Đánh giá tình cơng nghệ hàn của thuốc hàn với thành phần nghiên cứu được có tham khảo cách đánh giá của các tài liệu [14, 94].
4.2 Kiểm tra thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn
4.2.1 Kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn
Kết quả thử phân tích thành phần hóa 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 EM12K trên mẫu theo tiêu chuẩn ANSI/AWS B4.0, Standard Methods
for Mechanical Testing of Welds như sau:
Bảng 4.12 Thành phần hoá học kim loại mối hàn dùng thuốc hàn F7A4-BK với
dây hàn EM12K
Giá trị các biến thực, % Thành phần hóa học kim loại mối hàn, %
Fe-Mn Fe-Si C Mn Si S P
5 1 0,0694 1,567 0,401 0,0062 0,0244
Các số liệu thử nghiệm thành phần hóa học cho thấy:
- Hàm lượng Mn thấp hơn giá trị tính tốn theo phương trình hồi qui khoảng 5% (cụ thể là 5,71%);
- Hàm lượng Si cao hơn giá trị tính tốn dưới 10% (cụ thể là 9,2%); - Hàm lượng các nguyên tố cacbon trong phạm vi cho phép.
- Hàm lượng các nguyên tố tạp chất có hại như S và P thấp đạt yêu cầu. Như vậy kết quả tính tốn theo phương trình hồi qui và kết quả phân tích khá trùng khớp nhau, mức độ sai số thấp. Hơn nữa hàm lượng Fe-Si được lấy ở cận dưới của giá trị biên, mà độ chính xác có thể chấp nhận được cịn giá trị Fe-Mn nằm gần vùng trung tâm nên giá trị chính xác hơn.
Các kết quả nhận được đáp ứng tốt yêu cầu đề ra.
4.2.2 Kiểm tra các chỉ tiêu cơ tính 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 EM12K trên mẫu theo tiêu chuẩn ANSI/AWS B4.0, Standard
Hình 4.3 Mẫu đã hàn xong chuẩn bị gia cơng mẫu thử cơ tính kim loại mối hàn
Hình 4.4 Mẫu sau khi thử kéo kim loại mối hàn
Hình 4.5 Các mẫu sau khi thử độ dai va đập kim loại mối hàn
Kết quả thử 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 EM12K trên mẫu theo tiêu chuẩn đã nêu ở trên như sau:
Bảng 4.13 Kết quả kiểm tra cơ tính mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn EM12K
Mẫu thử Tiết diện
(mm2) Giới hạn chảy (MPa) Giới hạn bền (MPa) Độ giãn dài (%) F7A4-BK- EM12K 174.835 417.538 497.316 34.286
Bảng 4.14 Kết quả kiểm tra độ dai va đập mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn
EM12K
STT Tên mẫu Nhiệt độ thử, (oC) Công va đập, (J)
1 Mẫu F44-1 -40oC 198
2 Mẫu F44-2 -40oC 92
3 Mẫu F44-3 -40oC 203
Các kết quả thử cơ tính kim loại mối hàn dùng F7A4-BK có hàm lượng Mn và
Si nghiên cứu được kết hợp với dây hàn EM12K cho kim loại mối hàn đáp ứng tốt yêu cầu đề ra, đặc biệt độ dai va đập cao hơn giá trị yêu cầu tối thiểu rất nhiều.
Kết luận chương 4:
Từ các phương trình hồi quy đã được xây dựng ở 3 nhóm chỉ tiêu, theo sơ đồ thuật tốn tối ưu đã tiến hành xác định hàm lượng tối ưu của các chất trong từng nhóm cho các kết quả dưới đây:
- Xác định hàm lượng tối ưu của các chất tạo xỉ chủ yếu trong mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK, đảm bảo chiều dài hồ quang tới hạn và tính cơng nghệ hàn.
- Trên cơ sở quy luật dịch chuyển của Mn và Si từ các ferô Fe-Mn và Fe-Si trong mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK vào kim loại mối hàn và yêu cầu thành phần hóa học kim loại mối hàn theo hàm lượng Mn và Si đã tìm được tỷ lệ Fe-Mn và fe-Si cần thiết đưa vào mẻ liệu thuộc hàn một cách hợp lý.
- Xác định được hàm lượng huỳnh thạch cần đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK và các thông số chế độ thiêu kết thuốc hàn tối ưu đảm bảo lượng hiđrô trong mối hàn yêu cầu nhỏ hơn 4 cm3/100g kim loại đắp.
- Các kết quả kiểm tra về tính cơng nghệ hàn, thành phần hóa học và các chỉ
tiêu cơ tính kim loại mối hàn sử dụng F7A4-BK với thành phần nghiên cứu được kết hợp với dây hàn EM12K đều đáp ứng tốt yêu cầu đề ra.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận:
Luận án đã nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình F7A4-BK theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80. Kết quả nghiên cứu cho phép rút ra các điểm chủ yếu sau đây:
- Lựa chọn được nền tạo xỉ hợp lý, sử dụng nhiều nguyên liệu trong nước, cụ thể đã chọn nền tạo xỉ dưới đây:
MgO – Al2O3 – CaF2 – TiO2
Với tỷ lệ các nhóm chất tìm được giá trị chỉ số bazơ trong phạm vi hệ bazơ trung bình, đáp ứng yêu cầu.
- Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm xây dựng được phương trình hồi qui phản ánh sự ảnh hưởng của các chất tạo xỉ chủ yếu của mẻ liệu thuốc hàn (MgO, Al2O3, CaF2, TiO2) đến các đặc tính cơng nghệ hàn của thuốc hàn là chiều dài hồ quang tới hạn, có độ tương thích cao với hệ số tương quan R2 = 0,731.
- Từ phương trình hồi quy đã mơ tả được đặc trưng ảnh hưởng ở dạng 2D và 3D của MgO, Al2O3, CaF2, TiO2 đến chiều dài hồ quang tới hạn, các kết quả nghiên cứu này có tính mới, bổ sung số lý thuyết về vật liệu hàn.
- Nền tạo xỉ thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình F7A4-BK đã sử dụng MgO thay thế cho CaO (đưa vào ở dạng CaCO3) kết hợp với các chất Al2O3, CaF2, TiO2 với tỷ lệ hợp lý có các đặc tính cơng nghệ tốt, q trình hàn ổn định, tạo dáng mối hàn đẹp, xỉ hàn tự bong. Đây là điểm mới về lựa chọn loại nền tạo xỉ hàn cho mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình.
- Xây dựng được quy luật dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim Mn, Si từ thuốc hàn vào kim loại mối hàn trong hệ xỉ bazơ trung bình. Trên cơ sở đó xác định được tỷ lệ các Fe-Mn và Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn đảm bảo thành phần hóa học kim loại mối hàn đáp ứng các chỉ tiêu cơ tính của kim loại mối hàn.
- Xây dựng được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ sấy thiêu kết thuốc hàn hệ xỉ bazơ trung bình đến lượng hiđrơ trong mối hàn. Trên cơ sở đó đã xác định được giá trị các thông số chế độ sấy thiêu kết thuốc hàn là: nhiệt độ sấy 755°C, thời gian sấy 103 phút cho lượng hiđrô trong mối hàn là 3,36 cm3/100g nhỏ hơn yêu cầu là 4 cm3/100g kim loại đắp.
- Đã đề xuất được sơ đồ thuật toán tối ưu thành phần mẻ liệu thuốc hàn theo các mơ đun cho phép giảm số lượng thí nghiệm và chi phí thí nghiệm. Trên cơ sở giải
bài tốn tối ưu đã xác định được tỷ lệ hợp lý các chất trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK đáp ứng tốt các chỉ tiêu đề ra.
- Thành phần mẻ liệu thuốc hàn với tỷ lệ các chất tối ưu cùng với các chất còn lại được giữ cố định như bảng dưới đây đã được chế tạo và hàn thử nghiệm với dây hàn EM12K.
Thành phần mẻ liệu thuốc hàn tối ưu, %
MgO Al2O3 CaF2 TiO2 Fe-Mn Fe-Si Còn lại
24,9 23,6 12 19,5 5 1 14,0
Các chất cịn lại gồm: 6% bột đá vơi (CaCO3), 6% trường thạch, 2% cao lanh và khoảng 12-14g nước thủy tinh kali khô cho 100g mẻ liệu.
- Số liệu kiểm tra các chỉ tiêu về tính cơng nghệ, lượng hiđrơ, thành phần hóa học hóa học kim loại mối hàn và các chỉ tiêu cơ tính của kim loại mối hàn đáp ứng yêu cầu của cặp thuốc hàn F7A4-EM12K.
- Các kết quả và phương pháp nghiên cứu trong luận án này có ý nghĩa quan trọng bổ sung về lý thuyết và thực tiễn trong lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất vật liệu hàn.
Kiến nghị:
Để xây dựng bộ số liệu đầy đủ về thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ, cần kết hợp với kết quả nghiên cứu của các thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ thấp và cao, trên cơ sở đó cho phép xây dựng bổ sung các quy luật ảnh hưởng của chỉ số bazơ của thuốc hàn thiêu kết đến các chỉ tiêu chất lượng kim loại mối hàn quan trọng khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vũ Huy Lân, Bùi Văn Hạnh (2010), Giáo trình Vật liệu hàn, NXB BK Hà Nội.
[2] AWS D1.1/D1.1M (2006), “Structural Welding Code – Steel”.
[3] Vũ Huy Lân (2016), “Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật
liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp”, Đề tài KH-CN, mã số KC.02.04/11-15 Bộ KH&CN.
[4] Nguyễn Văn Thống (2008), “Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật liệu
trong nước để hàn kết cấu thép”, Đề tài KH-CN, mã số 242.07RD/HĐ-KHCN Bộ
Công Thương.
[5] Đặng Trần Lương (2008), “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất bột hàn gốm
dùng để hàn tự động thép có độ bền cao dưới lớp thuốc trợ dung”, Đề tài KH-CN,
Bộ Công Thương.
[6] Đào Quang Kế (2013), “Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn gốm bằng vật liệu trong
nước để hàn kết cấu thép thay thế cho thuốc hàn nhập ngoại”, Đề tài KH-CN, mã
số B2012-11-12 Bộ Giáo dục và Đào tạo.
[7] ESAB Welding Co., LTD (2005),“ESAB Welding Consumables”.
[8] Huyndai Welding Co., LTD, Korea (2007), “Hyundai Welding Consumables”. [9] UTP Welding Consumables (2004), Bohler Thyssen Welding Gr, Germany. [10] Kobe Steel LTD., Japan (2009), “Kobelco Welding Handbook”.
[11] Lincoln Welding Co., LTD., USA (2005), “Lincoln Welding Handbook”. [12] Chosun Welding Co., LTD, Korea (2004), “Chosun Welding Consumables”. [13] AWS Welding Handbook (2001), “9th Edition”.
[14] Пoтaпов Н. Н. (1989), Сварочные материалы для дуговой сварки.
Машиностроение, Москва.
[15] Петров Г. Л. (1972), Сварочные материалы. Машиностроение, Ленинград. [16] US Patent № 3,627,592 (1971), “Method of producing welding flux”.
[17] US Patent № 5,300,754 (1994), “Submerged Arc Flux and Method of making
same”.
[18] Ngô Lê Thông (2004), “Cơng nghệ hàn điện nóng chảy” ,Tập 1, NXB Khoa học và
Kỹ thuật.
[19] Nguyễn Văn Thông (2004), “Vật liệu và công nghệ hàn”, Nhà xuất bản Khoa học
và kỹ thuật.
[20] ASM Welding Handbook (1993), “Brazing and Soldering”, vol 6 – Welding. [21] Kanjilal P., Majumdar S. K.(2004), “Prediction of submerged arc weld-metal
composition from flux ingredients with the help of statistical design of mixture experiment”, Scandinavian Journal of Metallurgy, June, 146–159.
[22] Krishankant, Mohit Bector, Rajesh Kumar and Jatin Taneja (2012), “Application of
response surface modeling for determination of flux consumption in submerged arc welding by the effect of various welding parameters”, India.
[23] Saurav Datta, Asish Bandyopadhyay, Pradip Kumar Pal (2008), “Modeling and optimization of features of bead geometry including percentage dilution in submerged arc welding using mixture of fresh flux and fused slag”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 03, 1080-1090.
[24] Vũ Huy Lân (2016), “Optimization of welding slag forming ingredients of the
agglomerated high basic flux for submerged arc welding”, Tạp chí Khoa học và
Công nghệ các trường ĐH kỹ thuật, Số 112, Trang 24-29, ISSN: 2354-1083.
[25] Ajay Kumar, Hari Singh, Sachin Maheshwari (2013), “Research Article XRD and
DTA Analysis of Developed Agglomerated Fluxes for Submerged Arc Welding”,
Journal of Metallurgy.
[26] Gen-sheng Feng, Sheng-li Wu, Hồng-liang Han, La-wen Ma, Wei-Zhong Jiang, Xiao-Qin Liu (2011), “Sintering characteristics of Fluxes and their structure
optimization”, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, Vol.
18, № 3, 270-276.
[27] Nguyễn Minh Tuyển (2005), “Quy hoạch thực nghiệm”, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[28] Hà Vĩnh Hưng, Huỳnh Trung Hải (2014), “Mơ hình hóa quy trình hịa tách thu hồi
thiếc chì từ bản mạch in thiết bị điện tử gia dụng thải bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 19, Trang 16-21.
[29] Nyangi Chacha1, Nils Dyrset, Godliving Mtui1, Jamidu Katima, Godwill Mrema (2013), “Optimisation of Fermentation Process Variables for Bioethanol
Production from Pinus patula Chipped Wood Residue Using Saccharomyces cerevisiae ATCC 96581”, International Journal of Environment and Bioenergy,
5(3), Trang 123-135.
[30] Ademola D. Adeyeye, Festus A. Oyawale (2010), “Optimisation of weld-metal
chemical composition from welding flux ingredients”, Maejo Int. J. Sci. Technol, N4, 347-359.
[31] Vũ Huy Lân (2016), “Tối ưu hóa thành phần nền tạo xỉ thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ
thấp”, Tạp chí Cơ khí VN, Số 5, Trang 30-36, ISSN: 0866-7056.
[32] Vũ Huy Lân (2013), “Nghiên cứu chế tạo thuốc bọc que hàn thép không gỉ E308
bằng nguyên vật liệu trong nước”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học và Cơng nghệ tồn
quốc về Cơ khí - NXB Khoa học tự nhiên và Cơng nghệ.
[33] Ademola David Adeyeye and Festus Adekunle Oyawale (2009), “Weld-metal
Property Optimization from Flux Ingredients Through Mixture Experiments and Mathematical Programming Approach”, Materials Research, Vol. 12, No. 3, 339-343.
[34] Adeyeye A. D., Allu A. J. (2017). “A Compromise Programming Approach to
Welding Flux Performance Optimization”, Proceedings of the International
Conference on Industrial Engineering and Operations Management Bogota, Colombia, October 25-26, 53-63.
[35] Lê Công Dưỡng (1997), “Vật liệu học”, NXB KHKT. [36] Nghiêm Hùng (2004), “Vật liệu học”, NXB KHKT.
[37] ASTM 3th Edition (2002), “Handbook of comparative World Steel Standards”.
[38] Trí Phúc Ngơ, Trần Văn Địch (2003), “Sổ tay sử dụng thép thế giới”, NXB Khoa
học và Kỹ thuật.
[39] Подгаецкий В. В. (1964), Сварочные шлаки. Наукова Думка, Киев.
[40] Spetselektrode, 2000, “Covered electrodes for manual arc welding, deporting and
cutting”.
[41] Nadkarni S.V.. “Modern Arc Welding Technology”, Oxford & IBH Publishing Co. PVT. Ltd, New Delhi.
[42] US Patent № 3,769,099 (1973), “Bonded arc welding flux and liquid binding agent
therefur”.
[43] US Patent № 3,932,200 (1976), “Flux for a build-up welding”.
[44] US Patent № 4,017,339 (1977), “Flux for use in submerged arc welding of steel”. [45] US Patent № 4,036,671 (1977), “Flux for the submerged arc welding of ordinary,
semlalloyed or special steels.
[46] US Patent № 4,221,611 (1980), “Non-fused Flux composition for Submerged Arc
Welding”.
[47] US Patent № 4,363,676 (1982), “Granular flux for pipe welding”. [48] US Patent № 4,675,056 (1987), “Submerged Arc Welding Flux”.
[49] Rana A Anaee, Wafaa M Salih, Ban F Dawood (2016), “Effect of Heat Treatments
on Microhardness and Roughness of Al-4Ti/1wt% MgO Composite”, Chemistry
Research Journal, 1(4):105-109, ISSN: 2455-8990.
[50] US Patent № US 7,727,339 B2 (2010), “Submerged arc flux”.
[52] Junaid Yawar, 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.
[53] Ball D.F., Dartnell J., Davison J., Grieve A., Wird R., Sinter Quality (1973), “Chemical and Physical changes during sintering, Heinemann educational books
Agglormeration of iron ores”, American Elsevier Publishing Company, Inc.
[54] Schwemmer D. D., Olson D. L., Williamson D. L (1979), “The Relationship of
Weld Penetration to the Welding Flux”, Welding Journal, 5, 153-160.
[55] US Patent № 4,066,478 (1978), “Basic agglomerated flux with a high CaO content
[56] TCVN 7472-2005 (ISO5817-20), “Mức chất lượng đối với khuyết tật hàn”.
[57] Moлодык Н. В., Зенкин А. С. (1996), Восстановление деталей машин.
Машиностроение, Москва.
[58] Ahmadreza Arefpour, Ahmad Monshi, Taghi Khayamian, Ali Saidi (2012),
“Investigation of Viscosity’s Effects on Continuous Casting of Steel Mold Powders
Containing B2O3, Li2O, TiO2, Fe2O3, ZnO and Na2O”, Journal Engineering, No4, 435-444.
[59] TCVN 2362 : 1978, “Dây thép hàn”.
[60] TCVN 3223 : 2000, “Que hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp”.
[61] Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh, Võ Văn Phong (2006), “Giáo trình cơng nghệ
hàn”, NXB Giáo dục.
[62] TCVN 3909: 2000, “Que hàn điện dùng cho thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp
- phương pháp thử”.
[63] Vũ Huy Lân, Trịnh Duy Long (1989), “Ảnh hưởng của nền tạo xỉ đến sự hợp kim
hóa kim loại mối hàn khi hàn đắp dưới lớp thuốc”, Tạp chí Cơ khí VN, № 5.
[64] Vũ Huy Lân (2013), “Nghiên cứu ảnh hưởng của nền tạo xỉ đến hiệu quả hợp kim
hóa kim loại mối hàn bằng Mn và Si khi chế tạo một số que hàn thép cabon thông dụng”, Kỷ yếu Hội nghị khoa học và cơng nghệ tồn quốc về Cơ khí 2011 - NXB
Khoa học tự nhiên và Công nghệ.
[65] Vũ Huy Lân (2016), “Nghiên cứu hợp kim hóa kim loại mối hàn từ thuốc hàn thiêu
kết hệ bazơ thấp”, Tạp chí Cơ khí VN, Số 3, Trang 30-36, ISSN: 0866-7056.
[66] Закс И. А. (1996). Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов.
Welcome, Санкт-Пeтepбypг.
[67] Kaтaлoг o cваркe, рeзкe, наплавкe (2005),... ИЭС им. E. O. Пaтонa НAН Укрaины, Киев.
[68] Рыжков Ф. Н., Bopoтников В. В., Артеменко Ю. А., Ву Гуй Лан, Усикова Н. Ю., Замулина И. Н (2000), Повышение эффективности поверхностного упрочнения наплавкой путем формирования комбинированных твердых покрытий. Курск. Гос. Техн. Ун-т. Курск.143c.
[69] US Patent № 4,436,562 (1984), “Basic bonded fluxes for submerged arc welding
having an excellent removability of slag at a narrow groove”.
[70] Lê Văn Thoài, Nguyễn Minh Tân, Hoàng Văn Châu (2016), “Độ dai va đập kim
loại mối hàn trong công nghệ hàn tự động với bột kim loại bổ sung”, Kỷ yếu Hội
nghị khoa học và cơng nghệ tồn quốc về Cơ khí – Động lực 2016 - NXB Bách khoa Hà Nội.
[71] Allen D. J., Chew B., Harris P (1982), “The Formation of Chevron Cracks in
[72] Ana Ma. Paniagua-Mercado, Victor M. López-Hirata, Maribel L (2005), “Influence
of the chemical composition of flux on the microstructure and tensile properties of submerged-arc welds”, Journal of Materials Processing Technology.
[73] Masood Aghakhani1, Hamed Shahverdi Shahraki (2014), “Modeling and
Optimizing the Hardness of the Melted Zone in Submerged Arc Welding Process using Taguchi Method”.
[74] Chandra R.K., Majid M., Arya H.K. 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”, Journal of Material
Science & Engineering, Volume 5, Issue 4, 1-5.
[75] Kanjilal P., Pal T. K., Majumdar S. K. (2007), “Prediction of Element Transfer in
Submerged Arc Welding”, Welding Journal 86(5): 135 –146.
[76] Kiji N., Kobayashi K., J. Ishii J., Yamaoka H (2003), “Development of high efficiency arc welding methods”, The Paton Welding Journal, No10-11, 56 – 60.
[77] Mark F. Mruczek, Paul J. Konkol, Stan Ferree, Mike Siedzinski (2008), “Reducing
Mn Fumes through Electrode Development”, Welding Journal, 25-29.