Luận văn: Nghiên cứu hàm lượng Hidro trong mối hàn với thuốc hàn gốm hệ ba zơ

Luận văn phân tích hàm lượng hidro trong kim loại mối hàn khi hàn tự động. Đề xuất giải pháp giảm hidro với thuốc hàn gốm hệ ba zơ.

• Tác giả: Dương Văn Hội
• Người hướng dẫn: Ts. Vũ Huy Lân
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hàn
• Đề tài: Nghiên Cứu Hàm Lượng Hidro Trong Kim Loại Mối Hàn Khi Hàn Tự Động Dưới Lớp Thuốc Hàn Gốm Bazơ
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hàm lượng Hidro trong mối hàn tự động

Nghiên cứu hàm lượng hidro trong mối hàn tự động là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hàn hiện đại. Hidro là một trong những nguyên tố gây ảnh hưởng tiêu cực nhất đến chất lượng kim loại mối hàn, đặc biệt khi sử dụng hàn dưới lớp thuốc bảo vệ. Sự hiện diện của hidro có thể gây ra các khuyết tật như nứt lạnh, độ xốp và giảm tính dẻo dai của mối hàn. Việc kiểm soát nồng độ hidro trong quá trình hàn tự động là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm và độ bền của công trình. Các nhà khoa học và kỹ sư hàn trên thế giới đã tiến hành nhiều nghiên cứu khoa học nhằm hiểu rõ hơn về cơ chế tác động của hidro và các giải pháp giảm thiểu hàm lượng này trong quá trình hàn.

1.1. Định nghĩa hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

Hàn tự động dưới lớp thuốc là phương pháp hàn sử dụng lớp thuốc bảo vệ gốm để bảo vệ mối hàn khỏi tác động của không khí xung quanh. Phương pháp này cho phép hàn liên tục với hiệu suất cao và độ nhất quán tốt. Thuốc hàn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ vùng hàn và kiểm soát thành phần hóa học của mối hàn.

1.2. Tầm quan trọng của kiểm soát hàm lượng hidro

Kiểm soát nồng độ hidro là yếu tố quyết định chất lượng mối hàn. Hidro dễ dàng xâm nhập vào kim loại lỏng ở nhiệt độ cao và tạo thành các khí lỗ nhân tại nhiệt độ thấp hơn. Việc giảm hàm lượng hidro giúp tăng cường độ bền kéo, độ dẻo dai và khả năng chống nứt lạnh của mối hàn.

II. Nguồn gốc và cơ chế ảnh hưởng của hidro trong mối hàn

Hidro có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau trong quá trình hàn tự động. Các nguồn chính bao gồm độ ẩm từ môi trường xung quanh, vật liệu hàn chứa các hợp chất chứa nước, và thuốc hàn gốm sử dụng trong quá trình. Cơ chế ảnh hưởng của hidro rất phức tạp - khi kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao, hidro dễ dàng hòa tan trong kim loại lỏng. Tuy nhiên, khi kim loại nguội đi, khả năng hòa tan giảm đáng kể, khiến hidro thoát ra dưới dạng khí, tạo thành các lỗ xốp và gây nứt mối hàn. Độ hoà tan của hidro phụ thuộc mạnh mẽ vào nhiệt độ và áp suất hơi. Sự phân ly của hidro phân tử cũng ảnh hưởng đến mức độ xâm nhập hidro nguyên tử vào mối hàn.

2.1. Các nguồn gốc của hidro

Hidro có thể bắt nguồn từ: (1) Độ ẩm trong không khí và trên bề mặt vật liệu hàn; (2) Các hợp chất chứa nước trong thuốc hàn; (3) Vật liệu hàn ẩm, chưa được sấy đúng cách. Mỗi nguồn đều góp phần tăng nồng độ hidro trong kim loại mối hàn, do đó cần được kiểm soát kỹ lưỡng.

2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ hoà tan hidro

Độ hoà tan của hidro trong sắt tăng đáng kể khi nhiệt độ cao. Ở giai đoạn mối hàn lỏng, hidro hòa tan tối đa. Khi kim loại nguội xuống dưới điểm curie (770°C), khả năng giữ hidro giảm mạnh. Sự giảm này dẫn đến nứt lạnh nếu hidro không được loại bỏ kịp thời.

III. Ảnh hưởng của thuốc hàn gốm bazơ đến hàm lượng hidro

Thuốc hàn gốm bazơ là loại thuốc hàn phổ biến được sử dụng trong hàn dưới lớp thuốc bảo vệ. Thành phần của thuốc hàn gốm bao gồm nhiều chất khác nhau như vôi, feldspat, fluorite và các chất hóa học khác. Các thành phần này không chỉ tạo lớp bảo vệ mà còn có ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng hidro trong kim loại mối hàn. Huỳnh thạch (fluorite - CaF₂) là thành phần đặc biệt quan trọng vì nó có khả năng giảm hàm lượng hidro hiệu quả. Khi huỳnh thạch tham gia vào quá trình hàn, nó giúp phân li hidro phân tử thành các nguyên tử hidro, làm tăng độ phân ly và giảm mức độ hòa tan của hidro trong kim loại lỏng. Tỉ lệ các thành phần trong thuốc hàn ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kiểm soát hidro.

3.1. Thành phần chính của thuốc hàn gốm

Thuốc hàn gốm bao gồm: nhóm tạo khí, nhóm tạo xỉ, nhóm chất khử, nhóm ổn định hồ quang, nhóm chất tạo hình và nhóm chất đính kết. Mỗi nhóm đóng vai trò cụ thể trong việc bảo vệ mối hàn và kiểm soát các yếu tố chất lượng như hàm lượng hidro.

3.2. Vai trò của huỳnh thạch trong giảm hidro

Huỳnh thạch có khả năng phân li hidro phân tử và tạo điều kiện để hidro thoát ra khỏi kim loại lỏng. Khi tăng nồng độ huỳnh thạch trong thuốc hàn gốm, hàm lượng hidro trong mối hàn thường giảm. Điều này làm cho thuốc hàn có nền tạo xỉ với huỳnh thạch trở thành lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng cao.

IV. Giải pháp giảm hàm lượng hidro trong quá trình hàn tự động

Để kiểm soát và giảm hàm lượng hidro trong mối hàn tự động, cần áp dụng một số giải pháp kỹ thuật cụ thể. Thứ nhất, chuẩn bị vật liệu hàn đúng cách bằng cách sấy khô vật liệu trước khi hàn là biện pháp hữu hiệu. Thứ hai, sử dụng CaF₂ (huỳnh thạch) trong thành phần thuốc hàn giúp giảm đáng kể nồng độ hidro. Thứ ba, kiểm soát chế độ sấy sơ bộ và thiêu kết khi chế tạo thuốc hàn là quan trọng để loại bỏ độ ẩm ban đầu. Thứ tư, chế độ sấy trước khi sử dụng thuốc hàn cũng không thể bỏ qua vì nó đảm bảo rằng thuốc hàn không chứa độ ẩm thêm khi tiếp xúc với không khí. Bên cạnh đó, việc duy trì điều kiện môi trường khô ráo và kiểm soát nhiệt độ trong quá trình hàn dưới lớp thuốc cũng góp phần quan trọng trong việc giảm hàm lượng hidro.

4.1. Chuẩn bị vật liệu và sấy khô thuốc hàn

Chuẩn bị vật liệu hàn cẩn thận là bước đầu tiên. Vật liệu phải được làm sạch khỏi dầu, mỡ, và các tạp chất khác. Việc sấy thuốc hàn ở nhiệt độ thích hợp (thường 300-350°C trong 1-2 giờ) loại bỏ độ ẩm hấp phụ trên bề mặt.

4.2. Tối ưu hóa quy trình sản xuất thuốc hàn

Chế độ thiêu kết khi chế tạo thuốc hàn gốm phải được kiểm soát chặt chẽ để loại bỏ các hợp chất chứa nước. Công nghệ chế tạo thuốc hàn hiện đại sử dụng các thiết bị sấy hiệu quả để giảm thiểu hàm lượng hidro từ giai đoạn sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MAU BIA LUAN VAN CO IN CIRY NIU VANG. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO _ TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL 10H Ny. A ĐNORŒ HỘ VÀ TÊN: DƯƠNG VĂN HỘI ‘HNYDN NHANHO NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG HIDRO TRONG KIM LOAI MOI HAN KHI HÀN TU BONG DUGOI LOP THUOC HAN GOM HE BA 7.0 NYH GHON ONOD LUẬN VĂN THAC SĨ KHOA HOC: CONG NGHE HAK ‘YOHA 600c Hà Nội năm 2011 MAU TRANG PUU BIA LUAN VAN BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOT Họ và tên: DƯƠNG VĂN HỘI NGHIÊN CỨU HÀM ILƯỢNG HIĐRÔ TRONG KIM T.OẠI MỐI HẢN KHI LAN TY DONG DUGL LOP THUGC LIAN GOM LE BA 20 Chuyén nganh Công nghệ hàn LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC: CÔNG NGHỆ HÀN NGƯỜI HƯỚNG DẦN KHOA HỌC: T8 VŨ HUY LÂN Hà Nội —- Năm 2011 LUAN VAN TOT NGHIEP MUC LUC Trang Trang phu bia Léi cam doan Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MO DAU 1 Chuong 1 TONG QUAN NGHIEN CUU VE HAM LUGNG CUA HIDRO 3 TRONG KIM LOAI MOI HAN KHI CHE TAO VA SU DUNG THUOC HAN GOM BAZO. 11 Tổng quan về hàn tự động dưới lớp thuốc.2 Ảnh hưởng của hidré trong kim loại mối hàn khi hàn dưới lớp 5 thuốc bảo vệ.

13 Téng quan về nghiên cứu hàm lượng của hiđrô trong kim loại 8 mối hàn khi chế tạo và sử dụng thuốc hàn gốm bazơ trên thế giới. 14 Việc nghiên cứu hàm lượng của hiđrô trong kim loại mối hàn 10 khi chế tạo và sử dụng thuốc hàn gốm bazơ ở Việt Nam. Chương2 NGHIÊN CỬU ẢNH HƯỞNG CỦA HIĐRÔ TRONG KIM 11 LOAI MOI HAN, 2.1 Nguồn gốc của hiđrô.1 Nguồn hiđrô từ môi trường xung quanh i 2.2 Nguén hidré tir vat han va vat liêu hàn 1 2. Nguồn hiđrô tôn tại trong thuốc hàn ll 2.2 Co chế ảnh hưởng.

12 Người hướng dân: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Duong Văn Hội LUAN VAN TOT NGHIEP DANH MUC HINH VE, DO THI ,SO DO TT Nội dung Trang Hình 1.1 | Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 3 Hình 1.2 | Hàn dâm chữI bằng phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc 5 bao vé Hinh 1.3 | Sw phan bé ctia hidré trong thép 6 Hình 1.4 | Các trường hợp nứt kim loại mỗi hàn 7 Hình 2. | Mức độ phần ly của biđrô phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ 14 Hình2.2 | Độ hoà tan của hyđrô trong sắt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi áp | 15 suất hơi của nó trong pha khí < l&g /em` Hinh 2.3 | Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất hơi của hyđrô trong pha khi| 16 đến độ hoà tan của nỏ trong sắt lỏng, Hinh2.4 | Hàm lượng hidré trong kim loai moi hàn phụ thuộc vào hàm | 18 lượng của nó trong thuốc hàn.1 | Sự phụ thuộc của độ nhớt xỉ hàn vào nhiệt độ 28 Hình 5.1 | Sơ đỗ nguyên lý quy trình công nghệ chế tạo thuộc hàn gồm 4 Hình61 | Sơ đồ tông quát 52 Hinh 6.2 | Sơ đồ nghiên cứu của đề tải 52 Hình 6. | Sơ đồ thuật toán tính các hệ số phương trình hồi quy 58 Hình 6.

| Hình dạng và kích thước mâu hàn thí nghiệm 59 Hình 6.5 | Cân mâu thi nghiêm trước khi hàn 60 Hình 66 | Thuốc hản mâu thi nghiệm 60 Hình 6.7 | Tiến hành hản mâu thí nghiệm 61 Hinh 6.8 | Mẫu thí nghiệm sau khi han 61 Người hướng dân: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Duong Văn Hội ‘VIII LUAN VAN TOT NGHIEP 2.3 Nghiên cứu các giải pháp chủ yếu giảm hàm lượng hiđrôtrong 19 kim loại mối hàn khi chế tạo thuốc hàn.1 Chuẩn bị vật liệu hản 19 2. Sử dụng CaF) trong thảnh phân của thuốc han 19 2. Ché dé say sơ bô và thiêu kết khi chế tạo thuốc hản.

Chế độ sấy trước khi sử đụng thuốc hản 21 Chuong3 GIỚI THIỆU VẺ THÀNH PHẦN THUÔC HÀN GÔM VÀẢNH 22 HUONG CUA HUYNH THACH DEN HAM LUONG HIDRO. TRONG KIM LOAI MOI HAN 3.1 Giới thiệu về thành phần mẻ liệu thuốc hàn gốm 22 3.1 Nhóm tạo khí 22 3.2 Nhỏm tạo xỉ 22 3.3 Nhóm chất khử, hợp kưn hóa và biển tính kim loại mồi hàn 22 3. Nhóm ôn định hỗ quang, 23 3.5 Nhóm chất tạo hình 23 3.6 Nhóm chất đỉnh kết 23 3.2 Ảnh hưởng của huỳnh thạch đến hàm lượng hiđrô trong kim 24 loại mỗi hàn với các nên tạo xỉ. Các yêu to ảnh hưởng đến hảm lượng của hiđrô trong kim loai 24 3.2 Anh huéng cia huynh thach 24 Chuong4 TINH TOAN SO BO THANH PHAN ME LIEU THUOC 25 HAN GOM 41 Giới thiệu sơ lược về xi han va lựa chọn nền tạo xi han 25 41.1 Khai niém xi han 25 4.

Dic tinh co ban eta xi han 25 4. Tỉnh axit( bazơ) của xỉ hàn 35 Người hướng dân: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Dương Văn Hội LUAN VAN TOT NGHIEP DANH MUC HINH VE, DO THI ,SO DO TT Nội dung Trang Hình 1.1 | Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 3 Hình 1.2 | Hàn dâm chữI bằng phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc 5 bao vé Hinh 1.3 | Sw phan bé ctia hidré trong thép 6 Hình 1.4 | Các trường hợp nứt kim loại mỗi hàn 7 Hình 2. | Mức độ phần ly của biđrô phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ 14 Hình2.2 | Độ hoà tan của hyđrô trong sắt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi áp | 15 suất hơi của nó trong pha khí < l&g /em` Hinh 2.3 | Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất hơi của hyđrô trong pha khi| 16 đến độ hoà tan của nỏ trong sắt lỏng, Hinh2.4 | Hàm lượng hidré trong kim loai moi hàn phụ thuộc vào hàm | 18 lượng của nó trong thuốc hàn.1 | Sự phụ thuộc của độ nhớt xỉ hàn vào nhiệt độ 28 Hình 5.1 | Sơ đỗ nguyên lý quy trình công nghệ chế tạo thuộc hàn gồm 4 Hình61 | Sơ đồ tông quát 52 Hinh 6.2 | Sơ đồ nghiên cứu của đề tải 52 Hình 6.

| Sơ đồ thuật toán tính các hệ số phương trình hồi quy 58 Hình 6. | Hình dạng và kích thước mâu hàn thí nghiệm 59 Hình 6.5 | Cân mâu thi nghiêm trước khi hàn 60 Hình 66 | Thuốc hản mâu thi nghiệm 60 Hình 6.7 | Tiến hành hản mâu thí nghiệm 61 Hinh 6.8 | Mẫu thí nghiệm sau khi han 61 Người hướng dân: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Duong Văn Hội ‘VIII LUAN VAN TOT NGHIEP 6.1 Lựa chọn mô hình vả các biển đâu vào, hảm mục tiêu 50 6.12 Xây dưng kế hoạch thực nghiệm và phương pháp giải 33 6. Loại kế hoạch thực nghiệm 53 6.

Xây dựng kế hoạch thực nghiệm cho trường hợp 54 nghiên cứu 6. Lập trình phân mềm xác định các hệ số của phương trình hỏi quy — 55 6. Phương pháp xác định hệ số của mô hình 55 6. Phần mềm lập trình xác định hệ số của mô hình 59 62 Xây dụng kế hoạch thực nghiệm và tiễn hành thí nghiệm 59 62.1 Mô tả phương pháp thí nghiệm 59 62.

Tién hanh thi nghiém va ket qua 64 63 Xử lý kết quả thực nghiệm 65 63.1 Kết quả xử lý số liệu 65 6. Biểu diễn các đường đặc tính và các kết luận khoa học 65 63. Xác định giá trị các biến đầu vao dam bao ham luong hiđrô yêu 67 câu KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 69 TAI LIEU THAM KHAO 1 PHU LUC 72 Người hưởng dẫn: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Dương Văn Hội LUAN VAN TOT NGHIEP DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CUM TU VIET TAT SU DỰNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Đơn vị 'Y nghĩa Hà - Hidro Pay Mpa Ap suat hoi ctia hydré phan tit trong pha khi Xi,,w - Hằng số cân bằng của hỗn hợp hydrô phân tử vả nguyên tử.

m [el Khôi lượng, Thờ °C Nhiệt độ nóng chây của xi Tụ tated °C Nhiệt độ nóng chây của kim loại H Hoạt tỉnh hỏa học Hy š Hoạt tỉnh hóa học của của ôxit axit Ho - Hoạt tỉnh hoả học của 6xit bazo Tụ - Độ nhớt của kim loại nỏng chảy Ny - Độ nhớt của xỉ R $ Hệ số tương quan của mô hình RI a Hệ số tương quan cho phép Người hướng dân: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Duong Văn Hội LUAN VAN TOT NGHIEP DANH MUC HINH VE, DO THI ,SO DO TT Nội dung Trang Hình 1.1 | Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 3 Hình 1.2 | Hàn dâm chữI bằng phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc 5 bao vé Hinh 1.3 | Sw phan bé ctia hidré trong thép 6 Hình 1.4 | Các trường hợp nứt kim loại mỗi hàn 7 Hình 2. | Mức độ phần ly của biđrô phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ 14 Hình2.2 | Độ hoà tan của hyđrô trong sắt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi áp | 15 suất hơi của nó trong pha khí < l&g /em` Hinh 2.3 | Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất hơi của hyđrô trong pha khi| 16 đến độ hoà tan của nỏ trong sắt lỏng, Hinh2.4 | Hàm lượng hidré trong kim loai moi hàn phụ thuộc vào hàm | 18 lượng của nó trong thuốc hàn.1 | Sự phụ thuộc của độ nhớt xỉ hàn vào nhiệt độ 28 Hình 5.1 | Sơ đỗ nguyên lý quy trình công nghệ chế tạo thuộc hàn gồm 4 Hình61 | Sơ đồ tông quát 52 Hinh 6.2 | Sơ đồ nghiên cứu của đề tải 52 Hình 6. | Sơ đồ thuật toán tính các hệ số phương trình hồi quy 58 Hình 6.

| Hình dạng và kích thước mâu hàn thí nghiệm 59 Hình 6.5 | Cân mâu thi nghiêm trước khi hàn 60 Hình 66 | Thuốc hản mâu thi nghiệm 60 Hình 6.7 | Tiến hành hản mâu thí nghiệm 61 Hinh 6.8 | Mẫu thí nghiệm sau khi han 61 Người hướng dân: TS. Vũ Huy Lân Học viên: Duong Văn Hội ‘VIII LUAN VAN TOT NGHIEP DANH MỤC CÁC BẢNG BIÊU TT Nội dung Trang Bang:2.1 | Hàm lượng giới hạn của hiđrô trong kim loại đấp va trong kim | 25 loại môi hàn.1 | thành phân hóa học chủ yêu của xỉ hàn khi sử dụng thuốc hàn| 31 ESAB Bang 4.2 | Bảng thành phần hóa học của các vật liệu dùng để sản xuất thuốc | 32 hàn Bang 4.3 | Thành phần hoá học dây hàn H - 08A.4 | Cơ tỉnh của dây hàn H - 08A 34 Bang 4.5 | Thành phân sơ bộ mẻ liệu thuốc hàn gồm.6 | Quy đôi thành phân mẻ liệu kê cả phân khô của nước thuỷ tỉnh.7 | Hàm lượng (%) các chất trong mẻ liệu thuốc hàn 4 Đảng 5.1 | Danh mục quặng, sa khoáng, fero hợp kim được lựa chọn 44 Bang 5.2 | Tỷ lê các chất trong mẻ liệu qui doi 45 Bang 5.3 | Tỷ lê các chất trong mẻ liệu khô 46 Bảng 6.