BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Phạm Thanh Lưu

NGHIÊN CỨU VÀ TỐI ƯU HÓA THÀNH PHẦN THUỐC
HÀN THIÊU KẾT HỆ BAZƠ TRUNG BÌNH

Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

`
Hà Nội – 2019


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Vũ Huy Lân
2. TS Hà Xuân Hùng

Phản biện 1: PGS. TS Hoàng Tùng
Phản biện 2: PGS. TS Lê Thu Quý
Phản biện 3: PGS. TS Đinh Văn Chiến
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………


- Phương pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
+ Tổng hợp các cơ sở lý thuyết về nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết.
+ Thí nghiệm thăm dò, sàng lọc và nghiên cứu thực nghiệm.
- Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm:
+ Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm xây dựng các phương trình toán học biểu diễn mối quan
hệ ảnh hưởng của các chất trong thành phần thuốc hàn thiêu kết đến các chỉ tiêu công nghệ hàn,
thành phần hóa học kim loại mối hàn,... làm cơ sở cho việc tối ưu hóa thành phần thuốc hàn.
+ Giải bài toán tối ưu xác định thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình đảm bảo
các chỉ tiêu theo yêu cầu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1. Ý nghĩa khoa học
+ Luận án đã bổ sung thêm phương pháp nghiên cứu lựa chọn thành phần thuốc hàn SAW
và các số liệu mới làm cơ sở để xây dựng các mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình.


2
+ Xây dựng được các quy luật ảnh hưởng của các thành phần chủ yếu của thuốc hàn F7A4BK đến các chỉ tiêu công nghệ hàn của thuốc hàn, thành phần hóa học kim loại mối hàn, hàm lượng
hiđrô trong mối hàn và VAHN.
+ Đề xuất được sơ đồ nghiên cứu và các bước tối ưu hóa thành phần mẻ liệu thuốc hàn.
2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
+ Các kết quả nghiên cứu có thể được triển khai sản xuất các sản phẩm thuốc hàn thiêu kết
hệ bazơ trung bình ở trong nước, mang lại hiệu quả kinh tế và xã hội cao.
+ Tính độc đáo của luận án thể hiện ở chỗ đây là mác thuốc hàn thiêu kết chất lượng cao đầu
tiên ở Việt Nam do người Việt Nam tự nghiên cứu và sản xuất bằng nguồn nguyên vật liệu chủ yếu
từ trong nước.
Các đóng góp mới của luận án
- Bằng cách vận dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm và phần mềm Modde 5.0 vào
việc xác định các hàm hồi quy mô tả quan hệ, quy luật ảnh hưởng của các chất chủ yếu trong thành
phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình đến tính công nghệ hàn của thuốc hàn là chiều
dài hồ quang tới hạn.

các công trình nghiên cứu khoa học (chủ yếu được thực hiện ở một số trường đại học công nghệ,
một số viện nghiên cứu thuộc Bộ Công thương hay một số doanh nghiệp sản xuất vật liệu hàn) còn
chưa sâu, số lượng còn ít, kết quả đạt được và mức độ triển khai thực tế còn rất khiêm tốn. Do đó
chưa có doanh nghiệp trong nước nghiên cứu và tự sản xuất công nghiệp thuốc hàn thiêu kết, mà
chủ yếu phải nhập khẩu.
Hiện nay các kết cấu hàn từ thép cacbon thấp có yêu cầu chất lượng cao, hầu hết được hàn
từ một trong số các loại thuốc hàn của hãng ESAB (Thụy Điển) và Hyundai (Hàn Quốc). Thuốc hàn
của các hãng khác như Lincoln, Hobart (Mỹ), Kobelco (Nhật Bản), Chosun, Kiswel (Hàn Quốc),
Atlantic, Camel, Eagle, SJ (Trung Quốc)...ít được sử dụng hơn do các yếu tố về chất lượng và giá
chưa phù hợp.
Một số công trình nghiên cứu về thuốc hàn đã được công bố:
- Đề tài nghiên cứu về thuốc hàn nóng chảy tại Việt Nam tương đương với mác AH – 348
(Liên Xô) đã được thực hiện từ những năm 70 do kỹ sư Nguyễn Thành Kiên của Viện nghiên cứu
máy làm chủ nhiệm đề tài. Kết quả nhận được là chế tạo thành công thuốc hàn nung chảy bằng lò
điện, tương đương với mác AH – 348 của Liên Xô cũ. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu chỉ dừng lại ở
phòng thí nghiệm.
- Đề tài KH-CN 242.07RD/HĐ-KHCN: “Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật
liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn nhập ngoại’’ do Kỹ sư Nguyễn Văn Thống
làm Chủ nhiệm đề tài năm 2007, thuộc Viện Công nghệ - Tổng công ty Máy động lực và máy nông
nghiệp, Bộ Công thương [4]. Đề tài đã chọn được nền tạo xỉ Nhôm – rutil (tên gọi theo tác giả),
nhưng chính xác hơn gọi theo thuật ngữ chuyên ngành là hệ xỉ Ôxit nhôm (Al2O3) – Rutil (TiO2)
theo IIW, kí hiệu hệ xỉ hàn này là AR. Đây là nền tạo xỉ hàn có tính công nghệ tốt và chất lượng
kim loại mối hàn khá cao ứng dụng để hàn kết cấu thép. Kết quả nghiên cứu đã được nghiệm thu
tháng 4 năm 2008 và được hàn thử nghiệm ở một số cơ sở.
- Đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất bộ hàn gốm dùng để hàn thép có độ bền
cao dưới lớp thuốc trợ dung” do Kỹ sư Đặng Trần Lương làm Chủ nhiệm đề tài, thuộc Công ty CP
Que hàn điện Việt Đức (Viwelco) hoàn thành và được nghiệm thu tháng 12 năm 2008 [5]. Nội
dung đề tài là nghiên cứu về thuốc hàn gốm mác F7-VD (hoặc AR-7), đã chọn được nền tạo xỉ
(nhôm – rutil) hay còn gọi là hệ xỉ hàn: Ôxit nhôm (Al2O3) – Rutil (TiO2) (theo IIW là hệ xỉ hàn
AR). Mặc dù công ty đã tiến hành sản xuất thử, nhưng còn một số hạn chế nên chưa thể triển khai

Trên cơ sở dữ liệu của nhiều hãng sản xuất vật liệu hàn nổi tiếng trên thế giới [3, 7, 8, 13,
14], tác giả lựa chọn một số mác thuốc hàn thiêu kết theo chỉ số bazơ tiêu biểu như bảng sau:
Bảng 1.7 Một số mác thuốc hàn thiêu kết tiêu biểu và hệ số bazơ theo tiêu chuẩn
của Viện hàn quốc tế (IIW) hoặc ESAB
Viện hàn Paton
(Ucraine)

Chỉ số
bazơ
B

Nhiệt độ thử đạt
độ dai va đập tối
thiểu ak(27J), 0C

S – 777MX

AHK - 44

0,6÷0,9

- 18

OK Flux 10.80

S – 727

AHK - 47

1,1


S – 787TB

48AHK -54

3,4

- 62

Một số mác thuốc hàn tiêu biểu của các hãng

Kí hiệu thuốc
hàn theo AWS
A5.17-80

ESAB
(Thụy Điển)

Hyundai
(Hàn Quốc)

F7A0

OK Flux 10.81

F7A2

Bảng 1.8 Thành phần hóa học chủ yếu của xỉ hàn khi sử dụng thuốc hàn ESAB
Mác thuốc, dây
hàn theo AWS


1,6


5
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU THUỐC HÀN THIÊU KẾT
1.1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ
1.1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
1.1.2 Vai trò và công dụng của thuốc hàn
- Tạo ra môi trường ion hóa tốt để đảm bảo dễ gây hồ quang và duy trì hồ quang ổn định.
- Tạo vòm xỉ nóng chảy bảo vệ vùng hồ quang hàn và vũng hàn khỏi tác dụng có hại của oxi
và nitơ của môi trường xung quanh.
- Giúp hình thành và bảo đảm hình dạng mối hàn tốt (tạo dáng mối hàn).
- Làm cho kim loại mối hàn nguội chậm, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi thoát hiđrô từ mối
hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt.
- Khử oxi và các tạp chất có hại (S, P), tinh luyện kim loại mối hàn.
- Đảm bảo hệ số nóng chảy và tốc độ hàn theo yêu cầu.
- Hợp kim hóa kim loại mối hàn, đặc biệt đối với mối hàn đắp để cải thiện tổ chức kimloại
và nâng cao cơ tính kim loại mối hàn.
- Bảo vệ thợ hàn khỏi tác dụng bức xạ của hồ quang, cải thiện điều kiện lao động.
- Nhờ có lớp thuốc và vòm xỉ bảo vệ hồ quang hàn, nên trong quá trình hàn kim loại điện
cực không bị bắn toé, giảm hao tổn kim loại, nâng cao năng suất hàn.
- Giảm khuyết tật trong phạm vi cho phép: rỗ khí, ngậm xỉ, không ngấu,... do cải thiện điều
kiện hình thành mối hàn và tinh luyện kim loại mối hàn.
- Cải thiện các tiêu chí vệ sinh công nghiệp: giảm lượng khí thải và bụi sinh ra trong giới
hạn cho phép khi hàn.
1.1.3 Phân loại thuốc hàn
Hiện nay có nhiều hệ thống tiêu chuẩn phân loauj thuốc hàn như ISO, AWS, BS, GOST,

H: ............ Hight Mn (mangan cao).
(3) - Số chỉ hàm lượng cacbon (phần vạn).
(4) - K (killed) nếu có, chỉ thị rằng thép dây hàn được khử silic.
1.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn
1.2.1 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở trong nước
1.2.2 Tình hình nghiên cứu và sản xuất thuốc hàn ở nước ngoài
Kết luận chương 1
Phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc là phương pháp hàn tiên tiến cho năng suất cao,
chất lượng mối hàn tốt, điều kiện vệ sinh môi trường tốt hơn nhiều phương pháp hàn khác. Thuốc
hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình dùng để hàn tự động dưới lớp thuốc nói riêng có nhiều ưu điểm,
nên được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới và ở Việt Nam, đặc biệt dùng để chế tạo các
công trình và kết cấu hàn thép yêu cầu chất lượng cao. Do vậy, nhu cầu về thuốc hàn thiêu kết ở
Việt Nam cũng như trên thế giới ngày càng tăng. Nhưng ở nước ta chưa có đơn vị nào nghiên cứu
sâu cũng như sản xuất công nghiệp thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình còn phải nhập khẩu với
giá cao và bị động.
Trên thế giới đã nghiên cứu sâu và sản xuất nhiều loại thuốc hàn thiêu kết, trong đó có thuốc
hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình. Trong khi đó, nguồn nguyên vật liệu để sản xuất thuốc hàn của
nước ta rất lớn và phong phú. Do vậy, vấn đề nghiên cứu và tự sản xuất được thuốc hàn thiêu kết
trên nguyên tắc ưu tiên, tận dụng tối đa nguồn nguyên vật liệu trong nước để thay thế thuốc hàn
nhập ngoại là vấn đề vừa có tính cấp thiết trước mắt, vừa có tính chiến lược lâu dài, để chủ động,


7
tiết kiệm nguồn ngoại tệ, tạo thêm việc làm trong nước. Các doanh nghiệp mở rộng được sản xuất
và tiến tới có thể xuất khẩu mặt hàng này. Đây là vấn đề có ý nghĩa kinh tế và xã hội cao, cần có sự
phối hợp đồng bộ của nhiều tổ chức và ban ngành.
Trong chương 1, tác giả đã hoàn thành được các nội dung sau:
- Giới thiệu tổng quan về hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ.
- Tình hình nghiên cứu, sản xuất thuốc hàn trên thế giới và Việt Nam.
Chương 2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THUỐC HÀN THIÊU KẾT VÀ

thuốc
Trộn khô
Trộn ướt

Cấp nước thủy

tinh
Tạo hạt

Sấy sơ bộ

Sàng tuyển hạt

Sấy thiêu kết

Loại

No

o

NKiểm tra

Yes

es

y

Bao gói & bảo


BiÕn vµo

Hép ®en

yi, i = 1,2,......,n
y = f(x1, .........xn)

Zi

TÝn hiÖu nhiÔu

Hình 2.3 Mô hình nghiên cứu thành phần thuốc hàn thiêu kết
Nội dung nghiên cứu sẽ tập trung nghiên cứu xác định thành phần mẻ liệu thuốc hàn, đảm
bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế với số lượng thí nghiệm ít nhất. Nội dung nghiên cứu sẽ tối ưu
theo thứ tự các mô đun sau đây:
- Tối ưu hóa thành phần nền tạo xỉ theo tính công nghệ hàn;
- Tối ưu hóa các chất khử và hợp kim hóa theo thành phần hóa học và cơ tính mối hàn;
- Tối ưu hóa lượng huỳnh thạch và chế độ thiêu kết theo lượng hiđrô yêu cầu.
2.2.2 Nghiên cứu xác định thành phần đơn thuốc hàn
- Sơ đồ mô hình nghiên cứu tổng quát (Hình 2.5) là xác định mối quan hệ toán học giữa các
biến đầu vào tác động lên các hàm mục tiêu đầu ra. Qua các phương trình hồi quy có thể thực hiện
được các nội dung sau đây:
+ Mô tả các quan hệ này một cách định lượng bằng các mô hình toán học;
+ Biểu diễn các đặc trưng này bằng các dạng hình học 2D và 3D;
+ Phân tích, rút ra các kết luận khoa học;
+ Giải bài toán tối ưu có ràng buộc để tìm ra được thành phần thuốc hàn và các thông số
công nghệ quan trọng đáp ứng các mục tiêu đề ra một cách tổng hợp nhất.
- Cơ sở đánh giá chất lượng thuốc hàn hệ bazơ dựa vào các chỉ tiêu chung cơ bản sau:


Mác thuốc hàn

TiO2 + SiO2

CaO + MgO

Al2O3 + MnO

CaF2

Hệ số bazơ,
B

F74-BK

12 ÷ 22

22 ÷ 30

15 ÷ 25

10 ÷ 20

1,6

Các nhóm thành phần hóa học chủ yếu, %

2.2.4 Nghiên cứu sự dịch chuyển của Mn và Si vào kim loại mối hàn
a) Sơ đồ nghiên cứu (Hình 2.13)
Để đảm bảo chỉ tiêu quan trọng nhất là cơ tính kim loại mối hàn, cần nghiên cứu tiêu chí

thạch

Cao
lanh

FeMn

FeSi

20÷24

22÷24

8÷12

28÷32

-

-

-

6

4

Các chất còn lại được giữ cố định khoảng 8%.
d) Mô tả phương pháp thí nghiệm.
e) Phương pháp phân tích thành phần hóa học kim loại mối hàn.



11
Kết quả cuối cùng là trung bình cộng của 3 kết quả xác định song song.
2.2.6 Kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của thuốc hàn với thành phần tối ưu
a) Kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật của thuốc hàn
- Tính toán lại chỉ số bazơ của nền tạo xỉ hàn.
- Kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn.
- Kiểm tra cơ tính kim loại mối hàn.
- Kiểm tra hàm lượng hiđrô trong mối hàn.
b) Kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế của thuốc hàn thiêu kết
Kết luận chương 2
Tác giả đã hoàn thành được các nội dung sau:
- Giới thiệu tổng quan về quy trình công nghệ sản xuất thuốc hàn thiêu kết.
- Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thuốc hàn thiêu kết.
- Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của các nhóm chất tạo xỉ chủ yếu đến tính công nghệ hàn.
- Mô tả các phương pháp thí nghiệm và cách xác định các chỉ tiêu về tính công nghệ hàn.
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
a) Lập kế hoạch thực nghiệm
Theo [2, 6, 11, 12] mô hình trên có dạng đa thức bậc 2 như sau:
K

k

k

i 1



Các biến số

MgO
Z1

Al2O3
Z2

CaF2
Z3

TiO2
Z4

X1

X2

X3

X4

Mức dưới

20

15

10

CaCO3

Trường thạch

Cao lanh

Fe-Mn

Fe-Si

8

5

1

4

2

b) Tiến hành thí nghiệm
3.1.2 Xử lý số liệu thực nghiệm
Thực hiện nhập số liệu thực nghiệm và chạy phần mềm MODDE 5.0 ta nhận được kết quả
các phương trình hồi quy dưới đây:
Lhq=18,498 + 0,622X1 - 0,078X2 - 0,638X3 - 0,210X4 - 0,262X12 - 0,077X22 + 0,131X32 0,112X42+ 0,375X1X2 + 0,15X1X3 + 0,17X1X4 - 0,379X2X3 - 0,012X3X4
Hệ số tương quan: R2 = 0,731
Với hệ số tương quan R2 = 0,731 khá cao cho ta thấy sự ảnh hưởng của các chât chủ yếu đến
tính ổn định của hồ quang hàn khá rõ nét. Giá trị và dấu của các hệ số cho thấy mức độ ảnh hưởng
và đặc tính ảnh hưởng của các chất rất khác nhau. Các chất ảnh hưởng tích cực đến chiều dài hồ
quang tới hạn theo thứ tự là MgO, Al2O3, còn CaF2 ảnh hướng xấu đến chiều dài hồ quang tới hạn.

(giảm mạnh nhất ở 16,5% CaF2). Tính ổn định của hồ quang giảm. Điều này cũng phù hợp với lý
thuyết về ảnh hưởng của hàm lượng chất CaF2 trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn tới sự ổn định
của hồ quang.
d) Sự phụ thuộc của chiều dài hồ quang vào hàm lượng TiO2

Hình 3.5 Sự phụ thuộc của Lhq vào hàm lượng TiO2
Qua đồ thị 2D hình 3.5 ta thấy chiều dài hồ quang tới hạn giảm khi tăng hàm lượng TiO2
trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn.
Tóm lại:
Qua các kết quả thu được từ các phương trình hồi qui và các đường đặc trưng biểu diễn quan
hệ ảnh hưởng của các chất tạo xỉ chủ yếu đến tính ổn định hồ quang cho phép rút ra những kết luận
quan trọng sau đây:
- Mức độ tương thích của các phương trình hồi qui tương đối cao, với các hệ số tương quan
R2 = 0,731.


14
- Các đường đặc trưng biểu diễn sự phụ thuộc của chiều dài hồ quang tới hạn vào hàm lượng
các chất: MgO, Al2O3, CaF2 và TiO2 trong thành phần mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung
bình là rất rõ ràng thông qua các biểu đồ dạng 2D.
- Đặc tính của các biểu đồ phù hợp với lý thuyết, đã phản ánh các tính chất vật lý và mức độ
hoạt tính hóa học của thuốc hàn – xỉ hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình (B ≈ 1,6) ảnh hưởng đến
chiều dài hồ quang tới hạn thông qua các chất thuộc nhóm tạo xỉ của thuốc hàn.
- Các kết quả nghiên cứu trên đây là cơ sở để xác định hàm lượng các chất MgO, Al2O3,
CaF2, TiO2 đưa vào mẻ liệu thuốc hàn F7A4-BK đảm bảo tính ổn định của hồ quang.
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
a) Xây dựng kế hoạch thực nghiệm
b) Tiến hành thí nghiệm và kết quả
3.2.2 Xử lý số liệu thực nghiệm

kim loại mối hàn sẽ tăng, mức độ tăng mạnh hơn thuốc hàn hệ bazơ thấp.
2.50

Mn

2.40

2.30

2.20

2.10
2

3

4

5

6

Fe_Si

Hình 3.11 Sự phụ thuộc của hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn vào hàm lượng Fe-Si
trong thuốc hàn
Qua đồ thị 2D hình 3.11 ta thấy khi hàm lượng ferô Fe-Si tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối
hàn sẽ tăng, tuy nhiên khi hàm lượng ferô Fe-Si tiếp tục tăng thì hàm lượng Mn trong kim loại mối hàn tăng
chậm lại. Điều này có thể giải thích, khi với hàm lượng ferô Fe-Mn đưa vào thấp và hàm lượng Fe-Si giúp
vai trò chất khử một cách hiệu quả, ít ảnh hưởng tới hàm lượng Mn tăng tiếp theo.


5

6

Fe_Si

Hình 3.13 Sự phụ thuộc của hàm lượng Si trong kim loại mối hàn vào % Fe-Si
trong thuốc hàn
Qua đồ thị 2D hình 3.13 ta thấy khi hàm lượng fero Fe-Si tăng thì hàm lượng Si trong kim
loại mối hàn sẽ tăng. Tuy nhiên mức độ tăng ban đầu có thấp, điều này có thể giải thích, khi với
hàm lượng fero Fe-Si đưa vào thấp và Si chủ yếu làm vai trò chất khử, nên sự dịch chuyển vào kim
loại mối hàn thấp.
1.140
1.120

Si

1.100
1.080
1.060
1.040
1.020
1.000
4

5

6


3.3.1 Lập kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm
a) Xây dựng kế hoạch thực nghiệm
b) Tiến hành thí nghiệm
3.3.2 Xử lý số liệu thực nghiệm
3.3.3 Biểu diễn các đường đặc trưng
a) Ảnh hưởng của hàm lượng CaF2 trong mẻ liệu thuốc hàn đến hàm lượng hiđrô trong mối hàn
và vùng ảnh hưởng nhiệt
4.70
4.60
4.50

H2

4.40
4.30
4.20
4.10
4.00
3.90
10

11

12

13

14

15

6
5
4
3
600

700

800

T

Hình 3.17 Hàm lượng hiđrô (ml/100g kim loại đắp) phụ thuộc vào Ts (phút)
với CaF2 =15% và t=90ph.
Đồ thị cho thấy khi nhiệt độ sấy thiêu kết tăng thì hàm lượng hiđrô trong mối hàn sẽ giảm
mạnh (khoảng từ 9,7÷3ml/100g) và khi nhiệt độ sấy thiêu kết tăng (khoảng từ 5500C÷9000C). Đến
khoảng 730°C thì mức độ giảm với yếu đi. Đây có thể coi như nhiệt độ tối thiểu và có hiệu quả khi
xác lập chế độ sấy thiêu kết.
c) Ảnh hưởng của thời gian sấy thiêu kết thuốc hàn đến lượng hiđrô trong mối hàn và vùng ảnh
hưởng nhiệt
4.50

H2

4.40
4.30
4.20
4.10
4.00
60

Hình 3.29 Hàm lượng hiđrô phụ thuộc vào hàm lượng CaF2 và ts với Ts = 700°C
Nhận xét: Việc giảm hàm lượng hiđrô phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ sấy thiêu kết, trên lý
thuyết là >500oC, nhưng lúc này chưa có tác dụng nhiều phải ở 700oC thì mức ảnh hưởng mới lớn
và khi đó hiệu quả tăng hàm lượng huỳnh thạch và thời gian sấy mới thực sự phát huy tác dụng.
Tóm lại: Trên cơ sở quan hệ của các đường đặc tính cho phép rút ra một số kết luận quan
trong dưới đây:
- Từ các phương trình hồi quy cho phép xây dựng các đường đặc tính phản ánh sự phụ thuộc
của hàm lượng hiđrô trong mối hàn vào hàm lượng huỳnh thạch (CaF2) trong mẻ liệu thuốc hàn,
nhiệt độ sấy thiêu kết và thời gian thiêu kết.
- Đặc tính của các đường biểu diễn đó phản ánh rõ ảnh hưởng của cả 3 yếu tố đến hàm
lượng hiđrô trong kim loại mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, cho thấy tác dụng của các yếu tố này.
- Mức độ ảnh hưởng của mỗi yếu tố có khác nhau, nhiệt độ sấy thiêu kết và hàm lượng
huỳnh thạch (CaF2) trong mẻ liệu thuốc hàn ảnh hưởng rất mạnh đến hàm lượng hiđrô trong mối
hàn. Cũng mức độ ảnh hưởng của thời gian thiêu kết yếu hơn 2 yếu tố trên.
- Ngưỡng ảnh hưởng của hiđrô là nhiệt độ trên 700oC
- Khi các yếu tố đạt đến giá trị tới hạn, thì mức độ ảnh hưởng ít thay đổi. Các kết quả này
phù hợp với lý thuyết.
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
Kết luận chương 3
Trong chương 3, tác giả đã hoàn thành được các nội dung sau:
- Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của các nhóm chất tạo xỉ chủ yếu đến tính công nghệ hàn.
- Mô tả các phương pháp thí nghiệm và cách xác định các chỉ tiêu về tính công nghệ hàn.
- Thiết kế được kế hoạch thực nghiệm của các nhóm chất tạo xỉ chủ yếu đến các hàm mục
tiêu là tính công nghệ hàn.
- Đã tiến hành thực nghiệm, kiểm tra độ tin cậy của các số liệu và lập được bảng các số liệu
thực nghiệm.
- Ứng dụng phần mềm Modde 5.0 xác định các hệ số phương trình hồi quy đạt mức độ
tương thích cao (thông qua hệ số tương quan R).

C

1

0,0694

Mn
1,567

Si
0,401

S
0,0062

P
0,0244

Các số liệu thử nghiệm thành phần hóa học cho thấy:
- Hàm lượng Mn thấp hơn giá trị tính toán theo phương trình hồi qui khoảng 5% (cụ thể là
5,71%);
- Hàm lượng Si cao hơn giá trị tính toán dưới 10% (cụ thể là 9,2%);
- Hàm lượng các nguyên tố cacbon trong phạm vi cho phép.
- Hàm lượng các nguyên tố tạp chất có hại như S và P thấp đạt yêu cầu.
Như vậy kết quả tính toán theo phương trình hồi qui và kết quả phân tích khá trùng khớp
nhau, mức độ sai số thấp. Hơn nữa hàm lượng Fe-Si được lấy ở cận dưới của giá trị biên, mà độ
chính xác có thể chấp nhận được, giá trị Fe-Mn nằm gần vùng trung tâm nên giá trị chính xác hơn.
Các kết quả nhận được đáp ứng tốt yêu cầu đề ra.
4.2.2 Kiểm tra các chỉ tiêu cơ tính kim loại mối hàn
Thuốc hàn được chế tạo với hàm lượng các fero Mn và Si như bảng trên và tiến hành hàn

Độ giãn dài
(%)
34.286

Bảng 4.14 Kết quả kiểm tra độ dai va đập mối hàn thuốc hàn F7A4-BK với dây hàn EM12K
TT

Tên mẫu

Nhiệt độ thử (oC)

Công va đập (J)

1

Mẫu F44-1

-40oC

198

2

Mẫu F44-2

-40oC

92

3

KẾT LUẬN
Luận án đã nghiên cứu và tối ưu hóa thành phần thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình
F7A4-BK theo tiêu chuẩn AWS A5.17-80. Kết quả nghiên cứu cho phép rút ra các điểm chủ yếu
sau đây:
- Lựa chọn được nền tạo xỉ hợp lý, sử dụng nhiều nguyên liệu trong nước, cụ thể đã chọn
nền tạo xỉ dưới đây:
MgO – Al2O3 – CaF2 – TiO2
Với tỷ lệ các nhóm chất tìm được giá trị chỉ số bazơ trong phạm vi hệ bazơ trung bình, đáp
ứng yêu cầu.
- Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm xây dựng được phương trình hồi qui phản ánh sự ảnh
hưởng của các chất tạo xỉ chủ yếu của mẻ liệu thuốc hàn (MgO, Al2O3, CaF2, TiO2) đến các đặc
tính công nghệ hàn của thuốc hàn là chiều dài hồ quang tới hạn, có độ tương thích cao với hệ số
tương quan R2 = 0,731.
- Từ phương trình hồi quy đã mô tả được đặc trưng ảnh hưởng ở dạng 2D và 3D của MgO,
Al2O3, CaF2, TiO2 đến chiều dài hồ quang tới hạn, các kết quả nghiên cứu này có tính mới, bổ sung
số lý thuyết về vật liệu hàn.
- Nền tạo xỉ thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình F7A4-BK đã sử dụng MgO thay thế cho
CaO (đưa vào ở dạng CaCO3) kết hợp với các chất Al2O3, CaF2, TiO2 với tỷ lệ hợp lý có các đặc
tính công nghệ tốt, quá trình hàn ổn định, tạo dáng mối hàn đẹp, xỉ hàn tự bong. Đây là điểm mới về
lựa chọn loại nền tạo xỉ hàn cho mẻ liệu thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình.
- Xây dựng được quy luật dịch chuyển của các nguyên tố hợp kim Mn, Si từ thuốc hàn vào
kim loại mối hàn trong hệ xỉ bazơ trung bình. Trên cơ sở đó xác định được tỷ lệ các Fe-Mn và Fe-Si
đưa vào mẻ liệu thuốc hàn đảm bảo thành phần hóa học kim loại mối hàn đáp ứng các chỉ tiêu cơ
tính của kim loại mối hàn.
- Xây dựng được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng huỳnh thạch và các thông số chế độ sấy
thiêu kết thuốc hàn hệ xỉ bazơ trung bình đến lượng hiđrô trong mối hàn. Trên cơ sở đó đã xác định
được giá trị các thông số chế độ sấy thiêu kết thuốc hàn là: nhiệt độ sấy 755°C, thời gian sấy 103 phút
cho lượng hiđrô trong mối hàn là 3,36 cm3/100g nhỏ hơn yêu cầu là 4 cm3/100g kim loại đắp.
- Đã đề xuất được sơ đồ thuật toán tối ưu thành phần mẻ liệu thuốc hàn theo các mô đun cho phép
giảm số lượng thí nghiệm và chi phí thí nghiệm. Trên cơ sở giải bài toán tối ưu đã xác định được tỷ lệ hợp

Tối ưu hóa thành phần nền tạo xỉ thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình, Tạp chí Cơ khí
Việt Nam, Số 9, Trang 88 - 95.
2. Vũ Huy Lân, Nguyễn Công Vượng, Phạm Thanh Lưu*, Phan Văn Chỉnh
(2013), Hiệu quả hợp kim hóa trong thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình, Tạp chí Cơ
khí Việt Nam, Số 10,Trang 34 – 39.
3. Phạm Thanh Lưu*, Vũ Huy Lân (2016), Nghiên cứu hàm lượng hiđrô trong
kim loại mối hàn khi chế tạo thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình, Ký yếu Hội nghị
Khoa học và Công nghệ toàn quốc về Cơ khí – Động lực, Tập 1, Trang 338 – 343.
4. Phạm Thanh Lưu*, Vũ Huy Lân, Hà Xuân Hùng (2018), Tối ưu hóa thành phần
thuốc hàn thiêu kết hệ bazơ trung bình, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 6, Trang 44 - 52.