Đường kính dây hàn (mm) Loại bao gói Khối lượng (kg)
1,2 Cuộn có cốt 10 1,6 Cuộn có cốt 20 2,4 Cuộn 25 3,2 Cuộn 25 4,0 Cuộn 25 4,8 Cuộn 25 6,4 Cuộn 25
1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn
1.2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở trong nước
Hiện nay ở nước ta, các cơng trình nghiên cứu khoa học về thuốc hàn đã công bố chủ yếu được thực hiện ở một số trường đại học công nghệ, một số viện nghiên cứu thuộc Bộ Công thương hay một số doanh nghiệp sản xuất vật liệu hàn. Các cơng trình nghiên cứu này đã đạt được những kết quả ở mức độ nhất định, có ý nghĩa khoa học và phản ánh đúng nhu cầu thực tiễn sản xuất. Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế, nên số lượng các cơng trình nghiên cứu cịn ít, chất lượng chưa cao, chỉ dừng lại ở giai đoạn chế tạo thử nghiệm và chưa thể triển khai sản xuất công nghiệp thuốc hàn.
Một số công ty, doanh nghiệp kinh doanh đã nhập khẩu thuốc hàn và phân phối ở trong nước, hoặc làm đại lý cho các hãng vật liệu hàn của nước ngoài.
Theo số liệu thống kê năm 2010, chúng ta phải nhập khẩu và sử dụng số lượng thuốc hàn khoảng 15.000 tấn/năm, trong đó thuốc hàn có chất lượng cao cần nhập khẩu khoảng 10.000 tấn/năm [3].
Các kết cấu hàn chế tạo từ thép cacbon thấp như hàn vỏ tàu, hàn ống dẫn dầu, thiết bị áp lực...có yêu cầu chất lượng cao, hầu hết được hàn từ một trong số các loại thuốc hàn của hãng ESAB (Thụy Điển), Hyundai (Hàn Quốc), Lincoln (Mỹ) và Kobelco (Nhật Bản). Về số lượng sử dụng thì thuốc hàn của hãng Hyundai được sử dụng nhiều nhất do giá thành rẻ hơn. Về uy tín và chất lượng thì thuốc hàn của hãng ESAB cao hơn so với các hãng khác. Thuốc hàn của các hãng cịn lại như HOBART (Mỹ), Chosun, Kiswel (Hàn Quốc),...ít được sử dụng hơn do các yếu tố về chất lượng và giá chưa phù hợp. Còn thuốc hàn Trung Quốc chủ yếu dùng cho hàn các kết cấu có u cầu chất lượng khơng cao, giá rẻ.
Ở nước ta nguồn nguyên liệu để sản xuất thuốc hàn rất lớn và phong phú, phân bố ở nhiều vùng khác nhau. Dự kiến những thành phần chủ yếu trong mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết như ilmenite, rutil (Bình Thuận, Quảng Trị, Hà Tĩnh, Thái Nguyên), đá vôi (Yên Bái, Nam Định,...), huỳnh thạch (Sơn La), trường thạch (Lào Cai), Alumina (Lâm Đồng, Đăc Knông), nước thủy tinh (Hải Phòng, Hà Nội), cao lanh (Hải Dương, Phú Thọ, và một số loại fero-hợp kim (Fe-Mn, Fe-Si) (Thái Nguyên, Yên Bái, Hà Tĩnh).
Một số doanh nghiệp sản xuất vật liệu hàn hàng đầu ở Việt Nam
Số lượng các công ty sản xuất vật liệu hàn ở nước ta khá nhiều, bao gồm cả các công ty Việt Nam và công ty vốn nước ngồi. Trong số đó phải kể đến như Công ty Que hàn điện Việt Đức, Công ty Công nghiệp Vật liệu hàn Nam Triệu thuộc tập đồn Cơng nghiệp tàu thủy Việt Nam, Tập đồn Kim Tín, Nhà máy sản xuất Vật liệu hàn Lilama 5, Công ty cổ phần Que hàn Hà Việt, Công ty CP Nam Hà Việt, Công ty Que hàn Hữu Nghị (Phú Thọ), Công ty que hàn Z117, Công ty Vật liệu hàn và Thiết bị hàn Việt Nam, Công ty que hàn Vạn Đạt, Công ty sản xuất que hàn Đại tây dương Việt Nam (Atlantic) (100% vốn Trung quốc), Xí nghiệp que hàn Khánh Hội, Nhà máy que hàn điện Xuyên Á (Quảng Trị), nhà máy que hàn Đại Kiều Thiên Tân (Long An)… Sản phẩm vật liệu hàn chủ yếu của các công ty nêu trên là que hàn điện, dây hàn tự động dưới lớp thuốc, dây hàn MIG/MAG, que hàn TIG,…Tuy nhiên, chưa có doanh nghiệp nào tham gia nghiên cứu và tự sản xuất công nghiệp thuốc hàn thiêu kết, mà chủ yếu là nhập khẩu và phân phối.
Một số cơng trình khoa học nghiên cứu sản xuất thuốc hàn ở Việt Nam
- Đề tài nghiên cứu về thuốc hàn nóng chảy tại Việt Nam tương đương với mác AH – 348 (Liên Xô) đã được thực hiện từ những năm 70 do kỹ sư Nguyễn
Thành Kiên của Viện nghiên cứu máy làm chủ nhiệm đề tài. Kết quả nhận được là chế tạo thành cơng thuốc hàn nung chảy bằng lị điện, tương đương với mác AH – 348 của Liên Xô cũ. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu chỉ dừng lại ở phịng thí nghiệm.
- Đề tài KH-CN 242.07RD/HĐ-KHCN: “Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn nhập ngoại’’ do Kỹ sư Nguyễn Văn Thống làm Chủ nhiệm đề tài năm 2007, thuộc Viện Công nghệ - Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp, Bộ Công thương [4]. Đề tài đã chọn được nền tạo xỉ Nhôm – rutil (tên gọi theo tác giả), nhưng chính xác hơn gọi theo thuật ngữ chuyên ngành là hệ xỉ Ơxit nhơm (Al2O3) – Rutil (TiO2) theo IIW, kí hiệu hệ xỉ hàn này là AR. Đây là nền tạo xỉ hàn có tính cơng nghệ tốt và chất lượng kim loại mối hàn khá cao ứng dụng để hàn kết cấu thép. Kết quả nghiên cứu đã được nghiệm thu tháng 4 năm 2008 và được hàn thử nghiệm ở một số cơ sở.
- Đề tài: “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất bộ hàn gốm dùng để hàn thép có độ bền cao dưới lớp thuốc trợ dung” do Kỹ sư Đặng Trần Lương làm Chủ nhiệm đề tài, thuộc Công ty CP Que hàn điện Việt Đức (Viwelco) hoàn thành và được nghiệm thu tháng 12 năm 2008 [5]. Nội dung đề tài là nghiên cứu về thuốc hàn gốm mác F7-VD (hoặc AR-7), đã chọn được nền tạo xỉ (nhơm – rutil) hay cịn gọi là hệ xỉ hàn: Ơxit nhơm (Al2O3) – Rutil (TiO2) (theo IIW là hệ xỉ hàn AR). Mặc dù công ty đã tiến hành sản xuất thử, nhưng còn một số hạn chế nên chưa thể triển khai sản xuất với qui mô công nghiệp. Đây là loại thuốc hàn hệ axit có chất lượng và tính cơng nghệ tốt, dùng để hàn các kết cấu thép yêu cầu chất lượng thông thường.
- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội: Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại thuộc Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội có cơng trình nghiên cứu về thuốc hàn gốm do nhóm tác giả Vũ Huy Lân, Bùi Văn Hạnh, Trịnh Duy Long,… thực hiện. Các kết quả nghiên cứu về thuốc hàn gốm (hệ rutil – đôlômit – boxit), thuốc hàn hỗn hợp (thuốc hàn nung chảy + bột hợp kim), thuốc hàn đắp,…từ những năm 1984 đã được công bố. Các mác thuốc thử nghiệm với kí hiệu BK.X đã đạt được kết quả nhất định.
- Đề tài: “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất thuốc hàn gốm hệ AR dùng để hàn thép” do PGS. TS. Đào Quang Kế, Học viện Nông nghiệp Việt Nam làm Chủ nhiệm đề tài, có cơng trình nghiên cứu với Đề tài đã hoàn thành và được nghiệm thu tháng 9 năm 2014 [6].
- Đề tài: ”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”, mã số KC.02.04/11 – 15 thuộc Chương trình khoa học và công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước KC.02/11 – 15 do PGS. TS Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm đề tài, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội là Cơ quan chủ trì hồn thành năm 2016. Đề tài đã nghiên cứu và sản xuất 03 loại thuốc hàn thiêu kết sử dụng tối đa nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc kết hợp với dây hàn thích hợp tương đương với tiêu chuẩn của Hiệp hội Hàn Mỹ AWS A5.17 – 80 [3].
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở nước ngồi
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều mác thuốc hàn khác nhau, tuy nhiên theo phương pháp chế tạo và cơng nghệ có thể chia làm 3 loại chủ yếu: thuốc hàn nung chảy, thuốc hàn gốm và thuốc hàn thiêu kết. Việc nghiên cứu sản xuất và ứng dụng sản phẩm thuốc hàn thiêu kết ngày càng được sự quan tâm và phát triển ở nhiều nước công nghiệp tiên tiến. Các nhà nghiên cứu và sản xuất vật liệu hàn nổi tiếng trên thế giới như: ESAB (Thụy Điển), viện Hàn Paton (Ucraina), Messer, Grieshemim (Đức), Hyundai, Chosun (Hàn Quốc), Hobart, Lincoln (Mỹ), Atlantic, Camel, Eagle, SJ (Đài Loan, Trung Quốc)... đã nghiên cứu rất sâu về loại thuốc hàn thiêu kết và sản xuất với số lượng rất lớn [3].
a) Một số hãng lớn sản xuất thuốc hàn trên thế giới:
Hình 1.8 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ
Hãng ESAB (Thụy Điển) [7]:
ESAB là một trong những hãng sản xuất vật liệu hàn lớn và nổi tiếng trên thế giới. Trong số các loại vật liệu hàn của hãng này thì thuốc hàn mà đặc biệt là thuốc hàn thiêu kết chiếm tỷ lệ rất cao. Hệ thống phân loại thuốc hàn của ESAB theo các chỉ tiêu về tính chất hóa học của thuốc hàn – xỉ hàn và các chỉ tiêu khác chi tiết hơn của các hãng khác, thuận tiện cho việc lựa chọn thuốc hàn để ứng dụng hàn các kết cấu thép có yêu cầu về cơ tính và điều kiện kỹ thuật phù hợp.
Các hệ thống kí hiệu và tiêu chuẩn về thuốc hàn đối với các nước có sự khác nhau, hiện nay tiêu chuẩn của Hiệp hội hàn Mỹ (AWS) được sử dụng phổ biến hơn cả, tuy nhiên tiêu chuẩn của AWS chỉ đưa ra cặp thuốc hàn – dây hàn tương ứng để đạt được các chỉ tiêu về cơ tính và thành phần hóa học kim loại mối hàn, mà không
giới thiệu thành phần thuốc hàn và các chỉ số quan trọng có liên quan đến chất lượng thuốc hàn. Hãng ESAB ngồi việc áp dụng theo tiêu chuẩn AWS, cịn giới thiệu các chỉ số về tính chất hóa học (chỉ số bazơ của thuốc hàn – xỉ hàn, tính chất thuốc hàn, lượng thuốc hàn nóng chảy theo chế độ hàn,...) và thành phần của thuốc hàn trong phạm vi cho phép để người sử dụng tham khảo.
Hãng Hyundai (Hàn Quốc) [8]:
Hyundai là hãng sản xuất vật liệu hàn khá nổi tiếng, với các sản phẩm phong phú và đạt sản lượng cũng thuốc top dẫn đầu thế giới. Thuốc hàn thiêu kết của hãng này được sử dụng nhiều trong lĩnh vực sản xuất cơ khí do giá thành rẻ. Tuy nhiên, về uy tín và chất lượng thì thuốc hàn thiêu kết của ESAB cao hơn của Hyundai. Thành phần của thuốc hàn thiêu kết được giới thiệu trong phạm vi rộng để người sử dụng tham khảo.
Hãng Bohler (Đức) [9]:
Các sản phẩm vật liệu hàn của hãng như que hàn vỏ thuốc bọc, thuốc hàn, dây hàn MIG/MAG/SAW, que hàn TIG.... khá đa dạng, đạt chất lượng tốt. Tuy nhiên, sản phẩm thuốc hàn thiêu kết có giá thành nhập khẩu khá cao và cũng không được sử dụng phổ biến tại Việt Nam. Thành phần của thuốc hàn thiêu kết được giới thiệu trong phạm vi rộng để người sử dụng tham khảo.
Hãng Kobelco (Nhật Bản) [10]:
Các sản phẩm que hàn vỏ thuốc bọc, dây hàn MIG/MAG/SAW, que hàn TIG là thế mạnh của hãng này. Tuy nhiên sản phẩm thuốc hàn thiêu kết không thông dụng tại thị trường Việt Nam.
Hãng Metrode (Anh):
Sản phẩm dây hàn và thuốc hàn thiêu kết của hãng có chất lượng tốt, ít được sử dụng hơn so với các hãng thuốc hàn khác do vấn đề về giá thành nhập khẩu đắt.
Hãng Lincoln (Mỹ) [11]:
Các loại thiết bị ngành hàn và vật liệu hàn của hãng có uy tín trên thị trường, được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực cơ khí chế tạo. Thuốc hàn thiêu kết được ứng dụng để hàn các kết cấu thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp cho chất lượng sản phẩm tốt, đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và giá thành rẻ. Thành phần của thuốc hàn thiêu kết được giới thiệu trong phạm vi rộng để người sử dụng tham khảo.
Một số mác thuốc hàn của các hãng vật liệu hàn nổi tiếng thế giới
Trên cơ sở dữ liệu của nhiều hãng sản xuất vật liệu hàn nổi tiếng trên thế giới [3, 7, 8, 13, 14], tác giả lựa chọn một số mác thuốc hàn thiêu kết theo chỉ số bazơ tiêu biểu như bảng dưới đây:
Bảng 1.7 Một số mác thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu và hệ số bazơ theo tiêu chuẩn
của Viện hàn quốc tế (IIW) hoặc ESAB
Kí hiệu thuốc hàn
theo AWS A5.17-80
Một số mác thuốc hàn tiêu biểu của
các hãng Chỉ số bazơ B Nhiệt độ thử đạt độ dai va đập tối thiểu ak(27J), 0C ESAB (Thụy Điển) Hyundai (Hàn Quốc) Viện hàn Paton (Ucraine)
F7A0 OK Flux 10.81 S – 777MX AHK - 44 0,6÷0,9 - 18 F7A2 OK Flux 10.80 S – 727 AHK - 47 1,1 - 29
F7A4 OK Flux 10.71 S – 717 AHK – 561 1,6 - 40
F7A6 OK Flux 10.61 S – 707TP AHK – 57 2,8 - 51 F7A8 OK Flux 10.62 S – 787TB 48AHK -54 3,4 - 62
Những mác thuốc hàn thiêu kết có chỉ số bazơ tiêu biểu (B = 0,6 ÷ 3,4) sẽ kết
hợp với các loại dây hàn có hàm lượng các nguyên tố hợp kim khác nhau sẽ cho kim loại mối hàn đạt các chỉ tiêu cơ tính và các đặc tính kỹ thuật tương ứng để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép đa dạng.