Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động dạng gốm bằng vật liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn nhập ngoại.

Bé C«ng th−¬ng

Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp

ViÖn C«ng nghÖ

B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN

M∙ sè: 242.07RD/H§-KHCN

Tªn ®Ò tµi:

nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng b»ng vËt

liÖu trong n−íc ®Ó hµn kÕt cÊu thÐp thay thÕ

thuèc hµn nhËp ngo¹i

C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng th−¬ng

C¬ quan chñ tr×: ViÖn C«ng nghÖ

Chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. NguyÔn v¨n thèng

6796

12/4/2008

Hµ Néi, 3 - 2008

1

Bé C«ng th−¬ng

Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp

ViÖn C«ng nghÖ

B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN

M∙ sè: 242.07RD/H§-KHCN

Tªn ®Ò tµi:

nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng b»ng vËt

liÖu trong n−íc ®Ó hµn kÕt cÊu thÐp thay thÕ

thuèc hµn nhËp ngo¹i

Hµ Néi, 3 - 2008

C¬ quan chñ tr×

ViÖn C«ng nghÖ Chñ nhiÖm ®Ò tµi

KS. NguyÔn V¨n Thèng

2

Môc lôc

Lêi më ®Çu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

PhÇn I. Kh¸i qu¸t vÒ thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng . . . . . . 3

I. ViÖc b¶o vÖ mèi hµn trong hµn nãng ch¶y. . . . . . . . . 3

1. ¶nh h−ëng cña kh«ng khÝ ®Õn mèi hµn. . . . . . . . . 3

2. C«ng viÖc b¶o vÖ mèi hµn. . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. C¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ mèi hµn. . . . . . . . . . . . 4

4. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña «-xy. . . . . . 5

5. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña hi®r«. . . . . . 7

6. Vai trß cña xØ hµn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

7. Yªu cÇu hîp kim hãa mèi hµn. . . . . . . . . . . . . 11

II. Thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng. . . . . . . . . . . . . . 1 1

1. Ho¹t ®éng cña m¸y hµn tù ®éng. . . . . . . . . . . . 11

2. T¸c ®éng cña thuèc hµn ë m¸y hµn tù ®éng. . . . . . 13

3. C¸c lo¹i thuèc hµn tù ®éng. . . . . . . . . . . . . . . 14

III. Thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm. . . . . . . . . . . . . . . 15

1. C¸c nhãm thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm. . . . . . . . . 15

2. VËt liÖu lµm thuèc hµn d¹ng gèm. . . . . . . . . . . . 16

PhÇn II. Nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm. . . . 18

I. Lùa chän lo¹i thuèc hµn. . . . . . . . . . . . . . . . . 18

II. Lùa chän c¸c thµnh phÇn trong thuèc hµn. . . . . . . . 18

III. Quy tr×nh chÕ t¹o thuèc hµn d¹ng gèm . . . . . . . . . 22

IV. D©y chuyÒn thiÕt bÞ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

V. S¶n xuÊt thö nghiÖm thuèc hµn. . . . . . . . . . . . . . 25

VI. C«ng thøc pha trén nguyªn liÖu . . . . . . . . . . . . . 26

PhÇn III. KÕt luËn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

I. §Æc tÝnh kÜ thuËt cña thuèc hµn chÕ t¹o. . . . . . . . . . 27

II. So s¸nh víi thuèc hµn nhËp ngo¹i. . . . . . . . . . . . . 27

III. H−íng dÉn sö dông thuèc hµn chÕ t¹o . . . . . . . . . . 28

IV. Kh¶ n¨ng chÕ t¹o trong n−íc . . . . . . . . . . . . . . . 28

PhÇn IV Phô lôc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Tµi liÖu tham kh¶o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3

Lêi më ®Çu

Trong sù ph¸t triÓn chung cña nghµnh c«ng nghiÖp, nghÒ hµn ®ãng mét vai

trß quan träng. RÊt nhiÒu thiÕt bÞ hµn hiÖn ®¹i, víi kü thuËt míi ®−îc du nhËp

vµo n−íc ta. Trong c¸c thiÕt bÞ hµn c«ng nghÖ míi nµy cã thiÕt bÞ hµn hå quang

ngÇm, ®©y lµ lo¹i thiÕt bÞ hµn ®Çu tiªn ë n−íc ta ho¹t ®éng ë chÕ ®é tù ®éng, v×

vËy th−êng ®−îc gäi lµ m¸y hµn tù ®éng. ThiÕt bÞ hµn tù ®éng cã nhiÒu −u ®iÓm

nh−: hµn ®−îc dßng hµn lín, vËt hµn dµy,tèc ®é hµn nhanh, mèi hµn ®Òu, ®é

ngÊu s©u, hµn vËt hµn dµy mµ kh«ng cÇn v¸t mÐp,nªn tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu,

c«ng søc, thêi gian, ngoµi ra do hµn tù ®éng nªn ng−êi thî tr¸nh ®−îc c¸c t¸c

h¹i cña hå quang…. ThiÕt bÞ hµn tù ®éng cã mét xe con, trªn ®Êy cã ®Çu hµn

cïng cuén d©y hµn vµ hép chøa thuèc hµn. Xe con ®−a ®Çu hµn ch¹y däc theo

mÐp hµn, hép chøa thuèc hµn ë ®»ng tr−íc r¾c thuèc hµn s½n lªn mÐp s¾p hµn,

hå quang xuÊt hiÖn ë phÝa d−íi líp thuèc hµn nµy, ¸nh s¸ng cña nã kh«ng lät

®−îc ra ngoµi, v× thÕ cã tªn lµ hµn hå quang ngÇm. ThiÕt bÞ hµn tù ®éng ®· ®−îc

mét sè c¬ së s¶n xuÊt ë n−íc ta b−íc ®Çu nghiªn cøu chÕ t¹o. Thuèc hµn cho

thiÕt bÞ hµn tù ®éng cho ®Õn nay vÉn ph¶i nhËp tõ n−íc ngoµi. ThiÕt bÞ hµn tù

®éng rÊt phï hîp víi xu thÕ chung lµ tù ®éng hãa c¸c thiÕt bÞ s¶n xuÊt. Ngµy

nay ë n−íc ta thiÕt bÞ hµn tù ®éng ngµy cµng ph¸t triÓn, ®−îc sö dông réng r·i

trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt, lµm c¸c cÊu kiÖn thÐp nh− dÇm cÇu thÐp, khung nhµ

tiÒn chÕ, ®ãng tµu…. V× vËy nhu cÇu vÒ thuèc hµn tù ®éng ngµy cµng t¨ng.

Tr−íc ®©y ®· cã mét sè c¬ së nghiªn cøu b−íc ®Çu vÒ thuèc hµn tù ®éng,

nh−ng lµ phôc vô viÖc hµn ®¾p, t¹o nªn mét líp kim lo¹i cøng trªn bÒ mÆt, vµ

còng ch−a cã øng dông réng r·i. Trong hµn c¸c kÕt cÊu thÐp th× mèi hµn ph¶i

dÎo, dai, chÞu ®−îc c¸c rung ®éng. Nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiªn cøu chÕ t¹o

thuèc hµn tù ®éng b»ng vËt liÖu trong n−íc ®Ó hµn kÕt cÊu thÐp thay thÕ thuèc

hµn nhËp ngo¹i “ mong muèn ®ãng gãp ®−îc mét sè kinh nghiÖm vÒ viÖc sö

dông vËt liÖu trong n−íc lµm ra lo¹i thuèc hµn tù ®éng ®Ó hµn c¸c kÕt cÊu thÐp,

vµ qua ®Êy ®¸nh gi¸ ®−îc kh¶ n¨ng chÕ t¹o t¹i n−íc ta.

4

PhÇn I. Kh¸i qu¸t vÒ thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng

I. ViÖc b¶o vÖ mèi hµn trong hµn nãng ch¶y

1. ¶nh h−ëng cña kh«ng khÝ ®Õn mèi hµn.

Chóng ta sèng vµ lµm viÖc trong bÇu khÝ quyÓn cña tr¸i ®Êt. Kh«ng khÝ cho ta

«xy ®Ó thë, «xy cßn cho ta ngän löa ®Ó s−ëi Êm vµ nÊu ¨n. Nh−ng hai thµnh phÇn

chÝnh cña kh«ng khÝ lµ «xy vµ ni-t¬ ®Òu cã h¹i cho mèi hµn. HÇu hÕt c¸c kim lo¹i

ta th−êng hµn ®Òu rÊt dÔ bÞ «xy ho¸, nhiÖt ®é cµng cao tèc ®é «xy ho¸ cµng nhanh,

mµ nhiÖt ®é hµn l¹i rÊt cao, nªn nÕu bÓ hµn tiÕp xóc ®−îc víi «xy th× toµn bé sÏ bÞ

biÕn thµnh «xit kim lo¹i. «xy cßn cã kh¶ n¨ng hoµ tan vµo kim lo¹i, sau nµy t¹o

thµnh dung dÞch r¾n víi kim lo¹i ®Êy. C¶ hai d¹ng nµy ®Òu cã t¸c dông xÊu ®Õn c¬

tÝnh cña mèi hµn, nh− lµm gi¶m ®é dÎo, ®é bÒn, ®é dai va ®Ëp ( h×nh 1 ). Cßn ni-t¬

cã ®Æc tÝnh lµ dÔ dµng hoµ tan vµo kim lo¹i láng cña bÓ hµn, nhiÖt ®é cµng cao, møc

®é hoµ tan cµng nhiÒu. Khi bÓ hµn nguéi ®i, kh¶ n¨ng hoµ tan gi¶m, ni-t¬ bÞ ®Èy

dÇn ra thµnh c¸c bät khÝ, bät khÝ tõ tõ næi lªn trªn ®Ó tho¸t vµo kh«ng khÝ. Nh−ng

kh¶ n¨ng hßa tan ni-t¬ l¹i gi¶m víi møc ®ét biÕn ë nhiÖt ®é kim lo¹i chuÈn bÞ kÕt

tinh ( h×nh 2 ), lµm xuÊt hÞªn mét l−îng bät khÝ rÊt lín, c¸c bät khÝ nµy kh«ng cßn

®ñ thêi gian tho¸t vµo kh«ng khÝ tr−íc khi kim lo¹i láng ®«ng ®Æc, nªn møc ®é rç

khÝ lµ lín, lµm gi¶m chÊt l−îng mèi hµn. Trong tr¹ng th¸i r¾n mét phÇn nhá ni-t¬

vÉn cã thÓ hßa tan trong kim lo¹i, lóc nµy nã cã t¸c dông lµm t¨ng ®é bÒn cña kim

lo¹i, nh−ng l¹i lµm gi¶m ®é dÎo ( h×nh 3 ). V× vËy trong tÊt c¶ c¸c ph−¬ng ph¸p hµn

nãng ch¶y ®Òu ph¶i cã biÖn ph¸p c¸ch li kh«ng khÝ khái vïng hµn ®Ó b¶o vÖ mèi

hµn.

2. C«ng viÖc b¶o vÖ mèi hµn.

ViÖc c¸ch li kh«ng khÝ khái vïng hµn kh«ng ph¶i lµ mét c«ng viÖc qu¸ khã. Ta

cã thÓ dïng mét chÊt khÝ kh«ng cã h¹i cho bÓ hµn liªn tôc thæi lªn vïng hµn ®Èy

kh«ng khÝ ra ngoµi, hoÆc dïng thuèc hµn bäc lªn ®iÖn cùc hµn hay r¾c lªn vïng hµn

®Ó t¹o khÝ vµ xØ bao phñ bÒ mÆt bÓ hµn ®Ó b¶o vÖ. Trong thùc tÕ c«ng viÖc b¶o vÖ

mèi hµn kh«ng chØ lµ c¸ch li kh«ng khÝ khái vïng hµn, mµ vÊn ®Ò cßn phøc t¹p h¬n

nhiÒu. KhÝ hi®r« ( H2 ) còng lµ mét chÊt khÝ cã h¹i cho mèi hµn, nã lµm gi¶m ®é

bÒn c¬ häc cña mèi hµn, lµm xuÊt hiÖn c¸c khuyÕt tËt d¹ng rç bäng, c¸c vÕt nøt

nãng vµ nøt tÕ vi trong mèi hµn, c¸c vÕt nøt l¹nh ë vïng l©n cËn mèi hµn. Hi®r« ®i

vµo mèi hµn tõ m«i tr−êng bao bäc xung quanh, tõ c¸c c¸u bÈn ë mÐp hµn vµ tõ

kim lo¹i cña vËt hµn, v× trong thÐp lu«n cã mét l−îng nhá hi®r« ®−îc hoµ tan.

Ngay chÝnh nh÷ng chÊt ®−îc dïng ®Ó b¶o vÖ mèi hµn còng cã thÓ l¹i lµ mét nguån

®−a «xy, hi®r« vµo vïng hµn. ThÝ dô khÝ CO2 dïng b¶o vÖ mèi hµn trong hµn MAG

hoÆc ®−îc t¹o ra do sù ph©n hñy c¸c chÊt cã gèc c¸cbon¸t trong thuèc hµn cã thÓ sÏ

«xy hãa mèi hµn theo ph¶n øng:

Fe + CO2 = CO + FeO . ( 1 – 1)

5

H¬i n−íc trong thuèc hµn d−íi d¹ng ®é Èm còng cã t¸c dông t−¬ng tù

( h×nh 4 ):

Fe + H2O = H2 + FeO. ( 1 – 2 )

Do ®ã viÖc b¶o vÖ mèi hµn l¹i cã thªm c«ng viÖc míi lµ ng¨n chÆn sù th©m nhËp

cña khÝ hi®r« vµo bÓ hµn vµ khö «xy ngay trong bÓ hµn. V× vËy ng−êi ta l¹i ph¶i sö

dông thªm mét vµi chÊt kh¸c ®Ó kh¾c phôc khiÕm khuyÕt cña chÊt ®· ®−îc chän

tr−íc lµm nhiÖm vô b¶o vÖ, chÊt thªm nµy l¹i còng cã thÓ t¹o ra mét khiÕm khuyÕt

nhá h¬n, th× l¹i ph¶i bæ sung thªm mét chÊt n÷a gi¶i quyÕt khiÕm khuyÕt ®Êy. Do

®ã thµnh phÇn c¸c chÊt t¹o nªn thuèc b¶o vÖ lµ t−¬ng ®èi nhiÒu, ¶nh h−ëng t−¬ng

t¸c c¸c thµnh phÇn hãa häc víi nhau rÊt phøc t¹p, ®ßi hái sù nghiªn cøu c¶ vÒ lÝ

thuyÕt vµ thùc hµnh thËt s©u s¾c.

3. C¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ mèi hµn.

C¸c ph−¬ng ph¸p hµn nãng ch¶y kh¸c nhau cã biÖn ph¸p kh¸c nhau ®Ó b¶o vÖ

mèi hµn.

Trong hµn que ng−êi ta sö dông líp thuèc hµn bäc trªn ®iÖn cùc hµn, trong hµn

tù ®éng th× thuèc hµn ë d¹ng h¹t nhá ®−îc r¾c lªn vïng hµn lµm nhiÖm vô nµy.

Thuèc hµn cã nhiÒu nhãm thµnh phÇn kh¸c nhau, chøc n¨ng kh¸c nhau, mçi nhãm

cã c¸ch b¶o vÖ riªng cña m×nh: cã nhãm lµ ®Ó cho hå quang ®èt ch¸y t¹o ra luång

khÝ mµ thµnh phÇn chÝnh lµ CO2 thæi lªn vïng hµn ®Èy kh«ng khÝ ra ngoµi, cã nhãm

lµ ®Ó hå quang lµm cho nãng ch¶y t¹o nªn líp xØ láng nhÑ bao phñ bÒ mÆ bÓ hµn

t¹o nªn líp ng¨n c¸ch víi kh«ng khÝ, ®ång thêi t¹o ra c¸c ph¶n øng khö «xy víi

kim lo¹i bÓ hµn ®−a c¸c t¹p chÊt chuyÓn vµo xØ hµn, cã thµnh phÇn khi bÞ nãng ch¶y

th× ®i vµo bÓ hµn t×m gÆp c¸c «xit s¾t ®Ó thùc hiÖn c¸c ph¶n øng khö «xy....

Trong c¸c ph−¬ng ph¸p hµn trong m«i tr−êng cã khÝ b¶o vÖ ( MIG, MAG ), th×

khÝ b¶o vÖ lµm nhiÖm vô ®Èy kh«ng khÝ ra ngoµi, cßn viÖc t¹o ra ph¶n øng khö «xy

th× ph¶i kÕt hîp víi d©y hµn. D©y hµn ë ®©y, trong khi s¶n xuÊt ®−îc pha trén thªm

kim lo¹i cã ¸i lùc víi «xy m¹nh h¬n s¾t nh− Mn, Si. Khi d©y hµn nãng ch¶y, thµnh

phÇn Mn vµ Si sÏ lµm nhiÖm vô khö «xy cña bÓ hµn.

4. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña «xy.

Ngoµi m«i tr−êng kh«ng khÝ, «xy cã thÓ th©m nhËp vµo mèi hµn tõ c¸c chÊt

c¸u bÈn, han gØ cña mÐp hµn, tõ h¬i n−íc cña thuèc hµn d−íi d¹ng ®é Èm, tõ ngay

chÝnh c¸c «xit s¾t cã trong c¸c thµnh phÇn lµm ra thuèc hµn vµ c¶ do c¸c chÊt ®−îc

®−a vµo ®Ó khö «xy cña bÓ hµn.

C¸c thµnh phÇn cña gØ s¾t ë nhiÖt ®é hµn sÏ tham gia vµo ph¶n øng hãa häc víi

chÝnh kim lo¹i láng:

Fe2O3 + Fe = 3FeO ( 1 – 3 )

Fe3O4 + Fe = 4FeO ( 1 – 4 )

C¸c «xit s¾t nãng ch¶y ®−îc ph©n bæ c¶ vµo kim lo¹i láng vµ xØ theo ®Þnh luËt

ph©n phèi:

( FeO )

L = ( 1 – 5 )

[ FeO ]