Thạc Sĩ Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn

2

Mục lục


Lời mở đầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Phần I. Khái quát về thuốc hàn cho máy hàn tự động . . . . . . 3
I. Việc bảo vệ mối hàn trong hàn nóng chảy. . . . . . . . . 3
1. ảnh h-ởng của không khí đến mối hàn. . . . . . . . . 3
2. Công việc bảo vệ mối hàn. . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Các ph-ơng pháp bảo vệ mối hàn. . . . . . . . . . . . 4
4. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của ô-xy. . . . . . 5
5. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của hiđrô. . . . . . 7
6. Vai trò của xỉ hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7. Yêu cầu hợp kim hóa mối hàn. . . . . . . . . . . . . 11
II. Thuốc hàn cho máy hàn tự động. . . . . . . . . . . . . . 1 1
1. Hoạt động của máy hàn tự động. . . . . . . . . . . . 11
2. Tác động của thuốc hàn ở máy hàn tự động. . . . . . 13
3. Các loại thuốc hàn tự động. . . . . . . . . . . . . . . 14
III. Thuốc hàn tự động dạng gốm. . . . . . . . . . . . . . . 15
1. Các nhóm thuốc hàn tự động dạng gốm. . . . . . . . . 15
2. Vật liệu làm thuốc hàn dạng gốm. . . . . . . . . . . . 16
Phần II. Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm. . . . 18
I. Lựa chọn loại thuốc hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
II. Lựa chọn các thành phần trong thuốc hàn. . . . . . . . 18
III. Quy trình chế tạo thuốc hàn dạng gốm . . . . . . . . . 22
IV. Dây chuyền thiết bị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
V. Sản xuất thử nghiệm thuốc hàn. . . . . . . . . . . . . . 25
VI. Công thức pha trộn nguyên liệu . . . . . . . . . . . . . 26
Phần III. Kết luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
I. Đặc tính kĩ thuật của thuốc hàn chế tạo. . . . . . . . . . 27
II. So sánh với thuốc hàn nhập ngoại. . . . . . . . . . . . . 27
III. H-ớng dẫn sử dụng thuốc hàn chế tạo . . . . . . . . . . 28
IV. Khả năng chế tạo trong n-ớc . . . . . . . . . . . . . . . 28
Phần IV Phụ lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Tài liệu tham khảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3



Lời mở đầu

Trong sự phát triển chung của nghành công nghiệp, nghề hàn đóng một vai
trò quan trọng. Rất nhiều thiết bị hàn hiện đại, với kỹ thuật mới đ-ợc du nhập
vào n-ớc ta. Trong các thiết bị hàn công nghệ mới này có thiết bị hàn hồ quang
ngầm, đây là loại thiết bị hàn đầu tiên ở n-ớc ta hoạt động ở chế độ tự động, vì
vậy th-ờng đ-ợc gọi là máy hàn tự động. Thiết bị hàn tự động có nhiều -u điểm
nh-: hàn đ-ợc dòng hàn lớn, vật hàn dày,tốc độ hàn nhanh, mối hàn đều, độ
ngấu sâu, hàn vật hàn dày mà không cần vát mép,nên tiết kiệm đ-ợc vật liệu,
công sức, thời gian, ngoài ra do hàn tự động nên ng-ời thợ tránh đ-ợc các tác
hại của hồ quang . Thiết bị hàn tự động có một xe con, trên đấy có đầu hàn
cùng cuộn dây hàn và hộp chứa thuốc hàn. Xe con đ-a đầu hàn chạy dọc theo
mép hàn, hộp chứa thuốc hàn ở đằng tr-ớc rắc thuốc hàn sẵn lên mép sắp hàn,
hồ quang xuất hiện ở phía d-ới lớp thuốc hàn này, ánh sáng của nó không lọt
đ-ợc ra ngoài, vì thế có tên là hàn hồ quang ngầm. Thiết bị hàn tự động đã đ-ợc
một số cơ sở sản xuất ở n-ớc ta b-ớc đầu nghiên cứu chế tạo. Thuốc hàn cho
thiết bị hàn tự động cho đến nay vẫn phải nhập từ n-ớc ngoài. Thiết bị hàn tự
động rất phù hợp với xu thế chung là tự động hóa các thiết bị sản xuất. Ngày
nay ở n-ớc ta thiết bị hàn tự động ngày càng phát triển, đ-ợc sử dụng rộng rãi
trong các ngành sản xuất, làm các cấu kiện thép nh- dầm cầu thép, khung nhà
tiền chế, đóng tàu . Vì vậy nhu cầu về thuốc hàn tự động ngày càng tăng.
Tr-ớc đây đã có một số cơ sở nghiên cứu b-ớc đầu về thuốc hàn tự động,
nh-ng là phục vụ việc hàn đắp, tạo nên một lớp kim loại cứng trên bề mặt, và
cũng ch-a có ứng dụng rộng rãi. Trong hàn các kết cấu thép thì mối hàn phải
dẻo, dai, chịu đ-ợc các rung động. Nhóm thực hiện đề tài “ Nghiên cứu chế tạo
thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong n-ớc để hàn kết cấu thép thay thế thuốc
hàn nhập ngoại “ mong muốn đóng góp đ-ợc một số kinh nghiệm về việc sử
dụng vật liệu trong n-ớc làm ra loại thuốc hàn tự động để hàn các kết cấu thép,
và qua đấy đánh giá đ-ợc khả năng chế tạo tại n-ớc ta.










4


Phần I. Khái quát về thuốc hàn cho máy hàn tự động


I. Việc bảo vệ mối hàn trong hàn nóng chảy
1. ảnh h-ởng của không khí đến mối hàn.
Chúng ta sống và làm việc trong bầu khí quyển của trái đất. Không khí cho ta
ôxy để thở, ôxy còn cho ta ngọn lửa để s-ởi ấm và nấu ăn. Nh-ng hai thành phần
chính của không khí là ôxy và ni-tơ đều có hại cho mối hàn. Hầu hết các kim loại
ta th-ờng hàn đều rất dễ bị ôxy hoá, nhiệt độ càng cao tốc độ ôxy hoá càng nhanh,
mà nhiệt độ hàn lại rất cao, nên nếu bể hàn tiếp xúc đ-ợc với ôxy thì toàn bộ sẽ bị
biến thành ôxit kim loại. ôxy còn có khả năng hoà tan vào kim loại, sau này tạo
thành dung dịch rắn với kim loại đấy. Cả hai dạng này đều có tác dụng xấu đến cơ
tính của mối hàn, nh- làm giảm độ dẻo, độ bền, độ dai va đập ( hình 1 ). Còn ni-tơ
có đặc tính là dễ dàng hoà tan vào kim loại lỏng của bể hàn, nhiệt độ càng cao, mức
độ hoà tan càng nhiều. Khi bể hàn nguội đi, khả năng hoà tan giảm, ni-tơ bị đẩy
dần ra thành các bọt khí, bọt khí từ từ nổi lên trên để thoát vào không khí. Nh-ng
khả năng hòa tan ni-tơ lại giảm với mức đột biến ở nhiệt độ kim loại chuẩn bị kết
tinh ( hình 2 ), làm xuất hịên một l-ợng bọt khí rất lớn, các bọt khí này không còn
đủ thời gian thoát vào không khí tr-ớc khi kim loại lỏng đông đặc, nên mức độ rỗ
khí là lớn, làm giảm chất l-ợng mối hàn. Trong trạng thái rắn một phần nhỏ ni-tơ
vẫn có thể hòa tan trong kim loại, lúc này nó có tác dụng làm tăng độ bền của kim
loại, nh-ng lại làm giảm độ dẻo ( hình 3 ). Vì vậy trong tất cả các ph-ơng pháp hàn
nóng chảy đều phải có biện pháp cách li không khí khỏi vùng hàn để bảo vệ mối
hàn.
2. Công việc bảo vệ mối hàn.
Việc cách li không khí khỏi vùng hàn không phải là một công việc quá khó. Ta
có thể dùng một chất khí không có hại cho bể hàn liên tục thổi lên vùng hàn đẩy
không khí ra ngoài, hoặc dùng thuốc hàn bọc lên điện cực hàn hay rắc lên vùng hàn
để tạo khí và xỉ bao phủ bề mặt bể hàn để bảo vệ. Trong thực tế công việc bảo vệ
mối hàn không chỉ là cách li không khí khỏi vùng hàn, mà vấn đề còn phức tạp hơn
nhiều. Khí hiđrô ( H 2 ) cũng là một chất khí có hại cho mối hàn, nó làm giảm độ
bền cơ học của mối hàn, làm xuất hiện các khuyết tật dạng rỗ bọng, các vết nứt
nóng và nứt tế vi trong mối hàn, các vết nứt lạnh ở vùng lân cận mối hàn. Hiđrô đi
vào mối hàn từ môi tr-ờng bao bọc xung quanh, từ các cáu bẩn ở mép hàn và từ
kim loại của vật hàn, vì trong thép luôn có một l-ợng nhỏ hiđrô đ-ợc hoà tan.
Ngay chính những chất đ-ợc dùng để bảo vệ mối hàn cũng có thể lại là một nguồn
đ-a ôxy, hiđrô vào vùng hàn. Thí dụ khí CO 2 dùng bảo vệ mối hàn trong hàn MAG
hoặc đ-ợc tạo ra do sự phân hủy các chất có gốc cácbonát trong thuốc hàn có thể sẽ
ôxy hóa mối hàn theo phản ứng:
Fe + CO 2
= CO + FeO . ( 1 – 1) Hơi n-ớc trong thuốc hàn d-ới dạng độ ẩm cũng có tác dụng t-ơng tự
( hình 4 ):
Fe + H 2 O = H 2
+ FeO. ( 1 – 2 )
Do đó việc bảo vệ mối hàn lại có thêm công việc mới là ngăn chặn sự thâm nhập
của khí hiđrô vào bể hàn và khử ôxy ngay trong bể hàn. Vì vậy ng-ời ta lại phải sử
dụng thêm một vài chất khác để khắc phục khiếm khuyết của chất đã đ-ợc chọn
tr-ớc làm nhiệm vụ bảo vệ, chất thêm này lại cũng có thể tạo ra một khiếm khuyết
nhỏ hơn, thì lại phải bổ sung thêm một chất nữa giải quyết khiếm khuyết đấy. Do
đó thành phần các chất tạo nên thuốc bảo vệ là t-ơng đối nhiều, ảnh h-ởng t-ơng
tác các thành phần hóa học với nhau rất phức tạp, đòi hỏi sự nghiên cứu cả về lí
thuyết và thực hành thật sâu sắc.
3. Các ph-ơng pháp bảo vệ mối hàn.
Các ph-ơng pháp hàn nóng chảy khác nhau có biện pháp khác nhau để bảo vệ
mối hàn.
Trong hàn que ng-ời ta sử dụng lớp thuốc hàn bọc trên điện cực hàn, trong hàn
tự động thì thuốc hàn ở dạng hạt nhỏ đ-ợc rắc lên vùng hàn làm nhiệm vụ này.
Thuốc hàn có nhiều nhóm thành phần khác nhau, chức năng khác nhau, mỗi nhóm
có cách bảo vệ riêng của mình: có nhóm là để cho hồ quang đốt cháy tạo ra luồng
khí mà thành phần chính là CO 2 thổi lên vùng hàn đẩy không khí ra ngoài, có nhóm
là để hồ quang làm cho nóng chảy tạo nên lớp xỉ lỏng nhẹ bao phủ bề mặ bể hàn
tạo nên lớp ngăn cách với không khí, đồng thời tạo ra các phản ứng khử ôxy với
kim loại bể hàn đ-a các tạp chất chuyển vào xỉ hàn, có thành phần khi bị nóng chảy
thì đi vào bể hàn tìm gặp các ôxit sắt để thực hiện các phản ứng khử ôxy
Trong các ph-ơng pháp hàn trong môi tr-ờng có khí bảo vệ ( MIG, MAG ), thì
khí bảo vệ làm nhiệm vụ đẩy không khí ra ngoài, còn việc tạo ra phản ứng khử ôxy
thì phải kết hợp với dây hàn. Dây hàn ở đây, trong khi sản xuất đ-ợc pha trộn thêm
kim loại có ái lực với ôxy mạnh hơn sắt nh- Mn, Si. Khi dây hàn nóng chảy, thành
phần Mn và Si sẽ làm nhiệm vụ khử ôxy của bể hàn.
4. Bảo vệ mối hàn khỏi sự thâm nhập của ôxy.
Ngoài môi tr-ờng không khí, ôxy có thể thâm nhập vào mối hàn từ các chất
cáu bẩn, han gỉ của mép hàn, từ hơi n-ớc của thuốc hàn d-ới dạng độ ẩm, từ ngay
chính các ôxit sắt có trong các thành phần làm ra thuốc hàn và cả do các chất đ-ợc
đ-a vào để khử ôxy của bể hàn.
Các thành phần của gỉ sắt ở nhiệt độ hàn sẽ tham gia vào phản ứng hóa học với