Các biến số
Biến thực Biến mã hoá
CaF2 (%), Z1 Ts (°C), Z2 t (phút), Z3 X1 X2 X3
Mức trên (Xi max =+1) 20 850 120 +1 +1 +1
Mức cơ sở (Xi0 = 0) 15 700 90 0 0 0
Mức dưới (Xi min =–1) 10 550 60 –1 –1 –1
Khoảng biến thiên ΔZi 5 150 30
b) Tiến hành thí nghiệm
Kế hoạch thực nghiệm trực giao 2 mức tối ưu với số thí nghiệm lặp của mỗi thí nghiệm là 3. Số thí nghiệm với bài tốn 3 biến số là 17. Các kết quả thực nghiệm của các chỉ tiêu sau khi xử lý loại bỏ những số liệu chứa sai số thô, giá trị trung bình của các thí nghiệm được dẫn ra bảng dưới đây:
Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm đo hàm lượng hiđrơ trong mối hàn
№ thí nghiệm
Giá trị các biến thực Giá trị các mã hóa
Giá trị hàm mục tiêu– hàm lượng H2 trong mối hàn, cm3/100g Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3 Y 1 10 550 60 –1 –1 –1 10,58 2 20 550 60 +1 –1 –1 9,78 3 10 850 60 –1 +1 –1 3,89 4 20 850 60 +1 +1 –1 3,11 5 10 550 120 –1 –1 +1 10,34 6 20 550 120 +1 –1 +1 9,57 7 10 850 120 –1 +1 +1 3,02 8 20 850 120 +1 +1 +1 2,34 9 8,9 700 90 –1,215 0 0 4,65 10 21,1 700 90 +1,215 0 0 3,82 11 15 517,7 90 0 –1,215 0 11,34 12 15 882,5 90 0 +1,215 0 3,55 13 15 700 53,5 0 0 -1,215 4,60 14 15 700 126,4 0 0 +1,215 3,83 15 15 700 90 0 0 0 4,23 16 15 700 90 0 0 0 4,06 17 15 700 90 0 0 0 4,35
3.3.2 Xử lý số liệu thí nghiệm
Các kết quả thực nghiệm được tiến hành xử lý theo phần mềm chuẩn đó trình bày ở trên cho kết quả phương trình hồi quy mơ tả ảnh hưởng của các biến đầu vào đến hàm lượng hiđrô trong mối hàn như sau:
Bảng 3.9 Các thông số về hàm lượng hiđrô
H2 Coeff. SC Std. Err. P Conf. int(±)
Constant 4.19237 0.0999893 1.14516e-009 0.23644 X1 -0.307305 0.0518959 0.000586592 0.122716 X2 -2.84403 0.0518959 1.76613e-010 0.122716 X3 -0.230229 0.0518959 0.00302098 0.122716 X1*X1 0.0717778 0.0634397 0.29514 0.150013 X2*X2 1.47706 0.0634397 6.84188e-008 0.150013 X3*X3 0.0630222 0.0634397 0.353596 0.150013 X1*X2 0.0094813 0.0502388 0.855663 0.118798 X1*X3 0.0112051 0.0502388 0.829875 0.118798 X2*X3 -0.10257 0.0502388 0.080518 0.118798 N = 17 Q2 = 0.835 Cond. no. = 4.5816 DF = 7 R2 = 0.998 Y-miss = 0 Comp. = 2 R2 Adj. = 0.996 RSD = 0.2076 Conf. lev. = 0.95
Xây dựng được phương trình hồi quy như sau:
H2 = 4,192 – 0,3073X1 – 2,844X2 – 0,2302X3 + 0,011X1X3 – 0,102X2X3 + 0,717X12
+ 1,477X22 + 0,063X32
Hệ số tương quan R2 = 0,998. Nhận xét:
Kết quả xử lý các số liệu thực nghiệm nhận được phương trình hồi qui cho phép rút ra những kết luận quan trọng sau đây:
- Mức độ tương thích của các phương trình hồi qui rất cao, với hệ số tương quan R2 = 0,998.
- Có thể mơ tả sự ảnh hưởng của hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ sấy thiêu kết đến hàm lượng hiđrơ trong mối hàn, trên cơ sở đó xây dựng các đường đặc tính và cho phép xác định hàm lượng huỳnh thạch cần thiết đưa vào thuốc hàn và các thông số chế độ sấy thiêu kết để đảm bảo chế độ công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4–BK hợp lý.
3.3.3 Biểu diễn các đường đặc trưng
Hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào các biến số biểu diễn khi các biến còn lại lấy ở mức cơ sở.
a) Ảnh hưởng của hàm lượng CaF2(%) trong mẻ liệu thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô trong mối hàn và VAHN
3.90 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 4.50 4.60 4.70 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 H2 CaF2
Hình 3.16 Hàm lượng hiđrô (ml/100g kim loại đắp) trong mối hàn phụ thuộc vào
%CaF2 với Ts=700°C và t=90ph
Qua đồ thị cho ta thấy khi hàm lượng CaF2 tăng (khoảng từ 10÷20%) thì hàm lượng hiđrơ trong mối hàn sẽ giảm rất rõ (khoảng từ 467÷395ml/100g). Tuy nhiên, giai đoạn đầu khi hàm lượng CaF2 đưa vào đến 16% thì mức độ giảm mạnh.
b) Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn đến hàm lượng
3 4 5 6 7 8 9 10 600 700 800 H2 T
Hình 3.17 Hàm lượng hiđrơ (ml/100g kim loại đắp) phụ thuộc vào Ts (phút)
với CaF2 =15% và t=90ph.
Đồ thị cho thấy khi nhiệt độ sấy thiêu kết tăng thì hàm lượng hiđrơ trong mối hàn sẽ giảm mạnh (khoảng từ 9,7÷3ml/100g) và khi nhiệt độ sấy thiêu kết tăng (khoảng từ 5500C÷9000C). Đến khoảng 730°C thì mức độ giảm với yếu đi. Đây có thể coi như nhiệt độ tối thiểu và có hiệu quả khi xác lập chế độ sấy thiêu kết.
c) Ảnh hưởng của thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn đến lượng hiđrô
trong mối hàn và VAHN.
4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 4.50 60 70 80 90 100 110 120 H2 tg
Hình 3.18 Hàm lượng hiđrơ (ml/100g kim loại đắp) phụ thuộc vào t (phút)
với CaF2 =15% và Ts=700°C.
Qua đồ thị cho thấy khi thời gian sấy thiêu kết tăng thì hàm lượng hiđrơ trong mối hàn sẽ giảm mạnh. Tuy nhiên, đặc tính ảnh hưởng của nhiệt độ sấy thiêu kết tăng đến hàm lượng hiđrơ trong mối hàn có yếu hơn so với ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết thuốc hàn.
d) Ảnh hưởng của hàm lượng CaF2 và nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn đến lượng hiđrơ.
H2
Hình 3.19 Sự phụ thuộc của hàm lượng hiđrơ vào lượng CaF2 (%) trong thuốc hàn và
nhiệt độ sấy thiêu kết thuốc hàn với t = 90ph
e) Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian sấy thiêu kết đến lượng hiđrơ
H2
Hình 3.20 Hàm lượng hiđrô phụ thuộc vào hàm lượng CaF2 và ts với Ts = 700°C
H2
H2
Hình 3.22 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm
lượng huỳnh thạch CaF2 và nhiệt độ sấy thiêu kết, khi ts = 90 phút.
H2
Hình 3.23 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm
lượng huỳnh thạch CaF2 và thời gian sấy thiêu kết
H2
Hình 3.24 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrơ trong mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng
H2
Hình 3.25 Giản đồ đẳng mức hàm lượng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm lượng
huỳnh thạch CaF2 và thời gian sấy thiêu kết.
Nhận xét: Việc giảm hàm lượng hiđrô phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ sấy thiêu kết, trên lý thuyết là >500oC, nhưng lúc này chưa có tác dụng nhiều phải ở 700oC thì mức ảnh hưởng mới lớn và khi đó hiệu quả tăng hàm lượng huỳnh thạch và thời gian sấy mới thực sự phát huy tác dụng.
Tóm lại: Trên cơ sở quan hệ của các đường đặc tính cho phép rút ra một số kết luận quan trong dưới đây:
- Từ các phương trình hồi quy cho phép xây dựng các đường đặc tính phản ánh sự phụ thuộc của hàm lượng hiđrô trong mối hàn vào hàm lượng huỳnh thạch (CaF2) trong mẻ liệu thuốc hàn, nhiệt độ sấy thiêu kết và thời gian thiêu kết.
- Đặc tính của các đường biểu diễn đó phản ánh rõ ảnh hưởng của cả 3 yếu tố đến hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, cho thấy tác dụng của các yếu tố này.
- Mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố có khác nhau, nhiệt độ sấy thiêu kết và hàm lượng huỳnh thạch (CaF2) trong mẻ liệu thuốc hàn ảnh hưởng rất mạnh đến hàm lượng hiđrô trong mối hàn. Cũng mức độ ảnh hưởng của thời gian thiêu kết yếu hơn 2 yếu tố trên.
- Ngưỡng ảnh hưởng của hiđrô là nhiệt độ trên 700oC
- Khi các yếu tố đạt đến giá trị tới hạn, thì mức độ ảnh hưởng ít thay đổi. Các kết quả này phù hợp với lý thuyết.
3.4 Quy trình cơng nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK
Bảng 3.10 Quy trình cơng nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK T T T NGUYÊN CÔNG MÔ TẢ CHẾ ĐỘ GIA CÔNG YÊU CẦU KỸ THUẬT 1 Nghiền, kiểm tra nguyên liệu đầu vào
- Nghiền nguyên liệu. - Kiểm tra hàm lượng các chất chính. - Kiểm tra độ ẩm. - Máy nghiền, chế độ nghiền phù hợp. - Dùng rây sàng với cỡ hạt thích hợp. - Phân tích thành phần hóa học. - Dụng cụ đo độ ẩm. - Thành phần hóa học các chất chính yêu cầu.
- Cỡ hạt với mỗi loại nguyên liệu.
- Độ ẩm yêu cầu. (theo bảng phụ lục).
2 Phối liệu đơn thuốc
- Cân các chất theo đơn thuốc hàn.
- Phối liệu các chất theo trình tự về tỷ lệ và khối lượng riêng.
- Cân các chất theo đơn thuốc hàn. - Chất có tỷ lệ lớn phối liệu trước. - Chất có khối lượng riêng nhỏ phối liệu trước.
- Cân có độ sai lệch ±1%.
3 Trộn mẻ
liệu khô
- Cho phối liệu khô vào máy trộn.
- Vận hành máy trộn với chế độ yêu cầu.
- Chọn máy trộn thích hợp.
- Thời gian trộn khô tùy thuộc kết cấu máy từ 22 ÷ 30 phút. - Tốc độ thùng quay 30 ÷ 40 vg/ph.
- Thành phần mẻ liệu khô đồng đều.
4
Cấp nước thủy tinh và trộn mẻ
liệu ướt
- Cấp nước thủy tinh vào mẻ liệu khô.
- Cho mẻ liệu ướt vào máy trộn cánh vít hoặc trục vít.
- Lượng nước thủy tinh 21 ÷ 25% trọng lượng phối liệu khô. - Thời gian trộn từ 10 ÷ 20 phút.
- Độ nhuyễn. - Khơng quá nhão.
5 Tạo hạt
thuốc hàn
- Cấp mẻ liệu sau trộn ướt vào thùng chứa thuốc tạo hạt.
- Vận hành máy tạo hạt.
- Tốc độ của cơ cấu tạo hạt từ 60 ÷ 80 vg/phút. - Kích cỡ mắt sàng phù hợp. - Cỡ hạt thuốc hàn 0,8 ÷ 2,2 mm. 6 Sấy sơ bộ
- Cấp thuốc hàn sau tạo hạt vào thùng sấy sơ bộ.
- Vận hành máy sấy sơ bộ.
- Tốc độ thùng quay từ 15 ÷ 20 vg/phút. - Ts=150 ÷300°C. - Độ ẩm ≤ 2%. - Các hạt thuốc hàn khơng bị dính vào nhau, khơng bị nứt.
7 Sấy thiêu kết
- Cấp thuốc hàn đã sấy sơ bộ vào máy sấy thiêu kết. - Vận hành máy sấy thiêu kết. - Hệ số điền đầy 0,7 ÷ 0,8. - Ts ≈ 755°C - ts ≈ 100 phút. - Độ ẩm ≤ 0,4%. 8 Làm nguội
- Cấp thuốc hàn sau sấy thiêu kết vào thùng làm nguội cưỡng bức. - Vận hành máy làm nguội. - Tốc độ thùng quay từ 15 ÷ 20 vg/phút - Dùng nước làm nguội thành ngoài thùng. - Nhiệt độ thuốc hàn sau làm nguội T = 35 ÷ 40°C. 9 Kiểm tra
- Kiểm tra cỡ hạt sau khi làm nguội thuốc hàn.
- Kiểm tra độ ẩm thuốc hàn theo yêu cầu.
- Dùng rây sàng phân loại hạt thuốc. - Dùng dụng cụ đo độ ẩm thuốc hàn. - Cỡ hạt thuốc hàn 0,8 ÷ 2,2 mm. - Độ ẩm ≤ 0,4%. 10 Bao gói
- Bao gói thuốc hàn sau kiểm tra. - Bao bì đảm bảo chống ẩm. - Bao bì: hộp 20 kg; bao 25 kg. - Kí hiệu nhận dạng thuốc hàn. - Độ kín cao. - An tồn khi vận chuyển.
3.4.2 Giới thiệu thuốc hàn F7A4-BK
Bảng 3.11 Bảng hướng dẫn sử dụng thuốc hàn F7A4- BK TIÊU CHUẨN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ HỢP CHUẨN: TIÊU CHUẨN TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ HỢP CHUẨN:
Tiêu chuẩn: AWS A5.17 – 80.
ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG:
- Thuốc hàn F7A4-BK là loại thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình (B ≈ 1,6) tương đương với loại thuốc hàn F7A4 theo tiêu chuẩn Hiệp hội Hàn Mỹ AWS A5.17-80.
- F7A4-BK có tính cơng nghệ hàn rất tốt: hồ quang cháy ổn định, êm, tạo dáng bề mặt rất tốt. Xỉ hàn tự bong, ít khói, khơng rỗ, khơng ngậm xỉ. Bề mặt kim loại mối hàn sáng. Mối hàn có lượng hiđrơ thấp (≤4 cm3/100g) cho phép đạt độ tính
dẻo và độ dai va đập cao.
- F7A4-BK có thể kết hợp với nhiều loại dây hàn EM12, EM12K, EH14 dùng để hàn các kết cấu thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp chịu tải trọng trung bình và cao như: bồn bể chứa áp lực, ống thép, kết cấu chịu lực vỏ tàu.
Khuyến cáo sử dụng:
- Sấy thuốc hàn trước khi sử dụng ở nhiệt độ từ 3000
C ÷ 350°C trong khoảng 1÷2 giờ.
- Có thể sử dụng dịng điện AC hoặc DC+, cho phép hàn ở tốc độ cao. - Tư thế hàn: Hàn bằng (F), hàn ngang (H). QUY CÁCH ĐÓNG GÓI: Trọng lượng tịnh bao (Kg) 25 CƠ TÍNH MỐI HÀN: Thuốc hàn- Dây hàn Giới hạn bền (Mpa) Giới hạn chảy (Mpa) Độ giãn dài (%) Độ dai va đập-400C (J) F7A4–BK– EM12 498 418 34 164
THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN KHUYẾN CÁO SỬ DỤNG: Đường kính dây, mm Chiều dày (mm) Đường hàn Ih (A) Uh (V) Vh (cm/ph) Kim loại cơ bản 4,0 20 3 620 – 720 31 – 35 36 – 56 SM400 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG:
- Chuẩn bị đầy đủ các yếu tố an toàn lao động trước khi hàn. Nguồn điện hàn ổn định.
- Tiến hành các bước hàn theo đúng quy phạm.
- Tẩy sạch các chất bẩn như dầu mỡ, gỉ sét bám vào bề mặt vật hàn, quét sạch vùng hàn để tránh lẫn tạp chất dị vật vào thuốc hàn.
- Khi thuốc hàn ẩm, hàn bị khói, bắn t và khơng ổn định, sỉ khó bong nên cần tiến hành sấy thuốc trước khi hàn.
- Bảo quản thuốc hàn nơi khơ ráo, bao gói kín tránh bụi, ẩm ướt, tránh làm thủng bao bì của thuốc hàn.
- Ln duy trì lượng thuốc bảo vệ đúng chủng loại theo hướng dẫn để có thể có được mối hàn ngấu sâu, khả năng làm việc cao.
Kết luận chương 3:
Trong chương 3, sau khi tiến hành thí nghiệm và xử lý số liệu đã hoàn thành được các nội dung sau:
- Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm xây dựng được phương trình hồi qui phản ánh 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 mô 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 xây dựng được quy trình cơng nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK và các khuyến cáo hướng dẫn sử dụng cần thiết.
Các số liệu trên đây là cơ sở để tối ưu hóa theo từng mơ đun và chọn ra thành phần mẻ liệu theo yêu cầu ở phần sau.
CHƯƠNG 4. XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TỐI ƯU MẺ LIỆU
THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH