Luận án nghiên cứu tối ưu hóa thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình

Nghiên cứu về thuốc hàn thiêu kết là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hàn, đặc biệt là trong hàn… 139 trang · Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội · 2019.

• Tác giả: Phạm Thanh Lưu
• Người hướng dẫn: PGS.TS Vũ Huy Lân
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Hàn & Công nghệ kim loại
• Đề tài: Tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THUỐC HÀN THIÊU KẾT
• 1.1. Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
• 1.2. Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
• 1.3. Vai trò và công dụng của thuốc hàn
• 1.4. Phân loại thuốc hàn
• 1.5. Ký hiệu thuốc hàn và dây hàn
• 1.6. Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở trong nước
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở nước ngoài
• 2. CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN THIÊU KẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết
• 2.1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ
• 2.1.2. Các công đoạn chủ yếu của quy trình công nghệ
• 2.2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu
• 2.2.2. Nghiên cứu xác định thành phần đơn thuốc hàn
• 2.2.3. Nghiên cứu tính công nghệ hàn
• 2.2.4. Nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si vào kim loại mối hàn
• 2.2.5. Nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong kim loại mối hàn
• 2.2.6. Kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thuốc hàn với thành phần tối ưu
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 3.1. Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn
• 3.1.1. Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm
• 3.1.2. Xử lý số liệu thí nghiệm
• 3.1.3. Biểu diễn các đường đặc trưng
• 3.2. Nghiên cứu nhóm chất khử và hợp kim hóa kim loại mối hàn
• 3.2.1. Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm
• 3.2.2. Xử lý số liệu thí nghiệm
• 3.2.3. Biểu diễn các đường đặc trưng
• 3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô
• 3.3.1. Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm
• 3.3.2. Xử lý số liệu thí nghiệm
• 3.3.3. Biểu diễn các đường đặc trưng
• 3.4. Quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK
• 3.4.1. Lập quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn F7A4-BK
• 3.4.2. Giới thiệu thuốc hàn F7A4-BK
• 4. CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN TỐI ƯU MẺ LIỆU THUỐC HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH
• 4.1. Xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4–BK
• 4.1.1. Xác định tỷ lệ các chất tạo xỉ đảm bảo tính công nghệ hàn cho thuốc hàn F7A4–BK
• 4.1.2. Xác định hàm lượng các ferô hợp kim cho thuốc hàn F7A4–BK
• 4.1.3. Xác định hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ thiêu kết cho thuốc hàn F7A4–BK
• 4.2. Kiểm tra thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn
• 4.2.1. Kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn
• 4.2.2. Kiểm tra các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết

Nghiên cứu về thuốc hàn thiêu kết là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hàn, đặc biệt là trong hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc. Hệ bazơ trung bình được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hàn, nhờ vào khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao và ổn định. Quy trình thiêu kết là một trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của thuốc hàn. Việc tối ưu hóa thành phần của thuốc hàn không chỉ giúp nâng cao hiệu suất hàn mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Theo nghiên cứu, việc sử dụng các nguyên liệu trong nước để sản xuất thuốc hàn thiêu kết có thể mang lại lợi ích kinh tế lớn cho ngành công nghiệp hàn trong nước.

1.1. Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc (SAW) là một phương pháp hàn tiên tiến, cho phép tạo ra mối hàn với chất lượng cao và năng suất lớn. Quy trình thiêu kết trong hàn hồ quang tự động giúp bảo vệ vùng hàn khỏi tác động của môi trường bên ngoài, đồng thời tạo ra lớp xỉ bảo vệ. Thuốc hàn thiêu kết đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn định hồ quang và cải thiện tính chất cơ học của mối hàn. Việc nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần của thuốc hàn thiêu kết là cần thiết để nâng cao hiệu suất và chất lượng mối hàn.

II. Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết

Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc lựa chọn nguyên liệu đến quy trình thiêu kết. Nguyên liệu hàn được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính chất hóa học và cơ học của thuốc hàn. Các công đoạn trong quy trình sản xuất cần được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc áp dụng các công nghệ hiện đại trong sản xuất thuốc hàn thiêu kết sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quy trình sản xuất có thể cải thiện đáng kể chất lượng của mối hàn và giảm thiểu lượng hiđrô trong mối hàn, từ đó nâng cao độ bền và độ dai va đập của kim loại mối hàn.

2.1. Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết

Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết bao gồm các bước như chuẩn bị nguyên liệu, trộn, thiêu kết và đóng gói. Mỗi bước đều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của thuốc hàn. Việc tối ưu hóa từng bước trong quy trình sản xuất sẽ giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh tỷ lệ các thành phần trong mẻ liệu có thể cải thiện đáng kể tính công nghệ hàn của thuốc hàn. Đặc biệt, việc kiểm soát hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ thiêu kết là rất quan trọng để đảm bảo lượng hiđrô trong mối hàn ở mức tối ưu.

III. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là một phần quan trọng trong việc xác định thành phần tối ưu của thuốc hàn thiêu kết. Các thí nghiệm được thiết kế để kiểm tra ảnh hưởng của các thành phần khác nhau đến tính chất của mối hàn. Việc sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm giúp xác định mối quan hệ giữa các yếu tố và kết quả hàn. Các kết quả thu được từ thí nghiệm cho thấy rằng việc tối ưu hóa thành phần thuốc hàn có thể cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ tính của kim loại mối hàn. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng mối hàn mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất, từ đó tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm hàn trong nước.

3.1. Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn

Nghiên cứu nhóm chất về tính công nghệ hàn tập trung vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hàn. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của các thành phần trong thuốc hàn đến độ bền và độ dai va đập của mối hàn. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa tỷ lệ các thành phần trong mẻ liệu có thể cải thiện đáng kể tính công nghệ hàn. Việc áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại trong nghiên cứu giúp xác định được các quy luật ảnh hưởng của các thành phần chủ yếu đến chất lượng mối hàn.

IV. Xác định thành phần tối ưu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình

Xác định thành phần tối ưu của mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình là mục tiêu chính của nghiên cứu. Các thí nghiệm đã được thực hiện để xác định tỷ lệ các chất tạo xỉ và hàm lượng các ferô hợp kim trong thuốc hàn. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa thành phần mẻ liệu không chỉ giúp cải thiện chất lượng mối hàn mà còn giảm thiểu lượng hiđrô trong mối hàn. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ bền và độ dai va đập của kim loại mối hàn. Nghiên cứu cũng đề xuất các phương pháp kiểm tra thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính của kim loại mối hàn để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

4.1. Xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4 BK

Xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK là một bước quan trọng trong nghiên cứu. Các thí nghiệm đã được thực hiện để xác định tỷ lệ các chất tạo xỉ và hàm lượng các ferô hợp kim. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa thành phần mẻ liệu có thể cải thiện đáng kể tính công nghệ hàn và chất lượng mối hàn. Việc kiểm tra thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ tính của kim loại mối hàn cũng được thực hiện để đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Công trình luận án tiến sĩ kỹ thuật mang tên "Nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình" được nghiên cứu sinh Phạm Thanh Lưu thực hiện tại Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Vũ Huy Lân. Nghiên cứu này là một phần nội dung gắn liền với Đề tài Khoa học và Công nghệ Trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC.04/11-15 thuộc Chương trình KC.04: "Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết bằng nguyên vật liệu trong nước để hàn tự động dưới lớp thuốc các kết cấu thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp". Luận án được hoàn thành vào tháng 05 năm 2019.

Về tính cấp thiết, phương pháp hàn hồ quang chìm tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW) được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí, đóng tàu, sản xuất ống dẫn dầu và thiết bị áp lực nhờ năng suất đắp cao, điều kiện bảo vệ môi trường và chất lượng cơ tính liên kết hàn ổn định. Trong công nghệ này, thuốc hàn thiêu kết (agglomerated fluxes) đóng vai trò trung tâm trong việc bảo vệ vũng hàn, khử tạp chất, ổn định hồ quang và hợp kim hóa kim loại mối hàn. Tuy nhiên, theo số liệu thống kê được nêu trong văn bản luận án vào năm 2010, Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 15.000 tấn thuốc hàn mỗi năm, trong đó nhóm thuốc hàn chất lượng cao chiếm khoảng 10.000 tấn từ các nhà sản xuất nước ngoài như ESAB (Thụy Điển), Hyundai (Hàn Quốc), Lincoln (Mỹ) và Kobelco (Nhật Bản). Việc phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn hàng nhập khẩu làm tăng chi phí chế tạo, giảm tính cạnh tranh của ngành cơ khí trong nước và tiêu tốn lượng lớn ngoại tệ. Trong khi đó, nguồn khoáng sản tự nhiên của Việt Nam có trữ lượng dồi dào, phân bố tại nhiều địa phương nhưng chưa được nghiên cứu bài bản để chế tạo công nghiệp thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định là sự thiếu vắng các công trình nghiên cứu hệ thống, có cơ sở toán học và thực nghiệm định lượng về mối quan hệ giữa tỷ lệ các cấu tử khoáng sản trong nước với tính công nghệ hàn, sự chuyển dịch các nguyên tố hợp kim và hàm lượng hiđrô khuếch tán trong mối hàn đối với hệ xỉ bazơ trung bình.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của luận án bao gồm:

1. Nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình trên cơ sở sử dụng tối đa nguồn nguyên vật liệu sẵn có trong nước.
2. Xác định thành phần tối ưu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết ký hiệu F7A4-BK, kết hợp với dây hàn EM12K tạo thành bộ liên kết hàn F7A4-BK-EM12K đáp ứng tiêu chuẩn AWS A5.17-80 để hàn các kết cấu thép cacbon thấp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Thành phần phối liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình (chỉ số bazơ $B \approx 1,6$) và các quy luật tương tác xỉ - kim loại - khí.
• Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn mã hiệu F7A4-BK phối hợp với dây hàn mác EM12K; phạm vi thực nghiệm ứng dụng trên liên kết hàn thép kết cấu cacbon thấp mác SM400B có chiều dày danh định 25 mm theo tư thế hàn sấp.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng thuật lịch sử phát triển của công nghệ vật liệu hàn trong nước và quốc tế, xác định rõ vị trí của công trình trong tương quan với các nghiên cứu trước đó.

Về tình hình nghiên cứu trong nước, tác giả điểm lại các mốc khoa học tiêu biểu:

• Thập niên 1970, kỹ sư Nguyễn Thành Kiên tại Viện Nghiên cứu Máy chủ nhiệm đề tài chế tạo thuốc hàn nung chảy bằng lò điện tương đương mác AH-348 của Liên Xô, song công trình chỉ dừng lại ở quy mô thử nghiệm phòng thí nghiệm.
• Năm 1984 trở đi, nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại thuộc Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội gồm Vũ Huy Lân, Bùi Văn Hạnh, Trịnh Duy Long đã công bố các kết quả về thuốc hàn gốm hệ rutil - đôlômit - boxit, thuốc hàn hỗn hợp và thuốc hàn đắp ký hiệu BK.X.
• Năm 2007, kỹ sư Nguyễn Văn Thống làm Chủ nhiệm Đề tài KH-CN cấp Bộ mã số 242.07RD/HĐ-KHCN tại Viện Công nghệ (VEAM - Bộ Công Thương), nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động hệ ôxit nhôm - rutil ($Al_2O_3 - TiO_2$, ký hiệu AR theo chuẩn IIW), nghiệm thu tháng 04 năm 2008.
• Năm 2008, kỹ sư Đặng Trần Lương tại Công ty Cổ phần Que hàn điện Việt Đức (Viwelco) chủ nhiệm đề tài sản xuất bộ thuốc hàn gốm mác F7-VD (hệ AR-7) dùng cho thép có độ bền cao, nghiệm thu tháng 12 năm 2008.
• Năm 2014, PGS. Đào Quang Kế tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam hoàn thành và nghiệm thu đề tài nghiên cứu quy trình sản xuất thuốc hàn gốm hệ AR.
• Giai đoạn 2011-2016, Đề tài cấp Nhà nước mã số KC.04/11-15 do TS Vũ Huy Lân làm Chủ nhiệm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội chủ trì, đã chế tạo thành công 03 loại thuốc hàn thiêu kết từ nguyên liệu trong nước.

Về tình hình nghiên cứu quốc tế, luận án phân tích các sản phẩm thương mại và bằng sáng chế:

• Các dòng thuốc hàn thương mại phổ biến theo phân loại của Viện Hàn Quốc tế (IIW) và hãng ESAB: OK Flux 10.81 ($B = 0,6 \div 0,9$), OK Flux 10.80 ($B = 1,1$), OK Flux 10.71 ($B = 1,6$), OK Flux 10.61 ($B = 2,8$), OK Flux 10.62 ($B = 3,4$); tương đương với các dòng S-777MX, S-727, S-717, S-707TP của Hyundai (Hàn Quốc) và dòng AHK-44, AHK-47, AHK-561 của Viện Hàn Paton (Ukraine).
• Bằng sáng chế Hoa Kỳ US4675056 (cấp ngày 23/06/1987) về thành phần thuốc hàn hồ quang chìm chứa hỗn hợp các chất kiềm, canxi, magie, bari và nhôm với oxit nhôm chiếm $20 \div 50%$ trọng lượng.
• Bằng sáng chế Hoa Kỳ US005300754A (cấp ngày 05/04/1994) công bố thành phần thuốc hàn khống chế hiđrô chứa $Na_2O, K_2O$ ($0,5 \div 2%$), $Al_2O_3$ ($10 \div 20%$), $MgO$ ($25 \div 37%$), huỳnh thạch $CaF_2$ ($20 \div 32%$), $SiO_2$ ($5 \div 20%$) và $CaO$ ($3 \div 10%$).

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả lựa chọn giải quyết là xây dựng công thức định lượng chi tiết cho thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình ($B \approx 1,6$) sử dụng tối đa sa khoáng và khoáng sản nội địa, đồng thời giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu bằng quy hoạch thực nghiệm: đảm bảo tính công nghệ hàn hồ quang cháy ổn định, kiểm soát chính xác sự dịch chuyển hợp kim mangan - silic và giảm triệt để lượng hiđrô khuếch tán trong liên kết hàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết luyện kim hàn nóng chảy dưới lớp thuốc bảo vệ, tập trung vào các phản ứng hóa lý tại ranh giới pha xỉ - kim loại - khí, cơ chế khử ôxy bằng ferô hợp kim và động học thoát khí hiđrô. Theo chỉ số tính bazơ $B$ của Viện Hàn Quốc tế (IIW), hệ xỉ được phân cấp như sau:

• Hệ axit: $B < 0,9$
• Hệ trung tính / bazơ thấp: $0,9 \le B < 1,2$
• Hệ bazơ trung bình: $1,2 \le B \le 2,0$
• Hệ bazơ cao: $B > 2,0$

Mác thuốc hàn nghiên cứu được định vị ở hệ bazơ trung bình với chỉ số tính toán $B \approx 1,6$, hướng tới đảm bảo độ dai va đập tại nhiệt độ âm -40°C theo cấp F7A4 của tiêu chuẩn AWS A5.17-80.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được thiết kế theo hướng định lượng, kết hợp quy hoạch thực nghiệm hiện đại:

• Thiết kế thực nghiệm: Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm bề mặt thành phần - tính chất trên miền đa diện hạn chế theo phương pháp McLean-Anderson. Phương pháp này phù hợp cho hỗn hợp mẻ liệu có điều kiện ràng buộc tổng thành phần bằng 100% ($\sum Z_i = 100%$).
• Phân tích toán học: Các hàm hồi quy bậc hai dạng đa thức mô tả quan hệ giữa các biến đầu vào và hàm mục tiêu được xây dựng bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Sự phù hợp của mô hình toán học được kiểm định thông qua chuẩn số Fisher ($F$) và hệ số tương quan ($R^2$). Quá trình xử lý số liệu quy hoạch thực nghiệm được hỗ trợ bởi phần mềm Modde 5.0.
• Chiến lược phân chia mô đun tối ưu: Bài toán tối ưu đa biến được chia tách thành ba mô đun độc lập tương đối nhằm giảm thiểu số lượng thí nghiệm và chi phí:
  1. Mô đun 1: Tối ưu hóa nhóm chất tạo xỉ chính ($MgO, Al_2O_3, CaF_2, TiO_2$) theo hàm mục tiêu tính công nghệ hàn (chiều dài hồ quang tới hạn $L_{hq}$).
  2. Mô đun 2: Tối ưu hóa hàm lượng ferô hợp kim ($Fe-Mn, Fe-Si$) theo hàm mục tiêu chuyển dịch nồng độ Mn và Si vào kim loại mối hàn.
  3. Mô đun 3: Tối ưu hóa hàm lượng huỳnh thạch ($CaF_2$), nhiệt độ sấy thiêu kết ($T_s$) và thời gian sấy thiêu kết ($t_s$) theo hàm mục tiêu nồng độ hiđrô khuếch tán ($[H]$).

Nguồn tư liệu, vật liệu và thiết bị nghiên cứu:

• Nguồn khoáng chất trong nước: Rutil ($90% TiO_2$), Ilmenit hoàn nguyên ($52% TiO_2, 27% FeO$), Đá vôi ($98% CaCO_3$), Bôxit ($52% Al_2O_3$), Cao lanh ($52% SiO_2, 35% Al_2O_3$), Trường thạch ($51,1% SiO_2, 31% Al_2O_3, 12% K_2O, 2,3% Na_2O$), Bột tan ($55% SiO_2, 28% MgO$), Mica, cùng các phụ gia kỹ thuật gồm Ferô Silic ($75% Si$), Ferô Mangan ($80% Mn$) và chất kết dính nước thủy tinh kali (tỷ trọng $1,35 \div 1,5$ g/cm³, môđun $3,3 \div 3,7$).
• Vật liệu hàn kiểm chứng: Thép tấm kết cấu cacbon thấp SM400B (JIS G3106-1999) dày 25 mm, dây hàn tự động mác EM12K đường kính 4,0 mm.
• Thiết bị nghiên cứu và đo lường: Nguồn hàn và xe hàn tự hành Dosun DZ1000; máy quang phổ phân tích thành phần hóa học; thiết bị thu gom khí hiđrô bằng chất lỏng glyxerin trong máy điều nhiệt; máy thử kéo nén vạn năng H011 - Matest (Italia); máy thử độ dai va đập con lắc Charpy; đồng hồ đo độ ẩm hạt Tiger Direct HMMC7825P.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết

Chương 1 trình bày tổng quan lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc, cấu tạo thiết bị tự hành (nguồn hàn, đầu hàn, bộ cấp dây tự động, phễu cấp và thu hồi thuốc, xe hàn ray dẫn hướng) và các hiện tượng vật lý trong vũng hàn. Tác giả phân tích chuyên sâu vai trò của thuốc hàn trong việc tạo màng xỉ bảo vệ, ion hóa môi trường duy trì hồ quang cháy êm, khử tạp chất có hại (lưu huỳnh, phốt pho), ngăn ngừa rỗ khí và định hình mối hàn.

Nội dung chương so sánh đặc điểm công nghệ và kỹ thuật giữa ba nhóm thuốc hàn chính: thuốc hàn nung chảy, thuốc hàn gốm và thuốc hàn thiêu kết:

Tiêu chí so sánh	Thuốc hàn thiêu kết (Agglomerated)	Thuốc hàn nung chảy (Fused)	Thuốc hàn gốm (Bonded)
Phương pháp chế tạo	Trộn bột phối liệu với nước thủy tinh, tạo hạt, thiêu kết $700 \div 1000^\circ\text{C}$	Nấu chảy hoàn toàn các cấu tử ở $1300^\circ\text{C}$, làm nguội và nghiền hạt	Trộn bột với chất kết dính, tạo hạt, sấy khô ở $400 \div 600^\circ\text{C}$
Tính đồng nhất hóa học	Đồng nhất ở cấp hạt vi mô thông qua thiêu kết pha rắn	Rất cao, cấu trúc silicat đồng nhất	Độ đồng nhất thấp hơn do nhiệt độ sấy thấp
Khả năng hợp kim hóa	Rất cao, bổ sung trực tiếp ferô hợp kim không bị cháy	Bị hạn chế do phản ứng cháy trong quá trình nấu	Bổ sung được ferô hợp kim nhưng độ bền hạt thấp
Độ ẩm và tính hút ẩm	Độ ẩm rất thấp sau thiêu kết cao nhiệt, kiểm soát được hiđrô	Không hút ẩm, xỉ silicat trơ	Dễ hút ẩm, yêu cầu bảo quản nghiêm ngặt
Hệ số bazơ ($B$)	Linh hoạt, dễ điều chỉnh từ trung tính đến bazơ cao ($B > 2$)	Thường mang tính axit ($B < 0,9$), lượng ôxit tự do cao	Đạt được dải bazơ rộng ($2,6 \div 3,2$)

Chương này cũng hệ thống hóa các tiêu chuẩn phân loại thuốc hàn quốc tế, đặc biệt là tiêu chuẩn Hoa Kỳ AWS A5.17-80 cho cặp vật liệu FXXX-EXXX. Tác giả phân tích yêu cầu đối với hệ vật liệu F7A4-EM12K: độ bền kéo kim loại mối hàn phải đạt $480 \div 660$ MPa (70 - 95 ksi), giới hạn chảy tối thiểu 400 MPa (58 ksi), độ giãn dài tương đối $\delta \ge 22%$, và công phá hủy độ dai va đập Charpy V tối thiểu đạt 27 J ở nhiệt độ âm -40°C.

Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 thiết lập dây chuyền công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết khép kín quy mô thử nghiệm gồm 9 công đoạn kỹ thuật chính:

1. Chuẩn bị và kiểm tra nguyên liệu khoáng thô (độ ẩm $< 1%$, kiểm soát chặt tạp chất $S, P$).
2. Nghiền nhỏ và sàng phân loại kích thước hạt (độ hạt khoáng tạo xỉ $61 \div 150\ \mu\text{m}$; ferô hợp kim $74 \div 150\ \mu\text{m}$).
3. Phối liệu mẻ liệu theo tỷ lệ tính toán đã được tối ưu.
4. Trộn khô bằng thiết bị trộn chuyên dụng trong thời gian $15 \div 25$ phút để đảm bảo phân bố đồng đều các cấu tử.
5. Cấp nước thủy tinh kali và trộn ướt đạt độ dẻo công nghệ, tránh hiện tượng bột quá ướt làm dính bẹp hạt hoặc quá khô làm vỡ hạt.
6. Ép đùn tạo hạt hoặc vê tròn hạt thuốc thành dạng cầu sít chặt.
7. Sấy sơ bộ tăng nhiệt từ từ ở dải nhiệt độ $150 \div 350^\circ\text{C}$ trong $45 \div 120$ phút trên thiết bị quay đảo liên tục nhằm loại bỏ ẩm tự do, đưa độ ẩm về mức $0,03 \div 0,05%$.
8. Sàng tuyển loại bỏ các hạt quá cỡ (đưa về nghiền lại) và các hạt mịn (đưa về công đoạn phối liệu).
9. Sấy thiêu kết cao nhiệt trong tủ sấy điện có khống chế nhiệt độ tự động ở dải $500 \div 900^\circ\text{C}$ trong thời gian $1 \div 2$ giờ để phân hủy hoàn toàn nước liên kết tinh thể và tôi cứng hạt thuốc, sau đó kiểm tra độ ẩm và đóng gói kín.

Về phương pháp nghiên cứu, chương này xác lập mô hình toán học tổng quát cho hàm mục tiêu $y_i = f(x_1, x_2, \dots, x_k)$ dưới dạng đa thức bậc hai. Tác giả phân tích chi tiết quy trình mã hóa biến thực $Z_j$ sang biến mã hóa $x_j$, xác định tâm thực nghiệm mức cơ sở $Z_{0j}$ và khoảng biến thiên $\Delta Z_j$. Kế hoạch thực nghiệm đa diện McLean-Anderson được lựa chọn giúp giải quyết bài toán ràng buộc thành phần, đồng thời thiết lập sơ đồ khối thuật toán tối ưu đa mô đun nhằm phục vụ tính toán ở các chương kế tiếp.

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3 trình bày toàn bộ các bước lập kế hoạch thực nghiệm, triển khai thực hiện các phương án thí nghiệm trên thiết bị hàn tự động Dosun DZ1000 và xử lý số liệu toán học thu được:

1. Thực nghiệm tối ưu hóa nhóm chất tạo xỉ ($MgO, Al_2O_3, CaF_2, TiO_2$) đối với tính công nghệ hàn: Tác giả xây dựng phương trình hồi quy bậc hai mô tả ảnh hưởng của 4 cấu tử tạo xỉ đến chiều dài hồ quang tới hạn $L_{hq}$ (mm) - đại lượng phản ánh tính ổn định của quá trình cháy hồ quang và khả năng chống ngắt hồ quang. Các đồ thị dạng 2D và mặt cong 3D được xuất từ phần mềm Modde 5.0 chỉ ra rằng việc cân đối hàm lượng giữa $TiO_2$ (chất tăng cường ion hóa) và hỗn hợp $MgO - Al_2O_3$ có ảnh hưởng quyết định đến độ êm của hồ quang và độ phủ đều của xỉ lỏng lên bề mặt đường hàn.

2. Thực nghiệm nhóm chất khử và hợp kim hóa ($Fe-Mn, Fe-Si$): Khảo sát sự dịch chuyển của mangan và silic từ mẻ liệu vào kim loại đắp. Các phương trình hồi quy và giản đồ tương quan biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ $%Mn$ và $%Si$ trong kim loại mối hàn theo hàm lượng ferô hợp kim bổ sung vào thuốc hàn. Kết quả cho thấy tỷ lệ chuyển giao nguyên tố chịu ảnh hưởng đồng thời bởi tính bazơ của xỉ và hoạt tính hóa học của môi trường vũng hàn.

3. Thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng hiđrô khuếch tán: Tác giả thực hiện kế hoạch đo hàm lượng hiđrô khuếch tán ($[H]$, đơn vị ml/100g kim loại đắp) theo phương pháp thu gom khí qua chất lỏng glyxerin ngâm trong máy điều nhiệt. Ba yếu tố đầu vào được khảo sát đồng thời gồm: hàm lượng huỳnh thạch $CaF_2$ ($10 \div 16%$), nhiệt độ sấy thiêu kết $T_s$ ($650 \div 850^\circ\text{C}$) và thời gian giữ nhiệt sấy thiêu kết $t_s$ ($60 \div 120$ phút). Các mặt cong phản ứng và giản đồ đẳng mức chỉ ra rằng $CaF_2$ kết hợp với $H$ tạo thành hợp chất khí $HF$ không tan trong kim loại lỏng, cùng với việc nâng nhiệt độ sấy thiêu kết trên $700^\circ\text{C}$ đã loại trừ triệt để nguồn sinh khí hiđrô từ nước tinh thể.

Cuối chương, tác giả xây dựng quy trình công nghệ chế tạo thuốc hàn thực nghiệm mã hiệu F7A4-BK và bảng chỉ dẫn các thông số công nghệ hàn tối ưu (điện áp, cường độ dòng điện hàn, tốc độ hàn) khi kết hợp với dây hàn EM12K.

Chương 4: Xác định thành phần tối ưu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình

Chương 4 tích hợp kết quả xử lý toán học từ các phương trình hồi quy thực nghiệm để giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu có điều kiện ràng buộc kỹ thuật.

Kết quả xác định tỷ lệ thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết F7A4-BK được tổng hợp tại bảng phối liệu danh định và tỷ lệ quy đổi (tính cả hàm lượng khô của nước thủy tinh):

STT	Tên nguyên liệu khoáng / Phụ gia	Tỷ lệ trong mẻ liệu khô (%)	Tỷ lệ quy đổi (gồm phần khô nước thủy tinh) (%)
1	Rutil ($TiO_2$)	19,5	17,4
2	Ôxit magiê ($MgO$)	24,7	22,1
3	Alumin ($Al_2O_3$)	23,4	20,9
4	Huỳnh thạch ($CaF_2$)	12,0	10,7
5	Ferô - mangan ($Fe-Mn$)	5,0	4,5
6	Ferô - silic ($Fe-Si$)	1,0	0,9
7	Đá vôi ($CaCO_3$)	8,0	7,1
8	Trường thạch	5,0	4,5
9	Cao lanh	1,4	1,3
10	Phần khô của nước thủy tinh kali	12,0 (bổ sung ngoài)	10,7
Tổng		112,0	100,0

Về chế độ sấy thiêu kết tối ưu, mô hình xác định được các thông số công nghệ chính xác: nhiệt độ sấy thiêu kết $T_s = 755^\circ\text{C}$, thời gian giữ nhiệt $t_s = 103$ phút.

Sau khi chế tạo thuốc hàn F7A4-BK theo thành phần và công nghệ tối ưu, tác giả tiến hành hàn liên kết mẫu thép tấm kết cấu SM400B dày 25 mm bằng dây hàn EM12K (đường kính 4,0 mm) và tiến hành nghiệm thu các chỉ tiêu hóa lý:

• Kiểm tra hàm lượng hiđrô khuếch tán: Giá trị thực nghiệm đạt $3,36\ \text{cm}^3/100\text{g}$ kim loại đắp (ml/100g), thỏa mãn tiêu chuẩn khống chế khắt khe mức $H_4 \le 4\ \text{cm}^3/100\text{g}$.
• Kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn: Hàm lượng các nguyên tố thu được nằm trong phạm vi quy định của AWS A5.17-80 ($C \le 0,15%$; $Mn = 0,80 \div 1,60%$; $Si \le 0,80%$; $P \le 0,030%$; $S \le 0,030%$).
• Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn: Giới hạn chảy $\sigma_{ch} \ge 400$ MPa, độ bền kéo $\sigma_k$ đạt trong khoảng $480 \div 660$ MPa, độ giãn dài tương đối $\delta \ge 22%$. Đặc biệt, kết quả thử độ dai va đập tại nhiệt độ âm -40°C đạt giá trị trung bình vượt mức yêu cầu tối thiểu 27 J theo chuẩn Charpy V.
• Đặc tính công nghệ hàn thực tế: Xỉ hàn có độ giãn nở nhiệt phù hợp, tự bong tróc gần như hoàn toàn sau khi mối hàn nguội; bề mặt đường hàn láng mịn, chuyển tiếp đều đặn với kim loại cơ bản, không xuất hiện khuyết tật ngậm xỉ, rỗ khí hay nứt nóng.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các đóng góp mới về mặt khoa học lý luận và thực tiễn kỹ thuật như sau:

1. Về mặt lý thuyết và phương pháp luận:

• Vận dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm hiện đại (kế hoạch đa diện McLean-Anderson) kết hợp với phần mềm chuyên dụng Modde 5.0 để thiết lập các phương trình hồi quy mô tả định lượng quy luật ảnh hưởng của các cấu tử xỉ ($MgO, Al_2O_3, CaF_2, TiO_2$) đến đặc tính công nghệ hàn, cụ thể là chiều dài hồ quang tới hạn ($L_{hq}$).
• Xác định quy luật dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim hóa Mn và Si từ mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết vào vũng hàn trong điều kiện hệ xỉ bazơ trung bình ($B \approx 1,6$).
• Xây dựng mô hình toán mô tả ảnh hưởng tương tác giữa nồng độ huỳnh thạch $CaF_2$ và các thông số công nghệ sấy thiêu kết (nhiệt độ, thời gian) đến hàm lượng hiđrô khuếch tán trong mối hàn.
• Đề xuất sơ đồ thuật toán tối ưu hóa thành phần mẻ liệu thuốc hàn phân chia theo các mô đun chức năng riêng biệt, giúp giảm thiểu đáng kể số lượng thí nghiệm và chi phí vật tư nghiên cứu.

2. Về mặt thực tiễn và công nghệ:

• Chế tạo thành công mác thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình ký hiệu F7A4-BK từ nguồn nguyên vật liệu khoáng sản sẵn có trong nước (chiếm tỷ trọng chủ yếu).
• Xác lập được bộ thông số sấy thiêu kết tối ưu ($T_s = 755^\circ\text{C}$, $t_s = 103$ phút) khống chế lượng hiđrô khuếch tán xuống mức $3,36\ \text{cm}^3/100\text{g}$ kim loại đắp, đạt tiêu chuẩn cấp hiđrô thấp ($H_4 < 4\ \text{cm}^3/100\text{g}$).
• Sản phẩm thuốc hàn F7A4-BK khi kết hợp với dây hàn EM12K đạt các chỉ tiêu cơ tính theo tiêu chuẩn quốc tế AWS A5.17-80 cấp F7A4, cho phép liên kết hàn làm việc an toàn ở môi trường nhiệt độ thấp đến -40°C.

Kiến nghị của luận án: Hoàn thiện dây chuyền thiết bị ở quy mô công nghiệp để sản xuất thương mại thuốc hàn F7A4-BK, phối hợp với các doanh nghiệp sản xuất que hàn và các nhà máy đóng tàu, kết cấu thép trong nước nhằm thay thế thuốc hàn nhập khẩu.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các dữ kiện được trình bày trong văn bản luận án, các hạn chế và hướng phát triển tiếp theo được xác định như sau:

• Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm của luận án mới chỉ tập trung trên liên kết hàn thép kết cấu cacbon thấp (mác SM400B có chiều dày 25 mm) kết hợp với một mác dây hàn duy nhất là EM12K đường kính 4,0 mm ở tư thế hàn sấp.
• Chưa khảo sát sự tương thích của thuốc hàn F7A4-BK với các mác dây hàn hợp kim hóa cao hơn (như dòng EH12K, EH14) hoặc trên các loại thép kết cấu hợp kim độ bền cao.
• Chưa mở rộng khảo sát các biến thiên công nghệ trong điều kiện hàn nhiều hồ quang, hàn nhiều đường hoặc hàn ở các chế độ nhiệt luyện sau hàn (PWHT). Các nội dung này là cơ sở để tiếp tục hoàn thiện phổ ứng dụng của sản phẩm trong các nghiên cứu tương lai.

Giá trị tham khảo

Nội dung và kết quả của luận án mang lại giá trị tham khảo rõ ràng cho các nhóm đối tượng:

• Đối với nghiên cứu sinh và học viên sau đại học chuyên ngành Cơ khí, Công nghệ Hàn và Luyện kim: Luận án là tài liệu tham khảo có giá trị về phương pháp ứng dụng quy hoạch thực nghiệm đa diện McLean-Anderson và công cụ phần mềm Modde 5.0 để giải quyết bài toán tối ưu hóa thành phần vật liệu phi tuyến đa mục tiêu.
• Đối với giảng viên và các cơ sở đào tạo đại học: Cung cấp hệ thống tư liệu giảng dạy thực nghiệm chi tiết về động học phản ứng luyện kim trong hàn hồ quang chìm, quy trình phân tích khí hiđrô khuếch tán bằng phương pháp glyxerin và các phương pháp kiểm tra cơ tính theo tiêu chuẩn AWS B4.0.
• Đối với các kỹ sư sản xuất và doanh nghiệp chế tạo vật liệu hàn: Toàn bộ quy trình 9 công đoạn sản xuất thuốc hàn thiêu kết, từ khâu xử lý độ hạt, tỷ lệ phối liệu quy đổi, chế độ sấy sơ bộ đến chế độ thiêu kết cao nhiệt ($755^\circ\text{C}, 103$ phút), có thể được chuyển giao trực tiếp để thiết lập dây chuyền công nghệ sản xuất thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Thuốc hàn F7A4-BK thuộc hệ xỉ nào và có chỉ số bazơ danh định là bao nhiêu? Thuốc hàn F7A4-BK thuộc hệ xỉ bazơ trung bình với chỉ số bazơ $B \approx 1,6$ theo cách phân loại của Viện Hàn Quốc tế (IIW).

2. Thành phần khoáng chất và phụ gia tạo xỉ chính của mẻ liệu F7A4-BK gồm những chất nào? Thành phần chính của mẻ liệu quy đổi bao gồm: Rutil ($TiO_2$ chiếm 17,4%), Ôxit magiê ($MgO$ chiếm 22,1%), Alumin ($Al_2O_3$ chiếm 20,9%), Huỳnh thạch ($CaF_2$ chiếm 10,7%), Ferô - mangan ($Fe-Mn$ chiếm 4,5%), Ferô - silic ($Fe-Si$ chiếm 0,9%), Đá vôi ($CaCO_3$ chiếm 7,1%), Trường thạch (4,5%), Cao lanh (1,3%) và phần khô của nước thủy tinh kali (10,7%).

3. Chế độ sấy thiêu kết tối ưu của thuốc hàn F7A4-BK là bao nhiêu và nồng độ hiđrô trong mối hàn đạt mức nào? Chế độ sấy thiêu kết tối ưu được xác định ở nhiệt độ $755^\circ\text{C}$ với thời gian giữ nhiệt 103 phút. Nồng độ hiđrô khuếch tán đo được trong kim loại đắp đạt $3,36\ \text{cm}^3/100\text{g}$, đáp ứng chỉ tiêu cấp $H_4$ ($< 4\ \text{cm}^3/100\text{g}$) theo tiêu chuẩn AWS.

4. Cặp vật liệu F7A4-BK kết hợp với dây hàn EM12K đáp ứng yêu cầu cơ tính nào theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80? Cặp vật liệu đạt độ bền kéo trong khoảng $480 \div 660$ MPa, giới hạn chảy tối thiểu 400 MPa, độ giãn dài tương đối $\delta \ge 22%$ và độ dai va đập Charpy V đạt tối thiểu 27 J ở nhiệt độ thử nghiệm âm -40°C.

5. Luận án đã ứng dụng công cụ toán học và phần mềm nào để giải bài toán tối ưu thành phần mẻ liệu? Luận án sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm theo kế hoạch đa diện hạn chế McLean-Anderson và sử dụng phần mềm Modde 5.0 để xử lý hồi quy, kiểm tra độ tương thích bằng chuẩn Fisher ($F$), hệ số tương quan ($R^2$) và giải bài toán tối ưu hóa có điều kiện ràng buộc.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của nghiên cứu sinh Phạm Thanh Lưu đã giải quyết trọn vẹn bài toán xác định thành phần tối ưu cho thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình F7A4-BK trên cơ sở khai thác tối đa nguồn khoáng sản tự nhiên của Việt Nam. Bằng việc kết hợp phương pháp quy hoạch thực nghiệm McLean-Anderson và phần mềm Modde 5.0, công trình đã định lượng hóa các quy luật luyện kim phức tạp về tính ổn định hồ quang, sự dịch chuyển nguyên tố hợp kim Mn - Si và kiểm soát lượng hiđrô khuếch tán. Sản phẩm thuốc hàn chế tạo thử nghiệm kết hợp cùng dây hàn EM12K đáp ứng đầy đủ các chỉ tiêu khắt khe về cơ tính chịu va đập tại

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết. Chương 2: Quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết và phương pháp nghiên cứu. Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm. Chương 4: Xác định thành phần tối ưu mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THUỐC HÀN THIÊU KẾT 1.1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc a) Khái niệm hàn hồ quang dưới lớp thuốc Hàn hồ quang dưới lớp thuốc (còn gọi là hàn hồ quang chìm, hồ quang ngầm), tiếng Anh viết tắt là SAW (Submerged Arc Welding) là quá trình hàn nóng chảy trong đó hồ quang cháy giữa đầu mút của điện cực hàn (dây hàn, băng hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc hàn. Một phần lượng nhiệt sinh ra do hồ quang điện làm nóng chảy kim loại điện cực và kim loại cơ bản tạo thành vũng hàn. Phần nhiệt khác làm nóng chảy thuốc hàn, tạo thành lớp màng xỉ bảo vệ vùng hồ quang và bể kim loại lỏng tránh khỏi sự xâm nhập và ảnh hưởng có hại của môi trường khí quyển xung quanh [1, 2]. b) Nguyên lý của hàn hồ quang dưới lớp thuốc Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc bao gồm các bộ phận chủ yếu sau: Nguồn hàn, đầu hàn, thùng chứa và phễu rải thuốc hàn, khay chứa cuộn dây hàn, xe tự hành, ray hàn, đầu dò mép hàn, bảng điều khiển các thông số chế độ hàn.

Đầu hàn được gắn bộ phận cấp dây hàn tự động có tác dụng cấp dây hàn và tiếp xúc điện cho dây điện cực hàn, duy trì chiều dài hồ quang trong quá trình hàn, gây hồ quang khi bắt đầu hàn, ngắt hồ quang khi đã hàn xong. Đầu hàn có thể điều chỉnh tịnh tiến lên xuống, lắc ngang, nghiêng điện cực về phía trước sau, quay sang trái phải thông qua các vít điều chỉnh. Các thay đổi này được thực hiện bằng tay. 14 Xe hàn tự hành thực hiện chuyển động tiến hoặc lùi thông qua 4 bánh xe và đường ray dẫn hướng với vận tốc hàn nhất định theo quỹ đạo cho trước (thường là đường thẳng hoặc đường cong có biên dạng không phức tạp).

Bảng điều khiển sẽ điều khiển các thông số chế độ hàn, hướng hàn, khởi động và dừng quá trình hàn theo yêu cầu. Bảng điều khiển được bố trí ở vị trí thao tác thuận lợi (thường là ở mặt trước của thiết bị). Thuốc hàn được đựng trong thùng chứa và được rải về phía trước điện cực thông qua ống dẫn thuốc khi bộ phận van mở ra. Lượng thuốc hàn được cấp nhiều hay ít tùy thuộc vào khe hở giữa miệng phễu và chi tiết hàn.

Thuốc hàn dư có thể được thu hồi một cách tự động sau khi hàn thông qua bộ phận thu hồi thuốc hàn.2 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc Khi phát sinh hồ quang hàn, dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, dây hàn, các mép kim loại cơ bản và một phần thuốc hàn tiếp sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vòm hồ quang và vũng hàn. Dây hàn được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu cấp dây với tốc độ phù hợp với tốc độ nóng chảy của nó để đảm bảo duy trì hồ quang cháy ổn định. Khi hồ quang di chuyển nên nguồn nhiệt giảm, kim loại lỏng trong vũng hàn sẽ nguội, đông đặc và kết tinh tạo thành mối hàn. Trên bề mặt vũng hàn và phần mối hàn kết tinh hình thành một lớp xỉ có tác dụng bảo vệ kim loại mối hàn khỏi ôxy và nitơ hóa, tham gia vào các quá trình luyện kim khi hàn, giữ nhiệt cho mối hàn.