Luận Văn Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Hợp Kim Hàn Nhôm Chất Lượng

Luận văn nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm, tập trung phân tích quy trình, ứng dụng và hiệu quả trong ngành công nghiệp hiện đại.

• Tác giả: Phạm Bá Kiêm
• Trường học: Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
• Chuyên ngành: Công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm
• Đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm hiệu quả
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nước, mục tiêu của đề tài
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.1.3. Mục tiêu của đề tài
• 1.2. Tổng quan cơ sở lý thuyết
• 1.2.1. Các vấn đề về hàn nhôm và hợp kim nhôm
• 1.2.1.1. Đặc điểm hàn nhôm và hợp kim nhôm
• 1.2.1.2. Chất trợ dung
• 1.2.1.3. Tiết diện dây hàn
• 1.2.2. Cấu trúc, tính chất hợp kim hàn nhôm
• 1.2.2.1. Các hợp kim hàn nhôm
• 1.2.2.2. Giản đồ trạng thái hệ Al-Si
• 1.2.2.3. Giản đồ trạng thái hệ Al-Cu
• 1.2.2.4. Giản đồ trạng thái hệ Al-Zn
• 1.2.2.5. Giản đồ trạng thái hệ Al-Si-Cu
• 1.2.2.6. Giản đồ trạng thái hệ Al-Mn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị và vật tư nghiên cứu
• 2.2.1. Thiết bị nghiên cứu
• 2.2.2. Nguyên liệu và hoá chất
• 2.3. Công tác phân tích
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nghiên cứu nấu luyện một số loại hợp kim trung gian
• 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nấu luyện đến thành phần hợp kim
• 3.2.1. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si
• 3.2.1.1. Hợp kim Al-Si (5% Si)
• 3.2.1.2. Hợp kim Al-Si (12% Si)
• 3.2.2. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si
• 3.2.3. Hợp kim hàn nhôm hệ Al-Zn
• 3.2.3.1. Hợp kim Al-20Zn
• 3.2.3.2. Hợp kim Zn-5Al
• 3.2.3.3. Hợp kim ΠЦAM65A
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm
• 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Si
• 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Al-Cu-Si
• 3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim hàn nhôm hệ Zn-Cu-Mn-Al
• 3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi các nguyên tố hợp kim hàn nhôm hệ Al-20Zn
• 3.4. Nghiên cứu thí nghiệm mẻ lớn, sản xuất thử sản phẩm
• 3.5. Khảo sát khả năng kéo dây, tạo phôi hàn
• 3.6. Định hướng áp dụng sản phẩm nghiên cứu
• 3.7. Tính toán sơ bộ một số chỉ tiêu tiêu hao cho các mác hợp kim hàn nhôm nghiên cứu
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về hợp kim nhôm và công nghệ sản xuất

Hợp kim nhôm là vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong lĩnh vực hàn. Công nghệ sản xuất hợp kim nhôm đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo tính chất cơ lý và hiệu quả sản xuất. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất hợp kim hàn nhôm, đặc biệt là các hệ Al-Si, Al-Cu, và Al-Zn. Các quy trình hàn được phân tích kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng mối hàn và hiệu quả kinh tế.

1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất

Trên thế giới, hợp kim nhôm đã được nghiên cứu và sản xuất rộng rãi, đặc biệt ở các nước phát triển như Liên Xô cũ và Đức. Tại Việt Nam, nhu cầu về hợp kim hàn nhôm rất lớn, nhưng chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu. Đề tài này nhằm mục tiêu nghiên cứu và sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn quốc tế, đáp ứng nhu cầu trong nước.

1.2. Cơ sở lý thuyết về hàn nhôm

Hàn nhôm đòi hỏi kỹ thuật cao do đặc tính của nhôm và hợp kim nhôm. Nhôm dễ tạo thành oxit nhôm (Al2O3) khi hàn, gây khó khăn trong quá trình hàn. Các kỹ thuật hàn nhôm cần được tối ưu hóa để giảm thiểu khuyết tật và nâng cao chất lượng mối hàn. Các chất trợ dung và tiết diện dây hàn cũng được nghiên cứu để đảm bảo hiệu quả hàn.

II. Phương pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu luyện đến hiệu quả sản xuất hợp kim hàn nhôm. Các thiết bị và vật tư nghiên cứu được chuẩn bị kỹ lưỡng, bao gồm lò nấu luyện, nguyên liệu và hóa chất. Công tác phân tích thành phần hợp kim được thực hiện để đảm bảo độ chính xác cao.

2.1. Thiết bị và vật tư nghiên cứu

Các thiết bị nghiên cứu bao gồm lò nấu luyện, máy phân tích thành phần kim loại và các dụng cụ đo lường. Nguyên liệu sử dụng là nhôm tinh khiết và các nguyên tố hợp kim như silic, đồng, kẽm. Các hóa chất trợ dung cũng được chuẩn bị để hỗ trợ quá trình hàn.

2.2. Phương pháp phân tích

Phương pháp phân tích thành phần hợp kim được thực hiện bằng kỹ thuật quang phổ và phân tích nhiệt. Các mẫu hợp kim được kiểm tra về độ đồng nhất và tính chất cơ lý để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Nghiên cứu đã đạt được kết quả khả quan trong việc sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm như Silumin, Π575A, và ΠЦAM65. Các hợp kim hàn nhôm này có tính chất cơ lý tốt, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và ứng dụng trong thực tế. Sản phẩm được thử nghiệm trong các lĩnh vực như đóng tàu, công nghiệp ô tô và thiết bị điện.

3.1. Nghiên cứu nấu luyện hợp kim

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nấu luyện đến hiệu suất thu hồi hợp kim. Kết quả cho thấy nhiệt độ nấu luyện tối ưu cho hợp kim Al-Si là 600-650°C, trong khi hợp kim Al-Cu-Si đạt hiệu suất cao nhất ở 550-600°C.

3.2. Ứng dụng thực tế

Các hợp kim hàn nhôm được sản xuất thử và ứng dụng trong các ngành công nghiệp. Kết quả cho thấy sản phẩm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và có tiềm năng thương mại hóa cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỎNG QUAN 1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, MỤC TIÊU CỦA ĐÈ TÀI. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Ở nước ngoài người ta đã sản xuất công nghiệp nhiều loại hợp kim hàn nhôm [2; 3; 4; 5; 6].

Liên Xô cũ đã sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm như bảng 1: Bang 1: Thanh phần và tính chất cơ lý của một số hợp kin hàn nhôm |6] Thành phân hoá học TC nóng chảy Mác HK 53 Linh vue Cu | Si | Zn] Mn | AI | Bat | Ket | Kg/mm’| str dung dau thúc Dé han cac chi Còn tiết, khắc phục Silumin — 117 | — — lại 577 577 |17=19 | khuyét tật, hàn a lò sưởi điện từ HK AIMn 34A 28 6 | _— | _ | $8") sas | 525 |18224 _nt- 35A 21 7} _ | _ | $8") 535 | 535 |13+14| nt Con Dé hàn các 1+ lại giao điểm 1I52A 10+1 01 — — 590 — _ nhôm và HK ? nhôm giữ anôt hoá 20+ Còn Đê hàn nhôm I575A _ - L1 | - lại | S5 _ — | vàHKnhôm TISSOA | 2741 6+1| _ | 18 *) CO | seo 0,2 lai — — Còn Để hàn HK 20+ lại ĩ nhôm ở nhiệt B62 20 35 | 54 _ , 490 | 500 |13z15 độ 480% và cao hơn 14,54 65+ | 0,6+ | Còn .1 lai 390 | 420 |32+35 Ở châu Âu cũng như ở Đức đã sản xuất các mác hợp kim hàn nhôm theo ISO: EN 573-3, EN AW-4343, EN AW-4045, EN AW-4047A. tuong duong DIN 8513-4, DIN 1732. Tình hình nghiên cứu ở trong nước. Các hợp kim hàn nhôm ở trong nước chưa được quan tâm nghiên cứu.

Chưa có tạp chí nào công bố kết quá nghiên cứu chế tạo hợp kim hàn nhôm và ứng dụng trong thực tế của nó. Hầu hết các cơ sở sản xuất có nhu cầu hàn nhôm đều sử dụng hợp kim hàn nhôm nhập từ nước ngoài mác AI-S1 5 hoặc Al-Si 11,5 hoặc Zn-AI 5, TIHAM 65. Hiện nay nhu cầu hợp kim hàn nhôm rất lớn. Các cơ sở sản xuất đúc sử dụng hàn các khuyết tật, hàn nối các cấu kiện bằng hợp kim nhôm.

Hàn nhôm còn sử dụng trong công nghiệp đóng tàu biển, công nghiệp ôtô. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu công nghệ sản xuất một số mác hợp kim hàn nhôm theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ: + Hop kim mac Silumin: Si 10 + 13%, còn lại là AI. + Hợp kim mác IIŠ75A: Zn 20 + 1%, còn lại là AI. + Hợp kim mác IIHAM65: Cu 14,5 + 0,5%, Zn 65 + 1%, Mn 0,6 +0,1%, còn lại là nhôm.

Chọn 2 mác 1 và 2 sản xuất thử, kéo day @3mm, 4mm. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 8 BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Bảng 2: Hợp kim hàn nhôm (thành phần tính chất và lĩnh vực ứng dụng theo DIN 8513-4) Tên gọi, thành Gần tương | Thành phần, % khối lượng (giá trị cực đại trong | Các nguyên tố Nhiệt độ NC Nhiệt độ | Lĩnh vưc ứng phần HK theo đương ENS phạm vi cho phép khác (T°C) làm việc dụng ISO 573-3 Si Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Moil | Tông | Bắt đầu | Kêt thúc L-AlSi 7,5 6,8-8,2 0,5 | 0,03 | 0,1 0,1 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,15 575 615 605-615 B.2280 ENAW-4343 6,8-7,2 0,8 | 0,25 | 0,1 - 0,2 - 0,05 0,15 - - - ENAW-AISi 7,5 L-AlSi 10 9,0-10,5 | 0,5 | 0,03 | 0,1 01 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,15 575 595 595 -605 | Hàn tâm lá B A190 Si 575-595 2 mỏng ENAW-4045 9,0-11,0 | 05 ] 003] 01 | 01 | 01 | 02 | 005 | 0,15 - - - ENAW-AISi 10 LAISi 12 11,0-13,5 | 0,5 | 0,03 | 0,1 0,1 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 0,15 575 590 590 -600 Mỗi han B Al 88 Si 575-590 Ấ: La môi, hàn lông vào ENAW-407A | 11,0-13,0 | 06 | 03 | 0,15 | 01 | 02 |0.15| 005 | 0,15 - - - ENAW-AISi12A (Phan còn lại trong thành phần các nguyên tố là nhôm AI) Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim BCKT: Nghiên cứu sản xuất hợp kim hàn nhôm Bảng 3: Hợp kim hàn nhôm (Thành phan, tinh chat va lĩnh vực ứng dụng theo DIN 1707, nhóm D) Tên gọi thành HKsố | Thành phần % nguyên tố hợp kim hoá | Cho phép | Nhiệt độ nóng chảy | Lĩnh vực ứng dụng phần HK theo ISO Sn Zn Khác tạp chất | Bắt đầu | kết thúc L. SnZn 10 23820 85,0 8,0 - Tong 10 200 250 Han ma sat, han (1) sóng siêu âm B Sn90Zn 200-250 92 15 L SnZn 40 23830 | 55,0-70,0 30,0-45,0 200 340 Hàn ma sát tốt hơn B Sn60Zn 200-340 cho AI cuôn lá mỏng, hàn tự đông (F-LW1) L CdZn 20 22481 17,0-25,0 Cd: 75,0- 265 280 Han voi tro dung B Cd80Zn 265-280 83,0 (F-LW2) LZnAl 5 22320 94,0-96,0 | Al: 4,0-6,0 380 390 Han siêu âm, hàn hơi. (1): Các kim loại dùng: Sn: 99,9%, Cd: 99,9%.

Tổng tạp chất đến 1% không ảnh hưởng đến mối hàn. Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 10 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. TONG QUAN CO SG LY THUYET. Các vấn đề về hàn nhôm và hợp kim nhôm: 1.

Đặc điểm hàn nhôm và hợp kùm nhôm: Hợp kim hàn nhôm được dùng để xử lý các vật đúc nhôm có khuyết tật bằng công nghệ hàn và hàn nối các cấu kiện hợp kim nhôm như lò sưởi, thiết bị sấy bằng điện, các thiết bị năng lượng mặt trời, các đế máy. Trong thực tế công nghệ hàn nhôm và hợp kim nhôm hàn được sử dụng khá phổ biến. Khi hàn nhôm cần chú ý: Nhôm có ái lực lớn với oxy, dễ tạo thành oxyt nhôm (Al;O) ở trong mối hàn gây rỗ xỉ và nằm trên mặt vật hàn ngăn cản quá trình hàn. Nhiệt độ nóng chảy của AlzO; cao (2050°C) trong khi đó nhiệt độ nóng chảy của nhôm chỉ khoảng 650°C.

Ở nhiệt độ cao nhôm và hợp kim nhôm có độ bền rất thấp, ở nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy thì chỉ tiết có thể tự bị phá hoại do khối lượng của bản thân nó. Từ trạng thái đặc chuyển sang trạng thái lỏng nhôm thay đổi màu sắc nên khó quan sát khi hàn, tỷ trọng của AlạO; lớn hơn tỷ trọng nhôm và hợp kim nhôm nên khó nổi trong bể hàn. Mặt khác ở nhiệt độ cao nhôm dễ hoà tan hyđro (H;) nên tạo rỗ khí. Các chỉ tiết trước khi hàn phải được làm sạch Al;O: ở một khoảng cách của mép hàn ít nhất 30 + 35mm bằng cơ học hoặc hoá học.

Ngọn lửa hàn bình thường, nếu thừa oxy dé tạo thanh Al,Os, thira khi axetilen (C2H2) dé rỗ khí. Số hiệu mỏ hàn khí đối với nhôm và hợp kim nhôm chọn lớn hơn khi hàn thép 1+2 số. Que hàn nhôm có thành phần tương tự vật hàn. Có thể dùng que hợp kim AI-Si thì mối hàn tốt hơn.

Các loại hợp kim hàn được nêu ra trong bang 1& 2 va 3. Hợp kim nhôm đúc AI 1; AI 9; Al 25; Al 26 co tinh han tốt, các hợp kim Al 3; Al 4; Al 5; Al 7; Al 8; Al 10B co tinh han trung binh. Các hợp kim AK4, AK4-1 co tinh han han ché, hợp kim B95 có tính hàn kém. Trong tải liệu [4] nêu thành phần một số sợi hàn nhôm theo OCT 7871-75.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim ll BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Bảng 4: Sợi để hàn hợp kim nhôm. Kim loại hàn Sợi hàn (TOCTT 7871-75) A7OO, AJO, AI Cg 85T, Cp A97 AMII CpAIMy AJI31, A133, AB CgAKS, CB1557 Al 2, Al 4, Al6 CpAK5 1. Chat tro dung: Thanh phan chat trợ dung: Khi hàn nhôm và hợp kim nhôm cần thiết dùng trợ dung.

Thành phần một số trợ dung được nêu ra trong bảng 5. Bảng 5: Thành phần trợ dung để hàn cơ học nhôm và hợp kim nhôm (%). Các cấu tử Mác trợ dung để hàn Theo lớp trợ dung Dưới trợ dung Điện xỉ AH-Al | AH-A4 | 48A¢-1 MATH-1A_ | MATH 10 3A 64 XA 64A AH-301 AH-302 Ah-304 Clorua natri 20 - - - - 17 15 - Clorua kali 50 57 47 47 30 43 38 20-60 Clorua liti - - - 8 - - - 10-40 Clorua bari _ 28 47 - 68 - - 5-30 Florua natri - - - 42 - - - Florua kali - - 2 - - - - Florua liti _ 15 _ - - - - 2-20 > Florua canxi - - - - - - 3 Florua nhôm - 7 5 - - - - - > Criolit 30 - - 3 2 36 43 Floro bicronat kali - - 2 - - - - Cát thạch anh _ - - - - 4 Dén | Oxyt crom - - 2 - - - - Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 12 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Trợ dung AH-A1 dùng cả ở dạng nóng chảy cũng như không nóng chảy để hàn nhôm kỹ thuật.

Đối với chất trợ dung hàn không nóng chảy được sấy khô ở nhiệt độ 350°C + 400°C. Tro dung AH-A4, 48-A®-1, MATH-10 dé han hop kim Al-Mg. Tro dung MATH-1A ding dé han hop kim Al-Mn. Tro dung 2KA- 64, 3KA-64A là trợ dung gốm đề hàn tự động hợp kim nhôm dày 30mm và lớn hơn.

Trợ dung A-64 khi hàn nhôm A/IOO làm bắn nhôm bởi silic. Trợ dung 3KA-64A thực tế không có silic. Tiết diện dây hàn: Tiết diện dây hàn: Tuỳ theo chiều dày kim loại hàn, kết cấu mối hàn mà người ta chọn các dây hàn có kích thước khác nhau. Các kết cấu hàn mô tả như trên hình 1.

Vật liệu gốc b. Mối hàn nôi mặt đầu trong điểm giang tac dung tmg suat doc. Méi han giáp nối, hàn lắp đầy với tắm vật liệu. Hàn trên tắm gia cường ngang.

Mối hàn giáp nôi để thô không xử lý. Hàn trên tắm gia cường dọc. Dạng chữ thập, với các mối hàn có go han ngang. Hàn trên tắm sườn đọc.

Dạng chữ thập, các mối hàn giáp mối k : ù lc 1d le la a = Cy = 1h li 1k Hình 1: Các dạng mối hàn hợp kim nhôm Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim 13 BCTK:Nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim hàn nhôm. Bảng 6: Chiều dày các vật hàn và tiết diện điện cực hàn để hàn hồ quang. Chiều dày kim loại hàn (mm) Tiết diện điện cực hàn (mm) <3 2x3 3+4 4+5 4+7 4+5 7+10 6+8 10+ 15 8= 12 Bảng 7: Tiết diện sợi hàn khi hàn thủ công.