Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 1 Báo cáo đề tài nghiên cứu Khcn & MT Đề tài
:
Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bột hàn gốm ding để hàn
tự động thép có độ bền cao dới lớp thuốc trợ dung. ắ Bộ chủ quản : Bộ công thơng
ắ
Cơ quan chủ quản : Tổng công ty hoá chất việt nam
ắ
Cơ quan thực hiện : công ty cổ phần que hàn điện việt đức
ắ Chủ nhiệm đề tài : Kỹ s Đặng Trần Lơng
7229
28/3/2009


7. Sạn cao nhôm 12
8. Zirconi 13
9. Quặng Mangan 13
10. Các hợp chất có kim loại và hợp kim ferro 13
10.1 Ferro Silic 14
10.2 Ferro mangan 14
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 3
Chơng V Nghiên cứu ảnh hởng của nguyên tố hợp kim đến
kim loại hàn
16
1. Các bon 16
2. Magan 16
3. Silic 16
4. Lu huỳnh 16
5. Phốt pho 16
Chơng VI Nghiên cứu một số khuyết tật trong quá trình hàn 17

1. ảnh hởng của không khí tới chất lợng mối hàn
17

2. ảnh hởng cuả bột hàn không đồng đều
18
3. Rỗ khí trong mối hàn 20
4. Đờng nứt trong mối hàn 20
Chơng VII Kết quả nghiên cứu 21
1. Mẫu sản xuất thử ngày 02/5/2008 21
2. Mẫu sản xuất thử ngày 23/7/2008 21
3. Mẫu sản xuất thử ngày 10/11/2008 22
4. Mẫu sản xuất 80kg 22

2. Đánh giá về thị trờng:
Hiện nay, mỗi tháng công ty CP que hàn điện Việt Đức nhập trung
bình 20 tấn bột hàn /tháng, do vậy cả năm sẽ vào khoảng 250 tấn. Trong
thời gian tới dự kiến tỉ trọng que hàn sẽ giảm đi do công nghệ hàn tiên
tiến hơn sẽ sử dụng nhiều đến bột hàn loại này nên đến năm 2010 dự
kiến tiêu thụ 350tấn/năm. Mặt khác bột hàn của công ty cổ phần que hàn
điện Việt Đức chiếm khoảng 40% thị phần. Nh vậy nhu cầu của cả nớc
sẽ vào khoảng 875 tấn/năm.
Đối với ngành công nghiệp chế tạo vật liệu hàn ở Việt Nam còn rất
non trẻ, đã có nhiều cơ sở sản xuất vật liệu hàn nhng phần lớn các cơ sở
chỉ sản xuất loại bột hàn thông dụng để hàn thép có độ bền trung bình và
cũng chỉ giới hạn ở sản xuất bột hàn nóng chảy, rất ít các cơ sở chế tạo
đợc các loại bột hàn để hàn thép có độ bền cao. Do đó việc công ty Cổ
phần que hàn điện Việt Đức đề xuất và tiến hành nghiên cứu Quy trình
công nghệ sản xuất bột hàn gốm dùng để hàn tự động thép có độ bền
cao dới lớp thuốc trợ dung là một hớng đi đúng, nó sẽ góp phần đa
dạng hoá mặt hàng sản xuất của công ty, đáp ứng nhu cầu thị trờng và
phục vụ sự phát triển nền kinh tế của đất nớc.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 5
Chơng II
hàn và Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
I. Giới thiệu chung về hàn
Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không tháo đợc từ kim
loại, hợp kim và các vật liệu khác (chất dẻo, thuỷ tinh )
Khi hàn nóng chảy, mối ghép hàn là một bộ phận của kết cấu bao gồm mối
hàn, kim loại vùng ảnh hởng nhiệt và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ
chức dới tác dụng của sự hàn. Mối hàn là chất hợp kim nấu chảy của kim loại
cơ bản (vật hàn) và kim loại bổ xung (vật liệu hàn) còn vùng ảnh hởng nhiệt là
phần kim loại cơ bản với các tính chất thay đổi do hàn.
Cơ tính kim loại mối hàn
Giới hạn bền
B
: 415 đến 550 MPa
Giới hạn chẩy
C
330 MPa
Độ giãn dài
L-5d
22%
Độ dai va đập a
KV
27J ở nhiệt độ 18
O
C

Để thực hiện đợc các mục tiêu trên, các vấn đề cần nghiên cứu sẽ là:
a) Nghiên cứu về phân loại và các đặc tính của bột hàn các loại nói chung
và bột hàn gốm nói riêng.
b) Nghiên cứu tính chất của các nguyên liệu dùng cho sản xuất bột hàn
gốm.
c) Nghiên cứu so sánh đặc điểm, thành phần cơ lí, hoá kim loại mối hàn
và tính công nghệ hàn của một số loại bột hàn ở một số nớc công
nghiệp phát triển.
d) Nghiên cứu xây dựng phối liệu phù hợp để sản xuất loại bột hàn kiểu
AR.
e) Sản xuất thử trên phòng thí nghiệm, kiểm tra đánh giá chất lợng.
f) Sản xuất lô nhỏ trên phòng thí nghiệm để giới thiệu sản phẩm (lấy ý

Kí hiệu Tiêu chuẩn
C Mn
Si
P S
Cu
F7A2 EL8
Mỹ,AWS
A5.17
0,15 1,8 0,9

0,035
0,035

0,35
S502-H
Nhật, JIS
3183
- - -
0,035 0,035
-
AR-7
(F7-VD)
Việt Đức
0,06ữ
0,12
0,8
ữ1,40
0,6ữ
0,9
0,019ữ

hợp kim, đợc trộn với nhau theo tỷ lệ nhất định và đợc chia làm 2 loại chính:
loại bột hàn nóng chảy và bột hàn gốm.
a. Bột hàn nóng chảy có thể nấu bằng lò điện hồ quang, lò phản xạ hoặc lò
chõ dùng than cốc (nấu thủ công). Đợc thiêu kết, làm nguội tạo hạt. Khi
hàn thuốc nóng chẩy ra tạo xỉ hàn. Bột hàn nóng chẩy có các loại chứa
SiO
2
, MnO, trong quá trình hàn nó tăng cờng sự hoàn nguyên Si, Mn.
Bột hàn có chứa lợng ôxýt nhỏ còn lại là lợng Huỳnh thạch hoặc các
hợp chất thuộc nhóm Halốit. Bột hàn chứa ôxýt hoặc không chứa ôxýt và
ngời ta cho thêm một lợng TiO
2
.
b. Bột hàn gốm là loại bột hàn gồm các ôxýt, hợp chất kim loại Kiềm hoặc
Kiềm thổ trộm với tỷ lệ nhất định rồi tạo hạt, nung nóng. Đặc điểm của
bột hàn gốm là rất dễ hút ẩm.
Khi sản xuất bột hàn gốm không có công đoạn nung chảy nên thuốc cho
phép chứa đủ các thành phần mong muốn. Các thành phần vật liệu giữ ở trạng
thái tự nhiên cho tới khi hàn. Điều này cho phép tiến hành xử lý luyện kim bổ
xung kim loại mối hàn, làm thay đổi cấu trúc và thành phần của nó hiệu quả hơn
so với thuốc nóng chảy. Lợng thuốc gốm nói chung tiêu hao ít hơn thuốc nóng
chảy do vậy chọn nghiên cứu công nghệ sản xuất bột hàn gốm là hớng đi đúng.
II. Nghiên cứu tính chất của thuốc hàn
1. Yêu cầu chung của thuốc hàn với dây hàn nóng chảy.
a- Đảm bảo tính ổn định của hồ quang và quá trình hàn
b-Đảm bảo các tính chất và thành phần hoá học của mối hàn
c-Tạo dáng mối hàn đẹp
d-Mối hàn không nứt, ít tạp chất
e-Xỉ dễ bong.
Các biện pháp giải quyết các yêu cầu trên đặt ra liên quan tới thành phần

2
.
2) Đặc tính của bột hàn gốm kiểu AR:
Bột hàn gốm kiểu AR là loại tổng hợp hơn cả so với các loại bột hàn gốm
khác. Chúng có các tính chất công nghệ tốt nhất, đặc biệt khi hàn tốc độ cao.
Mối hàn có hình dáng đẹp, xỉ phủ đều, dễ bong (tự bong), các tính chất cơ học
và chống nứt tốt. Bột hàn gốm kiểu AR chủ yếu dùng để hàn các kết cấu, thép
các bon thấp và thép hợp kim thấp trong chế tạo máy, đóng tầu, ôtô và các
ngành công nghiệp khác.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 11
Chơng IV
Nghiên cứu các tính chất của nguyên liệu

Bột hàn gốm là hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu, chức năng chính của bột
hàn trong quá trình hàn là:
Bảo đảm tính ổn định của hồ quang và quá trình hàn.
Bảo vệ kim loại mối hàn, tránh chất khí ngoài môi trờng xâm nhập.
Tạo ra lớp xỉ: Do đông đặc nhanh, giữ đợc kim loại lỏng làm cho kim
loại mối hàn nguội từ từ, làm cho bề mặt mối hàn đợc nhẵn bóng.
Khử oxy, Nitơ và tinh luyện kim loại mối hàn.
Bổ xung nguyên tố hợp kim vào kim loại mối hàn.
Tăng hệ số hàn đắp của kim loại mối hàn.
Với những chức năng chính trên ngời ta nhận thấy nhóm bột hàn kiểu
AR có thành phần chủ yếu là ôxýt Nhôm Al
2
O
3
và Rutil, ngoài ra còn có đô lô
mít, Đá vôi CaCO

Với một số loại bột hàn có nhiệt độ nung đến 900
O
C thì CaCO
3
trong bột
hàn chỉ còn lại là CaO.
Khí CO2 thoát ra là khí bảo vệ mối hàn, nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc
ổn định hồ quang. Khi hàn thì đá vôi tạo nên đặc tính bazơ của xỉ.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 12
CaO có vai trò rất quan trọng trong việc khử P và S trong thép, làm giảm
hàm lợng P và S có hại trong thép.
Phốt pho (P) chuyển từ kim loại cơ bản, lõi và bột hàn vào kim loại mối
hàn. Trong kim loại mối hàn P tồn tại dới dạng phốt phít sắt. Sự ôxi hoá P với
ôxit sắt để tạo thành P
2
O
5
không hoà tan trong kim loại tạo thuận lợi cho nó
chuyển vào xỉ theo phản ứng:
2Fe
2
P + 5FeO (P
2
O
5
) + 9[ Fe] (1)
() chỉ các thành phần hoà tan trong xỉ
[] chỉ các thành phần hoà tan trong kim loại
Trong xỉ bazơ P

Có thành phần chủ yếu là CaF
2
với hàm lợng loại tốt 95%, là
khoáng sản rất quan trọng, hầu nh bột hàn nào cũng cần tới nó. CaF
2
là
chất dễ chảy và chống nổ bắn khi hàn rất tốt, khi cháy chúng xảy ra phản
ứng:
H+F =HF
4HF + SiO
2
= SiF
4
+ 2 H
2
O
Cả hai chất HF và SiF
4
đều là chất bảo vệ mối hàn rất tốt. Nhng
khí đó là khí độc. CaF
2
là chất tạo nên đặc tính bazơ của xỉ.
4) Rutil
:
Là quặng Titan tự nhiên, loại dùng cho sản xuất bột hàn có thành
phần hoá chủ yếu:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 13
TiO
2

: 28 ữ

35%;
Fe
2
O
3
: 3,0%;

P : 0,03%;
S : 0,10%. 6) Fenspat
:
Là một loại silicát nhôm, ở dạng cục nguyên khai có màu trắng hồng. Có
tác dụng tạo xỉ. Trong tự nhiên phenpat tồn tại ở 3 dạng:
KAlSi
3
O
8
gọi là Kali phenpat; AlSi
3
O
8
gọi là Natri phenpat và CaAl
2
Si
2
O

2
O
3
: 65 ữ

80%;
Fe
2
O
3
3,0%;

P : 0,03%;
S : 0,10%.

8) Zircon
:
Có màu nâu nhạt, có tác dụng làm cho xỉ dễ bong, mối hàn bóng nó
ít đợc sử dụng trong công nghệ sản xuất bột hàn
Thành phần hoá học: ZrO
2
khoảng 50%
9) Quặng Mangan
:
Dạng bột có màu đen hàm lợng Mangan trong quặng chiếm 40 ữ
55%. Đioxit Mangan có khả năng tham gia khử tốt trong quá trình luyện
kim. Ngoài ra còn có tính chất tạo xỉ.
10) Các chất có kim loại và hợp kim Ferro
:
Việc dùng các hợp kim Ferro hoặc kim loại nguyên chất vào trong

2 [ FeO] + [ Si] = (SiO2) + 2[ Fe] +Q
[ FeO] + [ Mn] = (MnO) + [ Fe] +Q
SiO
2
và MnO là những loại oxit không tan trong kim loại. Các phản
ứng trên là phản ứng toả nhiệt, khi nhiệt độ giảm, lợng SiO
2
và MnO tạo
thành rất lớn do đó lợng FeO cân bằng trong kim loại, cả nồng độ chất
ôxy hoá giảm xuống.
10.1-Ferro Silic
:
Thờng có 3 loại: 45% Si, 75% Si và 95%Si.
Trong sản xuất bột hàn thờng dùng loại có 45% Silic các loại khác
ít dùng vì Silic cao nó sẽ phản ứng mãnh liệt với kiềm của thuỷ tinh lỏng.
Trong bột hàn nó là chất khử ôxy và hợp kim hoá.
10.2-Ferro Mangan
:
Cũng nh Ferro Silíc, Ferro Mangan là nguyên liệu đa vào trong
bột hàn để khử ôxy và để hợp kim hoá mối hàn.
Loại Ferro Mangan thờng dùng cho sản xuất bột hàn là loại có
Mn 78%; C1,5%.
Khi nghiên cứu bột hàn ngời ta nhận thấy nếu bột hàn có hàm
lợng Mn tăng nó sẽ cải tiến tính chảy loãng của kim loại nóng chảy và
có thể tăng tính chống nứt của kim loại mối hàn. Nguyên tố Mn cũng làm
tăng độ bền, cải thiện tính dẻo của kim loại mối hàn, tạo tính chất cơ lý
gần tơng đơng với kim loại cơ bản.
Các kết quả phân tích cỡ hạt nguyên liệu dùng cho bột hàn AR
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 16

Chơng V
Nghiên cứu ảnh hởng của
nguyên tố hợp kim đến kim loại hàn
Lợng các nguyên tố hợp kim trong thép ảnh hởng đến tính hàn nh sau:
1. Cacbon (C)
: là hợp chất quan trọng trong thép (lợng chứa của nó đợc đánh
dấu bởi hai chữ số chỉ số % đứng trớc mác thép). Nó xác định độ bền độ dai,
tính tôi và những tính chất khác của thép. Lợng cacbon đến 0,25% không làm
xấu khả năng hàn của thép. Tiếp tục tăng lợng cacbon khả năng hàn rất xấu, vì
có thể tạo nên sự nứt. Vì thế, dây thép lợng C > 0,20% đối với việc hàn không
có lợi bởi vì khi nó nóng chảy C cháy dẫn tới tạo thành nhiều lỗ hơi.
2. Mangan (Mn)
: Thờng lợng chứa trong thép tới 0,3 0,8% không cản trở
việc hàn. trong một số thép đặc biệt hàm lợng của nó có tới 1,8 2,5%. Trong
trờng hợp này, Mn làm tăng khả năng tôi của thép và có khả năng tạo thành
nứt, trong thép Mn cao, lợng Mn tới 11 ữ 16%. Trong thời gian hàn nó cháy
mạnh bởi vậy cần thiết phải có phơng pháp bảo vệ đặc biệt.
3. Silic (Si)
: Thông thờng trong thép cacbon lợng Si là 0,02 ữ0,3% còn thép
đặc biệt có thể đạt 0,8 ữ1,5%. Si làm khó hàn, nó làm tăng tính chảy lỏng của
hợp kim, dễ ôxy hoá oxit khó nóng chảy vào trong xỉ.
4. Lu Huỳnh (S)
: Lu huỳnh cũng là nguyên tố tạp chất có hại nó làm cho
mối hàn tăng khả năng nứt nóng trong quá trình hàn, ở nhiệt độ cao S liên kết
với Fe tạo thành FeS cùng tinh dễ chảy ở 1195
O
C, các FeS này lại liên kết với
Fe, FeO tạo thành các cùng tinh dễ chảy ở nhiệt độ thấp hơn. Do đó S có trong
kim loại mối hàn càng nhiều càng xuất hiện nhiều cùng tinh dễ chảy, do vậy
lợng S trong mối hàn càng ít càng tốt, thông thờng trong mối hàn S 0,035%.

Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 19
Nitơ có đặc tính là dễ hoà tan vào kim loại lỏng của bể hàn, nhiệt độ càng
cao mức độ hào tan càng nhiều. Khi bể hàn nguội đi, khả năng hào tan giảm,
nitơ bị đẩy dần ra thành các bọt khí và đợc từ từ nổi lên khỏi bể hàn, thoát ra
ngoài không khí. Nhng khả năng hoà tan nitơ lại giảm với mức đột biến ở nhiệt
độ kim loại chuẩn bị kết tinh (ảnh 2) làm xuất hiện một lợng bọt khí rất lớn. Các chất quặng và khoáng vật độ nghiền mịn phải lọt qua sàng 3600
lỗ/cm
2
, các chất hợp kim Ferrô phải lọt qua rây 1600 lỗ/cm
2
. Tiêu chuẩn của
Đức thì các loại quặng và khoáng vật có độ hạt nhỏ hơn hoặc bằng 0,2mm, các
loại Ferrô có cỡ hạt nhỏ hơn hoặc bằng 0,3mm.
Cỡ hạt của bột hàn phải đạt khoảng 0,2 mm đến 2,5 mm
Bột hàn không đều làm cho chất lợng mối hàn không tốt: nh trộn thuốc không
đều thì hồ quang cháy không liên tục, không thể hàn đợc.
Mặt khác một số nguyên liệu cũng không nên có độ mịn nhỏ quá yêu cầu nh
các loại Ferrô mịn quá sẽ cháy hết.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 21
3. Rỗ khí trong mối hàn:
Nhiều tác giả Liên xô (cũ) nghiên cứu và giới thiệu vấn đề này dựa trên cơ sở lý
luận về thép sôi và thép lắng của ngành luyện kim. Cách phân tích tơng
đối phức tạp, nhng để áp dụng trong thực tiễn về hàn chúng ta có thể nắm một
số vấn đề đã kết luận nh:
- Những bột hàn mà chất khử oxygen trong thuốc bọc là Mangan, Carbon,
chúng sinh khí bảo vệ là loại hữu cơ, thì có đặc điểm dù có hàn vật cha sạch gỉ
và hàn hồ quang dài cũng ít sinh khí rỗ. Theo nh cách phân loại đã giới thiệu
thì loại acid và rutin có đặc tính này.
- Những bột hàn mà thuốc bọc là các loại cacbonat và fluorua tuy có nhiều u

1- Mẫu sản xuất thử ngày 02/5/2008

Kết quả
:
Công nghệ tạo hạt đạt yêu cầu
Sấy, nung bột hàn theo qui trình: bình thờng không có hiện tợng rạn
nứt.
Sử dụng dây hàn H08A không mạ 1,6 và 4
Kỹ thuật hàn đạt yêu cầu (có bản kết quả kiểm tra sản phẩm kèm theo).
Đem hàn thử ở Công ty CN tầu thuỷ Thanh Hoá.
Phân tích thành phần hoá học lớp kim loại đắp và cơ tính mối hàn
Nhận xét
:
Đạt tính hàn
Về thành phần hoá học: trong dải yêu cầu nhng ngỡng an toàn của
thành phần Silic và Mangan trong kim loại mối hàn còn thấp;
2- Mẫu sản xuất thử ngày 23/7/2008

Kết quả
:
Công nghệ tạo hạt tốt
Sấy, nung bột hàn theo qui trình: bình thờng không có hiện tợng rạn
nứt.
Sử dụng dây hàn H08A không mạ 1,6 và 4
Kỹ thuật hàn: đạt yêu cầu (có bản kết quả kiểm tra sản phẩm kèm theo).
Đem hàn thử ở Công ty CN tầu thuỷ Thanh Hoá và Công ty kết cấu thép
Đông Anh
Phân tích thành phần hoá học và cơ lý (Có bảng kết quả kèm theo)
Nhận xét
:

Nhận xét
:
Đạt tính hàn
Thành phần hóa học kim loại mối hàn đạt yêu cầu.
Cơ tính kim loại mối hàn đạt yêu cầu
Sau đó bột hàn đợc gửi đi hàn thử ở PTN trọng điểm về Hàn của Viện
nghiên cứu Cơ khí để hàn thử. Kết quả thử nghiệm có bản kết luận kèm
theo.
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm kiểu AR
KS. Đặng Trần Lơng 24
Chơng VIII
Lựa chọn thiết bị phù hợp và
Hoàn thiện công nghệ sản xuất

I. Sơ lợc về công nghệ sản xuất bột hàn gốm:
Công nghệ sản xuất bột hàn gốm tơng đối giống với công nghệ sản xuất
thuốc bọc que hàn. Bột của các thành phần tạo xỉ, Ferro hợp kim và vật liệu
khác cũng đợc sản xuất bột hàn gốm. Các thành phần khô cân theo tỷ lệ
nhất định. Để đảm bảo thuốc đồng đều về thành phần, liệu khô đợc trộn kỹ
trong máy trộn chuyên dùng.
Một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với sản xuất bột hàn gốm là
tạo hạt ở dạng tròn nhằm tạo điều kiện cho bột xuống phễu, tăng khả năng
chống thất thoát trong vận chuyển và sử dụng. Thông thờng có hai cách tạo
hạt:
Tạo hạt bằng máy vo hạt.
Tạo hạt trong máy ép thuốc ớt.
Trong hai phơng pháp này thì phơng pháp sau hoàn thiện hơn vì nó đảm
bảo thuốc chắc hơn và ít hao phí do bụi hơn. Phơng pháp này do sử dụng nớc
Silicát đặc hơn do vậy các hạt bột hàn có độ bền cơ học cao hơn.
Sau khi tạo hạt thuốc đợc sấy. Đây là công đoạn quan trọng của quá trình
Khoán
g
Hợ
p

y

Sa lô bán
thành phẩm
N
g
hiền
S
ản
phẩm
đạt yêu
cầu

H
ạt to
Nun
g
kết Làm n
g
uội Sàn
g

p
hân l
y
Sa lô thành
phẩm
Bao
g
ói sản