điện nóng chảy (Tập 1&2), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2004 [3] - TCVN 3223 : 2000, Que hàn thép cacbon thép hợp kim thấp [4] TS Vũ Huy Lân, PSG TS Bùi Văn Hạnh, Chuyên đề quy hoạch sử lý số liệu thực nghiệm ứng dụng kỹ thuật hàn [5] - Петров Г Л Сварочные материалы Машиностроение, Ленинград 1972 [6] - Пoтaпова Н Н Сварочные материалы для дуговой сварки Машиностроение, Москва 1989 [7] - Подгаецкий В В Сварочные шлаки Наукова Думка, Киев 1964 [8] - AWS Welding Handbook, 9th Edition, 2001 [9] - AWS D1.1/D1.1M (2006), Structural Welding Code – Steel [10] - Kobelco Welding Handbook , Kobe Steel LTD., Japan 2004 [11] - Huyndai Welding Consumables, Huyndai Welding Co., LTD., Korea 2004 [12] - ISO 3690:2000 Welding and allied processes – Determination of hyidrogen content inferritic steel arc weld metal [13] - Quy trình kiểm tra khí hiđrô mối hàn, VIWELCO, 2008 [14] – JIS Z3118:1992 Method of measurement for hydrogen evolved from steel welds GVHD: TS Vũ Huy Lân Học viên: Trần Xuân Trung 89 ... động dƣới lớp thuốc hàn thiêu kết giải pháp điều chỉnh hàm lƣợng hiđrô chế tạo thuốc hàn  Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố chủ yếu đến hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn chế tạo thuốc hàn hệ bazơ cao:... vào thành phần thuốc hàn chất có khả khử hiđrô, tạo đơn thuốc hàn từ nguyên liệu sẵn có nước 1.4 Tổng quan nghiên cứu hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn chế tạo sử dụng thuốc hàn thiêu kết tƣơng... nghiên cứu hàm lƣợng hiđrô kim loại mối hàn chế tạo sử dụng thuốc hàn thiêu kết tƣơng đƣơng với loại F7A(P)6 theo AWS A5.17-80 20 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HIĐRÔ TRONG KIM LOẠI MỐI HÀN