I. Khái niệm và tầm quan trọng của mẻ liệu trong thuốc hàn thiêu kết
Mẻ liệu là thành phần quan trọng trong thuốc hàn thiêu kết, đóng vai trò quyết định đến tính công nghệ hàn và chất lượng mối hàn. Mẻ liệu bao gồm các chất khoáng như MgO, Al₂O₃, CaF₂, và TiO₂ được kết hợp theo tỷ lệ cụ thể. Các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng bảo vệ cung hàn, độ bền của mối hàn, và các chỉ tiêu công nghệ hàn như chiều dài hồ quang, bề rộng mối hàn, và chiều cao mối hàn. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần mẻ liệu theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80 giúp tối ưu hóa quá trình hàn và nâng cao hiệu suất sản xuất. Hiểu rõ vai trò của mẻ liệu là cơ sở để phát triển thuốc hàn tương đương loại F7A(P)6 với hiệu suất cao.
1.1. Định nghĩa mẻ liệu và thành phần chính
Mẻ liệu là hỗn hợp các chất khoáng bao phủ lõi hàn, bao gồm MgO, Al₂O₃, CaF₂, TiO₂. Các thành phần này tạo lớp bảo vệ, ngăn chặn oxy và nitơ xâm nhập vào mối hàn. Hàm lượng từng chất ảnh hưởng đến độ chảy, độ bền và các đặc tính công nghệ hàn. Sự cân bằng hợp lý giữa các thành phần giúp đạt chất lượng mối hàn tối ưu.
1.2. Vai trò của mẻ liệu trong quá trình hàn tự động
Trong hàn tự động dưới lớp thuốc, mẻ liệu bảo vệ cung hàn khỏi không khí, giảm các khuyết tật như rỗ, sơ kết. Mẻ liệu cũng giúp điều chỉnh chiều dài hồ quang, bề rộng mối hàn và hình dạng mối hàn. Lõi hàn chảy qua mẻ liệu tạo thành mối hàn có cơ tính tốt, độ bền cao theo tiêu chuẩn AWS A5.17.
II. Ảnh hưởng của hàm lượng MgO Al₂O₃ CaF₂ TiO₂ đến tính công nghệ hàn
Mỗi thành phần trong mẻ liệu thuốc hàn có ảnh hưởng riêng biệt đến các chỉ tiêu công nghệ hàn. MgO ảnh hưởng đến chiều dài hồ quang và độ bền nhiệt của lớp mẻ. Al₂O₃ cải thiện độ cứng và tính ổn định của cung hàn, làm tăng bề rộng mối hàn. CaF₂ giúp mẻ liệu dễ chảy, giảm dính mẻ, và cải thiện chiều cao mối hàn. TiO₂ ảnh hưởng đến độ độc của mẻ liệu và khả năng bảo vệ. Nghiên cứu cho thấy khi MgO = 30%, Al₂O₃ = 20%, CaF₂ = 22%, TiO₂ = 7% sẽ đạt kết quả tối ưu cho thuốc hàn loại F7A(P)6 theo chuẩn AWS A5.17-80.
2.1. Tác động của MgO đến chiều dài hồ quang
MgO là thành phần chính tạo độ cứng cho mẻ liệu, ảnh hưởng trực tiếp đến chiều dài hồ quang. Hàm lượng MgO cao giúp ổn định cung hàn, nhưng nếu quá cao sẽ làm cứng mẻ liệu, khó chảy và dính vào bề mặt mối hàn. Tối ưu hóa hàm lượng MgO giúp đạt chiều dài hồ quang ổn định và đảm bảo chất lượng.
2.2. Ảnh hưởng của Al₂O₃ CaF₂ TiO₂ đến bề rộng và chiều cao mối hàn
Al₂O₃ tăng bề rộng mối hàn do làm tăng độ nhớt mẻ. CaF₂ làm giảm bề rộng mối hàn nhưng tăng chiều cao mối hàn do cải thiện độ chảy. TiO₂ điều chỉnh cân bằng giữa các thành phần, ảnh hưởng đến hình dạng tổng thể của mối hàn và độ bền theo tiêu chuẩn AWS.
III. Phương pháp nghiên cứu và xác định hàm lượng tối ưu
Để xác định ảnh hưởng của mẻ liệu đến tính công nghệ hàn, nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp với xử lý số liệu thống kê. Các mẫu thuốc hàn được sản xuất với các hàm lượng khác nhau của MgO, Al₂O₃, CaF₂, TiO₂. Tiến hành hàn tự động dưới lớp thuốc trong điều kiện kiểm soát và đo đạc các chỉ tiêu như chiều dài hồ quang, bề rộng mối hàn, chiều cao mối hàn. Dữ liệu được xử lý bằng phương pháp phân tích hồi quy để xây dựng mô hình toán học mô tả mối quan hệ giữa hàm lượng thành phần và tính công nghệ hàn. Kết quả giúp xác định công thức mẻ liệu tối ưu cho thuốc hàn loại F7A(P)6.
3.1. Thiết kế thí nghiệm và quá trình hàn
Thiết kế thí nghiệm theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80, sử dụng mẫu thép có chất lượng nhất định. Quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc được thực hiện với dòng điện, điện áp, và tốc độ hàn cố định. Mỗi mẫu được hàn lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.
3.2. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu
Dữ liệu thực nghiệm được xử lý bằng phương trình hồi quy đa biến, xây dựng các đường đặc trưng thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng thành phần và chỉ tiêu công nghệ hàn. Phân tích tương quan giữa các biến giúp xác định ảnh hưởng chính và phụ của từng thành phần.
IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn trong sản xuất
Nghiên cứu ảnh hưởng của mẻ liệu đến tính công nghệ hàn của thuốc hàn thiêu kết loại F7A(P)6 đã cho ra các kết luận quan trọng. Công thức mẻ liệu tối ưu với MgO 30%, Al₂O₃ 20%, CaF₂ 22%, TiO₂ 7% đạt các chỉ tiêu công nghệ hàn tốt nhất: chiều dài hồ quang ổn định, bề rộng mối hàn phù hợp, chiều cao mối hàn tối ưu. Kết quả này được kiểm chứng theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80, đảm bảo độ bền cơ học của mối hàn như độ bền kéo, độ dãn dài tương đối, và tính chất va đập. Ứng dụng công thức tối ưu này trong sản xuất thuốc hàn tự động giúp nâng cao hiệu suất, giảm khuyết tật, tăng chất lượng sản phẩm và tính cạnh tranh trên thị trường quốc tế.
4.1. Công thức mẻ liệu tối ưu và chỉ tiêu đạt được
Công thức MgO 30%, Al₂O₃ 20%, CaF₂ 22%, TiO₂ 7% đạt chiều dài hồ quang ổn định, bề rộng mối hàn trong giới hạn 10-12mm, chiều cao mối hàn 6-8mm. Các chỉ tiêu này tuân thủ tiêu chuẩn AWS A5.17-80, đảm bảo tính tương đương với thuốc hàn quốc tế.
4.2. Ứng dụng và lợi ích kinh tế
Ứng dụng công thức tối ưu giúp doanh nghiệp sản xuất thuốc hàn chất lượng cao, giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu suất hàn, và giảm khuyết tật. Sản phẩm thuốc hàn loại F7A(P)6 từ công thức này có khả năng cạnh tranh trên thị trường, phục vụ các ngành công nghiệp hàn đòi hỏi chất lượng cao.
