.Công nghệ chế tạo Hàn

Công nghệ chế tạo Hàn

Chủ nhiệm đề tài: KS Nguyễn văn thống

6796

12/4/2008

Hà Nội, 3 - 2008

Mục lục Lời mở đầu 2

Phần I Khái quát về thuốc hàn cho máy hàn tự động 3

I Việc bảo vệ mối hàn trong hàn nóng chảy 3

1 ảnh hưởng của không khí đến mối hàn 3

2 Công việc bảo vệ mối hàn 4

3 Các phương pháp bảo vệ mối hàn 4

4 Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của ô-xy 5

5 Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của hiđrô 7

6 Vai trò của xỉ hàn 10

7 Yêu cầu hợp kim hóa mối hàn 11

II Thuốc hàn cho máy hàn tự động 1 1 1 Hoạt động của máy hàn tự động 11

2 Tác động của thuốc hàn ở máy hàn tự động 13

3 Các loại thuốc hàn tự động 14

III Thuốc hàn tự động dạng gốm 15

1 Các nhóm thuốc hàn tự động dạng gốm 15

2 Vật liệu làm thuốc hàn dạng gốm 16

Phần II Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm 18

I Lựa chọn loại thuốc hàn 18

II Lựa chọn các thành phần trong thuốc hàn 18

III Quy trình chế tạo thuốc hàn dạng gốm 22

IV Dây chuyền thiết bị 24

V Sản xuất thử nghiệm thuốc hàn 25

VI Công thức pha trộn nguyên liệu 26

Phần III Kết luận 27

I Đặc tính kĩ thuật của thuốc hàn chế tạo 27

II So sánh với thuốc hàn nhập ngoại 27

III Hướng dẫn sử dụng thuốc hàn chế tạo 28

IV Khả năng chế tạo trong nước 28

Phần IV Phụ lục . 31

Tài liệu tham khảo 55

Lời mở đầu

Trong sự phát triển chung của nghành công nghiệp, nghề hàn đóng một vai trò quan trọng Rất nhiều thiết bị hàn hiện đại, với kỹ thuật mới được du nhập vào nước ta Trong các thiết bị hàn công nghệ mới này có thiết bị hàn hồ quang ngầm, đây là loại thiết bị hàn đầu tiên ở nước ta hoạt động ở chế độ tự động, vì vậy thường được gọi là máy hàn tự động Thiết bị hàn tự động có nhiều ưu điểm như: hàn được dòng hàn lớn, vật hàn dày,tốc độ hàn nhanh, mối hàn đều, độ ngấu sâu, hàn vật hàn dày mà không cần vát mép,nên tiết kiệm được vật liệu, công sức, thời gian, ngoài ra do hàn tự động nên người thợ tránh được các tác hại của hồ quang… Thiết bị hàn tự động có một xe con, trên đấy có đầu hàn cùng cuộn dây hàn và hộp chứa thuốc hàn Xe con đưa đầu hàn chạy dọc theo mép hàn, hộp chứa thuốc hàn ở đằng trước rắc thuốc hàn sẵn lên mép sắp hàn, hồ quang xuất hiện ở phía dưới lớp thuốc hàn này, ánh sáng của nó không lọt được ra ngoài, vì thế có tên là hàn hồ quang ngầm Thiết bị hàn tự động đã được một số cơ sở sản xuất ở nước ta bước đầu nghiên cứu chế tạo Thuốc hàn cho thiết bị hàn tự động cho đến nay vẫn phải nhập từ nước ngoài Thiết bị hàn tự động rất phù hợp với xu thế chung là tự động hóa các thiết bị sản xuất Ngày nay ở nước ta thiết bị hàn tự động ngày càng phát triển, được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất, làm các cấu kiện thép như dầm cầu thép, khung nhà tiền chế, đóng tàu… Vì vậy nhu cầu về thuốc hàn tự động ngày càng tăng Trước đây đã có một số cơ sở nghiên cứu bước đầu về thuốc hàn tự động, nhưng là phục vụ việc hàn đắp, tạo nên một lớp kim loại cứng trên bề mặt, và cũng chưa có ứng dụng rộng rãi Trong hàn các kết cấu thép thì mối hàn phải dẻo, dai, chịu được các rung động Nhóm thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn nhập ngoại “ mong muốn đóng góp được một số kinh nghiệm về việc sử dụng vật liệu trong nước làm ra loại thuốc hàn tự động để hàn các kết cấu thép, và qua đấy đánh giá được khả năng chế tạo tại nước ta

Phần I Khái quát về thuốc hàn cho máy hàn tự động

I Việc bảo vệ mối hàn trong hàn nóng chảy 1 ảnh hưởng của không khí đến mối hàn

Chúng ta sống và làm việc trong bầu khí quyển của trái đất Không khí cho ta ôxy để thở, ôxy còn cho ta ngọn lửa để sưởi ấm và nấu ăn Nhưng hai thành phần chính của không khí là ôxy và ni-tơ đều có hại cho mối hàn Hầu hết các kim loại ta thường hàn đều rất dễ bị ôxy hoá, nhiệt độ càng cao tốc độ ôxy hoá càng nhanh, mà nhiệt độ hàn lại rất cao, nên nếu bể hàn tiếp xúc được với ôxy thì toàn bộ sẽ bị biến thành ôxit kim loại ôxy còn có khả năng hoà tan vào kim loại, sau này tạo thành dung dịch rắn với kim loại đấy Cả hai dạng này đều có tác dụng xấu đến cơ tính của mối hàn, như làm giảm độ dẻo, độ bền, độ dai va đập ( hình 1 ) Còn ni-tơ có đặc tính là dễ dàng hoà tan vào kim loại lỏng của bể hàn, nhiệt độ càng cao, mức độ hoà tan càng nhiều Khi bể hàn nguội đi, khả năng hoà tan giảm, ni-tơ bị đẩy dần ra thành các bọt khí, bọt khí từ từ nổi lên trên để thoát vào không khí Nhưng khả năng hòa tan ni-tơ lại giảm với mức đột biến ở nhiệt độ kim loại chuẩn bị kết tinh ( hình 2 ), làm xuất hịên một lượng bọt khí rất lớn, các bọt khí này không còn đủ thời gian thoát vào không khí trước khi kim loại lỏng đông đặc, nên mức độ rỗ khí là lớn, làm giảm chất lượng mối hàn Trong trạng thái rắn một phần nhỏ ni-tơ vẫn có thể hòa tan trong kim loại, lúc này nó có tác dụng làm tăng độ bền của kim loại, nhưng lại làm giảm độ dẻo ( hình 3 ) Vì vậy trong tất cả các phương pháp hàn nóng chảy đều phải có biện pháp cách li không khí khỏi vùng hàn để bảo vệ mối hàn

2 Công việc bảo vệ mối hàn

Việc cách li không khí khỏi vùng hàn không phải là một công việc quá khó Ta có thể dùng một chất khí không có hại cho bể hàn liên tục thổi lên vùng hàn đẩy không khí ra ngoài, hoặc dùng thuốc hàn bọc lên điện cực hàn hay rắc lên vùng hàn để tạo khí và xỉ bao phủ bề mặt bể hàn để bảo vệ Trong thực tế công việc bảo vệ mối hàn không chỉ là cách li không khí khỏi vùng hàn, mà vấn đề còn phức tạp hơn

bền cơ học của mối hàn, làm xuất hiện các khuyết tật dạng rỗ bọng, các vết nứt nóng và nứt tế vi trong mối hàn, các vết nứt lạnh ở vùng lân cận mối hàn Hiđrô đi vào mối hàn từ môi trường bao bọc xung quanh, từ các cáu bẩn ở mép hàn và từ kim loại của vật hàn, vì trong thép luôn có một lượng nhỏ hiđrô được hoà tan Ngay chính những chất được dùng để bảo vệ mối hàn cũng có thể lại là một nguồn

hoặc được tạo ra do sự phân hủy các chất có gốc cácbonát trong thuốc hàn có thể sẽ ôxy hóa mối hàn theo phản ứng:

Hơi nước trong thuốc hàn dưới dạng độ ẩm cũng có tác dụng tương tự ( hình 4 ):

Do đó việc bảo vệ mối hàn lại có thêm công việc mới là ngăn chặn sự thâm nhập của khí hiđrô vào bể hàn và khử ôxy ngay trong bể hàn Vì vậy người ta lại phải sử dụng thêm một vài chất khác để khắc phục khiếm khuyết của chất đã được chọn trước làm nhiệm vụ bảo vệ, chất thêm này lại cũng có thể tạo ra một khiếm khuyết nhỏ hơn, thì lại phải bổ sung thêm một chất nữa giải quyết khiếm khuyết đấy Do đó thành phần các chất tạo nên thuốc bảo vệ là tương đối nhiều, ảnh hưởng tương tác các thành phần hóa học với nhau rất phức tạp, đòi hỏi sự nghiên cứu cả về lí thuyết và thực hành thật sâu sắc

là để hồ quang làm cho nóng chảy tạo nên lớp xỉ lỏng nhẹ bao phủ bề mặ bể hàn tạo nên lớp ngăn cách với không khí, đồng thời tạo ra các phản ứng khử ôxy với kim loại bể hàn đưa các tạp chất chuyển vào xỉ hàn, có thành phần khi bị nóng chảy thì đi vào bể hàn tìm gặp các ôxit sắt để thực hiện các phản ứng khử ôxy

Trong các phương pháp hàn trong môi trường có khí bảo vệ ( MIG, MAG ), thì khí bảo vệ làm nhiệm vụ đẩy không khí ra ngoài, còn việc tạo ra phản ứng khử ôxy thì phải kết hợp với dây hàn Dây hàn ở đây, trong khi sản xuất được pha trộn thêm kim loại có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt như Mn, Si Khi dây hàn nóng chảy, thành phần Mn và Si sẽ làm nhiệm vụ khử ôxy của bể hàn

4 Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của ôxy

Ngoài môi trường không khí, ôxy có thể thâm nhập vào mối hàn từ các chất cáu bẩn, han gỉ của mép hàn, từ hơi nước của thuốc hàn dưới dạng độ ẩm, từ ngay chính các ôxit sắt có trong các thành phần làm ra thuốc hàn và cả do các chất được đưa vào để khử ôxy của bể hàn

Các thành phần của gỉ sắt ở nhiệt độ hàn sẽ tham gia vào phản ứng hóa học với chính kim loại lỏng:

ChÊt láng

120

HỨnh 3 ảnh h−ỡng cũa nitÈ Ẽội vợi cÌc tÝnh chất cÈ hồc cũa kim loỈi mội hẾn.

0,20,60,8ườ ẩm %NitÈ trong mội hẾn, %

σ

( FeO ): lượng ôxit sắt hòa tan trong xỉ, tính theo %

[ FeO ]: lượng ôxit sắt hòa tan trong kim loại lỏng, tính theo % L : hằng số phân phối Hằng số phân phối này phụ thuộc vào tính chất của xỉ

Như vậy ta có thể nhận thấy: nếu lượng ôxit sắt trong xỉ nhiều, thì lượng ôxit sắt trong kim loại mối hàn cũng sẽ nhiều, nếu ta không có biện pháp khử ôxy phù hợp trong bể hàn

5 Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của hiđrô

Hiđrô có thể đi vào vùng hàn từ môi trường bao bọc xung quanh, các chất bẩn bám trên vật hàn, thuốc hàn và cả từ kim loại của vật hàn Để chống sự thâm nhập của hiđrô thì việc đầu tiên là làm sạch vật hàn khỏi các chất bám bẩn, dầu mỡ, sự ẩm ướt Hiđrô còn có trong các chất làm ra thuốc hàn như ferô kim loại, các chất khoáng, vì vậy khi lựa chọn nguyên liệu phải tính đến các nguyên liệu chứa ít hiđrô Lượng hiđrô trong các thành phần làm ra thuốc hàn càng nhiều thì lượng hiđrô trong mối hàn càng lớn, hình 4 cho ta hiểu rõ ảnh hưởng này hơn

Độ ẩm của thuốc hàn cũng là nguồn đưa hiđrô vào mối hàn Hơi nước bị phân li nhiệt trong cột hồ quang Sự tương tác của hơi nước với sắt, ferô hợp kim và một số hợp chất của xỉ lỏng tạo thành hiđrô tự do hoặc hiđrôxin Sự tương tác này được môtả bằng các phản ứng hóa học sau:

Theo tính toán của I.I Frumin và chứng minh bằng thực nghiệm của V.I

Trong khi hàn các giọt kim loại điện cực cũng được nung nóng đến nhiệt độ đấy Mức độ hòa tan của hiđrô trong kim loại lỏng giảm dần khi nhiệt độ hạ đi, hiđrô bị đẩy ra ở dạng bọt khí, bọt khí nổi dần lên thoát khỏi kim loại lỏng, xuyên qua xỉ thoát ra ngoài Xỉ có tính thấm khí tốt lúc này tạo điều kiện cho khí thoát nhanh ở nhiệt độ kết tinh khả năng hòa tan của hiđrô giảm một cách đột biến ( hình 5 ) làm xuất hiện một lượng bọt khí lớn, lúc này các bọt khí không còn đủ thời gian thoát ra ngoài trước khi kim loại lỏng đông đặc, gây nên hiện tượng rỗ bọng trong mối hàn [ 1 ]

Trong kĩ thuật hàn người ta áp dụng các biện pháp sau để làm giảm lượng hiđrô trong mối hàn:

- Làm loãng các chất khí ở vùng hồ quang bằng cách làm phân hủy các chất hữu cơ, muối hoặc các chất có gốc cacbonát trong thuốc hàn, tức là làm giảm áp lực khí hiđrô lên kim loại lỏng

b[O]

Hình 8 Quan hệ giữa áp lực hyđrô trong vùng hồ quang và lượng Hình 7 ảnh hưởng của tính bazơ của xỉ đối với độ dai va đập của mối hàn với que hàn rutyn.

x 10-380

, J

CaCOCaCO %3

1,0

- Giảm lượng hiđrô trong các chất làm ra thuốc hàn bằng cách lựa chọn các chất không có hoặc chỉ chứa ít hiđrô

- Liên kết hiđrô thành các chất không hòa tan trong thép lỏng và bền ở nhiệt độ hồ quang

6 Vai trò của xỉ hàn

Xỉ hàn có vai trò rất quan trọng trong các phương pháp hàn có cách bảo vệ là tạo nên lớp xỉ lỏng, nhẹ bao phủ trên bề mặt bể hàn Lớp xỉ lỏng này tạo nên lớp ngăn cách với không khí cho bể hàn, tăng cường hiệu qủa cách li không khí Ngoài ra xỉ còn có tác dụng khử ôxy, các chất phi kim, silic, phốt pho và lưu huỳnh của bể hàn Xỉ hàn gồm các chất phi kim nóng chảy như ôxít, halôgen, sunphít v.v Xỉ

lệ của các thành phần thay đổi làm cho xỉ có các tính chất khác nhau, ảnh hưởng khác nhau đến kim loại nóng chảy Trong các thành phần của xỉ có các ôxit mang

xỉ chứa trội ôxit bazơ gọi là xỉ bazơ Bên cạnh đấy huỳnh thạch ( có thành phần

rằng: tính bazơ của xỉ có tác dụng tốt đến việc giải phóng ôxy khỏi bể hàn , giúp khử bớt silic của bể hàn và các tạp chất phi kim

Lưu huỳnh và phốt pho là hai thành phần có hại trong thép, vì lưu huỳnh làm thép dễ bị nứt ở trạng thái nóng, còn phốt pho làm giảm độ dẻo của thép Xỉ hàn có tác dụng hạn chế sự thâm nhập của lưu huỳnh từ điện cực hàn và thuốc hàn vào kim loại mối hàn Qua thực nghiệm người ta nhận thấy rằng toàn bộ lưu huỳnh có trong kim loại vật hàn được chuyển vào mối hàn, trong khi chỉ một nửa từ điện cực hàn và một phần ba từ thuốc hàn Điều này chứng tỏ sự tương tác giữa kim loại vật hàn và kim loại điện cực hàn với xỉ hàn không giống nhau và xỉ có vai trò trong việc khử lưu huỳnh của bể hàn Việc tách lưu huỳnh khỏi FeS rồi chuyển nó vào xỉ xảy ra theo các phản ứng sau:

[ FeS ] + [ Mn ] = ( MnS ) + [ Fe ] ( 1 – 10 ) [ FeS ] + [ MnO ] = ( MnS ) + FeO ( 1 – 11 ) [ FeS ] + [ CaO ] = ( FeO ) + CaS ( 1 – 12 )

Các sunfit mănggan và sunfit canxi không hòa tan trong bể hàn như sunfit sắt và chúng chuyển vào xỉ hàn Tính bazơ hay axit của xỉ không có sự khác nhau đáng kể trong việc khử lưu huỳnh

( Ngoặc đơn chỉ các thành phần hòa tan trong xỉ, ngoặc vuông là hòa tan trong kim loại lỏng )

Đây là loại phản ứng thuận nghịch, nên quá trình có thể xẩy ra theo chiều ngược

ngược lại, vì vậy việc khử phốt pho hiệu quả hơn Theo I Kazamatzu độ bazơ của xỉ hàn ( B ) được tính theo tỉ lệ % của các thành phần trong xỉ theo tỉ lệ thức:

Trong quá trình kim loại lỏng của bể hàn nguội đi, các chất khí bị hòa tan trước đây được đẩy dần ra ở dạng bọt khí, các bọt khí này nổi lên bề mặt bể hàn, xuyên qua lớp xỉ thoát vào không khí Lượng khí thoát ra mạnh nhất là lúc bể hàn bắt đầu kết tinh Tính thấm khí của xỉ bazơ cao hơn xỉ axit nên tác dụng ngăn cách không khí của xỉ bazơ để bảo vệ bể hàn kém hơn, nhưng nó lại tạo điều kiện cho các chất khí thoát ra tốt khi bể hàn đang kết tinh, vì vậy làm giảm khả năng gây ra khuyết tật rỗ khí Sự bao phủ của xỉ hàn làm cho bể hàn nguội chậm hơn, tạo điều kiện cho các bọt khí kịp thoát ra ngoài trước khi bể hàn đông đặc, làm giảm hiện tượng rỗ khí

Nhiệt độ nóng chảy của xỉ hàn cao hơn của kim loại, nên xỉ đông đặc trước bể hàn Sự đông đặc này giúp giữ kim loại lỏng của bể hàn không chảy ra ngoài bể hàn, tạo thuận lợi cho việc tạo dáng mối hàn, điều này càng quan trọng khi đường hàn không phải ở mặt phẳng nằm ngang

7 Yêu cầu hợp kim hóa mối hàn

Do nhiệt độ cao của bể hàn, một tỉ lệ nào đấy của các nguyên tố hợp kim bị ôxy hóa và chuyển vào xỉ hàn, một tỉ lệ khác bị tiêu hao bởi hiện tượng bay hơi Hai quá trình này làm cho mối hàn có tỉ lệ các thành phần hợp kim ít đi Để bù lại sự hao hụt này người ta có thể cho thêm vào thuốc hàn ôxit của các kim loại đấy, hoặc các ferô kim lọai của chúng Bằng cách này ta cũng có thể làm tăng tỉ lệ các thành phần hợp kim để nâng cao chất lượng mối hàn, mà ta gọi là hợp kim hóa mối hàn Tuy nhiên bể hàn chỉ có khả năng hấp thụ mạnh những nguyên tố mà các ôxit của chúng có khả năng khuyếch tán cao hơn hoặc bằng ôxit sắt như: đồng, nicken, côban, vônfram, môlipđen

II Thuốc hàn cho máy hàn tự động 1 Hoạt động của máy hàn tự động

Thiết bị hàn tự động gồm có nguồn điện hàn và xe hàn Trên xe hàn có gía đỡ cùng cuộn dây hàn, đầu hàn và hộp chứa thuốc hàn Xe hàn chạy trên đường ray dẫn hướng, hộp thuốc hàn đặt phía trước đầu hàn rắc thuốc hàn lên

quang xuất hiện giữa đầu dây hàn và vật hàn được lớp thuốc hàn bao phủ không để lọt ánh sáng ra ngoài nên còn gọi là hàn hồ quang ngầm Một phần thuốc hàn bị đốt

một phần khác của thuốc hàn bị nóng chảy tạo nên lớp xỉ lỏng hình thành lớp ngăn cách vùng hồ quang và bể hàn với không

khí ( hình 9 ) Lượng thuốc hàn sử dụng bao giờ cũng phải nhiều hơn mức cần thiết cho việc đốt cháy và nóng chảy để tăng cường mức độ che phủ hồ quang

Sau khi hàn xong phần thuốc hàn còn lại được thu hồi, sàng sảy để loại bỏ xỉ lẫn rồi dùng bổ sung cho thuốc mới

- Nâng cao chất lượng mối hàn nhờ kim loại lỏng được bảo vệ khỏi tác động của môi trường xung quanh; nhờ sự đồng nhất thành phần hóa học của mối hàn

- Tăng hiệu suất sử dụng dây hàn và lượng điện tiêu thụ, giảm sự hao hụt kim loại do không có sự bắn tóe,

- Cải thiện điều kiện lao động của công nhân hàn - Giảm thời gian đào tạo thợ hàn

Nguồn điện hàn của hàn tự động là nguồn xoay chiều hoặc một chiều Hàn tự động với dòng xoay chiều có tính kinh tế hơn Song ứng dụng dòng một chiều ngược cực cho phép nhận mối hàn chất lượng cao hơn Vì vậy khi hàn các kết cấu quan trọng từ thép hợp kim nên sử dụng dòng một chiều cực dương

2 Tác động của thuốc hàn ở phương pháp hàn tự động Yêu cầu chung cho thuốc hàn tự động gồm: [ 1 ]

- Đảm bảo tính ổn định của hồ quang và quá trình hàn

- Đảm bảo các tính chất và thành phần hóa học của mối hàn - Tạo dáng mối hàn đẹp

- Mối hàn không nứt chứa ít tạp chất - Xỉ dễ bong

Giải quyết các yêu cầu đặt ra có liên quan đến vật hàn và dây hàn Do đó thuốc hàn cho hàn tự động rất đa dạng

Thuốc hàn ngoài nhiệm vụ bảo vệ mối hàn còn giúp ta mồi hồ quang dễ dàng hơn ( nhất là khi hàn với dòng xoay chiều ) và giữ cho hồ quang ổn định Tính ổn định của hồ quang cho phép ta mở rộng phạm vi điều chỉnh chế độ hàn và trong nhiều trường hợp cải thiện sự tạo dáng mối hàn Các chất làm tăng tính ổn định của

Thành phần hóa học của mối hàn được tạo bởi kim loại vật hàn và dây hàn cùng với sự tương tác của chúng với thuốc hàn nóng chảy Qua thực tế người ta nhận thấy đôi khi chỉ sự thay đổi nhỏ của thành phần thuốc hàn cũng làm thay đổi đáng kể cấu trúc và các tính chất của nó Thí dụ khi hàn thép hợp kim cao cờ rôm – nicken với dây cùng thành phần, dùng thuốc hàn si-lic cao cho mối hàn cấu trúc thô và tính chất giảm, mặc dù thành phần mối hàn thay đổi không đáng kể Để hàn được các mối hàn đạt chất lượng tốt khi hàn thép cac bon và thép hợp kim thấp cần kết hợp đồng bộ dây và thuốc hàn, thí dụ: dây hàn thép cac bon thấp hoặc dây hàn mănggan hàn với thuốc hàn măngan si-lic cao, còn dây hàn mănggan hàn với thuốc hàn mănggan tự do silic cao

Sự tạo dáng mối hàn được quyết định bởi các tính chất của thuốc hàn như: độ nhớt, sức căng của các pha trên ranh giới kim loại – xỉ , điều này phụ thuộc vào các thành phần trong thuốc hàn

Để có được mối hàn không chứa các vết nứt và ít bị rỗ nhất phụ thuộc vào kim loại vật hàn và thành phần của xỉ tác dụng lên nó khi hàn Người ta nhận thấy khả năng chống nứt nóng cao nhất của mối hàn khi hàn thép cac bon thấp và thép hợp kim thấp được đảm bảo bởi thuốc hàn cao silic và cao ôxit mănggan Sự hợp kim hóa mối hàn bằng mănggan để tăng chống nứt kết tinh và đảm bảo các tính chất yêu cầu của mối hàn được thực hiện thông qua thuốc hàn hoặc dây hàn

Tính bong của xỉ chịu ảnh hưởng của các tính chất lí hóa của nó ưu điểm của thuốc mănggan tự do silic cao là xỉ dễ bong Điều này được giải thích bằng tác dụng ô-xy hóa yếu hơn của thuốc đối với kim loại mối hàn khi đông đặc, kết quả là sự tạo thành màng mỏng ôxit trên bề mặt chậm hơn và xỉ khó bám hơn trên mặt 3 Các loại thuốc hàn tự động

Theo phương pháp chế tạo người ta chia thuốc hàn thành 2 nhóm: thuốc hàn nóng chảy và thuốc hàn dạng gốm

Thuốc hàn nóng chảy là loại thuốc hàn mà khi chế tạo người ta phải nung thuốc hàn lên nhiệt độ nóng chảy của nó Quá trình sản xuất thuốc hàn gồm 3 công đoạn chính: chuẩn bị và pha trộn nguyên liệu, nung chảy phối liệu, gia công tạo hạt Nguyên liệu được tuyển chọn, nghiền đập thành hạt đều nhau Tùy vào loại lò nung được sử dụng mà kích thước hạt có khác nhau để bảo đảm sự nóng chảy tốt và ít bị tiêu hao, nếu dùng lò điện thì kích thước hạt to hơn khoảng 2 – 3mm, nếu dùng lò phản xạ thì kích thước hạt nhỏ hơn chỉ khoảng 1 mm Các hạt nguyên liệu này được sấy để đạt độ ẩm không quá 0,5% Công thức pha trộn nguyên liệu được tính toán theo mác thuốc và kiểu lò nung Nguyên liệu được cân đong, pha trộn cẩn thận theo công thức đã chọn Phối liệu được cho vào lò để nung chảy Việc tạo hạt thuốc từ thuốc nóng chảy có thể thực hiện theo 2 cách: phương pháp tạo hạt ướt hoặc phương pháp tạo hạt khô Phương pháp tạo hạt ướt hay được sử dụng hơn vì đơn giản Thuốc lỏng được cho vào nước, gặp lạnh thuốc biến thành các hạt nhỏ Sau đấy thuốc phải sấy để loại trừ hơi nước, độ ẩm của thuốc không quá 0,1 % Thuốc khô được rây để phân loại, các hạt quá to được nghiền để rây lại, các

hạt quá nhỏ phải loại bỏ Phương pháp tạo hạt khô có thể thực hiện bằng cách phun không khí vào thuốc lỏng để làm nguội hoặc đổ thuốc lỏng vào khuôn kim loại Thuốc rắn được nghiền cơ khí, rồi được rây để phân loại

Thuốc hàn dạng gốm là loại thuốc hàn mà khi chế tạo thuốc chỉ được nung đến một nhiệt độ thích hợp ( chưa đến nhiệt độ nóng chảy ) để tạo nên độ rắn chắc cho hạt thuốc và làm cho hạt thuốc có độ ẩm thấp nhất Quá trình sản xuất thuốc gốm có thể chia thành 3 công đoạn chính: chuẩn bị và pha trộn nguyên liệu, tạo hạt, sấy thuốc Nguyên liệu được tuyển chọn, nghiền thành bột Công thức pha trộn nguyên liệu được tính toán theo từng mác thuốc Nguyên liệu được cân đong cẩn thận theo công thức đã chọn, được cho vào thiết bị trộn khô, trộn thật cẩn thận cho đều, rồi được chuyển vào thiết bị trộn ướt để trộn với nước thủy tinh Phối liệu ướt được chuyển sang thiết bị ép và tạo hạt để tạo ra hạt thuốc có độ chắc và tương đối tròn Các hạt thuốc còn ướt này được cho vào lò nung Công đoạn nung gồm 2 bước: nung sơ bộ và nung nhiệt độ cao Các tính chất công nghệ của phần lớn thuốc được cải thiện, tính háo nước của chúng giảm rõ rệt khi tăng nhiệt độ nung Nhưng sự tăng nhiệt độ nung có giới hạn vì khả năng xẩy ra các phản ứng pha khô bất lợi làm ôxy hóa các nguyên tố hợp kim và phân hủy các ôxit cao kim loại và các muối Thuốc sấy xong được rây để phân loại, hạt to được nghiền để rây lại, hạt quá nhỏ bị loại ra ( sau đó có thể bổ sung vào phối liệu ướt của mẻ sau )

Thuốc hàn nóng chảy có ưu điểm là không có tính háo nước, hạt rắn nên việc bảo quản dễ dàng Nhưng nhược điểm là do nung ở nhiệt độ cao nên một số thành phần bị phân hủy, biến đổi tính chất hóa học làm thay đổi thành phần của thuốc, gây nên sự hao hụt, đồng thời gây khó khăn cho việc tính toán tỉ lệ các thành phần phối liệu Việc sản xuất thuốc nóng chảy tiêu thụ năng lượng lớn

Thuốc hàn dạng gốm có ưu điểm là các thành phần phối liệu không bị phân hủy hay biến chất trong quá trình chế tạo do nhiệt độ nung không cao, nên việc tính toán các thành phần khá chính xác Mỗi hạt thuốc có đầy đủ các thành phần làm ra thuốc hàn, chúng giữ nguyên tính chất và thành phần hoá học như lúc ban đầu Không giống thuốc nóng chảy, thuốc gốm có khả năng hoàn nguyên kim loại Để thực hiện công đoạn này người ta đưa vào thuốc gốm các kim loại tự do ( phần lớn ở dạng ferô kim loại ) có ái lực hóa học mạnh hơn sắt Ferô mănggan, ferô silic, ferô titan, bột nhôm, hợp kim silic – canxi là những chất có thể dùng để khử ô xy trong thuốc gốm Việc sử dụng một lượng nhỏ các nguyên tố tinh luyện như : ferô titan, bột nhôm, silic – canxi cho phép tinh luyện cấu trúc mối hàn làm tăng độ dẻo và khả năng chống nứt kết tinh của mối hàn Lượng thuốc gốm tiêu hao ít hơn so với thuốc nóng chảy nhờ khối lượng riêng của nó nhỏ hơn Sản xuất thuốc gốm tiêu thụ năng lượng ít Nhược điểm là thuốc hàn gốm có tính háo nước, độ rắn chắc của hạt thuốc không cao nên việc bảo quản khó khăn, trước khi hàn thường phải sấy lại Các ưu điểm của thuốc hàn gốm được đánh giá cao, nên mặc dù thuốc hàn nóng chảy được nghiên cứu ra và sản xuất trước, nhưng ngày nay tại các nước phát triển như Hoa Kỳ, Đức lượng thuốc gốm được sản xuất ra gấp 2 – 4 lần thuốc nóng chảy [ 1 ]

Thuốc mănggan – silíc đảm bảo sự hình thành tốt mối hàn với khả năng chống rỗ cao Loại thuốc này chủ yếu dùng để hàn thép thường, mỏng với một đường hàn Thuốc canxi – silic thuộc loại trung tính hoặc bazơ nhẹ, tạo dáng mối hàn đẹp và xỉ dễ bong, cho phép ứng dụng dòng cao, đảm bảo các tính chất cơ học và khả năng chống nứt kết tinh của mối hàn.Thuốc được dùng để hàn một hoặc nhiều đường các thép hợp kim thấp trong nghành đóng tàu, làm bồn chứa và các kết cấu thép khác

Thuốc nhôm – rutin là loại tổng hợp hơn cả Chúng có các tính chất công nghệ tốt nhất, đặc biệt khi hàn tốc độ cao Mối hàn có các tính chất cơ học và chống nứt tốt Thuốc nhôm – rutin dùng cho hàn các kết cấu thép các bon thấp và thép hợp kim thấp trong chế tạo máy, đóng tàu, ôtô và các nghành công nghiệp khác

Thuốc nhôm – kiềm có các tính chất công nghệ tốt và đảm bảo các tính chất cơ học cùng khả năng chống nứt cao của mối hàn Về phương diện luyện kim thuốc này nằm giữa thuốc bazơ thấp và bazơ Thuốc dùng cho hàn thép hợp kim thấp độ bền cao trong đóng tàu, bình áp lực cao và các kết cấu thép đặc biệt khác

Thuốc florua – kiềm thuộc loại có tíng bazơ cao Chúng đảm bảo các tính chất cơ học cao nhất và khả năng chống nứt kết tinh của mối hàn Tính công nghệ của thuốc florua – kiềm kém hơn các loại thuốc khác Thuốc dùng để hàn một hoặc nhiều đường thép xây dựng hạt mịn độ bền cao và thép có yêu cầu chống lạnh cao của mối hàn

- Các ferô kim loại ( ferô silic, ferô titan, ferô mănggan ), bột nhôm, hợp kim silic-canxi để thực hiện phản ứng hoàn nguyên Ferô titan, bột nhôm, silic-canxi còn có tác dụng tinh luyện cấu trúc mối hàn làm tăng độ dẻo và khả năng chống nứt kết tinh của mối hàn

trong cột hồ quang, làm giảm lượng hiđrô trong vùng hồ quang

¤xit m¨nggan – MnO

¤xit m¨ng gan- MnO

60

Phần II. Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm.

Như ta thấy ở phần trên thuốc hàn dạng gốm đang được đánh giá cao, các nước trên thế giới đang từ thuốc nóng chảy chuyển dần sang sản xuất thuốc gốm nhiều hơn Nước ta có nhiều khoáng sản khác nhau, trong đấy các khoáng sản chứa các nguyên liệu có các thành phần có thể làm ra thuốc hàn gốm tương đối nhiều Việc sản xuất thuốc hàn gốm không đòi hỏi thiết bị quá phức tạp, cũng không cần nhiều năng lượng Vì vậy nhóm đề tài chọn thuốc hàn gốm để nghiên cứu chế tạo

Trong các thuốc hàn gốm, thì chọn loại thuốc “ nhôm – rutin “ để nghiên cứu vì thuốc nhôm – rutin có tính tổng hợp hơn cả, chúng có các tính chất công nghệ tốt nhất Mối hàn có các tính cơ học và chống nứt tốt Thuốc nhôm – rutin dùng cho hàn các kết cấu thép các bon thấp và thép hợp kim thấp trong chế tạo máy, đóng tàu, ô tô và các ngành công nghiệp khác [ 1 ]

Thuốc hàn gốm nhôm – rutin, như phần trên ta đẫ thấy có các thành phần hóa

Qua nghiên cứu và thử nghiệm chúng tôi quyết định lựa chọn các nguyên liệu sau: bôxit, rutin, đá vôi, huỳnh thạch, đôlômít, cao lanh, quặng mănggan, ferô mănggan, ferô silic

- Bôxit là loại silicat nhôm có thành phần chủ yếu là ôxit nhôm ( 65% – 80%

Trong thuốc hàn nó là chất làm ổn định hồ quang và là chất tạo xỉ

Khi hàn rutin giúp cho việc mồi hồ quang, giữ cho hồ quang ổn định và êm Tỉ

Khi hàn dưới tác dụng nhiệt của hồ quang xẩy ra phản ứng hóa học:

quang từ đấy làm giảm áp lực của hiđrô lên kim loại lỏng, nhờ thế lượng hiđrô hòa tan vào kim loại lỏng ít đi Ta có thể thấy tác dụng này qua hình 8

CaO có vai trò quan trọng trong việc khử phốt pho và lưu huỳnh trong mối hàn Sunfit sắt trong bể hàn gặp CaO xẩy ra phản ứng hóa học:

[ FeS ] + ( CaO ) = ( FeO ) + CaS ( 2 – 2 )

Ngoặc [ ] chỉ thành phần hòa tan trong bể hàn, ngoặc ( ) chỉ thành phần hòa tan trong xỉ

Không giống như FeS là hòa tan trong kim loại lỏng, CaS không hòa tan trong kim loại và chuyển vào xỉ

hóa bởi ôxit sắt:

hợp trước với silic nên tốc độ ôxy hóa phốtpho giảm Ta biết rằng trong hệ xỉ CaO

Trong thuốc hàn được chế tạo lượng rutin chiếm khoảng 15%, còn lượng đấ vôi chiếm khoảng 7%, vì vậy xỉ do thuốc hàn tạo ra mang tính bazơ

Dưới tác động của hồ quang, đôlômít nóng chảy tham gia tạo xỉ, đồng thời bị

ngoài ra CaO và MgO còn có tác dụng làm tăng độ bazơ của xỉ

Huúnh th¹ch rÊt dÔ nãng ch¶y, tham gia t¹o xØ Trong xØ CaF2 ph¶n øng hãa häc

hå quang xÈy ra theo c¸c ph¶n øng sau:

Cao lanh dÎo nªn cã t¸c dông tèt trong viÖc t¹o h¹t cho thuèc Khi hµn nã nãng

gia vµo viÖc khö hi®r« vµ khö «xy

- QuÆng m¨nggan cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c «xit m¨nggan ( l−îng «xit m¨nggan chiÕm kho¶ng 50% )

Khi hµn quÆng m¨ng gan nãng ch¶y tham gia t¹o xØ Trong xØ «xit m¨nggan vµ c¶ «xit silic tham gia vµo c¸c ph¶n øng hãa khö gióp khö «xy khái kim lo¹i mèi hµn Giai ®o¹n ®Çu khi giät kim lo¹i láng tõ d©y hµn nãng ch¶y chuyÓn vµo xØ th× xÈy ra ph¶n øng hãa häc:

H×nh 10 ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang (1) vµ l−îng hi®r« trong kim lo¹i mèi hµn (2 ) phô thuéc l−îng trong thuèc hµn.

H×nh 11 ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang (1) vµ l−îng hi®r« trong kim lo¹i mèi hµn (2 ) phô thuéc l−îng trong thuèc hµn.

CaF %2

0,040,08

- Ferô silic thông thường có 3 loại: loaị 45%, loại 75% và loại 95 % silic Để

sản xuất thuốc hàn ta dùng loại 45% Si, vì những loại có hàm lượng silic cao thường gây ra các phản ứng hóa học bất lợi với kiềm của thủy tinh lỏng

Ferô silic là chất khử ôxy và hợp kim hóa mối hàn Lượng silic trong thuốc hàn giúp mối hàn chống nứt nóng tốt, ngoài ra tỉ lệ silic cao còn làm cho xỉ dễ bong

- Ferô mănggan thường có lượng mănggan trên 78%

Ferô mănggan là chất khử ôxy và hợp kim hóa mối hàn Hợp kim hóa với mănggan làm tăng khả năng chống nứt kết tinh và tăng độ bền, cải thiện tính dẻo của mối hàn

III Quy trình chế tạo thuốc hàn dạng gốm

Thuốc hàn dạng gốm được chế tạo theo 3 bước chính: chuẩn bị và pha trộn nguyên liệu, tạo hạt, sấy thuốc

Tất cả các nguyên liệu dạng khoáng chất được chọn lựa theo đúng chủng loại, thành phần đạt chất lượng rồi được nghiền nhỏ Chúng được sàng để loại bỏ các hạt quá cỡ, thông thường kích thước của các hạt không quá 0,3 mm Nguyên liệu phải khô, độ ẩm không quá 1% Nguyên liệu đạt yêu cầu được nhập vào kho nguyên liệu để sử dụng dần Từng thành phần được cân theo đúng tỉ lệ có mặt của chúng trong công thức pha trộn đã chọn Tất cả các phần nguyên liệu cân xong được cho chung vào thiết bị trộn Đầu tiên chúng được trộn khô cho đến khi các thành phần trộn lẫn đều với nhau Sau đấy chuyển sang chế độ trộn ướt, bằng cách rót thêm dần nước thủy tinh vào trong khi trộn Nước thủy tinh có thành phần chủ yếu là

nên độ cứng của viên thuốc Sau này trong khi hàn nước thủy tinh phân hủy tạo ra

các chất K2O và Na2O là các chất làm ổn định hồ quang Khi phối liệu đã ướt đều thì được chế biến tạo thành từng hạt thuốc Các hạt thuốc được tiếp tục vê tròn để có dạng hình cầu và tạo nên độ sít chặt Hạt thuốc càng sít chặt thì trong quá trình bảo quản, vận chuyển hạt thuốc càng khó bị vỡ nhỏ ra Sau đấy thuốc được sấy Việc sấy thuốc được chia thành 2 giai đoạn: sấy sơ bộ và sấy nhiệt độ cao Việc chia làm 2 giai đoạn là để đảm bảo hạt thuốc khô đều và có độ ẩm thấp nhất Trong

được nâng dần lên đến nhiệt độ nung cần thiết của loại thuốc Khi tăng nhiệt độ nung thì tính háo nước của thuốc giảm rõ rệt, còn các tính chất công nghệ thì được cải thiện Tuy nhiên việc tăng nhiệt độ nung có giới hạn vì nhiệt độ cao có thể gây ra các phản ứng bất lợi trong thuốc, làm ôxy hóa các nguyên tố hợp kim và phân hủy các ôxit cao kim loại và muối Nếu là thuốc dùng cho hàn đắp, tạo nên bề mặt

Sấy xong, thuốc được làm nguội xuống nhiệt độ bình thường Sau đấy thuốc được sàng lọc lại để loại bỏ hạt không đạt kích cỡ Hạt to quá và hạt nhỏ quá so với yêu cầu đều phải loại ra, vì vậy thuốc phải qua 2 loại sàng: sàng loại bỏ hạt to và sàng loại bỏ hạt nhỏ Các hạt quá to thì được nghiền để sàng lại Các hạt quá nhỏ thì được đưa trở lại công đoạn trộn nguyên liệu Thuốc đạt yêu cầu được đóng gói trong bao nilông hoặc hộp kim loại

Dây chuyền công nghệ được mô tả theo sơ đồ dưới đây

Trộn ướt Tạo hạt

Vê tròn

Đóng gói

IV Dây chuyền thiết bị

Dựa vào dây chuyền công nghệ người ta chế tạo ra dây chuyền thiết bị thích hợp để phục vụ việc thực hiện công nghệ đấy Qua tham khảo chúng tôi thấy một dây chuyền thiết bị gồm các thiết bị chính sau:

- Thiết bị trộn và tạo hạt - Thiết bị vê tròn hạt thuốc - Lò sấy nhiệt độ thấp - Lò sấy nhiệt độ cao - Thiết bị làm nguội

Ngoài ra còn một số thiết bị phụ trợ khác như: băng tải, gầu nâng, cân, sàng, máy nghiền, máy đóng bao, máy khâu bao

Thiết bị trộn và tạo hạt là một thiết bị tương đối phức tạp, thực hiện nhiều công đoạn chế tạo thuốc trong cùng một thiết bị Thiết bị này có dạng hình ống thẳng đứng, bên trong ống có 2 rô-to Khi làm việc 2 rô-to này quay ngược với chiều quay của vỏ ống Thiết bị này trộn khô các phối liệu trong 5 phút Sau đấy chất kết dính là nước thủy tinh được đưa vào để trộn ướt và tạo hạt Quá trình trộn ướt và tạo hạt diễn ra trong 10 phút Các hạt thuốc vừa được tạo ra được đưa lên bàn rung chuyển dần vào thiết bị vê tròn

Thiết bị vê tròn hạt thuốc là thiết bị tạo nên hình dạng gần với hình cầu cho hạt, đồng thời làm cho các thành phần của hạt thuốc sít chặt với nhau Các thành phần của một hạt thuốc hàn liên kết với nhau bằng nước thủy tinh, rồi được sấy khô, nên độ liên kết với nhau không thật sự vững chắc Để hạn chế sự vỡ vụn và hóa bột của hạt thuốc trong quá trình vận chuyển và cất giữ , hạt thuốc cần có hình dạng hình cầu và độ sít chặt tốt Thiết bị vê tròn hạt thuốc thực hiện nguyên tắc để hạt thuốc tự lăn trên rãnh xoắn trong lòng một ống hình tang trống đặt nghiêng, trong khi ống này quay tròn Tốc độ quay của ống khoảng 30 vòng/ phút Kết cấu này làm hạt thuốc quay tròn, chuyển động theo nhiều chiều trong khi di chuyển dọc theo lòng ống, tạo nên hiệu ứng vê tròn Một chu kì vê tròn khoảng 1 phút Hạt thuốc ra khỏi thiết bị vê tròn được chuyển ngay đến lò sấy nhiệt độ thấp bằng băng tải

Lò sấy nhiệt độ thấp làm cho hạt thuốc khô đều, đạt độ ẩm còn 1 – 2% Lò sấy có ống sấy dạng hình tang trống với các rãnh xoắn bên trong, nằm nghiêng so với phương nằm ngang và có 3 vùng nhiệt độ khác nhau ống sấy quay với tốc độ chậm khoảng 2 vòng/ phút Thuốc hàn theo rãnh xoắn, góc nghiêng của tang trống xoay đảo, chạy dần qua các vùng nhiệt độ cao dần nên được làm khô đều Thời gian sấy 1 chu kì khoảng 1,5 giờ Thuốc hàn đã qua sấy sơ bộ có thể cất giữ tạm thời trong kho trung gian không nhất thiết phải sấy nhiệt độ cao ngay

Lò sấy nhiệt độ cao là để cho hạt thuốc có độ ẩm thấp theo đúng yêu cầu, đồng thời làm giảm tính háo nước của thuốc hàn Kết cấu cơ bản của lò này cũng giống như của lò sấy nhiệt độ thấp , chỉ khác là nhiệt độ sấy cao hơn

Thiết bị làm nguội có tác dụng làm nguội thuốc hàn sau khi sấy ở nhiệt độ cao

nằm nghiêng, quay tròn, bên ngoài được làm mát bằng nước Thời gian làm nguội một chu kì khoảng 10 phút

Các công đoạn trộn khô, trộn ướt, tạo hạt được thực hiện theo chu trình tuần hoàn Các công đoạn vê tròn, sấy thuốc hàn hoạt động một cách liên tục

V Sản xuất thử nghiệm thuốc hàn

Dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh như trên đòi hỏi sự đầu tư hàng chục tỉ đồng Để sản xuất thuốc hàn thử nghiệm chúng tôi dựa vào sơ đồ dây chuyền công nghệ và nguyên lí làm việc của các thiết bị trên, nghiên cứu chế tạo ra các thiết bị phù hợp với điều kiện tài chính và quy mô thử nghiệm

Trừ nước thuỷ tinh, các nguyên liệu mua về phải khô và đã được nghiền, xay nhỏ ở dạng bột Trước khi nhập kho nguyên liệu đầu vào cho thuốc hàn, tất cả các nguyên liệu đều được sàng lại với sàng có mắt sàng 0,2 mm

Nguyên liệu được cân theo tỉ lệ % trọng lượng của một mẽ phối liệu, theo công thức pha trộn các nguyên liệu đã được tính toán trước

Việc trộn khô, trộn ướt phối liệu và việc tạo hạt thuốc được tách ra 3 thiết bị riêng rẽ Việc chia tách này giúp cho các giải pháp kĩ thuật trở nên đơn giản, tuy nhiên thời gian sản xuất sẽ tăng lên Tạm thời điều này có thể chấp nhận được vì mục tiêu trước mắt là làm ra được thuốc hàn

Thiết bị trộn khô là một thùng hình trụ có đường kính và chiều dài bằng nhau ( bản vẽ: TH – 01 – 00 ) Trục quay của thiết bị nghiêng với đường tâm của hình trụ

trộn nhiều chiều, bởi một phần bám vào thành thùng lên đến gần đỉnh cao thì rơi xuống, một phần bị bề mặt nghiêng của 2 đáy làm cho lúc rơi trượt từ bên này sang, lúc từ bên kia sang Thời gian trộn khô khoảng 15 phút

Thiết bị trộn ướt là một hộp có dạng lòng máng ( bản vẽ: TH – 02 – 00 ) Cánh khuấy ( còn gọi là trục trộn ) có kết cấu là 2 cánh ở 2 nửa chiều dài hộp, lệch nhau

Khi trộn trục quay với tốc độ 35 – 60 vòng/ phút, nước thủy tinh được rót dần vào phối liệu Thời gian trộn khoảng 12 – 15 phút

Việc tạo hạt được thực hiện bằng cách ép, miết phối liệu ướt qua sàng tạo hạt ( bản vẽ: TH – 03 – 01 ) Mắt sàng có kích thước bằng với kích thước lớn nhất của hạt thuốc

Sàng tạo hạt được dùng kết hợp với thiết bị vê tròn hạt thuốc, nên được gọi chung là thiết bị tạo hạt ( bản vẽ: TH – 03 – 00 ) Hạt thuốc sau khi được ép qua

phẳng nghiêng được bố trí liên tiếp dưới nhau theo chiều nghiêng ngược nhau Cách bố trí này làm hạt thuốc bị lăn cưỡng bức với các chiều đổi nhau, giúp hạt thuốc tự vê tròn Để giúp tăng độ sít chặt của hạt thuốc, trước đấy phối liệu ướt còn được chia thành nhiều phần nhỏ, từng phần nhỏ này được ép thành tấm mỏng có độ dày dưới 2 mm, các tấm đã được ép này mới được miết, ép qua sàng tạo hạt Việc ép tấm mỏng này có thể thực hiện trên cơ cấu ép đơn giản là ép trục vít hoặc ép kiểu đòn bẩy

Hạt thuốc được cho vào khay, rồi đưa vào lò sấy nhiệt độ thấp Công đoạn sấy

C, duy trì ở nhiệt độ này trong 20’, rồi nâng dần lên 250o C, cũng duy trì trong 20’ thời gian nâng nhiệt từ mức này sang mức khác kéo dài trong khoảng 20’ Sau mỗi giai đoạn thuốc được đảo lại để bảo đảm khô đều

các khoảng thời gian nâng nhiệt và giữ nhiệt giống như ở công đoạn sấy nhiệt độ thấp

Do sản xuất thí nghiệm, thời gian chưa phải là tiêu chí quan trọng, nên thuốc

lấy ra và cho qua công đoạn sàng để loại bỏ hạt quá to và hạt quá nhỏ Vì vậy thuốc được sàng qua sàng có mắt sàng 1,5 mm để loại bỏ hạt to, rồi sàng qua sàng có mắt sàng 0,5 mm để loại bỏ hạt nhỏ Các hạt to được nghiền để sàng lại, các hạt nhỏ được đưa lại công đoạn trộn ướt để cho dần vào trộn với phối liệu mới

Thuốc hàn thành phẩm được đóng gói vào túi nilông với trọng lượng 5 kg một túi Các túi thuốc hàn được bảo quản trong thùng nhựa, dưới đáy thùng có chất chống ẩm

VI Công thức pha trộn nguyên liệu

Qua nhiều lần chế tạo và hàn thử, rồi điều chỉnh các thành phần trong thuốc hàn để rút kinh nghiệm, thuốc hàn hiện nay được chế tạo theo công thức dưới đây:

Phần III Kết luận

I Đặc tính kĩ thuật của thuốc hàn được chế tạo

Thuốc hàn có màu xám Hạt thuốc có kích cỡ 0,5 – 1,5 mm Thuốc hàn nóng chảy tốt che phủ toàn bộ bề mặt bể hàn Hàn xong chỉ cần gõ nhẹ toàn bộ xỉ hàn đều bong tróc, độ bong tróc đến gần 100% Thuốc có độ ẩm dưới 0,5%, nên bề mặt mối hàn nhẵn, sạch, không kẹt xỉ rỗ khí Thuốc hàn chế tạo đã được Công ty cơ khí điện thủy lợi sử dụng và cho đánh giá tốt ( trang 51 )

Thuốc hàn được nhóm đề tài chế tạo đã được mang đi hàn mẫu thử theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Quốc tế ( hình 11 ) Thuốc hàn được hàn với dây hàn của Nga có kí hiệu Sv – 08 Kim loại trong mối hàn của mẫu thử này được gia công thành 1 mẫu thử kéo và 5 mẫu thử va đập Mẫu thử kéo là để xác định độ giãn dài, ứng suất chảy và ứng suất bền, mẫu thử va đập là để xác định ứng suất chịu va đập ( trang 53 ) Kim loại trong mối hàn còn được kiểm tra thành phần hóa học ( trang 52 )

Thành phần dây hàn thép các-bon thấp, % ( GOST 2246 – 70 ) – [ 1 ]

Thành phần thép kết cấu trong xây dựng, % ( TCVN 5709-93 ) - [ 2 ]

So sánh thành phần hoá học của kim loại mối hàn với thành phần hoá học của 2 loại thép kết cấu: thép kết cấu xây dựng ( TCVN 5709-93 ), thép cacbon kết cấu ( TCVN 1766-75 ) ta thấy: thành phần Si và Mn tương đương nhau, thành phần có hại cho thép là P và S của kim loại mối hàn ít hơn, bảo đảm độ ổn định của mối hàn tốt hơn Thành phần C trong mối hàn < 0,1% bảo đảm tính dẻo của mối hàn

Về cơ tính ( trang 53 ) thì ứng suất bền của kim loại mối hàn tương đương với vật liệu có kí hiệu CT38 ( 380 – 490 MPa ), hoặc vật liệu có kí hiệu C25, C30 ( 460 – 500 MPa ), độ dai va đập còn tốt hơn ( 128J so với 90 J ), và độ giãn dài tương đối cũng tốt hơn ( 30% so với 23% )

II So sánh với thuốc hàn ngoại

Thuốc hàn của Hàn Quốc và Đài Loan cũng có kích cỡ và màu tương tự ( màu xám ), hạt thuốc của họ tròn đều hơn do sản xuất trên dây chuyền công nghiệp Các tính chất khác như độ che phủ mối hàn của xỉ, độ bong tróc của xỉ sau khi hàn, độ nhẵn bóng bề mặt mối hàn đều có kết quả tương tự so với thuốc hàn được chế tạo Bảng đánh giá của “ Công ty cơ khí điện thuỷ lợi “ về chất lượng thuốc hàn được chế tạo cũng khẳng định điều này ( trang 51 )

Theo tiêu chuẩn AWS ( Hiệp hội hàn Hoa Kì ), phần về hàn hồ quang ngầm ( SFA – 5.17, AWS – A5.17-89 ), kết quả mẫu thử kéo của kim loại mối hàn phải đạt được như bảng dưới đây

Giới hạn bền MPa

Giới hạn chảy, min MPa

Độ giãn dài tương đối, min %

trong 1 giờ đồng hồ Thuốc hàn khi dùng xong có thể sàng sẩy để loại bỏ xỉ, sau đó có thể dùng lại bằng cách bổ sung dần vào thuốc hàn mới Thuốc hàn khi cháy sản sinh ra một lượng lớn các chất khí, vì vậy nơi làm việc phải thông thoáng

Thuốc hàn được chế tạo có thể hàn tốt với các dây hàn thép cácbon thấp và thép hợp kim thấp như dây hàn Cb – 08, Cb – 08A, Cb – 08GA, Cb – 10GA của Nga, hoặc dây H8 của Huyndai - Hàn Quốc; L – 50, L – 56, L – 60, L - 61 của Lincoln – Hoa kỳ

IV Khả năng sản xuất trong nước

Qua tìm hiểu chúng tôi thấy phần lớn các nguyên liệu được dùng làm thuốc hàn đều có thể sản xuất trong nước Các khoáng sản này có ở nhiều nơi trên nước ta, dưới đây là những nơi sản xuất và cho chất lượng tốt và ổn định nhất:

- Cao lanh có nhiều ở Yên Bái, Phú Thọ, Hải Dương Trong đấy cao lanh do công ty TNHH Cường Linh của thành phố Yên Bái được đánh giá cao

- Huỳnh Thạch có nhiều ở Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình Trong đấy huỳnh thạch của công ty khoáng sản Sơn La được bán rộng rãi hơn cả

- Đá vôi có nhiều ở Hà Tây, Hà Nam, Ninh Bình, Yên Bái Trong đấy đá vôi do công ty liên doanh đá vôi PanPu ở Yên Bái được đánh giá cao - Đôlômit có nhiều ở Hà Tây, Cao Bằng, Bắc Cạn , trong đấy đôlômit của công ty Đôlômit Mỹ Đức Hà Tây được ưa chuộng hơn cả

- Rutin có nhiều ở Hà Tĩnh, Quảng Trị, Bình Định , trong đấy rutin của công ty khoáng sản Hà Tĩnh được đánh giá cao

- Quặng Mănggan có nhiều ở Cao Bằng, Yên Bái , trong đấy tinh quặng mănggan của công ty cổ phần khoáng sản Hà Thành được đánh giá cao - Ferô Silic do công ty thép Thái Nguyên cung cấp

- Bôxit có nhiều ở Lâm Đồng nhưng chưa khai thác Chính Phủ đang có kế hoạch khai thác trong thời gian gần đây Hiện tại phần tinh quặng Bôxit được sử dụng ở nước ta có tên là bột cao nhôm nhập từ Trung Quốc được sử dụng rộng rãi do công ty gạch chịu lửa Cầu Đuống cung cấp

- Ferô Mănggan sản xuất ở nước ta có tỉ lệ cácbon cao ( C = 6 – 8 % ) nên không dùng được vào việc làm thuốc hàn Ferô Mănggan có tỉ lệ cácbon thấp dưới 1,5 % hiện nay vẫn phải nhập từ nước ngoài chủ yếu từ Trung Quốc, trong đấy ferô mănggan do công ty cổ phần hoá chất ở Gia Lâm Hà Nội cung cấp được ưa chuộng hơn cả

- Nước thuỷ tinh được sản xuất từ cát Thạch anh có nhiều ở nước ta Nướ thuỷ tinh do công ty TNHH Đức Lộc, Gia Lâm, Hà Nội cung cấp có độ đậm đặc cao nên rất phù hợp cho việc sản xuất thuốc hàn

Để sản xuất với quy mô công nghiệp chúng ta phải đầu tư dây chuyền thiết bị, máy móc chuyên dùng và phải quán xuyến từ khâu đầu tiên là tuyển chọn nguyên liệu cho đến khâu cuối cùng là đóng gói và tiêu thụ sản phẩm Các khoáng sản có thể dùng làm thuốc hàn có ở nhiều nơi của nước ta nhưng tỉ lệ các thành phần hoá học của chúng không hoàn toàn giống nhau, điều này có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của chất lượng thuốc hàn Vì vậy phải có bộ phận phân tích, tuyển chọn nguyên liệu đầu vào, và có thể có cả bộ phận làm giàu nguyên liệu để làm tăng các thành phần hoá học chính lên và làm giảm các thành phần không cần thiết Nhóm thực hiện đề tài đã sử dụng các nguyên liệu có chất lượng như sau:

Hình 12 Phôi hàn để lấy kim loại mối hàn làm mẫu thử kéo và thử va đập

Phần kim loại mối hàn dùng để làm mẫu thử kéo và thử va đập.

Độ nghiêng tối đa

có dạng tang trống, quay đều, bên ngoài được làm nguội bằng nước, nhờ thế mà thời gian làm nguội thuốc dưới 10 phút Sau khi làm nguội thuốc được gầu nâng thứ 2 chuyển vào sàng rung để phân loại hạt Trong sàng rung có 2 lưới sàng, một trên một dưới Mắt sàng trên có kích thước bằng cỡ hạt to nhất theo yêu cầu kĩ thuật, mắt sàng dưới bằng với cỡ hạt thuốc nhỏ nhất Sản phẩm là các hạt nằm ở sàng dưới, còn các hạt nằm lại ở sàng trên và lọt qua sàng dưới đều không đạt yêu cầu Các hạt nằm lại ở sàng trên được cho vào máy nghiền để nghiền nhỏ ra, rồi sàng lại Các hạt lọt qua sàng dưới được đưa trở lại phía trước thiết bị trộn để bổ sung dần vào nguyên liệu trộn Các hạt thuốc đạt tiêu chuẩn theo máng trượt vào thùng chứa để đóng gói Thùng chứa kết hợp với cân tự động lần lượt cân từng phần theo khối lượng định sẵn Các phần thuốc theo băng tải đến máy đóng bao, tại đây thuốc được đổ vào bao và được máy khâu bao khâu lại Các bao thuốc được chuyển vào