Luận án tiến sĩ nghiên cứu chất lượng mối hàn kết cấu thép bằng hàn hồ quang tự động dưới lớp trợ dung gốm aluminate

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 Khái niệm hàn dƣới lớp trợ dung gốm 1.1.2 1.1.3 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 1.2 1.3 1.4 1.5 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 Kim loại dùng nghiên cứu 47 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.2 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 nhiệt bề mặt mối hàn c) Bề mặt mối hàn tốc độ hàn cao 43 Hình 2.11 Ảnh hƣởng tốc độ hàn tới kích thƣớc mối hàn mức tiêu hao trợ dung gốm 43 Hình 2.12 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 Hình 2.13 Ảnh hƣởng góc nghiêng dây hàn lên hình dạng mối hàn .45 Hình 2.14 Ảnh hƣởng góc nghiêng vật hàn lên hình dạng mối hàn 45 Hình 3.1 Mẫu hàn thực nghiệm 49 Hình 3.2 Ngun 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 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 tới độ cứng mối hàn 114 Hình 4.19 Đồ thị phụ thuộc độ cứng vào trợ dung gốm mức tối ƣu dƣới dạng lũy thừa 3D 115 Hình 4.20 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ dai va đập mối hàn .117 Hình 4.21 Biểu đồ phần trăm ảnh hƣởng tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 tới độ dai va đập mối hàn 117 Hình 4.22 Đồ thị phụ thuộc độ dai va đập vào mẻ trợ dung gốm mức tối ƣu dƣới dạng lũy thừa 3D 118 Hình 4.23 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 125 125 - Hàm nội suy độ bền mối hàn với yếu tố TiO2, SiO2, MnO2  b = 487,06.X-0,105 Y0,26 Z-0,08 (4-27) - Hàm nội suy độ dai va đập mối hàn với yếu tố TiO2;SiO2;MnO2 Ak = 218,73X0.062Y0,308Z-0,89 (4-28) - Hàm nội suy độ cứng mối hàn với yếu tố TiO2;SiO2;MnO2 Hv = 50,03X1,55Y-0.022Z0,28 (4-29) Trong hàm X,Y,Z lần lƣợt đại diện cho yếu tố TiO2; SiO2; MnO2 Nhằm đánh giá xu ảnh hƣởng thay đổi đồng thời cặp đôi tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 tới tiêu tính, dƣới ta đƣa đồ thị dạng 3D tiêu tính phụ thuộc vào TiO2, SiO2, MnO2 a) Đồ thị 3D tiêu độ bền mối hàn b) Đồ thị 3D tiêu độ dai va đập mối hàn C) Đồ thị 3D tiêu độ cứng mối hàn 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 126 Nhận xét: - Từ hàm nội suy (4-27) đồ thị 4.27a ta thấy độ bền kéo tỷ lệ thuận với SiO2 tỷ lệ nghịch với TiO2 MnO2 Khi tăng SiO2 độ bền kéo tăng, tăng TiO2 MnO2 độ bền kéo giảm - Từ hàm nội suy (4-28) đồ thị 4.27b ta thấy độ dai va đập tỷ lệ thuận với TiO2 SiO2, tỷ lệ nghịch với MnO2 Khi tăng TiO2 SiO2 độ dai va đập tăng, tăng MnO2 độ dai va đập giảm - Từ hàm nội suy (4-29) đồ thị 4.27c ta thấy độ cứng tỷ lệ thuận với TiO2 MnO2, tỷ lệ nghịch với SiO2 Khi tăng TiO2 MnO2 độ cứng tăng, tăng SiO2 độ cứng giảm 4.6 Kết luận chƣơng Từ thử nghiệm, phân tích đánh giá kết thử nghiệm mƣời tám mẫu hàn với chín mẻ phối liệu khác đƣa số kết luận: 1) Sử dụng phần mềm Sysweld mô trình hàn sử dụng thơng số chế độ hàn tính tốn, kết mơ sơ đánh giá đƣợc mức độ phù hợp thông số hàn lựa chọn dựa trƣờng nhiệt độ phân bố liên kết hàn nhƣ hình dạng mặt cắt ngang mối hàn Từ giảm thiểu đƣợc số lần hàn thực nghiệm thăm dị tìm chế độ hàn hợp lý tránh đƣợc khuyết tật nhiệt 2) Đã lựa chọn đƣợc mẻ liệu để hàn thép Q460 với 8% TiO2, 12% SiO2, 18% MnO2 mẻ liệu có 12% TiO2, 16% SiO2, 20% MnO2 thép Q235 với mẻ liệu 10% TiO2, 14% SiO2, 22% MnO2 mẻ liệu 12% TiO2, 16% SiO2 20% MnO2, Thành phần mẻ phối liệu ảnh hƣởng đến tính, cấu trúc tế vi mối hàn thành phần hóa học mối hàn Với mẻ liệu, kết thực nghiệm mối hàn có tính khác song đảm bảo u cầu hình dạng kích thƣớc theo tiêu chuẩn đánh giá chọn Vùng ảnh hƣởng nhiệt vùng kim loại mối hàn có tổ chức giống gồm ferit, peclit song tỷ lệ độ lớn kích thƣớc pha khác nhau, phụ thuộc khối lƣợng kim loại bổ sung mẻ phối liệu… 3) Sử dụng phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi phân tích phƣơng sai ANOVA xác định đƣợc: - Các mức phù hợp tỷ lệ thành phần mẻ liệu trợ dung hàn cho hàm mục tiêu độ bền kéo, độ cứng độ dai va đập cao cho mẫu thép Q460D Q235, đồng thời tỷ lệ ảnh hƣởng thông số tới tiêu tính 127 mối hàn đƣợc tính tốn cụ thể - Xây dựng đƣợc mơ hình tốn học thể quan hệ tiêu tính với tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 hàm hồi quy phi tuyến, từ đánh giá xu hƣớng ảnh hƣởng tỷ lệ TiO2, SiO2, MnO2 đến tiêu tính mối hàn thông qua đồ thị nội suy cho hai mẫu hàn thép hợp kim thấp thép cacbon thấp 4) Thực tối ƣu hóa đa mục tiêu sử dụng số đánh giá tổng thể OEC kết hợp với phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi phân tích phƣơng sai ANOVA để tìm phối liệu tối ƣu thỏa mãn đồng thời tiêu tính mối hàn độ bền kéo, độ cứng độ dai va đập Kết cho thấy MnO2 có ảnh hƣởng nhiều tới OEC hay nói cách khác ảnh hƣởng nhiều tới tiêu tính mối hàn (71,66%) Tiếp đến TiO2 (27,91%) cuối SiO2 (0,43%) Mức tối ƣu tỷ lệ TiO2, SiO2 MnO2 lần lƣợt mức 3,1,3 128 KẾT LUẬN CHUNG Từ kết nghiên cứu luận án rút kết luận sau: 1) Qua nghiên cứu tổng quan nƣớc cho thấy, trợ dung hàn gốm đƣợc sản xuất theo quy mô công nghiệp lớn nƣớc phát triển, Việt Nam nhiều lí khác nhau, việc nghiên cứu triển khai chế tạo loại trợ dung nhiều hạn chế, đặc biệt sản xuất thƣơng phẩm 2) Bằng phƣơng pháp tính tốn, xác định đƣợc tỷ lệ thành phần mẻ liệu từ nguồn nguyên liệu có sẵn nƣớc để chế tạo trợ dung gốm hệ AR ứng dụng hàn thép hợp kim thấp thép cacbon thấp phƣơng pháp hàn SAW Kết đƣợc ứng dụng để thực nghiệm 3) Thực nghiệm đƣợc tiến hành theo thiết kế Taguchi Qua phân tích phƣơng sai ANOVA xác định đƣợc: - Tỷ lệ thành phần phù hợp TiO2, SiO2 MnO2 phụ thuộc vào độ bền, độ cứng độ dai va đập kim loại mối hàn cho mẫu thép Q460D mẫu thép Q235 - Hàm nội suy toán học biểu diễn mối quan hệ tỉ lệ thành phần mẻ liệu trợ dung đến tính chất học mối hàn: Đối với thép Q460D, phƣơng trình hồi quy độ bền kéo:  b  640,92 X 0,547Y 0,022 Z 0,457 , độ cứng HV  49, 286 X 0,96Y 0,372 Z 0,05 , độ dai va đập Ak  56, 23 X 1,13Y 0,285 Z 1,019 Đối với thép Q235, hàm nội suy độ bền mối hàn:  b = 487,06.X-0,105 Y0,26 Z-0,08 , độ dai va đập Ak = 218,73X0.062Y0,308Z-0,89 , độ cứng mối hàn Hv = 50,03X1,55Y-0.022Z0,28 4) Thực tối ƣu hóa đa mục tiêu sử dụng số đánh giá tổng thể OEC kết hợp với phƣơng pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi phân tích phƣơng sai ANOVA để tìm phối liệu tối ƣu thành phần trợ dung hàn thỏa mãn đồng thời tiêu tính mối hàn TiO2 (12%), SiO2 (12%), MnO2 (22%) Đồng thời 129 xác định mức độ ảnh hƣởng thành phần mẻ liệu trợ dung hàn đến đồng thời tiêu tính mối hàn Kết cho thấy MnO2 có ảnh hƣởng nhiều tới tiêu tính mối hàn (71,66%), tiếp đến TiO2 (27,91%) cuối SiO2 (0,43%) Mức tối ƣu tỷ lệ TiO2, SiO2 MnO2 lần lƣợt mức 3, 1, 5) Đã lựa chọn đƣợc mẻ liệu để hàn thép Q460 với độ bền kéo: 12% TiO2, 16% SiO2, 18% MnO2, với độ cứng: 8% TiO2, 16% SiO2, 22% MnO2, với độ dai va đập: TiO2 (8%) , SiO2 (14%), MnO2 (22%); hàn thép Q235 với độ bền kéo mẻ liệu có: 8% TiO2, 16% SiO2, 20% MnO2, độ dai va đập: TiO2 (10%), SiO2 (14%), MnO2 (18%) độ cứng lớn mẻ liệu 10% TiO2, 14% SiO2 22% MnO2 6) Thành phần phối liệu ảnh hƣởng đến tính, cấu trúc tế vi thành phần hóa học mối hàn Với mẻ liệu, kết thực nghiệm mối hàn có tính khác song đảm bảo u cầu hình dạng kích thƣớc theo tiêu chuẩn đánh giá chọn Vùng ảnh hƣởng nhiệt vùng kim loại mối hàn có tổ chức gồm ferit, peclit song tỷ lệ độ lớn kích thƣớc pha khác nhau, phụ thuộc khối lƣợng kim loại bổ sung mẻ phối liệu 7) Sử dụng phần mềm Sysweld mơ q trình hàn với thơng số chế độ hàn tính tốn Kết mơ sơ đánh giá đƣợc mức độ phù hợp thông số hàn lựa chọn dựa trƣờng nhiệt độ phân bố liên kết hàn nhƣ hình dạng mặt cắt ngang mối hàn Từ giảm thiểu đƣợc số lần hàn thực nghiệm thăm dị tìm chế độ hàn hợp lý tránh đƣợc khuyết tật nhiệt 130 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI Nghiên cứu đặc điểm tính cơng nghệ hàn hàn tự động chế tạo kết cấu thép thuốc hàn gốm Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 1+2 Ảnh hưởng số thành phần mẻ liệu thuốc hàn gốm đến tính mối hàn Kỷ yếu Hội nghị khoa Vai trị titan ơxit thành phần trợ dung hàn hệ xỉ AluminateRutile hàn hồ quang thép cacbon Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số Ảnh hưởng hàm lượng số ôxit thành phần trợ dung hàn gốm hệ xỉ Aluminate-Rutile đến độ cứng tổ chức mối hàn giáp mối Tạp chí khí Việt Nam, số Trường nhiệt độ hàn hồ quang tự động lớp trợ dung gốm Hội nghị Khoa học Cơng nghệ Tồn quốc Cơ Khí lần thứ V - VCME2018 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đào Quang Kế (2014): Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn gốm vật liệu nước để hàn kết cấu thép thay cho thuốc hàn nhập ngoại Đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ trọng điểm, giai đoạn 2012-2014, mã số B2012-11-12 [2] Đỗ Cao Đoan, Đào Quang Kế, Hoàng Văn Châu (2013): Nghiên cứu xác định ứng suất dư mối hàn giáp mối hàn tự động lớp thuốc cơng nghệ sử dụng sóng siêu âm Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Khoa học tồn quốc Cơ khí, Nxb Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội [3] Đào Quang Kế, Lục Vân Thƣơng, Hoàng Văn Châu (2013): Một số kết nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính cơng nghệ hàn thuốc hàn gốm hàn tự động kết cấu thép Tuyển tập cơng trình khoa học Hội nghị Khoa học tồn quốc Cơ khí, Nxb Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội [4] Đào Hồng Bách (2013): Khử tạp chất thuốc hàn nóng chảy tự động hệ Mn Tạp chí khoa học cơng nghệ kim loại số 51 [5] Hoàng Tùng & Cộng Sự (2007): Sổ tay hàn NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Hoàng Văn Châu (2000): Nghiên cứu đưa vào ứng dụng sản xuất công nghệ hàn tiên tiến, vật liệu hàn chất lượng cao phục vụ ngành đóng tàu thủy, đầu máy xe lửa, thiết bị hóa chất, dầu khí thiết bị áp lực Đề tài NCKH&PTCN cấp Nhà nƣớc giai đoạn 1996-2000, mã số KHCN.05.05 [7] Lê Văn Thoài (2018) ―Nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số công nghệ hàn tự động dƣới lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lƣợng hàn‖, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật khí, Viện nghiên cứu Cơ khí [8] Ngơ Lê Thơng (2006): Cơng nghệ hàn điện nóng chảy (2 tập) NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [9] Nguyễn Doãn Ý (2003): Quy hoạch thực nghiệm NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [10] Nguyễn Đức Thắng (2009): Đảm bảo chất lượng hàn NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [11] Nguyễn Văn Thông (1995): Công nghệ vật liệu hàn điện xỉ, hàn tự động dây hàn bột để chế tạo phục hồi chi tiết lớn ngành khí Đề tài NCKHCN cấp Nhà nƣớc giai đoạn 1991-1995, mã số KC.04.01 [12] Nguyễn Văn Thông (2004): Vật liệu công nghệ hàn NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 132 [13] Nguyễn Văn Thống (2008): Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm vật liệu nước để hàn kết cấu thép thay thuốc hàn nhập ngoại Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN Viện Công Nghệ Bộ Công Thƣơng [14] Tiêu chuẩn Quốc gia - TCVN 6259-6 (2003) ― Quy phạm phân cấp đóng tầu biển vỏ thép- Phần 6‖ [15] Võ Văn Phong (2007) SYSWELD - Presentation at DWE-HUST, Hà Nội [16] Vũ Huy Lân (2011): Nghiên cứu ảnh hưởng tạo xỉ đến hiệu hợp kim hóa kim loại mối hàn Mn Si chế tạo số que hàn thép cacbon thơng dụng Tóm tắt báo cáo Hội nghị khoa học tồn quốc Cơ khí (Hà Nội, 13/10/2011) NXB Bách khoa, Hà Nội [17] Vũ Huy Lân, Bùi Văn Hạnh(2010): Vật liệu hàn NXB Bách khoa, Hà Nội Tiếng Anh [18] Arvind, Mohd Majid, Rakesh Kumar Phanden (2015)―Effect of TiO2 Addition in Saw Flux on Mechanical Properties of AISI 1020 Welds‖ International Journal For Technological Research In Engineering (IJTRE) Volume 2, Issue 7, March-2015 ISSN: 2347-4718 tài liệu 25 [19] Annual Casting Production Volume 2004 [20] Ana Ma, Paniagua Victor M Lopez-Hirataa (2008, June), ―Effect of TiO2containing fluxes on the mechanical properties and microstructure in submerged-arc weld steels.‖Material characterization, vol 60, pp.36-39 [21] AWS D1.1/D1.1M:2006, Structural Welding Code—Steel, An American National Standard, American National Standards Institute, November 29, 2005 [22] ASM, Metals Handbook, vol 8, Metals Park, OH, 1982, pp 39–74 [23] AWS, welding hand book, 8th edition, volume 2,welding processing 1,2006 [24] Ana Maria Paniagua Mercado and Victor M Lopez-Hirata ―Chemical and Physical Properties of Fluxes for SAW of Low-Carbon Steels‖ Instituto Politécnico Nacional (ESFM-ESIQIE)Mexico [25] Ana Maria Paniagua Mercado, Victor M Lopez-Hirata, H., Maribel, L and Saucedo, M (2005) ―Influence of the Chemical Composition of Flux on the Microstructure and Tensile Properties of Submerged-Arc Welds‖ Journal of Materials Processing Technology, 169: 346-351 [26] A Kumar, H Singh and S Maheshwari (2012), ―Modelling and analysis by response surface methodology of hardness for submerged arc welded joints using developed agglomerated fluxes‖, Indian journal of Engineering and 133 Material Sciences, vol 19, pp 379-385 [27] 27A Joarder, S.C Saha, A.K Ghose (1991), ―Study of submerged arc weld metal and heat-affected zone microstructures of a plain carbon steel‖,Weld J Suppl Res 70 (6) 141–146 [28] A.R Bell (1985), ―Properties of HY-130 weldment produced by weld pool filler synthesis‖ Master Thesis, Ohio State University, Ohio [29] Bernadsky V.N., Makovetskaya D.C (2002): Welding market ofmodern Japan/Welder [30] BrijpalSingh, Zahid A.Khan, Arshad NoorSiddiquee,SachinMaheshwari (2016)―Effect of CaF2, FeMn and NiO additions on iMPact strength and hardness in submerged arc welding using developed agglomerated fluxes‖ Journal of Alloys and Compounds,Volume 667, 15 May, Pages 158-169 [31] Bailey, N and Davis, M.L.E(1991) Evidence from inclusion chemistry of element transfer during submerged arc welding, Weld J Suppl Res 70 (2):57–61 [32] Bhole SD, Nemade JB, Collins L, Liu C (2006) ―Effect of nickel and molybdenum additions on weld metal toughness in submergedarc welded HSLA line-pipe steel‖ Journal of Materials Processing Technology 173: 92100 [33] Brijpal Singh, Zahid Akthar Khan and Arshad Noor Siddiquee(2013) ―Review on effect of flux composition on its behavior and bead geometry in submerged arc welding (SAW)‖ Vol 5(7), pp.123 -127, October Doi 10.5897/JMER2013.0284 ISSN 2141-2383Academic Journals [34] B Kook-soo, P Chan, J Hong-Chul (2009), ―Effect of flux composition on the element transfer and mechanical properties of weld metal in submerged arc welding‖, Met Mater Int, vol 15 (3), pp.471-477 [35] Bose-Filho WW, Carvalho ALM, Strangwood M (2007, March)―Effect of alloying elements on the microstructure and inclusion formation in HSLA multipass welds ‖ Mater Charact; (vol.58): (pp.29-39) [36] Bang K, Park C, Jung H, Lee J (2009) ―Effects of flux composition on the element transfer and mechanical properties of weld metal in submerged arc welding‖ Metals and Materials International 15: 471-477 [37] B Kook-soo, P Chan, J Hong-Chul (2009), ―Effect of flux composition on the element transfer and mechanical properties of weld metal in submerged arc 134 welding‖, Met Mater Int, vol 15 (3), pp.471-477 [38] C.A Bulter and C.E Jackson (1967), ―Submerged arc welding characteristics of CaO-TiO2-SiO2 system,‖ Welding Journal, vol 46, no 5, pp 445-448 [39] Chandra RK*, Majid M, Arya HK and Sonkar A (2016) “Improvement in Tensile Strength and Microstructural Properties of SAW Welded Low Alloy Steels by Addition of Titanium and Manganese in Agglomerated Flux‖ Department of Mechanical Engineering, SLIET, India [40] Davis Louise (1981), ―An introduction to welding fluxes for mild and alloy steels,‖ The welding institute, Cambridge [41] M.L.E Davis and N Baily (1982), ―Properties of submerged arc fluxes- A fundamental study,‖ Metal Construction, vol 65, no.6, pp 207- 209 [42] Datta S, Bandyopadhyay A, Pal PK (2009) ―Application of Taguchi philosophy for parametric optimization of bead geometry and HAZ width in submerged arc welding using a mixture of fresh flux and fused flux‖ Int J Adv Manufacturing Technology 36: 689-698 [43] Dallas CB (1995) ―Studied the effect of flux composition on microstructure and toughness of HSLA weldment by submerged arc welding‖.Journal of Materials Processing Technology 62: 875-878 [44] ESI Group (2014) Panel - Bartutorial visual weld 9.5 [45] ESI group (2010) Sysweld 2010 reference manual [46] Taguchi.G, Chowdhury.S, Wu.Y (2005), Taguchi’s Quality Engineering Hanbook, John Wiley & Sons, Inc [47] Evans GM (1996), ―Microstructure and properties of ferritic steel weldscontaining Ti and B.‖ Weld J, AWS Suppl Res; (vol.8): (pp.251-4) [48] ESAB (2008), ―Technical Handbook on Submerged Arc Welding‖ Reg No: XA00136020 05 [49] Evans, G.M (1996), ―Microstructure and properties of ferritic steel welds containing Ti and B‖ - Weld J Suppl Res.75 , p.251-254 [50] GB/T13298 (1991): ―Metal-inspection Method of Microstructure, Standardization Administration of the People's Republic of China‖ [51] ISO 14174 (2012): ―Welding consumables — Fluxes forsubmerged arc welding and electroslag welding — Classification‖ [52] Joarder, S.C.,Ghose, A,K (1991), ―Study of submerged weld metal and heat – 135 affected zone microstructures of a plain carbon steel‖ -Weld J Suppl Res., 70, p.141-146 [53] Junaid Yawar And Harvinder Lal (2015 ) “Effect of Various Parameters on Flux Consumption, Carbon and Silicon in Submerged Arc Welding (Saw)‖ International Journal on Emerging Technologies 6(2): 176-180 [54] Khanna, O.P (2011), ―A textbook of welding technologý‖ Pub: Dhanpat Rai publication ltd [55] Kanjilal, P., Majumdar, S and Pal, T (2007), "Prediction of mechanical properties in submerged arc weld metal of C–Mn steel" Materials and Manufacturing Processes, 22(1), 114-127 [56] Karadeniz, E, Ozsarac U, and Yildiz, C (2007), ―The effect of process parameters on penetration in gas metal arc welding processes‖ Mater Design 28: 649-656 [57] Keshav Prasad, D K Dwivedi (2006), ―Some investigations on microstructure and mechanical properties of submerged arc welded HSLA steel joints‖, Journal of Advanced Manufacturing Technology, Volume 36, pp 475-483 [58] Kanjilal, T.K Pal, and S.K effect of flux and welding composition and mechanical Majumdar (2006), ―Combined parameters on chemical properties of submerged arc weld metal‖.Journal of Materials Processing Technology, 171(2):223–231 [59] Liu, S and Olson, D.L (1986) ―The role of inclusions in controlling HSLA steel weld microstructures‖, Weld J Suppl Res 65 (6): 139–141 [60] Liu, S., Dallam, C.B., and Olson, D.L (1982), ―Performance of the CaF2CaO-Si02 system as a submerged arc welding flux for a niobium based HSLA steel‖ Proc of ASM Intl Conf on Welding Technology for Energy Applications, Gatlinburg, Tenn., p 445 [61] Mohan Narendra and Sunil Pandey (2003), ―Welding current in submerged arc welding,‖ Indian Welding Journal, vol 36, no 1, pp.18-22 [62] Marcado AM, Lopez VM, Dorantes-Rosales HJ, Valdez ED (2008), ―Effect of titanium containing fluxes on the mechanical properties and micro structures in submerged arc weld steels‖ Materials Characterization 60: 3639 [63] U Masao, Z Bahaa, M Wafaa, and Adbe-Monen (1995), ―Effect of arc 136 welding flux chemical composition on weldment performance‖, Trans JWRI, vol 24(1), pp.45-53 [64] U Mitra and T.W Eagar (1984), ―Slag metal reaction during submerged arc welding of alloy steels‖, Metall Tran, vol 15A, pp.217-226 [65] U Masao, Z Bahaa, M Wafaa, and Adbe-Monen (1995), ―Effect of arc welding flux chemical composition on weldment performance‖, Trans JWRI, vol 24(1), pp.45-53, [66] Metals Handbook-Welding, Brazing and Soldering, American Society for Metals, 1993, 10th edition, Volume 6, USA [67] Mihaela Popescu, Gheorghe Glita, Aurelian Magda (2010):―Current Scenario and Prospects in Welding Industry‖ Universitatea Politechnica Timisoara [68] Mohan N, Khamba JS (2009) ―Microstructure/Mechanical property relationships of submerged arc welds in HSLA 80 steel‖ Proceedings of world congress on Engineering, London, UK [69] E.S.Nippes (1993),―Welding, Brazing and soldering,‖ Materials Handbook, Metal Park Ohio, American society for metals, vol 6, 9th, edition, pp 23- 31 [70] O.P Modi, N Deshmukh, D.P Mondal, A.K Jha, A.H Yegneswaran, and H.K Khaira (2001), ―Effect of interlamellar spacing on the mechanical properties of 0.65% carbon steel Materials Characterization‖, 46(5):347– 352 [71] Output of Welding Flux in 2005 [72] P Ambroza, L Kavaliauskienė, E Pupelis (2010), ―Automatic arc welding and overlaying welding of steel using waste materials powder‖, ISSN 1392 1207 MECHANIKA Nr.2(82) [73] Pandey ND, Bharti A (1994) ―Effect of submerged arc welding parameters and fluxes on element transfer behavior and weld-metal chemistry‖ Journal of Materials Processing Technology 40: 195-211 [74] Patchett, B.M.(1974) some influences of slag composition on heat transfer and arc stability Welding Journal, 53 (5): 203s - 210s [75] R S Parmar (2010) Welding Engineering and Technology Khanna Publishers [76] Rajnit K.Roy, (2001), ―Design of Experiments using the Taguchi Approach – 16 step to Product and process Improvement‖, A.Wiley – interscience publication , John willey & sons, inc [77] Rinku Kumar Chanda, Mohd Majid, Harish KumarArya, Sumit Kumar 137 Singh(2016) ―Enhancement of IMPact Strength of Saw Welded Low Carbon Steels By Addtion of Titanium And Manganese In Agglomerated Flux‖ International Journal of Mechanical And Production Engineering, ISSN: 23202092,Volume- 4, Issue-5, May [78] Steklov O.I (2007): Welding beginning of the XXI century IV International Conference on welding materials of the CIS countries "Welding materials Development Technology Manufacturing Quality Competitiveness‖ Krasnodar [79] SVESTA-2001(2001), ―Economic and statistics on welding production‖ Information and statistical compendium PWI ―E.O Paton‖, Kiev [80] Singh, K., Pandey, S and Arul M.R (2005), ―Effect of Recycled Slag on Bead Geometry in Submerged Arc Welding‖ Proceedings of International Conference on Mechanical Engineering in Knowledge Age, December 12- 14, Delhi College of Engineering, Delhi [81] Sharma, Atul Raj, Rakesh Kumar Phanden and Nitin Gehlot ―Optimization of depositon rate of weld bead for gas arc welding of stainless steel (SS316) using Taguchi methods‖.International journal for technological resrearch in engineering, volume 2, issue 7, March-2015 [82] Schwemmer, D.D and Olson, D.L (1979), ―Relationship of Weld Penetration to Welding Fluxes‖ Welding Journal, 58 (5): 153s-160s [83] S.S Babu, S.A David, J.M Vitek (1999), ―Thermo-chemical-mechanical effects on microstructure development in low-alloy steel welds elements‖ in: Proceedings of the International Conference on Solid [84] The Japan Welding News for the World (2001), Autumn Issue [85] Tuseka J (2003), ―Studied the multiple-wire submerged-arc welding and cladding with metal-powder addition‖ Journal of Materials Processing Technology 35: 135-141 [86] P.S Vishvanath (1982), ―Submerged arc welding fluxes,‖ Indian Welding Journal, vol.15, no.1, pp 1-11 [87] Welding Machinery A Global Strategic Business Report October, 2010 [88] Worldwide weld metal consumption by Region 2010 [89] Worldwide weld metal consumption by Process 2010 [90] World output of crude steel 2006 [91] Wallace, John Francis (1979), ―A review of welding cast steels and its effects 138 on fatigue and toughness properties‖ Carbon and Low Alloy Technical Research Committee, Steel Founders' Society of America [92] Weman, K (2003), ―Welding processes Hand Book‖, New York CRC Press, pp 184-189, [93] Welding handbook, American Welding Society, 1987, 8th edition, volume & 2, USA [94] M Zhang, K He, D.V Edmons, ―Formation of acicular ferit in C–Mn steels promoted by vanadium alloying elements, in: Proceedings of the International Conference on Solid–Solid Phase Transformations‖ 99 (JIMIC-3), Kyoto, Japan, June 1999 [95] Zhanga T, Li Z, Kou S, Jing H, Li G, et al (2015), ―Effect of inclusions on the microstructure and toughness of the deposited metals of self-shielded flux cored wires‖ Materials Science and Engineering: A 628: 332-339 Tiếng Nga [96] Багрянский К.В (1976): Электро-дуговая сварка и наплавка под керамическими флюсами Изд-во Технiка, Киев 139 PHỤ LỤC Các kết kiểm tra mẫu thực nghiệm:  Kết chụp tổ chức tế vi tổ chức mối hàn vùng ảnh hƣởng nhiệt mẫu thí nghiệm  Kết kiểm tra tiêu tính mối hàn (độ bền kéo, độ dai va đập, độ cứng mối hàn) ... 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. .. 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 ... 10 Aluminate - Kiềm 12 20 22 15 23 - Florua - Kiềm 12 15 25 25 13 - 1.1.3 Trợ dung hàn dùng công nghệ hàn hồ quang tự động lớp trợ dung hàn gốm Hàn hồ quang dƣới lớp trợ dung gốm đƣợc tự động