Các thông số chế độ hàn dùng để nghiên cứu

- Hàn được các chi tiế tc chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm 1.1.2 Va

4.1.2.Các thông số chế độ hàn dùng để nghiên cứu

Các thông số chế độ hàn chủ yếu được tính toán và hàn kiểm tra đạt ổn định c các giá trị như sau:

Bảng 4.3. Các thông số chế độ hàn Đường kính dây hàn, mm Giá trị các thông số chế độ hàn Cường độ d ng điện hàn Ih, A Điện áp hàn Uh, V Vận tốc hàn Vh, ipm (0,56m/ph) T m với điện cực, mm Góc nghiêng điện cực 4,0 700 28-30 18-20 30 0

4.2. Kết quả thử nghiệm về thành phần hóa học kim loại mối hàn 4.2.1. Mẫu thử nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn

Tiến hành hàn mẫu theo các thông số chế độ hàn đã nêu ở trên và nhiệt độ giữa các đường hàn (the inter pass temperature) được duy trì khoảng 150 -160°C.

Các phôi mẫu sau khi hàn xong sẽ tiến hành cắt để lấy mẫu th thành ph n h a học kim loại mối hàn.

Hình 4.1: Mẫu hàn cắt để chuẩn bị phân tích thành phần hóa học

4.2.2. Các số liệu thí nghiệm

Mẫu th nghiệm được gia công từ mẫu hàn thí nghiệm ở ph n trước và được phân tích thành ph n h a học kim loại mối hàn bằng phương pháp phân tích quang phổ tại Trung tâm Th nghiệm – Kiểm định Công nghiệp, Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ. Kết quả th nghiệm được dẫn ra ở bảng dưới đây.

Bảng 4.4. Kết quả thí nghiệm № thí nghiệm Giá trị các biến thực,% Giá trị các biến

mã hóa Giá trị các hàm m c tiêu,% Fe-Mn, Z1 Fe-Si, Z2 X1 X2 Mn, Y1 Si, Y2 1 4 2 –1 –1 0.513 0.435 2 8 2 +1 –1 1.188 0.705 3 4 6 –1 +1 0.684 1.173 4 8 6 +1 +1 1.387 1.431 5 4 4 – 1 0 0.667 0.813 6 8 4 + 1 0 1.293 1.005 7 6 2 0 – 1 0.756 0.498 8 6 6 0 + 1 1.107 1.451 9 6 4 0 0 1.002 0.904 10 6 4 0 0 0.986 0.896 11 6 4 0 0 1.023 0.934

Chƣơng 5

XỬ LÝ SỐ LIỆU VÀ XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG CÁC Fe-Mn, Fe-Si CHO MẺ LIỆU THUỐC HÀN

5.1. Kết quả xử lý số liệu

5.1.1. Phần mềm c định c c hệ số phƣơng tr nh h i qu

S d ng phương pháp bình phương nhỏ nhất và các nội dung phân tích hồi quy, phân tích phương sai để xác định các hệ số của phương trình hồi quy (dạng đa thức). ng d ng ph n mềm xác định các hệ số của phương trình hồi quy được dẫn ra ở ph n ph l c 2 và ph n mềm MODDE 5.0.

5.1.2. Xây dựng c c phƣơng tr nh h i quy

Sau khi nhập các số liệu thực nghiệm và chạy ph n mềm ở ph n ph l c 2 ta c kết quả sau:

Các phương trình hồi quy biểu diễn sự ph thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm lượng các Fe-Mn và Fe-Si từ thuốc hàn c dạng:

Mn Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 0.975815 0.0327927 8.03736e-007 0.0842966 X1 0.257072 0.0202148 5.346e-005 0.0519639 X2 0.0929744 0.0202148 0.00584391 0.0519639 X1*X1 0.012895 0.0240977 0.615505 0.0619451 X2*X2 -0.025692 0.0240977 0.335102 0.0619451 X1*X2 -0.0185474 0.0191775 0.37789 0.0492973 N = 11 Q2 = 0.578 Cond. no. = 3.4876 DF = 5 R2 = 0.974 Y-miss = 0 Comp. = 2 R2 Adj. = 0.947 RSD = 0.0639 Conf. lev. = 0.95

Mn = Y1 = 0,9758 + 0,2571x1 + 0,0929x2 – 0,0185x1x2 + 0,0129x12 – 0,0257x22 Hệ số tương quan R2 = 0,974.

- Mô hình hàm lượng %Si:

Si Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±) Constant 0.848792 0.0584558 2.79652e-005 0.150266 X1 0.102758 0.0360346 0.0357547 0.0926301 X2 0.29405 0.0360346 0.000449099 0.0926301 X1*X1 0.0382279 0.0429561 0.414267 0.110422 X2*X2 0.0526014 0.0429561 0.275291 0.110422 X1*X2 0.029365 0.0341854 0.429594 0.0878766 N = 11 Q2 = 0.671 Cond. no. = 3.4876 DF = 5 R2 = 0.940 Y-miss = 0 Comp. = 2 R2 Adj. = 0.880 RSD = 0.1140 Conf. lev. = 0.95 Si = Y2 = 0,8487 + 0,1027x1 + 0,2941x2 + 0,0294x1x2 + 0,0382x12 + 0,0526x22 Hệ số tương quan R = 0,940.

5.2. Biểu di n c c đƣờng đ c trƣng và c c kết luận khoa học 5.2.1. Biểu di n c c đƣờng đ c trƣng

(Mn, Si) = f (Fe-Mn, Fe-Si)

0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 4 5 6 7 8 Mn Fe-Mn

Hình 5.1. Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn trong mẻ liệu thuốc hàn

Mn

Hình 5.2. Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn

b. Sự phụ thuộc Si trong kim loại mối hàn vào Fe-Mn và Fe-Si trong thuốc hàn. 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 2 3 4 5 6 Si Fe_Si

Hình 5.3. Sự phụ thuộc của hàm lượng Si,(%) trong kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Si, (%) trong mẻ liệu thuốc hàn

Si

Hình 5.4. Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn

5.2.2. Kết luận

Qua các kết quả thu được từ các phương trình hồi qui và các đường đặc trưng cho phép rút ra những kết luận quan trọng sau đây:

- Mức độ tương thích của các phương trình hồi qui cao, với các hệ số tương quan R2 = 0,940 ÷ 0,974.

- Các đường đặc trưng biểu diễn sự ph thuộc hàm lượng của các nguyên tố hợp kim phổ biến Mn và Si trong kim loại mối hàn vào các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn F7A2 rất rõ ràng thông qua các biểu đồ dạng 2D và 3D.

- Đặc tính của các biểu đồ phù hợp cao với l thuyết, đã phản ánh các tính chất vật l và mức độ hoạt tính h a học của thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình (B ≈ 1,1) đến sự dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim và khả năng kh , hợp kim h a kim loại mối hàn qua thuốc hàn.

- Các đồ thị cho ta thấy khi hàm lượng ferô Fe-Mn tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn sẽ tăng, tương tự khi hàm lượng ferô Fe-Si tăng thì hàm lượng Si trong kim loại mối hàn cũng tăng. Tuy nhiên, khi với hàm lượng ferô Fe-Si đưa vào thấp (đoạn đ u của đường đặc tính (Si = f(Fe-Si)) hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vẫn khá cao. Điều này c thể được giải thích bởi mức độ hoàn nguyên của Si từ các hợp chất dạng SiO2 cao, nên đã bổ sung Si vào kim loại mối hàn.

- Qua các đồ thị cũng cho thấy sự dịch chuyển của Mn và Si vào kim loại mối hàn từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong m liệu thuốc hàn F7A2 c sự tương hỗ cao. Ví d , khi hàm lượng ferô Fe-Si tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn cũng tăng.

Các kết quả nghiên cứu trên đây là cơ sở để xác định hàm lượng các ferô Fe- Mn và Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn F7A2 đảm bảo thành ph n h a học và cơ tính kim loại mối hàn theo yêu c u.

5.3. X c định hàm lƣợng Fe-Mn, Fe-Si hợp l trong m liệu thuốc hàn

Xác định giá trị hợp l (tối ưu) của các yếu tố (biến số) từ mô hình xây dựng ở trên đảm bảo các tiêu chí kinh tế - kỹ thuật. Do vậy, việc giải bài toán này phải đáp ứng các điều kiện ràng buộc.

Bài toán quy hoạch đa m c tiêu hoặc trường hợp tổng quát với n biến, m rằng buộc, và p m c tiêu c thể mô tả dạng tổng quát như sau:

Max(min) jk (x1,x2,...,xn),k 1,2,..., p.      0 ) ,..., , ( 1 2 j i n x b x x x g i = 1,2,…,m; j = 1,2,…,n.

Ta k hiệu miền rằng buộc là miền D.

Trong các bài toán này việc giải bài toán là tìm ra được các giá trị của các biến đ u vào thỏa mãn giá trị hàm m c tiêu cho trước.

 Xác định hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si hợp l trong m liệu thuốc hàn đảm bảo thành ph n h a học và cơ tính mối hàn, trên cơ sở các ràng buộc.

 Các ràng buộc:

+ Các ràng buộc tường minh (các gới hạn biên) của các biến số: 4% ≤ Fe-Mn ≤ 8% ;

2% ≤ Fe-Si ≤ 6% ;

+ Các ràng buộc ẩn: đối với cặp thuốc hàn – dây hàn (F7A2 – EL8), yêu c u về hàm lượng của các nguyên tố hợp kim chủ yếu trong thành ph n h a học kim loại mối hàn như sau:

Mn ≤ 1,25 % Si ≤ 0,55 %

- Xác định giá trị các biến (Fe-Mn, Fe-Si) thỏa mãn các điều kiện của hàm m c tiêu như sau:

1,1 ≤ Mn ≤ 1,25 % 0,40 ≤ Si ≤ 0,55 %

Kết quả:

Giải bằng ph n mềm tối ưu chuyên d ng MODDE 5.0 với các ràng buộc c điều kiện, ta xác định được các giá trị Fe-Mn và Fe-Si như sau:

Fe-Mn Free 2 10

Mn Target 0.5 1.1 1.25 1.35

Si Target 0.5 0.35 0.5 0.6

S Exclude P Exclude

Fe-Mn Fe-Si Mn Si S P iter log(D) 6.5015 2 0.9053 0.5818 0.0109 0.0325 78 0.1725 7.6379 2 1.1245 0.6681 0.0111 0.0341 76 -0.0546 8.3552 2 1.27 0.7438 0.0113 0.0352 106 0.1749 7.8036 2.0117 1.1586 0.6856 0.0111 0.0343 61 -0.0205 7.7863 2 1.1541 0.6824 0.0111 0.0343 81 -0.0295 6.635 2 0.9303 0.5898 0.0109 0.0326 75 0.1262 7.6 2 1.117 0.6646 0.0111 0.034 97 -0.0585 6.6786 2 0.9385 0.5926 0.0109 0.0327 68 0.1113

Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn và hàn kết hợp với dây hàn EL8 dự kiến cho các kết quả sau:

Giá trị các biến thực, % Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %

Fe-Mn Fe-Si Mn Si C S P

7,5 2,0 1,1132 0,671 0,074 0,0111 0,322

Với hàm lượng các ferô tìm được ở trên khi hàn th nghiệm với dây hàn EL8 trên các mẫu hàn và tiến hành phân tích thành ph n h a học kim loại mối hàn, ta được các kết quả sau đây:

Bảng 5.1. Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn.

Giá trị các biến thực, % Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %

Fe-Mn Fe-Si C Mn Si S P

7,5 2,0 0,0874 1,0179 0,4886 0,0073 0,0239

Kết quả th phân tích thành ph n h a học kim loại mối hàn khi hàn bằng thuốc hàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên và tiến hành hàn với dây EL8 trên mẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên như sau.

5.4. Kiểm tra cơ t nh kim loại mối hàn

Thuốc hàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên và tiến hành hàn với dây EL8 trên mẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên.

5.4.1. Các mẫu thử cơ t nh kim loại mối hàn

Hình 5.7. Quá trình hàn mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn

Hình 5.9. Các mẫu sau khi thử độ dai va đập kim loại mối hàn

5.4.2. Kết quả thử cơ t nh kim loại mối hàn

Kết quả th cơ tính kim loại mối hàn khi hàn bằng thuốc hàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên và tiến hành hàn với dây EL8 trên mẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên như sau.

Hà Nội, ngày 09 tháng 09 năm 2013 (Hanoi, September 09th -2013)

GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM

(Certificate of Test Result)

Thử kéo

Tên mẫu thử nghiệm (Sample): Mẫu thép hàn F23

Ngày nhận mẫu: 07/09/2013

Đơn vị gửi mẫu (Client): Phan Văn Chỉnh

Địa chỉ (Address): Đại Học B ch Khoa Hà Nội Thiết ị thử nghiệm (Test

equipment): H011- Matest- Italia

Phƣơng ph p thử nghiệm (Test

method):

Thử kéo - TCVN 197:2002 (ISO 6892:1998)

Kết quả (Test Result):

Tiết diện (mm2) Giới hạn chả (MPa) Giới hạn ền (MPa) Độ giãn dài (%) 176.714 441.390 530.183 23.750

Hà Nội, ngày 09 tháng 09 năm 2013 (Hanoi, September 09th -2013)

GIẤY CHỨNG NHẬN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM

(Certificate of Test Result)

Thử va đập

Tên mẫu thử nghiệm (Sample): Chi tiết như bảng kết quả

Đơn vị gửi mẫu (Client): Phan Văn Chỉnh Địa chỉ (Address): Đại Học B ch Khoa Hà Nội Ngà gửi mẫu (Sending date): 07/09/2013

Ngày thí nghiệm (Test date): 09/09/2013 Thiết ị thử nghiệm (Test

equipment):

M thử va đập WPM HECKERT – Đức

Phƣơng ph p thử nghiệm (Test

method):

Thử va đập - ASTM E23:2002

Kết quả (Test Result):

STT Tên mẫu Nhiệt độ thử (oC) C ng va đập (J) 1 Mẫu F23-1 -29oC 174 2 Mẫu F23-2 -29oC 105 3 Mẫu F23-3 -29oC 129 Kết luận

- Các kết quả th cơ tính cho thấy hàm lượng Mn và Si trong kim loại mối hàn đáp ứng tốt yêu c u đề ra, đặc biệt độ dai va đập cao hơn giá trị yêu c u tối thiểu rất nhiều.

- Các kết quả trên làm cơ sở cho việc xác định hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn F7A2 để đạt thành ph n h a học và cơ tính kim loại mối hàn theo yêu c u

- Với hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong m liệu thuốc hàn F7A2 cùng với các chất trong nh m tạo xỉ như đã th nghiệm c thể ứng d ng đơn thuốc hàn này để sản xuất th nghiệm thuốc hàn thiêu kết mác F7A2 kết hợp với dây hàn EL8.

5.5. Giới thiệu thuốc hàn để sản uất thử nghiệm

Với hàm lượng các ferô xác định được kết hợp với dây hàn EL8 đã tiến hành hàn th nghiệm và phân tích thành ph n h a học, th cơ tính kim loại mối hàn đều đáp ứng tốt các tiêu chí yêu c u.

Do vậy, c thể s d ng các kết quả nghiên cứu trên, đưa hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si vào m liệu thuốc hàn F7A2 để sản xuất th nghiệm như sau:

Bảng 5.2. Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn để sản xuất thử nghiệm thuốc hàn F7A2.

Hàm lượng các ferô hợp kim, %

Hàm lượng các nguyên tố trong kim loại mối hàn, %

Fe-Mn Fe-Si C Mn Si S P

7,5 2,0 0,0874 1,0179 0,4886 0,0073 0,0239

Thành ph n h a học và cơ tính kim loại mối hàn khi hàn bằng thuốc hàn F7A2 đã được th nghiệm đạt yêu c u.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận:

Đề tài đã nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong m liệu thuốc hàn vào kim loại mối hàn. Kết quả nghiên cứu chủ yếu và ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài có thể t m tắt qua một số điểm sau đây:

Trong phạm vi nghiên cứu, tác giả đã giải quyết được các nội dung chính sau:

 Nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong m liệu thuốc hàn F7A2 vào kim loại mối hàn. Qua đ cho thấy vai tr chất kh và hợp kim h a của các nguyên tố hợp kim phổ biến là Mn và Si, cũng như mức độ ôxi h a các nguyên tố hợp kim của nền tạo xỉ của loại thuốc hàn này.

 ng d ng quy hoạch thực nghiệm, xây dựng được các phương trình toán học mô tả định lượng mối quan hệ giữa hàm lượng các nguyên tố hợp kim Mn và Si trong kim loại mối hàn ph thuộc vào hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong m liệu thuốc hàn F7A2.

 Các đường đặc trưng mô tả dạng 2D và 3D các quan hệ toán học nghiên cứu được phản ánh trực quan các kết quả nghiên cứu và cho thấy sự phù hợp cao với l thuyết.

 Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để xác định hàm lượng các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn F7A2 để đạt được hàm lượng các nguyên tố hợp kim Mn, Si và tạp chất và cơ tính kim loại mối hàn theo yêu c u.

 Các kết quả nghiên cứu của đề tài c nghĩa khoa học, tính mới và có giá trị thực tiễn cao đối với việc ngiên cứu sản xuất thuốc hàn bazơ thấp.

2. Kiến nghị:

Nếu c điều kiện nên nghiên cứu ảnh hưởng của các ferô Fe-Mn và Fe-Si đưa vào m liệu thuốc hàn F7A2 đến hàm lượng ôxi trong kim loại mối hàn. Bởi chức năng kh tạp chất trong đ nhiệm v kh ôxi của các nguyên tố hợp kim là nhiệm v hàng đ u, tuy nhiên mức độ tồn tại của n trong kim loại mối hàn ở dạng các