Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp chế tạo khuôn ép nhựa và khuôn dập, các chi tiết khuôn thường bị mòn không đều trong quá trình sử dụng, gây ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và chất lượng sản phẩm. Theo ước tính, việc phục hồi các chi tiết khuôn bị mài mòn thông qua công nghệ hàn đắp có thể kéo dài tuổi thọ khuôn lên đến 30-50%, đồng thời giảm đáng kể chi phí sản xuất và bảo trì. Đề tài nghiên cứu nhằm xây dựng quy trình công nghệ hàn TIG đắp phục hồi các chi tiết mòn trong khuôn ép nhựa và khuôn dập, tập trung vào các mác thép phổ biến trên thị trường và các dạng sai hỏng thường gặp trong thực tế.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định chế độ hàn thực nghiệm phù hợp, đánh giá tính hàn của các mác thép làm khuôn, lựa chọn que hàn đắp thích hợp và đề xuất quy trình hàn phục hồi hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại thép làm khuôn dập nóng, dập nguội và khuôn ép nhựa thông dụng, với mô phỏng các dạng sai hỏng phổ biến do hạn chế trong việc thu thập khuôn cũ. Nghiên cứu được thực hiện tại thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2014, với ý nghĩa khoa học góp phần nâng cao chất lượng đào tạo môn Công nghệ Kim loại và thực tiễn giúp các doanh nghiệp giảm chi phí thay mới khuôn, tăng hiệu quả sản xuất.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: công nghệ hàn TIG (Tungsten Inert Gas) và tính hàn của kim loại. Hàn TIG là phương pháp hàn hồ quang sử dụng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (Argon hoặc Helium), tạo ra mối hàn có chất lượng cao, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp và ít khuyết tật. Lý thuyết về tính hàn của kim loại giúp đánh giá khả năng tạo mối hàn bền vững dựa trên thành phần hóa học, cơ tính và các thông số như hàm lượng cacbon tương đương (CE), khả năng chống nứt nóng, nứt nguội.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Tính hàn của vật liệu: khả năng kim loại tạo mối hàn đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Chế độ hàn TIG: các thông số dòng điện, khí bảo vệ, loại điện cực và kỹ thuật hàn.
  • Sai hỏng khuôn: mòn, nứt, mẻ, biến dạng do áp lực, ma sát và môi trường làm việc.
  • Phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn: kiểm tra phá hủy (kéo, uốn, va đập), kiểm tra không phá hủy (mắt thường, dung dịch thẩm thấu, từ tính, siêu âm, tia X).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các mác thép làm khuôn phổ biến như 40Cr13, P20, H13, D2, S7, A2, M2, cùng các dạng sai hỏng mô phỏng trên mẫu thử. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm nhiều mẫu thép được hàn thử nghiệm với các chế độ hàn TIG khác nhau. Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn đại diện các loại thép phổ biến và các dạng sai hỏng thường gặp trong khuôn ép nhựa và khuôn dập.

Phân tích dữ liệu dựa trên so sánh tính hàn thực nghiệm với lý thuyết, đánh giá chất lượng mối hàn qua các phương pháp kiểm tra phá hủy và không phá hủy. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2014, bao gồm các giai đoạn: khảo sát tài liệu, chuẩn bị mẫu, thực nghiệm hàn, kiểm tra chất lượng, phân tích kết quả và đề xuất quy trình công nghệ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chế độ hàn TIG tối ưu cho các mác thép làm khuôn: Dòng điện hàn dao động từ 70 đến 250 A, sử dụng khí Argon tinh khiết với lưu lượng 10-15 l/ph, điện cực EWCe-2 (2% Cerium) đường kính 2.4 mm cho kết quả mối hàn ổn định, độ ngấu sâu và ít khuyết tật. So với chế độ hàn lý thuyết, chế độ thực nghiệm cho thấy độ bền kéo mối hàn tăng 15%, giảm hiện tượng nứt nguội.

  2. Tính hàn của các mác thép: Thép P20 và 40Cr13 có tính hàn tốt với CE dưới 0.25%, dễ dàng hàn phục hồi mà không cần xử lý nhiệt phức tạp. Trong khi đó, thép D2 và H13 có CE trên 0.45%, yêu cầu nung nóng sơ bộ ở 150-200°C và xử lý nhiệt sau hàn để hạn chế nứt nóng, nứt nguội. Tỷ lệ thành công mối hàn đạt 85% đối với thép có tính hàn tốt, giảm còn 70% với thép tính hàn hạn chế.

  3. Hiệu quả phục hồi sai hỏng khuôn: Hàn TIG đắp phục hồi các vị trí mòn, nứt mẻ trên khuôn ép nhựa và khuôn dập giúp tăng tuổi thọ khuôn lên 40-50% so với không phục hồi. Các sai hỏng như mòn lưỡi cắt, vết nứt nhỏ được xử lý hiệu quả, giảm tỷ lệ phế phẩm sản xuất từ 12% xuống còn 4%.

  4. Kiểm tra chất lượng mối hàn: Phương pháp kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm và dung dịch thẩm thấu phát hiện được các khuyết tật nhỏ dưới 0.5 mm, đảm bảo chất lượng mối hàn. Kiểm tra cơ tính cho thấy độ dai va đập mối hàn đạt 90% so với kim loại cơ bản, phù hợp yêu cầu kỹ thuật khuôn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả phục hồi là do công nghệ hàn TIG tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp, hạn chế biến dạng và nứt mối hàn. Việc lựa chọn que hàn phù hợp với từng loại thép và điều chỉnh chế độ hàn giúp tăng tính liên kết và cơ tính mối hàn. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong ngành về hàn phục hồi khuôn, đồng thời bổ sung dữ liệu thực nghiệm cho các mác thép phổ biến tại Việt Nam.

Biểu đồ so sánh độ bền kéo và độ cứng mối hàn giữa các chế độ hàn khác nhau minh họa rõ sự cải thiện khi áp dụng quy trình đề xuất. Bảng thống kê tỷ lệ khuyết tật mối hàn trước và sau khi áp dụng chế độ hàn TIG cũng cho thấy sự giảm đáng kể các khuyết tật nứt và rỗ khí.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng quy trình hàn TIG chuẩn cho từng loại thép làm khuôn: Đề xuất áp dụng chế độ dòng điện, loại điện cực và khí bảo vệ phù hợp, thời gian nung nóng sơ bộ và xử lý nhiệt sau hàn. Thời gian thực hiện quy trình trong vòng 1-2 tháng, chủ thể là các phòng thí nghiệm và doanh nghiệp sản xuất khuôn.

  2. Đào tạo kỹ thuật viên hàn TIG chuyên sâu: Tổ chức các khóa đào tạo nâng cao tay nghề cho thợ hàn, tập trung vào kỹ thuật vào que hàn và kiểm soát chế độ hàn để giảm khuyết tật. Mục tiêu nâng cao tỷ lệ mối hàn đạt chuẩn lên trên 90% trong 6 tháng.

  3. Áp dụng kiểm tra chất lượng mối hàn không phá hủy định kỳ: Sử dụng siêu âm và dung dịch thẩm thấu để phát hiện sớm các khuyết tật, đảm bảo mối hàn phục hồi đạt yêu cầu kỹ thuật. Chủ thể thực hiện là bộ phận bảo trì và kiểm định chất lượng trong doanh nghiệp.

  4. Chuyển giao công nghệ hàn TIG phục hồi khuôn cho các doanh nghiệp sản xuất khuôn ép nhựa và khuôn dập: Hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn quy trình nhằm giảm chi phí thay mới khuôn, tăng hiệu quả sản xuất. Thời gian triển khai trong vòng 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp sản xuất khuôn ép nhựa và khuôn dập: Nghiên cứu cung cấp quy trình hàn phục hồi giúp giảm chi phí thay mới khuôn, tăng tuổi thọ khuôn và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Phòng thí nghiệm và trung tâm nghiên cứu công nghệ hàn: Tài liệu chi tiết về chế độ hàn TIG và tính hàn của các mác thép phổ biến, hỗ trợ phát triển công nghệ hàn phục hồi.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Kim loại, Công nghệ Hàn: Cung cấp kiến thức thực tiễn và cơ sở lý thuyết về hàn TIG, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu khoa học.

  4. Kỹ thuật viên và thợ hàn chuyên nghiệp: Hướng dẫn kỹ thuật hàn TIG đắp phục hồi, nâng cao tay nghề và hiệu quả công việc trong bảo trì sửa chữa khuôn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hàn TIG có ưu điểm gì so với các phương pháp hàn khác trong phục hồi khuôn?
    Hàn TIG tạo vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp, mối hàn có độ ngấu sâu và chất lượng cao, ít khuyết tật, không tạo xỉ và khói độc, phù hợp với các vật liệu hợp kim cao và kim loại màu.

  2. Làm thế nào để chọn que hàn phù hợp cho từng loại thép làm khuôn?
    Dựa vào thành phần hóa học và tính hàn của thép, chọn que hàn có thành phần tương thích, ví dụ que hàn chứa cerium oxide cho thép cacbon thấp và hợp kim thấp, que hàn đặc biệt cho thép có tính hàn hạn chế.

  3. Có cần xử lý nhiệt trước và sau khi hàn phục hồi khuôn không?
    Đối với thép có hàm lượng cacbon tương đương cao hoặc tính hàn hạn chế, cần nung nóng sơ bộ trước khi hàn và xử lý nhiệt sau hàn để giảm nứt nóng, nứt nguội và cải thiện cơ tính mối hàn.

  4. Phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn nào hiệu quả nhất?
    Kết hợp kiểm tra không phá hủy bằng siêu âm và dung dịch thẩm thấu giúp phát hiện khuyết tật bề mặt và bên trong mối hàn, đảm bảo chất lượng mối hàn phục hồi.

  5. Quy trình hàn TIG phục hồi có thể áp dụng cho các loại khuôn nào?
    Quy trình phù hợp với khuôn ép nhựa, khuôn dập nóng và dập nguội làm từ các mác thép phổ biến, đặc biệt hiệu quả với các chi tiết bị mòn, nứt mẻ và biến dạng nhẹ.

Kết luận

  • Đã xây dựng và thử nghiệm thành công quy trình công nghệ hàn TIG đắp phục hồi các chi tiết mòn trong khuôn ép nhựa và khuôn dập.
  • Xác định chế độ hàn tối ưu cho các mác thép phổ biến, nâng cao chất lượng mối hàn và tuổi thọ khuôn.
  • Đề xuất các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn phù hợp, đảm bảo độ tin cậy và an toàn trong sản xuất.
  • Khuyến nghị đào tạo kỹ thuật viên và chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp nhằm ứng dụng rộng rãi.
  • Tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy trình cho các loại vật liệu và sai hỏng phức tạp hơn trong giai đoạn tiếp theo.

Hãy áp dụng quy trình hàn TIG phục hồi để nâng cao hiệu quả sản xuất và tiết kiệm chi phí bảo trì khuôn trong doanh nghiệp của bạn ngay hôm nay!