Nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình luận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Thanh Lưu NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Phạm Thanh Lưu NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Hà Xuân Hùng Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Luận án tiến sĩ ”Nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình” được hoàn thành bởi nghiên cứu sinh Phạm Thanh Lưu, thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tác giả tham gia Đề tài Khoa học và Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC. Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm Đề tài.

Tôi xin cam đoan bản luận án là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của tác giả. Phần cơ sở lý thuyết được tham khảo các tài liệu mới nhất, có nguồn gốc rõ ràng và có chọn lọc. Các kết quả nghiên cứu được công bố trong luận án này là của tác giả và được chủ nhiệm đề tài xác nhận đồng ý cho sử dụng vào mục đích nghiên cứu, viết và báo cáo Luận án tiến sĩ ở các cấp. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2019 Nghiên cứu sinh PHẠM THANH LƯU TM. TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS VŨ HUY LÂN 1 LỜI CẢM ƠN Trân trọng cảm ơn các thày giáo hướng dẫn, các thày cô giáo trong Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Bộ Khoa học Công nghệ, Ban chủ nhiệm đề tài KC.04/11 – 15,… đã tạo những điều kiện tốt nhất để tác giả thực hiện luận án. Đặc biệt, xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Hàn và Xử lý bề mặt – Viện Nghiên cứu Cơ khí, Công ty Cổ phần Que Hàn điện Việt Đức, Công ty TNHH MTV Đóng tàu Phà Rừng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam,. đã tạo điều kiện, giúp đỡ về cơ sở vật chất và các chuyên gia đã góp ý những thông tin vô cùng quý báu, những ý kiến xác đáng trong lĩnh vực liên quan, để tác giả có thể hoàn thành luận án này.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên trong gia đình, tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp đã cộng tác, cổ vũ, động viên, giúp đỡ và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh PHẠM THANH LƯU 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG.

6 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THUỐC HÀN THIÊU KẾT .1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc .1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc .2 Vai trò và công dụng của thuốc hàn .3 Phân loại thuốc hàn .4 Ký hiệu thuốc hàn và dây hàn .2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn .1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở trong nước .2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở nước ngoài. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN THIÊU KẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết .1 Sơ đồ quy trình công nghệ .2 Các công đoạn chủ yếu của quy trình công nghệ .2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu .1 Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu .2 Nghiên cứu xác định thành phần đơn thuốc hàn .3 Nghiên cứu tính công nghệ hàn .4 Nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si vào kim loại mối hàn .5 Nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn .6 Kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thuốc hàn với thành phần tối ưu. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.1 Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn .1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm.2 Xử lý số liệu thí nghiệm .3 Biểu diễn các đường đặc trưng .2 Nghiên cứu nhóm chất khử và hợp kim hóa kim loại mối hàn .1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm.2 Xử lý số liệu thí nghiệm .3 Biểu diễn các đường đặc trưng .3 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô .1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm.2 Xử lý số liệu thí nghiệm .3 Biểu diễn các đường đặc trưng .4 Quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK .1 Lập quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK.2 Giới thiệu thuốc hàn F7A4-BK.

XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TỐI ƯU MẺ LIỆU THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH.1 Xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4 –BK.1 Xác định tỷ lệ các chất tạo xỉ đảm bảo tính công nghệ hàn cho thuốc hàn F7A4–BK.2 Xác định hàm lượng các ferô hợp kim cho thuốc hàn F7A4–BK .3 Xác định hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ thiêu kết cho thuốc hàn F7A4–BK .2 Kiểm tra thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn .1 Kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn .2 Kiểm tra các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn. 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 115 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.

4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AC Alternating Curent AWS American Welding Society ASTM American Society for Testing of Materials ASME American Society of Machine Engineers DC Direct Current DCEN, DC - Direct Current Electrode Negative DCEP, DC + Direct Current Electrode Positive DT Destructive Testing EN European Standards HAZ Heat affected zone IIW International Institute Welding ISO International Standard Organization JIS Japanese Industrial Standards KLCB Kim loại cơ bản NDT Nondestructive Testing PWHT Post Weld Heat Treatment SAW Submerged Arc Welding SMAW Shielded Metal Arc Welding TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam VAHN Vùng ảnh hưởng nhiệt WPS Welding Procedure Specification WPQR Welding Procedure Qualiffication Recode ak Độ dai va đập σch Giới hạn chảy σk Độ bền kéo δ Độ dãn dài tương đối Ψmh (Dmh) Hệ số hình dạng mối hàn Ψn Hệ số ngấu mối hàn R Hệ số tương quan của mô hình [R] Hệ số tương quan cho phép H2 Hiđrô 5 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh đặc điểm thuốc hàn thiêu kết và thuốc hàn nung chảy .2 Phân loại và ký hiệu thuốc hàn theo thành phần hóa học .3 Công thử độ dai va đập của kim loại mối hàn .4 Yêu cầu về cơ tính kim loại mối hàn theo AWS A5.5 Thành phần hóa học chủ yếu của dây hàn tự động dưới lớp thuốc theo AWS A5.6 Quy cách bao gói đối với dây hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ .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.8 Thành phần hóa học chủ yếu của xỉ hàn khi sử dụng thuốc hàn ESAB .1 Nguyên liệu chuẩn bị sản xuất thuốc hàn thiêu kết .2 Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu cho nguyên liệu đầu vào .3 Tỷ lệ các chất trong mẻ liệu qui đổi .4 Các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn với cặp thuốc hàn – dây hàn theo tiêu chuẩn AWS A5.5 Các chỉ tiêu thành phần hóa học kim loại mối hàn với các cặp thuốc hàn– dây hàn nghiên cứu theo tiêu chuẩn AWS A5.6 Các nhóm chất chủ yếu trong xỉ hàn F7A4-BK .7 Thành phần hoá học của thép mác SM400B, (%) .8 Thành phần hoá học của dây hàn EM12K, (%).9 Các chỉ tiêu cơ tính dây hàn .10 Bảng đặc tính kỹ thuật của nguồn hàn và xe hàn .11 Các thông số chế độ hàn thí nghiệm .12 Thành phần sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK .13 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào .14 Các kích thước mẫu hàn đánh giá các chỉ tiêu cơ tính .15 Kích thước mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn AWS B4.16 Kích thước mẫu thử độ bền kéo theo tiêu chuẩn TCVN 3909:2000 .1 Các mức giá trị của các biến đầu vào .2 Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm tính công nghệ hàn của thuốc hàn F7A–BK với dây hàn EM12K .3 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố.4 Kế hoạch và số liệu thực nghiệm thành phần hóa học kim loại mối hàn khi dùng thuốc hàn F7A4-BK .5 Các thông số về hàm lượng Mn .6 Các thông số về hàm lượng Si .7 Giá trị và khoảng biến thiên của các yếu tố.8 Kết quả thí nghiệm đo hàm lượng hiđrô trong mối hàn .9 Các thông số về hàm lượng hiđrô .10 Quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK .11 Bảng hướng dẫn sử dụng thuốc hàn F7A4-BK .1 Các số liệu của biến đầu vào và các giới hạn của các hàm mục tiêu .2 Các giá trị điều kiện của hàm mục tiêu .3 Giá trị các biến số đầu vào và các chỉ tiêu tính công nghệ hàn .4 Hàm lượng các chất tạo xỉ chủ yếu và thông số đặc tính công nghệ hàn .5 Hàm lượng Fe-Mn, Fe-Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK và dự kiến thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn .6 Các số liệu của biến đầu vào và các giới hạn của các hàm mục tiêu .7 Hàm lượng Fe – Mn, Fe – Si đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK và dự kiến thành phần hóa học tính toán của kim loại mối hàn .8 Các số liệu của biến đầu vào và các giới hạn của các hàm mục tiêu .9 Hàm lượng huỳnh thạch đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và chế độ sấy thiêu kết và hàm lượng hiđrô H4 .10 Hàm lượng huỳnh thạch đưa vào mẻ liệu thuốc hàn và chế độ sấy thiêu kết và hàm lượng hiđrô thử nghiệm kiểm tra .11 Thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK.12 Thành phần hoá học kim loại mối hàn dùng thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn EM12K .13 Kết quả kiểm tra cơ tính mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn EM12K .14 Kết quả kiểm tra độ dai va đập mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn EM12K. 112 7 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc .2 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc .3 Các dạng thuốc hàn .4 Thuốc hàn nung chảy .5 Thuốc hàn gốm .6 Thuốc hàn thiêu kết.7 Thuốc hàn thiêu kết của một số hãng .8 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ.