1. 2.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất que hàn
5.3Chuẩn bị các thành phần mẻ liệ u
Danh mục quặng, sa khoáng, fero hợp kim và các thành phần khác theo đơn thuốc được lựa chọn đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết (hàm lượng thành phần chính, hàm lượng tạp chất chứa P, S nằm trong giới hạn cho phép). Bao gồm các chất sau đây:
Bảng 5.1 Hàm lượng thành phần các chất
Tên nguyên liệu Thành phần các chất
Bazơ rutil 90% TiO2, 2% SiO2
Titan trắng 98% TiO2
Đá vôi 98% CaCO3, 1% SiO2, 1% Al2O3
Bôxit 52% Al2O3, 5% SiO2
Cao lanh 52% SiO2, 35% Al2O3, 1,25% Fe2O3
Trường thạch 51,1% SiO2, 31% Al2O3, 12% K2O, 2,3% Na2O
Ferô – Silic 75% Si
Ferô – Mangan 80% Mn
Nước thuỷ tinh kali (potat) 25% SiO2 , 14,3% Na2O + K2O
Nguyên liệu sau khi được chọn, được đem nghiền nhỏ sao cho kích thước đạt yêu cầu và đảm bảo hiệu quả kinh tế.
Mục đích:Để đảm bảo sựđồng đều về thành phần hóa học của vỏ thuốc bọc,
đảm bảo hồ quang hàn cháy ổn định và lõi que nóng chảy đều trong suốt cả chiều dài que hàn. Đồng thời đảm bảo chất lượng kim loại mối hàn đề ra.
Tuy nhiên, theo phân tích ở trên, mỗi chất có vai trò và cơ chế tham gia trong quá trình hàn riêng biệt nên kích thước hạt của chúng có yêu cầu khác nhau, cụ thể
khi nghiền người vận hành máy phải lưu ý một số yêu cầu về kích thước hạt như
sau:
+ Chất tạo khí (các hợp chất cacbonat): Khi hàn cần phân hủy nhanh để tạo khí bảo vệ, chúng cần có diện tích bề mặt riêng lớn, tức là kích thước hạt phải nhỏ. + Các fero hợp kim cần có kích thước lớn hơn, nếu kích thước hạt quá nhỏ, diện tích riêng của bề mặt hạt lớn, điều này có thể xảy ra các hiện tượng sau:
* Bị ôxi hoá nhiều trong quá trình chế tạo, do tác dụng với nước thuỷ tinh;
* Cường độ ôxi hoá các nguyên tố hợp kim trong vùng hồ quang hàn và trong quá trình dịch chuyển từ điện cực đến vũng hàn xảy ra mãnh liệt hơn, điều này giúp tăng hiệu quả với vai trò chất khử, nhưng hiệu quả hợp kim hoá sẽ giảm đi nhiều do nguyên tố hợp kim bị oxi hoá mạnh và có thể dẫn đến không đảm bảo hàm lượng nguyên tố hợp kim cần thiết theo dự tính.
+ Chất tạo xỉ có kích thước hạt trung bình không cần quá mịn (Rutil, ilmenhit...) Như vậy, đểđảm bảo được các yêu cầu kinh tế, tránh lãng phí thời gian nghiền cũng như đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đối với mỗi loại nhóm vật liệu, công
đoạn nghiền vật liệu phải được kiểm tra và thường dùng rây để sàng lọc với các kích thước lỗ rây tương ứng với mỗi loại nhóm vật liệu.
5.2.3 Xác định thành phần mẻ liệu
Cân các thành phần mẻ liệu thuốc bọc que hàn theo tỷ lệ đã được tính toán (sau khi đã tối ưu) ở trên.
Như phần trước ta đã xét trong thành phần thuốc bọc que hàn thường gồm nhiều hợp chất, mỗi hợp chất có chức năng, tác dụng nhất định hoặc một số hợp chất cùng có tính năng chung, khi hàn sẽ hình thành nền tạo xỉ là:
CaO – CaF2 – TiO2 – (Al2O3).
với tỷ lệ các ôxyt nhưđã dự tính. Danh mục các nguyên liệu và hàm lượng các hợp chất trong chúng để chế tạo thuốc bọc que hàn (kể cả lượng nước thuỷ tinh khô, quy về 100%) như sau:
Bảng 5.2 Tỷ lệ các chất trong mẻ liệu qui đổi
Tên nguyên liệu
Tỷ lệ trong thành phần mẻ liệu qui đổi (kể cả trọng lượng khô của nước thuỷ
tinh), (%)
Đá vôi (CaCO3) 32,7
Bazơ rutil (TiO2) 7,18
Titan trắng(TiO2) 2,7
Bôxit (Al2O3) 9,8
Fero - mangan (Fe – Mn) 7,1
Fero - silic (Fe – Si) 6.3
Trường thạch 7,1
Cao lanh 3,8
Mika 1,8
Phần khô của nước thuỷ tinh 10,6
Khi không kểđến phần nước thuỷ tinh khô, sẽ có thành phần mẻ liệu khô như sau:
Bảng 5.3 Tỷ lệ các chất trong mẻ liệu khô
Tên nguyên liệu
Tỷ lệ trong thành phần mẻ liệu qui đổi (kể cả trọng lượng khô của nước thuỷ
tinh), (%)
Bazơ rutil (TiO2) 8,04
Titan trắng (TiO2) 3
Bôxit (Al2O3) 9,8
Fero - mangan (Fe – Mn) 8
Fero - silic (Fe – Si) 7
Trường thạch 8
Huỳnh thạch 11,6
Cao lanh 4,28
Mika 2
Nước thuỷ tinh 10 ÷ 12
5.3.3 Xử lý nguyên liệu
Nhưđã trình bày ở chương 2,Đểđảm bảo chất lượng tốt cho vỏ thuốc bọc que hàn và tránh những khuyết tật nhưđã nêu trên, thì cần phải xử lý nguyên liệu trước khi đưa vào sử dụng.
Để giảm bớt độ hoạt tính của fero hợp kim bằng cách thụđộng hóa – tức là tạo nên một màng mỏng đã bị ôxi hóa (màng ôxit) trên bề mặt hạt fero hợp kim. Điều này cũng không ngoại trừ hoàn toàn khả năng xảy ra các phản ứng kể trên sau khi lớp màng ôxit bị hòa tan, nhưng nó làm trì hoãn và không bắt đầu ngay các phản
ứng đó, mà phải qua vài giờđồng hồ (khi được thụ động hóa tốt). Với khoảng thời gian như vậy cũng đủđể thuốc bọc được khô sơ bộ.
Biện pháp: Thụđộng hóa bột fero hợp kim trước khi đưa vào sử dụng bằng các phương pháp phổ biến sau đây:
+ Ôxi hóa tự nhiên bằng cách giữ một thời gian đủ dài trong điều kiện không khí bình thường.
+ Nung nóng nhanh trong với môi trường khí ôxi hóa hoặc ngâm trực tiếp trong dung dịch thuốc tím (KMnO4) hay nước crôm (K2Cr2O7) (Đôi khi hợp chất crôm này với nồng độ khoảng 0,5% được đưa vào trước khi trộn nước thủy tinh).
5.3.4.1 Trộn khô
Vật liệu khô được trộn đều trong máy trộn chuyên dụng đểđảm bảo đồng đều về thành phần mẻ liệu. Thời gian trộn khô khoảng từ 15 đến 25 phút tuỳ thuộc vào loại thuốc bọc. Theo kinh nghiệm trường hợp que hàn thuốc bọc hệ rutil thời gian trộn từ 15 đến 20 phút.
5.3.4.2 Trộn ướt
Mẻ liệu sau khi trộn khô sẽđược bổ sung nước thủy tinh và được trộn ướt bằng máy trục xoắn vít đơn hoặc kép, hoặc máy trộn kiểu hành tinh. Làm cho thuốc hàn
được trộn nhuyễn, đồng đều và đảm bảo độ dẻo cần thiết. Thuốc nhuyễn, dẻo và có
độ trơn cần thiết sẽ giúp cho quá trình ép được thuận lợi và giảm ma sát giữa thuốc bọc với thành xi lanh, cánh trục vít (trong trường hợp ép bằng máy ép trục vít), bộ
phận dẫn thuốc bọc của đầu ép (đầu bò) và khuôn ép. Điều này ảnh hưởng rất lớn
đến năng suất, chất lượng bọc thuốc lên lõi que.
Công đoạn trộn ướt cần chú ý đảm bảo độ dẻo, nhuyễn của thuốc, nếu thuốc quá nhão hoặc quá khô đều không tốt, nó sẽảnh hưởng tới năng suất cũng như chất lượng sản phẩm. Bởi vì:
- Thuốc quá nhão có thể xảy ra một trong số những hiện tượng sau đây: + Làm giảm tốc độ bọc thuốc lên lõi que, dẫn đến giảm năng suất bọc que; + Bề mặt vỏ bọc không đảm bảo độ chắc, độ nhẵn cần thiết, nên khi tiếp xúc với bộ phận đón que và đặc biệt khi phóng que sang băng truyền với lực va đập khá mạnh, kết quả bề mặt vỏ bọc dễ bị biến dạng, ảnh hưởng xấu đến chất lượng que hàn;
+ Lớp vỏ bọc không đều, độ bám dính giữa vỏ bọc và lõi que kém, lớp vỏ bọc có thể bị lột lên ở một sốđoạn, hiện tượng này hay xảy ra khi ép thuốc hệ bazơ.
Biện pháp khắc phục:
+ Giảm lượng nước thủy tinh, kiểm tra chất lượng (tỷ trọng) nước thuỷ tinh (bằng bôme kế), thời hạn sử dụng trong giới hạn cho phép;
- Thuốc quá khô: Khi đó lực để ép que lớn và tốc độ ép que sẽ giảm, dẫn đến làm giảm năng suất của dây chuyền.
Như vậy để khắc phục được hiện tượng này, sau khi trộn mẻ liệu theo tỉ lệ
cần theo dõi và lưu lại các thông tin khi ép que hàn, từđó có những điều chỉnh hợp lý cho việc trộn mẻ liệu của từng loại que hàn.
5.3.5 Ép bánh
Sau khi nghiền các loại nguyên liệu chúng được trộn khô theo tỉ lệ nhất định, tiếp theo là trộn ướt và sau đó chúng được ép thành những bánh mẻ liệu. Bánh mẻ
liệu này sẽ cùng với lõi que vào bộ phận ép que hàn để sản xuất ra que hàn.
5.3.6 Ép que
Trong quá trình ép que hàn thường xuyên xảy ra hiện tượng lệch tâm làm giảm mạnh tính năng công nghệ của que hàn. Vì vậy tuỳ vào hiện tượng lệch tâm xuất hiện mà ta có thể điều chỉnh các nguyên nhân gây ra như: Do lực ép lệch, lõi que và khuôn ép không đồng tâm, vị trí tương đối của đầu khuôn ép.
Để khắc phục được hiện tượng lệch tâm do cấu tạo của khuôn ép ta nên tạo một diện tích dạng hình cầu ở phía trên của khuôn nhằm tạo lực ép đồng đều hơn từ
2 phía. Nâng cao độ đồng tâm giữa thuốc bọc và lõi que, do đó có thể đẩy nhanh
được tốc độ ép que, tăng sản lượng, góp phần hạ thấp giá thành sản phẩm.
P
Mặt khác, đểđẩy cao năng suất ta có thểđẩy nhanh tốc độ ép bằng cách tăng
độ dẻo của thuốc và áp suất khi ép tuy nhiên phải theo dõi chặt chẽ tránh hiện tượng ép thuốc bọc lên dây hàn bị thừa hoặc thiếu.
5.3.7 Bộ phận đỡ và đón que hàn
Sau khi lõi que được bọc thuốc và phóng ra khỏi khuôn ép thì việc đón và
đỡ que hàn chuyển sang mài vê, in ký hiệu là rất quan trọng. Công đoạn này ảnh hưởng nhiều đến chất lượng bề mặt vỏ thuốc bọc, có thể xuất hiện các hiện tượng như: nứt, bẹp, chun đầu que hay ùn tắc ở khâu sắp xếp que hàn trước khi đưa vào mài, vê đầu,... Để khắc phục những hiện tượng này thì tốc độ ép que phải phù hợp với tốc độ của băng tải đỡđón que hàn và tốc độ phóng que phải đồng bộ với tốc độ
của băng tải truyền que hàn.
Dựa vào thiết kế máy đón que theo kiểu của Đức và của Ấn Độ ta có thể thiết kế lại mô hình máy đón que hàn như sau:
1 10 2 9 5 7 8 4 6 3 Hình 5.2 Sơđồ kết cấu máy đón que hàn
1 - Bộ chỉnh đai; 2 - Puly đỡ que; 3 - Bệđỡ máy đón que; 4 - Ống đỡ máy đón que; 5 - Trục máy đón que; 6 - Bệđỡđộng cơ; 7 - Động cơ truyền tải; 8 - Puly
chủđộng; 9 - Puly bịđộng; 10 - Kết cấu bệđỡ.
Hoạt động nhờ động cơ vô cấp 7 có dải tốc độ từ 100 đến 500 vòng/phút. Chính vì vậy ta có thểđiều khiển dễ dàng để tốc độ quay của Puly chủđộng sao cho phù hợp với tốc độ phóng que.
Hoặc tận dụng ưu điểm loại máy của Đức cấu tạo với nhiều puly sẽ giúp cho
đai truyền căng đều nhờđó que hàn được giữ cân bằng, đảm bảo góc phóng que ổn
định và kết quả que được phóng và sắp xếp đều hơn trên băng truyền. Tuy nhiên, bệđỡ lại khó điều chỉnh.
⇒ Từưu nhược điểm của hai loại máy ở trên ta nên thiết kế loại máy có tốc độ đón hợp lý nhất và dễ chỉnh bệđỡ hơn với kết cấu dưới đây:
Hình 5.3. Sơđồ kết cấu bộ phận đón que hàn.
Như ở chương 2 đã trình bày, cần hết sức lưu ý sự đồng bộ giữa tốc độ của khuôn ép que với bộ phận đón que, để nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng ép que hàn.
5.3.8 Sấy que hàn
Sấy que hàn như chương 2 đã trình bày gồm hai giai đoạn chính: sấy sơ bộ hoặc hong khô và sấy khô kiệt. Trong điều kiện khí hậu Việt Nam và diện tích mặt bằng cho phép có thể tiến hành sấy giai đoạn 1 bằng hong khô. Giai đoạn sấy khô kiệt nên chọn sấy trong tủ sấy điện: với nhiệt độ sấy que hàn từ (450 ÷ 550)oC. Nhiệt độ
sấy khô không được quá cao vì có thể làm tăng sự ôxi hoá các fero hợp kim. Nhiệt
độ sấy tăng từ từ và được khống chế tự động, thời gian sấy thường khoảng 3 ÷ 4 giờ, sau đó nên để nguội trong lò khoảng vài giờ, rồi mới đưa ra ngoài.
5.3.9 Thành phẩm
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
* KẾT LUẬN
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và kế thừa trên nền tảng của khoa học kỹ thuật trên thế giới. Ngành công nghệ hàn góp phần không nhỏ trong các ngành như: Dầu khí, hóa chất, đóng tàu, xây dựng, cơ khí… Đối với ngành sản xuất que hàn trong nước phần nào đã đáp ứng nhu cầu của thị trường, nhưng dây chuyền sản xuất que hàn vẫn còn nhiều bất cập về chất lượng que hàn và độ ổn định của chúng, đặc biệt khi sản xuất bằng nguyên vật liệu trong nước và việc nghiên cứu tối
ưu hóa thành phần thuốc bọc chưa được chú ý đúng mức trong quá trình sản xuất que hàn thép cacbon. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo que hàn thép cacbon, đặc biệt loại que hàn yêu cầu chất lượng cao như E7016 là rất cấp thiết và rất có ý nghĩa về
kinh tế và xã hội ở nước ta.
Đề tài này đã tiến hành nghiên cứu thành phần thuốc bọc để chế tạo que hàn thép cacbon E7016 từ các nguồn nguyên vật liệu sẵn có tại Việt Nam.
Nội dung của luận văn đã đi sâu khảo sát, phân tích các công đoạn quan trọng của dây chuyền sản xuất que hàn, đã đề xuất những giải pháp cần thiết ở mỗi khâu để nâng cao năng suất và chất lượng sản xuất que hàn.
Để nâng cao chất lượng que hàn, đề tài đã tiến hành nghiên cứu thành phần thuốc bọc để chế tạo que hàn thép cacbon E7016 từ các nguồn nguyên vật liệu sẵn có tại Việt Nam. Nội dung nghiên cứu tập trung vào giải quyết hai vấn đề chủ yếu là xác định các chất đưa vào thành phần mẻ liệu đảm bảo các chỉ tiêu công nghệ và thành phần hoá học kim loại mối hàn, tiếp theo là các chỉ số về cơ tính kim loại mối hàn.
Về phần nghiên cứu sự ảnh hưởng của Mn và Si trong mẻ liệu thuốc bọc đã
đạt được những kết quả quan trọng, làm tiền đề cho việc nghiên cứu nâng cao chất lượng que hàn và hạ giá thành sản phẩm. Kết quả nghiên cứu của Luận văn đã được tham khảo ứng dụng ở nhà máy, góp phần hoàn thiện công nghệ chế tạo que hàn E7016.
- Đề tài đã nêu bật được vai trò của các công đoạn quan trọng trong dây chuyền sản xuất, có ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng que hàn. Qua đó đã đề
ra được các giải pháp và những chú ý cụ thể ở mỗi công đoạn trong đó đặc biệt là các bộ phận quan trọng có ảnh hưởng nhiều đến năng suất và chất lượng sản xuất que hàn.
- Đề tài đã lựa chọn được nền tạo xỉ hợp lý cho que hàn tương đương với E7016 và xây dựng được quan hệ giữa các chất chủ yếu trong thành phần mẻ liệu và các chỉ số về đặc tính công nghệ hàn. Trên cơ sở đó cho phép lựa chọn một cách khoa học các chất tham gia nền tạo xỉđáp ứng tốt yêu cầu đề ra.
- Đề tài đã xác lập được quan hệ giữa hàm lượng Si và Mn trong kim loại đắp phụ thuộc vào hàm lượng của chúng từ thành phần thuốc bọc que hàn đối với hệ xỉ
hàn điển hình cho loại que hàn E7016. Kết quả này không chỉ có ý nghĩa khoa học cao và tính mới, mà rất có giá trị thực tiễn đối với que hàn được sản xuất bằng vật liệu trong nước.
- Các biểu đồ được xác lập từ thực nghiệm và được xử lý thành các quan hệ
toán học sẽ giúp cho các cán bộ kỹ thuật ứng dụng rất thuận tiện vào việc tính toán
điều chỉnh thành phần các chất chứa nguyên tố hợp kim khi nguồn nguyên vật liệu thay đổi.
* KIẾN NGHỊ
Kết quả nghiên cứu của đề tài bước đầu đã được các nhà máy, công ty sản xuất vật liệu hàn tham khảo. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và điều kiện cơ sở