Bé C«ng th−¬ng
Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp
ViÖn C«ng nghÖ
B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN
M∙ sè: 242.07RD/H§-KHCN
Tªn ®Ò tµi:
nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng b»ng vËt
liÖu trong n−íc ®Ó hµn kÕt cÊu thÐp thay thÕ
thuèc hµn nhËp ngo¹i
C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng th−¬ng
C¬ quan chñ tr×:
ViÖn C«ng nghÖ
Chñ nhiÖm ®Ò tµi:
KS. NguyÔn v¨n thèng
6796
12/4/2008
Hµ Néi, 3 - 2008
Bé C«ng th−¬ng
Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp
ViÖn C«ng nghÖ
B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN
M∙ sè: 242.07RD/H§-KHCN
Tªn ®Ò tµi:
nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng b»ng vËt
liÖu trong n−íc ®Ó hµn kÕt cÊu thÐp thay thÕ
thuèc hµn nhËp ngo¹i
C¬ quan chñ tr×
Chñ nhiÖm ®Ò tµi
ViÖn C«ng nghÖ
KS. NguyÔn V¨n Thèng
Hµ Néi, 3 - 2008
1
Môc lôc
Lêi më ®Çu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
PhÇn I. Kh¸i qu¸t vÒ thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng . . . . . . 3
I. ViÖc b¶o vÖ mèi hµn trong hµn nãng ch¶y. . . . . . . . . 3
1. ¶nh h−ëng cña kh«ng khÝ ®Õn mèi hµn. . . . . . . . . 3
2. C«ng viÖc b¶o vÖ mèi hµn. . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. C¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ mèi hµn. . . . . . . . . . . . 4
4. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña «-xy. . . . . . 5
5. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña hi®r«. . . . . . 7
6. Vai trß cña xØ hµn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
7. Yªu cÇu hîp kim hãa mèi hµn. . . . . . . . . . . . . 11
II. Thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng. . . . . . . . . . . . . . 1 1
1. Ho¹t ®éng cña m¸y hµn tù ®éng. . . . . . . . . . . . 11
2. T¸c ®éng cña thuèc hµn ë m¸y hµn tù ®éng. . . . . . 13
3. C¸c lo¹i thuèc hµn tù ®éng. . . . . . . . . . . . . . . 14
III. Thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm. . . . . . . . . . . . . . . 15
1. C¸c nhãm thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm. . . . . . . . . 15
2. VËt liÖu lµm thuèc hµn d¹ng gèm. . . . . . . . . . . . 16
PhÇn II. Nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm. . . . 18
I. Lùa chän lo¹i thuèc hµn. . . . . . . . . . . . . . . . . 18
II. Lùa chän c¸c thµnh phÇn trong thuèc hµn. . . . . . . . 18
III. Quy tr×nh chÕ t¹o thuèc hµn d¹ng gèm . . . . . . . . . 22
IV. D©y chuyÒn thiÕt bÞ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
V. S¶n xuÊt thö nghiÖm thuèc hµn. . . . . . . . . . . . . . 25
VI. C«ng thøc pha trén nguyªn liÖu . . . . . . . . . . . . . 26
PhÇn III. KÕt luËn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
I. §Æc tÝnh kÜ thuËt cña thuèc hµn chÕ t¹o. . . . . . . . . . 27
II. So s¸nh víi thuèc hµn nhËp ngo¹i. . . . . . . . . . . . . 27
III. H−íng dÉn sö dông thuèc hµn chÕ t¹o . . . . . . . . . . 28
IV. Kh¶ n¨ng chÕ t¹o trong n−íc . . . . . . . . . . . . . . . 28
PhÇn IV Phô lôc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Tµi liÖu tham kh¶o. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2
Lêi më ®Çu
Trong sù ph¸t triÓn chung cña nghµnh c«ng nghiÖp, nghÒ hµn ®ãng mét vai
trß quan träng. RÊt nhiÒu thiÕt bÞ hµn hiÖn ®¹i, víi kü thuËt míi ®−îc du nhËp
vµo n−íc ta. Trong c¸c thiÕt bÞ hµn c«ng nghÖ míi nµy cã thiÕt bÞ hµn hå quang
ngÇm, ®©y lµ lo¹i thiÕt bÞ hµn ®Çu tiªn ë n−íc ta ho¹t ®éng ë chÕ ®é tù ®éng, v×
vËy th−êng ®−îc gäi lµ m¸y hµn tù ®éng. ThiÕt bÞ hµn tù ®éng cã nhiÒu −u ®iÓm
nh−: hµn ®−îc dßng hµn lín, vËt hµn dµy,tèc ®é hµn nhanh, mèi hµn ®Òu, ®é
ngÊu s©u, hµn vËt hµn dµy mµ kh«ng cÇn v¸t mÐp,nªn tiÕt kiÖm ®−îc vËt liÖu,
c«ng søc, thêi gian, ngoµi ra do hµn tù ®éng nªn ng−êi thî tr¸nh ®−îc c¸c t¸c
h¹i cña hå quang…. ThiÕt bÞ hµn tù ®éng cã mét xe con, trªn ®Êy cã ®Çu hµn
cïng cuén d©y hµn vµ hép chøa thuèc hµn. Xe con ®−a ®Çu hµn ch¹y däc theo
mÐp hµn, hép chøa thuèc hµn ë ®»ng tr−íc r¾c thuèc hµn s½n lªn mÐp s¾p hµn,
hå quang xuÊt hiÖn ë phÝa d−íi líp thuèc hµn nµy, ¸nh s¸ng cña nã kh«ng lät
®−îc ra ngoµi, v× thÕ cã tªn lµ hµn hå quang ngÇm. ThiÕt bÞ hµn tù ®éng ®· ®−îc
mét sè c¬ së s¶n xuÊt ë n−íc ta b−íc ®Çu nghiªn cøu chÕ t¹o. Thuèc hµn cho
thiÕt bÞ hµn tù ®éng cho ®Õn nay vÉn ph¶i nhËp tõ n−íc ngoµi. ThiÕt bÞ hµn tù
®éng rÊt phï hîp víi xu thÕ chung lµ tù ®éng hãa c¸c thiÕt bÞ s¶n xuÊt. Ngµy
nay ë n−íc ta thiÕt bÞ hµn tù ®éng ngµy cµng ph¸t triÓn, ®−îc sö dông réng r·i
trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt, lµm c¸c cÊu kiÖn thÐp nh− dÇm cÇu thÐp, khung nhµ
tiÒn chÕ, ®ãng tµu…. V× vËy nhu cÇu vÒ thuèc hµn tù ®éng ngµy cµng t¨ng.
Tr−íc ®©y ®· cã mét sè c¬ së nghiªn cøu b−íc ®Çu vÒ thuèc hµn tù ®éng,
nh−ng lµ phôc vô viÖc hµn ®¾p, t¹o nªn mét líp kim lo¹i cøng trªn bÒ mÆt, vµ
còng ch−a cã øng dông réng r·i. Trong hµn c¸c kÕt cÊu thÐp th× mèi hµn ph¶i
dÎo, dai, chÞu ®−îc c¸c rung ®éng. Nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi “ Nghiªn cøu chÕ t¹o
thuèc hµn tù ®éng b»ng vËt liÖu trong n−íc ®Ó hµn kÕt cÊu thÐp thay thÕ thuèc
hµn nhËp ngo¹i “ mong muèn ®ãng gãp ®−îc mét sè kinh nghiÖm vÒ viÖc sö
dông vËt liÖu trong n−íc lµm ra lo¹i thuèc hµn tù ®éng ®Ó hµn c¸c kÕt cÊu thÐp,
vµ qua ®Êy ®¸nh gi¸ ®−îc kh¶ n¨ng chÕ t¹o t¹i n−íc ta.
3
PhÇn I. Kh¸i qu¸t vÒ thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng
I. ViÖc b¶o vÖ mèi hµn trong hµn nãng ch¶y
1. ¶nh h−ëng cña kh«ng khÝ ®Õn mèi hµn.
Chóng ta sèng vµ lµm viÖc trong bÇu khÝ quyÓn cña tr¸i ®Êt. Kh«ng khÝ cho ta
«xy ®Ó thë, «xy cßn cho ta ngän löa ®Ó s−ëi Êm vµ nÊu ¨n. Nh−ng hai thµnh phÇn
chÝnh cña kh«ng khÝ lµ «xy vµ ni-t¬ ®Òu cã h¹i cho mèi hµn. HÇu hÕt c¸c kim lo¹i
ta th−êng hµn ®Òu rÊt dÔ bÞ «xy ho¸, nhiÖt ®é cµng cao tèc ®é «xy ho¸ cµng nhanh,
mµ nhiÖt ®é hµn l¹i rÊt cao, nªn nÕu bÓ hµn tiÕp xóc ®−îc víi «xy th× toµn bé sÏ bÞ
biÕn thµnh «xit kim lo¹i. «xy cßn cã kh¶ n¨ng hoµ tan vµo kim lo¹i, sau nµy t¹o
thµnh dung dÞch r¾n víi kim lo¹i ®Êy. C¶ hai d¹ng nµy ®Òu cã t¸c dông xÊu ®Õn c¬
tÝnh cña mèi hµn, nh− lµm gi¶m ®é dÎo, ®é bÒn, ®é dai va ®Ëp ( h×nh 1 ). Cßn ni-t¬
cã ®Æc tÝnh lµ dÔ dµng hoµ tan vµo kim lo¹i láng cña bÓ hµn, nhiÖt ®é cµng cao, møc
®é hoµ tan cµng nhiÒu. Khi bÓ hµn nguéi ®i, kh¶ n¨ng hoµ tan gi¶m, ni-t¬ bÞ ®Èy
dÇn ra thµnh c¸c bät khÝ, bät khÝ tõ tõ næi lªn trªn ®Ó tho¸t vµo kh«ng khÝ. Nh−ng
kh¶ n¨ng hßa tan ni-t¬ l¹i gi¶m víi møc ®ét biÕn ë nhiÖt ®é kim lo¹i chuÈn bÞ kÕt
tinh ( h×nh 2 ), lµm xuÊt hÞªn mét l−îng bät khÝ rÊt lín, c¸c bät khÝ nµy kh«ng cßn
®ñ thêi gian tho¸t vµo kh«ng khÝ tr−íc khi kim lo¹i láng ®«ng ®Æc, nªn møc ®é rç
khÝ lµ lín, lµm gi¶m chÊt l−îng mèi hµn. Trong tr¹ng th¸i r¾n mét phÇn nhá ni-t¬
vÉn cã thÓ hßa tan trong kim lo¹i, lóc nµy nã cã t¸c dông lµm t¨ng ®é bÒn cña kim
lo¹i, nh−ng l¹i lµm gi¶m ®é dÎo ( h×nh 3 ). V× vËy trong tÊt c¶ c¸c ph−¬ng ph¸p hµn
nãng ch¶y ®Òu ph¶i cã biÖn ph¸p c¸ch li kh«ng khÝ khái vïng hµn ®Ó b¶o vÖ mèi
hµn.
2. C«ng viÖc b¶o vÖ mèi hµn.
ViÖc c¸ch li kh«ng khÝ khái vïng hµn kh«ng ph¶i lµ mét c«ng viÖc qu¸ khã. Ta
cã thÓ dïng mét chÊt khÝ kh«ng cã h¹i cho bÓ hµn liªn tôc thæi lªn vïng hµn ®Èy
kh«ng khÝ ra ngoµi, hoÆc dïng thuèc hµn bäc lªn ®iÖn cùc hµn hay r¾c lªn vïng hµn
®Ó t¹o khÝ vµ xØ bao phñ bÒ mÆt bÓ hµn ®Ó b¶o vÖ. Trong thùc tÕ c«ng viÖc b¶o vÖ
mèi hµn kh«ng chØ lµ c¸ch li kh«ng khÝ khái vïng hµn, mµ vÊn ®Ò cßn phøc t¹p h¬n
nhiÒu. KhÝ hi®r« ( H2 ) còng lµ mét chÊt khÝ cã h¹i cho mèi hµn, nã lµm gi¶m ®é
bÒn c¬ häc cña mèi hµn, lµm xuÊt hiÖn c¸c khuyÕt tËt d¹ng rç bäng, c¸c vÕt nøt
nãng vµ nøt tÕ vi trong mèi hµn, c¸c vÕt nøt l¹nh ë vïng l©n cËn mèi hµn. Hi®r« ®i
vµo mèi hµn tõ m«i tr−êng bao bäc xung quanh, tõ c¸c c¸u bÈn ë mÐp hµn vµ tõ
kim lo¹i cña vËt hµn, v× trong thÐp lu«n cã mét l−îng nhá hi®r« ®−îc hoµ tan.
Ngay chÝnh nh÷ng chÊt ®−îc dïng ®Ó b¶o vÖ mèi hµn còng cã thÓ l¹i lµ mét nguån
®−a «xy, hi®r« vµo vïng hµn. ThÝ dô khÝ CO2 dïng b¶o vÖ mèi hµn trong hµn MAG
hoÆc ®−îc t¹o ra do sù ph©n hñy c¸c chÊt cã gèc c¸cbon¸t trong thuèc hµn cã thÓ sÏ
«xy hãa mèi hµn theo ph¶n øng:
( 1 – 1)
Fe + CO2 = CO + FeO .
4
H¬i n−íc trong thuèc hµn d−íi d¹ng ®é Èm còng cã t¸c dông t−¬ng tù
( h×nh 4 ):
(1–2)
Fe + H2O = H2 + FeO.
Do ®ã viÖc b¶o vÖ mèi hµn l¹i cã thªm c«ng viÖc míi lµ ng¨n chÆn sù th©m nhËp
cña khÝ hi®r« vµo bÓ hµn vµ khö «xy ngay trong bÓ hµn. V× vËy ng−êi ta l¹i ph¶i sö
dông thªm mét vµi chÊt kh¸c ®Ó kh¾c phôc khiÕm khuyÕt cña chÊt ®· ®−îc chän
tr−íc lµm nhiÖm vô b¶o vÖ, chÊt thªm nµy l¹i còng cã thÓ t¹o ra mét khiÕm khuyÕt
nhá h¬n, th× l¹i ph¶i bæ sung thªm mét chÊt n÷a gi¶i quyÕt khiÕm khuyÕt ®Êy. Do
®ã thµnh phÇn c¸c chÊt t¹o nªn thuèc b¶o vÖ lµ t−¬ng ®èi nhiÒu, ¶nh h−ëng t−¬ng
t¸c c¸c thµnh phÇn hãa häc víi nhau rÊt phøc t¹p, ®ßi hái sù nghiªn cøu c¶ vÒ lÝ
thuyÕt vµ thùc hµnh thËt s©u s¾c.
3. C¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vÖ mèi hµn.
C¸c ph−¬ng ph¸p hµn nãng ch¶y kh¸c nhau cã biÖn ph¸p kh¸c nhau ®Ó b¶o vÖ
mèi hµn.
Trong hµn que ng−êi ta sö dông líp thuèc hµn bäc trªn ®iÖn cùc hµn, trong hµn
tù ®éng th× thuèc hµn ë d¹ng h¹t nhá ®−îc r¾c lªn vïng hµn lµm nhiÖm vô nµy.
Thuèc hµn cã nhiÒu nhãm thµnh phÇn kh¸c nhau, chøc n¨ng kh¸c nhau, mçi nhãm
cã c¸ch b¶o vÖ riªng cña m×nh: cã nhãm lµ ®Ó cho hå quang ®èt ch¸y t¹o ra luång
khÝ mµ thµnh phÇn chÝnh lµ CO2 thæi lªn vïng hµn ®Èy kh«ng khÝ ra ngoµi, cã nhãm
lµ ®Ó hå quang lµm cho nãng ch¶y t¹o nªn líp xØ láng nhÑ bao phñ bÒ mÆ bÓ hµn
t¹o nªn líp ng¨n c¸ch víi kh«ng khÝ, ®ång thêi t¹o ra c¸c ph¶n øng khö «xy víi
kim lo¹i bÓ hµn ®−a c¸c t¹p chÊt chuyÓn vµo xØ hµn, cã thµnh phÇn khi bÞ nãng ch¶y
th× ®i vµo bÓ hµn t×m gÆp c¸c «xit s¾t ®Ó thùc hiÖn c¸c ph¶n øng khö «xy....
Trong c¸c ph−¬ng ph¸p hµn trong m«i tr−êng cã khÝ b¶o vÖ ( MIG, MAG ), th×
khÝ b¶o vÖ lµm nhiÖm vô ®Èy kh«ng khÝ ra ngoµi, cßn viÖc t¹o ra ph¶n øng khö «xy
th× ph¶i kÕt hîp víi d©y hµn. D©y hµn ë ®©y, trong khi s¶n xuÊt ®−îc pha trén thªm
kim lo¹i cã ¸i lùc víi «xy m¹nh h¬n s¾t nh− Mn, Si. Khi d©y hµn nãng ch¶y, thµnh
phÇn Mn vµ Si sÏ lµm nhiÖm vô khö «xy cña bÓ hµn.
4. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña «xy.
Ngoµi m«i tr−êng kh«ng khÝ, «xy cã thÓ th©m nhËp vµo mèi hµn tõ c¸c chÊt
c¸u bÈn, han gØ cña mÐp hµn, tõ h¬i n−íc cña thuèc hµn d−íi d¹ng ®é Èm, tõ ngay
chÝnh c¸c «xit s¾t cã trong c¸c thµnh phÇn lµm ra thuèc hµn vµ c¶ do c¸c chÊt ®−îc
®−a vµo ®Ó khö «xy cña bÓ hµn.
C¸c thµnh phÇn cña gØ s¾t ë nhiÖt ®é hµn sÏ tham gia vµo ph¶n øng hãa häc víi
chÝnh kim lo¹i láng:
(1–3)
Fe2O3 + Fe = 3FeO
(1–4)
Fe3O4 + Fe = 4FeO
C¸c «xit s¾t nãng ch¶y ®−îc ph©n bæ c¶ vµo kim lo¹i láng vµ xØ theo ®Þnh luËt
ph©n phèi:
( FeO )
L =
(1–5)
[ FeO ]
5
σc,σk (MPa)
ak,δ5 (%)
6
120
5
100
4
80
3
60
σk
σc
2
δ5
ak
1
0
0,05
0,10
40
0,15
0,20
20
0,25% O2
H×nh 1. ¶nh h−ëng cña ¤xy ®èi víi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña mèi hµn.
0,07
PN
0,06
0,1MPa
2
ChÊt láng
§é hßa tan cña nit¬, %
0,05
0,04
0,03
γFe
0,02
0,01
δFe
αFe
0
1000
500
1500
o
C
H×nh 2. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®èi víi sù hßa tan cña nit¬ trong s¾t.
6
MPa
%
σk
σc
5
§é hßa tan cña nit¬, %
30
25
4
20
3
15
2
10
1
δ5
0
0
0,05
0,10
0,15
0,20
§é d·n dµi δ5
6
5
0
0,25
Nit¬ trong mèi hµn, %
H×nh 3. ¶nh h−ëng cña nit¬ ®èi víi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña kim lo¹i mèi hµn.
[H], cm3/100g
12
8
4
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
§é Èm %
H×nh 4. ¶nh h−ëng cña ®é Èm ®èi víi l−îng hy®r« trong kim lo¹i mèi hµn.
7
( FeO ): l−îng «xit s¾t hßa tan trong xØ, tÝnh theo %.
[ FeO ]: l−îng «xit s¾t hßa tan trong kim lo¹i láng, tÝnh theo %.
L : h»ng sè ph©n phèi. H»ng sè ph©n phèi nµy phô thuéc vµo tÝnh
chÊt cña xØ.
Nh− vËy ta cã thÓ nhËn thÊy: nÕu l−îng «xit s¾t trong xØ nhiÒu, th× l−îng «xit
s¾t trong kim lo¹i mèi hµn còng sÏ nhiÒu, nÕu ta kh«ng cã biÖn ph¸p khö «xy phï
hîp trong bÓ hµn.
5. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña hi®r«.
Hi®r« cã thÓ ®i vµo vïng hµn tõ m«i tr−êng bao bäc xung quanh, c¸c chÊt bÈn
b¸m trªn vËt hµn, thuèc hµn vµ c¶ tõ kim lo¹i cña vËt hµn. §Ó chèng sù th©m nhËp
cña hi®r« th× viÖc ®Çu tiªn lµ lµm s¹ch vËt hµn khái c¸c chÊt b¸m bÈn, dÇu mì, sù
Èm −ít. Hi®r« cßn cã trong c¸c chÊt lµm ra thuèc hµn nh− fer« kim lo¹i, c¸c chÊt
kho¸ng, v× vËy khi lùa chän nguyªn liÖu ph¶i tÝnh ®Õn c¸c nguyªn liÖu chøa Ýt
hi®r«. L−îng hi®r« trong c¸c thµnh phÇn lµm ra thuèc hµn cµng nhiÒu th× l−îng
hi®r« trong mèi hµn cµng lín, h×nh 4 cho ta hiÓu râ ¶nh h−ëng nµy h¬n.
§é Èm cña thuèc hµn còng lµ nguån ®−a hi®r« vµo mèi hµn. H¬i n−íc bÞ ph©n li
nhiÖt trong cét hå quang. Sù t−¬ng t¸c cña h¬i n−íc víi s¾t, fer« hîp kim vµ mét sè
hîp chÊt cña xØ láng t¹o thµnh hi®r« tù do hoÆc hi®r«xin. Sù t−¬ng t¸c nµy ®−îc
m«t¶ b»ng c¸c ph¶n øng hãa häc sau:
Me +
2FeO
Me +
CO +
H2O
+ H2O
2H2O
H2O
MeO + H2
Fe2O3 + H2
MeO + OH + H
CO2 + H2
(1–6)
(1–7)
(1–8)
(1–9)
Do ¶nh h−ëng nhiÖt ®é cao cña cét hå quang ph©n tö hi®r« bÞ ph©n li vµ mét
phÇn bÞ ion hãa.
Theo tÝnh to¸n cña I.I. Frumin vµ chøng minh b»ng thùc nghiÖm cña V.I.
Lakomsky th× hi®r« hßa tan trong kim lo¹i cao nhÊt ë nhiÖt ®é 2400 – 2450 0C.
Trong khi hµn c¸c giät kim lo¹i ®iÖn cùc còng ®−îc nung nãng ®Õn nhiÖt ®é ®Êy.
Møc ®é hßa tan cña hi®r« trong kim lo¹i láng gi¶m dÇn khi nhiÖt ®é h¹ ®i, hi®r« bÞ
®Èy ra ë d¹ng bät khÝ, bät khÝ næi dÇn lªn tho¸t khái kim lo¹i láng, xuyªn qua xØ
tho¸t ra ngoµi. XØ cã tÝnh thÊm khÝ tèt lóc nµy t¹o ®iÒu kiÖn cho khÝ tho¸t nhanh. ë
nhiÖt ®é kÕt tinh kh¶ n¨ng hßa tan cña hi®r« gi¶m mét c¸ch ®ét biÕn ( h×nh 5 ) lµm
xuÊt hiÖn mét l−îng bät khÝ lín, lóc nµy c¸c bät khÝ kh«ng cßn ®ñ thêi gian tho¸t ra
ngoµi tr−íc khi kim lo¹i láng ®«ng ®Æc, g©y nªn hiÖn t−îng rç bäng trong mèi hµn.
[1]
Trong kÜ thuËt hµn ng−êi ta ¸p dông c¸c biÖn ph¸p sau ®Ó lµm gi¶m l−îng hi®r«
trong mèi hµn:
- Lµm lo·ng c¸c chÊt khÝ ë vïng hå quang b»ng c¸ch lµm ph©n hñy c¸c chÊt h÷u
c¬, muèi hoÆc c¸c chÊt cã gèc cacbon¸t trong thuèc hµn, tøc lµ lµm gi¶m ¸p lùc khÝ
hi®r« lªn kim lo¹i láng.
8
[H], cm /100g
PH 0,1MPa
2
40
Láng
30
20
γFe
10
δFe
αFe
0
600
1000
1400
1800
2200
o
2600 T, C
H×nh 5. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®èi víi ®é hßa tan cña hy®r« trong s¾t.
[N, O]
0,10
[O]
0,06
[N]
0,02
0,6
0,2
1,0 b
H×nh 6. ¶nh h−ëng cña tÝnh baz¬ cña xØ rutyn ®èi víi l−îng «xy vµ nit¬
trong kim lo¹i mèi hµn.
9
k,J
200
160
120
80
0,2
1,0
0,6
b
H×nh 7. ¶nh h−ëng cña tÝnh baz¬ cña xØ ®èi víi ®é dai va ®Ëp cña mèi hµn
víi que hµn rutyn.
-3
x 10
12
¸p lùc cña hy®r«, MPa
10
8
6
4
2
0
40
80
CaCO3 %
H×nh 8. Quan hÖ gi÷a ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang vµ l−îng CaCO3
trong thuèc hµn kªramic.
0
10
- Gi¶m l−îng hi®r« trong c¸c chÊt lµm ra thuèc hµn b»ng c¸ch lùa chän c¸c chÊt
kh«ng cã hoÆc chØ chøa Ýt hi®r«.
- Liªn kÕt hi®r« thµnh c¸c chÊt kh«ng hßa tan trong thÐp láng vµ bÒn ë nhiÖt ®é
hå quang.
6. Vai trß cña xØ hµn.
XØ hµn cã vai trß rÊt quan träng trong c¸c ph−¬ng ph¸p hµn cã c¸ch b¶o vÖ lµ
t¹o nªn líp xØ láng, nhÑ bao phñ trªn bÒ mÆt bÓ hµn. Líp xØ láng nµy t¹o nªn líp
ng¨n c¸ch víi kh«ng khÝ cho bÓ hµn, t¨ng c−êng hiÖu qña c¸ch li kh«ng khÝ. Ngoµi
ra xØ cßn cã t¸c dông khö «xy, c¸c chÊt phi kim, silic, phèt pho vµ l−u huúnh cña bÓ
hµn. XØ hµn gåm c¸c chÊt phi kim nãng ch¶y nh− «xÝt, hal«gen, sunphÝt v.v... XØ
gåm nhiÒu thµnh phÇn nh−: SiO2; TiO2; Al2O3; FeO; MnO; MgO; CaO; CaF2 .... TØ
lÖ cña c¸c thµnh phÇn thay ®æi lµm cho xØ cã c¸c tÝnh chÊt kh¸c nhau, ¶nh h−ëng
kh¸c nhau ®Õn kim lo¹i nãng ch¶y. Trong c¸c thµnh phÇn cña xØ cã c¸c «xit mang
tÝnh axit nh−: SiO2; TiO2, c¸c «xit mang tÝnh baz¬ nh−: CaO; FeO; Na2O; K2O vµ
c¶ c¸c «xit l−ìng tÝnh nh−: Ti2O3; Al2O3. XØ chøa tréi c¸c «xit axit gäi lµ xØ axit,
xØ chøa tréi «xit baz¬ gäi lµ xØ baz¬. Bªn c¹nh ®Êy huúnh th¹ch ( cã thµnh phÇn
chÝnh lµ CaF2 ) còng ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt axit – baz¬ cña xØ. Trong hÖ xØ CaO –
CaF2 – TiO2 th× CaF2 thÓ hiÖn tÝnh baz¬ khi l−îng TiO2 lín, cßn trong hÖ xØ CaO –
CaF2 – SiO2 th× ¶nh h−ëng nµy kh«ng ®¸ng kÓ. Qua thùc nghiÖm ng−êi ta nhËn thÊy
r»ng: tÝnh baz¬ cña xØ cã t¸c dông tèt ®Õn viÖc gi¶i phãng «xy khái bÓ hµn , gióp
khö bít silic cña bÓ hµn vµ c¸c t¹p chÊt phi kim.
L−u huúnh vµ phèt pho lµ hai thµnh phÇn cã h¹i trong thÐp, v× l−u huúnh lµm
thÐp dÔ bÞ nøt ë tr¹ng th¸i nãng, cßn phèt pho lµm gi¶m ®é dÎo cña thÐp. XØ hµn cã
t¸c dông h¹n chÕ sù th©m nhËp cña l−u huúnh tõ ®iÖn cùc hµn vµ thuèc hµn vµo
kim lo¹i mèi hµn. Qua thùc nghiÖm ng−êi ta nhËn thÊy r»ng toµn bé l−u huúnh cã
trong kim lo¹i vËt hµn ®−îc chuyÓn vµo mèi hµn, trong khi chØ mét nöa tõ ®iÖn cùc
hµn vµ mét phÇn ba tõ thuèc hµn. §iÒu nµy chøng tá sù t−¬ng t¸c gi÷a kim lo¹i vËt
hµn vµ kim lo¹i ®iÖn cùc hµn víi xØ hµn kh«ng gièng nhau vµ xØ cã vai trß trong
viÖc khö l−u huúnh cña bÓ hµn. ViÖc t¸ch l−u huúnh khái FeS råi chuyÓn nã vµo xØ
x¶y ra theo c¸c ph¶n øng sau:
[ FeS ] + [ Mn ] = ( MnS ) + [ Fe ]
( 1 – 10 )
[ FeS ] + [ MnO ] = ( MnS ) + FeO
( 1 – 11 )
[ FeS ] + [ CaO ] = ( FeO ) + CaS
( 1 – 12 )
C¸c sunfit m¨nggan vµ sunfit canxi kh«ng hßa tan trong bÓ hµn nh− sunfit s¾t
vµ chóng chuyÓn vµo xØ hµn. TÝnh baz¬ hay axit cña xØ kh«ng cã sù kh¸c nhau ®¸ng
kÓ trong viÖc khö l−u huúnh.
Phèt pho trong bÓ hµn ë d¹ng Fe2P , d−íi t¸c dông «xy hãa cña FeO trë thµnh
P2O5 kh«ng hßa tan trong kim lo¹i nªn dÔ dµng chuyÓn vµo xØ
2Fe2P + 5FeO
( P2 O5 ) + [ Fe ]
( 1 – 13 )
( NgoÆc ®¬n chØ c¸c thµnh phÇn hßa tan trong xØ, ngoÆc vu«ng lµ hßa tan trong
kim lo¹i láng ).
11
§©y lµ lo¹i ph¶n øng thuËn nghÞch, nªn qu¸ tr×nh cã thÓ xÈy ra theo chiÒu ng−îc
l¹i. Trong xØ baz¬ P2 O5 kÕt hîp víi CaO t¹o thµnh 3CaO.P2 O5 nªn kh«ng cã chiÒu
ng−îc l¹i, v× vËy viÖc khö phèt pho hiÖu qu¶ h¬n. Theo I. Kazamatzu ®é baz¬ cña
xØ hµn ( B ) ®−îc tÝnh theo tØ lÖ % cña c¸c thµnh phÇn trong xØ theo tØ lÖ thøc:
CaO + MgO + FeO + MnO + K2O + Na2O
B=
( 1 – 14 )
SiO2 + 0,788 TiO2
Qua thùc tÕ ng−êi ta nhËn thÊy r»ng: ®é baz¬ cña xØ cã ¶nh h−ëng ®Õn l−îng «xy
trong mèi hµn vµ ®é dai va ®Ëp cña mèi hµn. §é baz¬ cña xØ t¨ng th× l−îng «xy
trong mèi hµn gi¶m, cßn ®é dai va ®Ëp cña mèi hµn t¨ng, ta cã thÓ tham kh¶o ¶nh
h−ëng t−¬ng tù qua h×nh 6 vµ 7.
Trong qu¸ tr×nh kim lo¹i láng cña bÓ hµn nguéi ®i, c¸c chÊt khÝ bÞ hßa tan tr−íc
®©y ®−îc ®Èy dÇn ra ë d¹ng bät khÝ, c¸c bät khÝ nµy næi lªn bÒ mÆt bÓ hµn, xuyªn
qua líp xØ tho¸t vµo kh«ng khÝ. L−îng khÝ tho¸t ra m¹nh nhÊt lµ lóc bÓ hµn b¾t ®Çu
kÕt tinh. TÝnh thÊm khÝ cña xØ baz¬ cao h¬n xØ axit nªn t¸c dông ng¨n c¸ch kh«ng
khÝ cña xØ baz¬ ®Ó b¶o vÖ bÓ hµn kÐm h¬n, nh−ng nã l¹i t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c chÊt
khÝ tho¸t ra tèt khi bÓ hµn ®ang kÕt tinh, v× vËy lµm gi¶m kh¶ n¨ng g©y ra khuyÕt
tËt rç khÝ. Sù bao phñ cña xØ hµn lµm cho bÓ hµn nguéi chËm h¬n, t¹o ®iÒu kiÖn cho
c¸c bät khÝ kÞp tho¸t ra ngoµi tr−íc khi bÓ hµn ®«ng ®Æc, lµm gi¶m hiÖn t−îng rç
khÝ.
NhiÖt ®é nãng ch¶y cña xØ hµn cao h¬n cña kim lo¹i, nªn xØ ®«ng ®Æc tr−íc bÓ
hµn. Sù ®«ng ®Æc nµy gióp gi÷ kim lo¹i láng cña bÓ hµn kh«ng ch¶y ra ngoµi bÓ
hµn, t¹o thuËn lîi cho viÖc t¹o d¸ng mèi hµn, ®iÒu nµy cµng quan träng khi ®−êng
hµn kh«ng ph¶i ë mÆt ph¼ng n»m ngang.
7. Yªu cÇu hîp kim hãa mèi hµn.
Do nhiÖt ®é cao cña bÓ hµn, mét tØ lÖ nµo ®Êy cña c¸c nguyªn tè hîp kim bÞ «xy
hãa vµ chuyÓn vµo xØ hµn, mét tØ lÖ kh¸c bÞ tiªu hao bëi hiÖn t−îng bay h¬i. Hai
qu¸ tr×nh nµy lµm cho mèi hµn cã tØ lÖ c¸c thµnh phÇn hîp kim Ýt ®i. §Ó bï l¹i sù
hao hôt nµy ng−êi ta cã thÓ cho thªm vµo thuèc hµn «xit cña c¸c kim lo¹i ®Êy, hoÆc
c¸c fer« kim läai cña chóng. B»ng c¸ch nµy ta còng cã thÓ lµm t¨ng tØ lÖ c¸c thµnh
phÇn hîp kim ®Ó n©ng cao chÊt l−îng mèi hµn, mµ ta gäi lµ hîp kim hãa mèi hµn.
Tuy nhiªn bÓ hµn chØ cã kh¶ n¨ng hÊp thô m¹nh nh÷ng nguyªn tè mµ c¸c «xit cña
chóng cã kh¶ n¨ng khuyÕch t¸n cao h¬n hoÆc b»ng «xit s¾t nh−: ®ång, nicken,
c«ban, v«nfram, m«lip®en.
II. Thuèc hµn cho m¸y hµn tù ®éng.
1. Ho¹t ®éng cña m¸y hµn tù ®éng.
ThiÕt bÞ hµn tù ®éng gåm cã nguån ®iÖn hµn vµ xe hµn. Trªn xe hµn cã
gÝa ®ì cïng cuén d©y hµn, ®Çu hµn vµ hép chøa thuèc hµn. Xe hµn ch¹y trªn
®−êng ray dÉn h−íng, hép thuèc hµn ®Æt phÝa tr−íc ®Çu hµn r¾c thuèc hµn lªn
mÐp hµn, d©y hµn ®−îc tù ®éng ®Èy qua ®Çu hµn t¹o hå quang víi vËt hµn. Hå
12
13
1- Cuén d©y hµn.
6- XØ r¾n.
Nguån ®iÖn hµn
Bé ®iÒu khiÓn
10
2- D©y hµn.
7- Thuèc hµn.
Uo
9
3
4- Hép thuèc hµn.
9- BÓ hµn.
ThiÕt bÞ hµn tù ®éng
7
3- §Çu hµn.
8- XØ láng.
H×nh 9.
6
8
2
1
5- Xe hµn.
10- Kim lo¹i mèi hµn.
VËt hµn
H−íng hµn
5
4
quang xuÊt hiÖn gi÷a ®Çu d©y hµn vµ vËt hµn ®−îc líp thuèc hµn bao phñ kh«ng ®Ó
lät ¸nh s¸ng ra ngoµi nªn cßn gäi lµ hµn hå quang ngÇm. Mét phÇn thuèc hµn bÞ ®èt
ch¸y t¹o ra chÊt khÝ ( chñ yÕu lµ khÝ CO2 ) phun ra ®Èy kh«ng khÝ ra khái vïng hµn,
mét phÇn kh¸c cña thuèc hµn bÞ nãng ch¶y t¹o nªn líp xØ láng h×nh thµnh líp ng¨n
c¸ch vïng hå quang vµ bÓ hµn víi kh«ng
khÝ ( h×nh 9 ). L−îng thuèc hµn sö dông bao giê còng ph¶i nhiÒu h¬n møc cÇn thiÕt
cho viÖc ®èt ch¸y vµ nãng ch¶y ®Ó t¨ng c−êng møc ®é che phñ hå quang.
Sau khi hµn xong phÇn thuèc hµn cßn l¹i ®−îc thu håi, sµng s¶y ®Ó lo¹i bá xØ
lÉn råi dïng bæ sung cho thuèc míi.
Ph−¬ng ph¸p hµn tù ®éng cho phÐp: [ 1 ]
- T¨ng n¨ng suÊt hµn tíi 15 – 17 lÇn so víi hµn tay. §iÒu nµy ®¹t ®−îc nhê:
a) sö dông c−êng ®é vµ mËt ®é dßng ®iÖn lín,
b) t¨ng tèc ®é ch¶y cña kim lo¹i d©y hµn tíi 17 – 22g/ Ah,
c) t¨ng chiÒu s©u ngÊu do ®ã gi¶m l−îng kim lo¹i d©y hµn,
d) t¨ng tèc ®é hµn tíi 20 m/ h vµ h¬n.
- N©ng cao chÊt l−îng mèi hµn nhê kim lo¹i láng ®−îc b¶o vÖ khái t¸c ®éng
cña m«i tr−êng xung quanh; nhê sù ®ång nhÊt thµnh phÇn hãa häc cña mèi hµn.
- T¨ng hiÖu suÊt sö dông d©y hµn vµ l−îng ®iÖn tiªu thô, gi¶m sù hao hôt kim
lo¹i do kh«ng cã sù b¾n tãe,
- C¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lao ®éng cña c«ng nh©n hµn.
- Gi¶m thêi gian ®µo t¹o thî hµn.
Nguån ®iÖn hµn cña hµn tù ®éng lµ nguån xoay chiÒu hoÆc mét chiÒu. Hµn tù
®éng víi dßng xoay chiÒu cã tÝnh kinh tÕ h¬n. Song øng dông dßng mét chiÒu
ng−îc cùc cho phÐp nhËn mèi hµn chÊt l−îng cao h¬n. V× vËy khi hµn c¸c kÕt cÊu
quan träng tõ thÐp hîp kim nªn sö dông dßng mét chiÒu cùc d−¬ng.
2. T¸c ®éng cña thuèc hµn ë ph−¬ng ph¸p hµn tù ®éng.
Yªu cÇu chung cho thuèc hµn tù ®éng gåm: [ 1 ]
- §¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cña hå quang vµ qu¸ tr×nh hµn.
- §¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt vµ thµnh phÇn hãa häc cña mèi hµn.
- T¹o d¸ng mèi hµn ®Ñp.
- Mèi hµn kh«ng nøt chøa Ýt t¹p chÊt.
- XØ dÔ bong.
Gi¶i quyÕt c¸c yªu cÇu ®Æt ra cã liªn quan ®Õn vËt hµn vµ d©y hµn. Do ®ã thuèc
hµn cho hµn tù ®éng rÊt ®a d¹ng.
Thuèc hµn ngoµi nhiÖm vô b¶o vÖ mèi hµn cßn gióp ta måi hå quang dÔ dµng
h¬n ( nhÊt lµ khi hµn víi dßng xoay chiÒu ) vµ gi÷ cho hå quang æn ®Þnh. TÝnh æn
®Þnh cña hå quang cho phÐp ta më réng ph¹m vi ®iÒu chØnh chÕ ®é hµn vµ trong
nhiÒu tr−êng hîp c¶i thiÖn sù t¹o d¸ng mèi hµn. C¸c chÊt lµm t¨ng tÝnh æn ®Þnh cña
hå quang lµ c¸c chÊt i-«n hãa nh−: K2O, Na2O, CaO, CaF2...
14
Thµnh phÇn hãa häc cña mèi hµn ®−îc t¹o bëi kim lo¹i vËt hµn vµ d©y hµn cïng víi
sù t−¬ng t¸c cña chóng víi thuèc hµn nãng ch¶y. Qua thùc tÕ ng−êi ta nhËn thÊy
®«i khi chØ sù thay ®æi nhá cña thµnh phÇn thuèc hµn còng lµm thay ®æi ®¸ng kÓ
cÊu tróc vµ c¸c tÝnh chÊt cña nã. ThÝ dô khi hµn thÐp hîp kim cao cê r«m – nicken
víi d©y cïng thµnh phÇn, dïng thuèc hµn si-lic cao cho mèi hµn cÊu tróc th« vµ
tÝnh chÊt gi¶m, mÆc dï thµnh phÇn mèi hµn thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ. §Ó hµn ®−îc
c¸c mèi hµn ®¹t chÊt l−îng tèt khi hµn thÐp cac bon vµ thÐp hîp kim thÊp cÇn kÕt
hîp ®ång bé d©y vµ thuèc hµn, thÝ dô: d©y hµn thÐp cac bon thÊp hoÆc d©y hµn
m¨nggan hµn víi thuèc hµn m¨ngan si-lic cao, cßn d©y hµn m¨nggan hµn víi thuèc
hµn m¨nggan tù do silic cao.
Sù t¹o d¸ng mèi hµn ®−îc quyÕt ®Þnh bëi c¸c tÝnh chÊt cña thuèc hµn nh−: ®é
nhít, søc c¨ng cña c¸c pha trªn ranh giíi kim lo¹i – xØ..., ®iÒu nµy phô thuéc vµo
c¸c thµnh phÇn trong thuèc hµn.
§Ó cã ®−îc mèi hµn kh«ng chøa c¸c vÕt nøt vµ Ýt bÞ rç nhÊt phô thuéc vµo kim
lo¹i vËt hµn vµ thµnh phÇn cña xØ t¸c dông lªn nã khi hµn. Ng−êi ta nhËn thÊy kh¶
n¨ng chèng nøt nãng cao nhÊt cña mèi hµn khi hµn thÐp cac bon thÊp vµ thÐp hîp
kim thÊp ®−îc ®¶m b¶o bëi thuèc hµn cao silic vµ cao «xit m¨nggan. Sù hîp kim
hãa mèi hµn b»ng m¨nggan ®Ó t¨ng chèng nøt kÕt tinh vµ ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt
yªu cÇu cña mèi hµn ®−îc thùc hiÖn th«ng qua thuèc hµn hoÆc d©y hµn.
TÝnh bong cña xØ chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c tÝnh chÊt lÝ hãa cña nã. −u ®iÓm cña
thuèc m¨nggan tù do silic cao lµ xØ dÔ bong. §iÒu nµy ®−îc gi¶i thÝch b»ng t¸c
dông «-xy hãa yÕu h¬n cña thuèc ®èi víi kim lo¹i mèi hµn khi ®«ng ®Æc, kÕt qu¶ lµ
sù t¹o thµnh mµng máng «xit trªn bÒ mÆt chËm h¬n vµ xØ khã b¸m h¬n trªn mÆt.
3. C¸c lo¹i thuèc hµn tù ®éng.
Theo ph−¬ng ph¸p chÕ t¹o ng−êi ta chia thuèc hµn thµnh 2 nhãm: thuèc hµn
nãng ch¶y vµ thuèc hµn d¹ng gèm.
Thuèc hµn nãng ch¶y lµ lo¹i thuèc hµn mµ khi chÕ t¹o ng−êi ta ph¶i nung
thuèc hµn lªn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña nã. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thuèc hµn gåm 3 c«ng
®o¹n chÝnh: chuÈn bÞ vµ pha trén nguyªn liÖu, nung ch¶y phèi liÖu, gia c«ng t¹o
h¹t. Nguyªn liÖu ®−îc tuyÓn chän, nghiÒn ®Ëp thµnh h¹t ®Òu nhau. Tïy vµo lo¹i lß
nung ®−îc sö dông mµ kÝch th−íc h¹t cã kh¸c nhau ®Ó b¶o ®¶m sù nãng ch¶y tèt vµ
Ýt bÞ tiªu hao, nÕu dïng lß ®iÖn th× kÝch th−íc h¹t to h¬n kho¶ng 2 – 3mm, nÕu dïng
lß ph¶n x¹ th× kÝch th−íc h¹t nhá h¬n chØ kho¶ng 1 mm. C¸c h¹t nguyªn liÖu nµy
®−îc sÊy ®Ó ®¹t ®é Èm kh«ng qu¸ 0,5%. C«ng thøc pha trén nguyªn liÖu ®−îc tÝnh
to¸n theo m¸c thuèc vµ kiÓu lß nung. Nguyªn liÖu ®−îc c©n ®ong, pha trén cÈn thËn
theo c«ng thøc ®· chän. Phèi liÖu ®−îc cho vµo lß ®Ó nung ch¶y. ViÖc t¹o h¹t thuèc
tõ thuèc nãng ch¶y cã thÓ thùc hiÖn theo 2 c¸ch: ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t −ít hoÆc
ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t kh«. Ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t −ít hay ®−îc sö dông h¬n v× ®¬n
gi¶n. Thuèc láng ®−îc cho vµo n−íc, gÆp l¹nh thuèc biÕn thµnh c¸c h¹t nhá. Sau
®Êy thuèc ph¶i sÊy ®Ó lo¹i trõ h¬i n−íc, ®é Èm cña thuèc kh«ng qu¸ 0,1 %.
Thuèc kh« ®−îc r©y ®Ó ph©n lo¹i, c¸c h¹t qu¸ to ®−îc nghiÒn ®Ó r©y l¹i, c¸c
15
h¹t qu¸ nhá ph¶i lo¹i bá. Ph−¬ng ph¸p t¹o h¹t kh« cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch phun
kh«ng khÝ vµo thuèc láng ®Ó lµm nguéi hoÆc ®æ thuèc láng vµo khu«n kim lo¹i.
Thuèc r¾n ®−îc nghiÒn c¬ khÝ, råi ®−îc r©y ®Ó ph©n lo¹i.
Thuèc hµn d¹ng gèm lµ lo¹i thuèc hµn mµ khi chÕ t¹o thuèc chØ ®−îc nung
®Õn mét nhiÖt ®é thÝch hîp ( ch−a ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y ) ®Ó t¹o nªn ®é r¾n ch¾c
cho h¹t thuèc vµ lµm cho h¹t thuèc cã ®é Èm thÊp nhÊt. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thuèc
gèm cã thÓ chia thµnh 3 c«ng ®o¹n chÝnh: chuÈn bÞ vµ pha trén nguyªn liÖu, t¹o
h¹t, sÊy thuèc. Nguyªn liÖu ®−îc tuyÓn chän, nghiÒn thµnh bét. C«ng thøc pha trén
nguyªn liÖu ®−îc tÝnh to¸n theo tõng m¸c thuèc. Nguyªn liÖu ®−îc c©n ®ong cÈn
thËn theo c«ng thøc ®· chän, ®−îc cho vµo thiÕt bÞ trén kh«, trén thËt cÈn thËn cho
®Òu, råi ®−îc chuyÓn vµo thiÕt bÞ trén −ít ®Ó trén víi n−íc thñy tinh. Phèi liÖu −ít
®−îc chuyÓn sang thiÕt bÞ Ðp vµ t¹o h¹t ®Ó t¹o ra h¹t thuèc cã ®é ch¾c vµ t−¬ng ®èi
trßn. C¸c h¹t thuèc cßn −ít nµy ®−îc cho vµo lß nung. C«ng ®o¹n nung gåm 2
b−íc: nung s¬ bé vµ nung nhiÖt ®é cao. C¸c tÝnh chÊt c«ng nghÖ cña phÇn lín thuèc
®−îc c¶i thiÖn, tÝnh h¸o n−íc cña chóng gi¶m râ rÖt khi t¨ng nhiÖt ®é nung. Nh−ng
sù t¨ng nhiÖt ®é nung cã giíi h¹n v× kh¶ n¨ng xÈy ra c¸c ph¶n øng pha kh« bÊt lîi
lµm «xy hãa c¸c nguyªn tè hîp kim vµ ph©n hñy c¸c «xit cao kim lo¹i vµ c¸c muèi.
Thuèc sÊy xong ®−îc r©y ®Ó ph©n lo¹i, h¹t to ®−îc nghiÒn ®Ó r©y l¹i, h¹t qu¸ nhá bÞ
lo¹i ra ( sau ®ã cã thÓ bæ sung vµo phèi liÖu −ít cña mÎ sau ).
Thuèc hµn nãng ch¶y cã −u ®iÓm lµ kh«ng cã tÝnh h¸o n−íc, h¹t r¾n nªn viÖc
b¶o qu¶n dÔ dµng. Nh−ng nh−îc ®iÓm lµ do nung ë nhiÖt ®é cao nªn mét sè thµnh
phÇn bÞ ph©n hñy, biÕn ®æi tÝnh chÊt hãa häc lµm thay ®æi thµnh phÇn cña thuèc,
g©y nªn sù hao hôt, ®ång thêi g©y khã kh¨n cho viÖc tÝnh to¸n tØ lÖ c¸c thµnh phÇn
phèi liÖu. ViÖc s¶n xuÊt thuèc nãng ch¶y tiªu thô n¨ng l−îng lín.
Thuèc hµn d¹ng gèm cã −u ®iÓm lµ c¸c thµnh phÇn phèi liÖu kh«ng bÞ ph©n
hñy hay biÕn chÊt trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o do nhiÖt ®é nung kh«ng cao, nªn viÖc tÝnh
to¸n c¸c thµnh phÇn kh¸ chÝnh x¸c. Mçi h¹t thuèc cã ®Çy ®ñ c¸c thµnh phÇn lµm ra
thuèc hµn, chóng gi÷ nguyªn tÝnh chÊt vµ thµnh phÇn ho¸ häc nh− lóc ban ®Çu.
Kh«ng gièng thuèc nãng ch¶y, thuèc gèm cã kh¶ n¨ng hoµn nguyªn kim lo¹i. §Ó
thùc hiÖn c«ng ®o¹n nµy ng−êi ta ®−a vµo thuèc gèm c¸c kim lo¹i tù do ( phÇn lín
ë d¹ng fer« kim lo¹i ) cã ¸i lùc hãa häc m¹nh h¬n s¾t. Fer« m¨nggan, fer« silic,
fer« titan, bét nh«m, hîp kim silic – canxi... lµ nh÷ng chÊt cã thÓ dïng ®Ó khö « xy
trong thuèc gèm. ViÖc sö dông mét l−îng nhá c¸c nguyªn tè tinh luyÖn nh− : fer«
titan, bét nh«m, silic – canxi cho phÐp tinh luyÖn cÊu tróc mèi hµn lµm t¨ng ®é dÎo
vµ kh¶ n¨ng chèng nøt kÕt tinh cña mèi hµn. L−îng thuèc gèm tiªu hao Ýt h¬n so
víi thuèc nãng ch¶y nhê khèi l−îng riªng cña nã nhá h¬n. S¶n xuÊt thuèc gèm tiªu
thô n¨ng l−îng Ýt. Nh−îc ®iÓm lµ thuèc hµn gèm cã tÝnh h¸o n−íc, ®é r¾n ch¾c cña
h¹t thuèc kh«ng cao nªn viÖc b¶o qu¶n khã kh¨n, tr−íc khi hµn th−êng ph¶i sÊy l¹i.
C¸c −u ®iÓm cña thuèc hµn gèm ®−îc ®¸nh gi¸ cao, nªn mÆc dï thuèc hµn
nãng ch¶y ®−îc nghiªn cøu ra vµ s¶n xuÊt tr−íc, nh−ng ngµy nay t¹i c¸c n−íc ph¸t
triÓn nh− Hoa Kú, §øc l−îng thuèc gèm ®−îc s¶n xuÊt ra gÊp 2 – 4 lÇn thuèc nãng
ch¶y. [ 1 ]
16
III. Thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm.
1. C¸c nhãm thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm.
Theo ViÖn Hµn Quèc tÕ ( IIW ) c¸c thuèc gèm ®−îc chia thµnh 5 lo¹i:
- Thuèc m¨nggan – silic, kÝ hiÖu: MS.
- Thuèc canxi – silic, kÝ hiÖu: CS.
- Thuèc nh«m – rutin, kÝ hiÖu: AR.
- Thuèc nh«m – kiÒm, kÝ hiÖu: AB.
- Thuèc florua – kiÒm, kÝ hiÖu: FB.
Thuèc m¨nggan – silÝc ®¶m b¶o sù h×nh thµnh tèt mèi hµn víi kh¶ n¨ng chèng
rç cao. Lo¹i thuèc nµy chñ yÕu dïng ®Ó hµn thÐp th−êng, máng víi mét ®−êng hµn.
Thuèc canxi – silic thuéc lo¹i trung tÝnh hoÆc baz¬ nhÑ, t¹o d¸ng mèi hµn ®Ñp
vµ xØ dÔ bong, cho phÐp øng dông dßng cao, ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt c¬ häc vµ kh¶
n¨ng chèng nøt kÕt tinh cña mèi hµn.Thuèc ®−îc dïng ®Ó hµn mét hoÆc nhiÒu
®−êng c¸c thÐp hîp kim thÊp trong nghµnh ®ãng tµu, lµm bån chøa vµ c¸c kÕt cÊu
thÐp kh¸c.
Thuèc nh«m – rutin lµ lo¹i tæng hîp h¬n c¶. Chóng cã c¸c tÝnh chÊt c«ng nghÖ
tèt nhÊt, ®Æc biÖt khi hµn tèc ®é cao.. Mèi hµn cã c¸c tÝnh chÊt c¬ häc vµ chèng nøt
tèt. Thuèc nh«m – rutin dïng cho hµn c¸c kÕt cÊu thÐp c¸c bon thÊp vµ thÐp hîp
kim thÊp trong chÕ t¹o m¸y, ®ãng tµu, «t« vµ c¸c nghµnh c«ng nghiÖp kh¸c.
Thuèc nh«m – kiÒm cã c¸c tÝnh chÊt c«ng nghÖ tèt vµ ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt
c¬ häc cïng kh¶ n¨ng chèng nøt cao cña mèi hµn.. VÒ ph−¬ng diÖn luyÖn kim
thuèc nµy n»m gi÷a thuèc baz¬ thÊp vµ baz¬. Thuèc dïng cho hµn thÐp hîp kim
thÊp ®é bÒn cao trong ®ãng tµu, b×nh ¸p lùc cao vµ c¸c kÕt cÊu thÐp ®Æc biÖt kh¸c.
Thuèc florua – kiÒm thuéc lo¹i cã tÝng baz¬ cao. Chóng ®¶m b¶o c¸c tÝnh chÊt
c¬ häc cao nhÊt vµ kh¶ n¨ng chèng nøt kÕt tinh cña mèi hµn. TÝnh c«ng nghÖ cña
thuèc florua – kiÒm kÐm h¬n c¸c lo¹i thuèc kh¸c. Thuèc dïng ®Ó hµn mét hoÆc
nhiÒu ®−êng thÐp x©y dùng h¹t mÞn ®é bÒn cao vµ thÐp cã yªu cÇu chèng l¹nh cao
cña mèi hµn.
2. VËt liÖu lµm thuèc hµn d¹ng gèm.
B¶ng d−íi ®©y cho biÕt c¸c thµnh phÇn chñ yÕu lµm ra thuèc hµn d¹ng gèm. [
1]
Theo b¶ng nµy, c¸c thµnh phÇn chñ yÕu lµm ra thuèc hµn gèm lµ: «xit m¨nggan,
«xit canxi, «xit nh«m, «xit silic, «xit magiª, florua canxi, trong thuèc nh«m – rutin
cßn cã «xit titan ( TiO2 ). Ngoµi ra cßn cã thÓ cã mét sè thµnh phÇn kh¸c nh−:
- C¸c fer« kim lo¹i ( fer« silic, fer« titan, fer« m¨nggan ), bét nh«m, hîp kim
silic-canxi ®Ó thùc hiÖn ph¶n øng hoµn nguyªn. Fer« titan, bét nh«m, silic-canxi
cßn cã t¸c dông tinh luyÖn cÊu tróc mèi hµn lµm t¨ng ®é dÎo vµ kh¶ n¨ng chèng
nøt kÕt tinh cña mèi hµn.
- C¸c muèi vµ «xit cao ( MnO2, Fe2O3 ) lµm t¨ng kh¶ n¨ng t¸c dông cña pha khÝ
trong cét hå quang, lµm gi¶m l−îng hi®r« trong vïng hå quang.
- §¸ v«i ( CaCO3 ) lµm t¨ng kh¶ n¨ng chèng rç mèi hµn g©y bëi hi®r«....
17
C¸c lo¹i thuèc hµn d¹ng gèm. [ 1 ]
L−îng tèi
thiÓu
cña
thµnh phÇn
chÝnh %
Lo¹i thuèc
Thµnh phÇn chÝnh
Thµnh phÇn kh¸c
M¨nggan- Silic
¤xit m¨nggan – MnO
Th¹ch anh - SiO2
¤xit canxi - CaO
¤xit nh«m – Al2O3
Flua - CaF2
50
Canxi - Silic
Th¹ch anh – SiO2
¤xit canxi – Ca O
¤xit magiª - MgO
¤xit nh«m – Al2 O3
¤xit m¨ng gan- MnO
Florua canxi - CaF2
60
¤xit nh«m – Al2O3
¤xit canxi - CaO
Rutin – TiO2
¤xit nh«m – Al2O3
¤xit canxi - CaO
¤xit magiª - MgO
Th¹ch anh - SiO2
¤xit m¨nggan – MnO
45
Th¹ch anh - SiO2
¤xit m¨nggan – MnO
45
Nh«m - Rutin
Nh«m – KiÒm
Flua – KiÒm
¤xit canxi - CaO
¤xit magiª - MgO
Flua - CaF2
Th¹ch anh - SiO2
¤xit m¨nggan – MnO
¤xit nh«m – Al2 O3
18
50
PhÇn II. Nghiªn cøu chÕ t¹o thuèc hµn tù ®éng d¹ng gèm.
I. Lùa chän lo¹i thuèc hµn.
Nh− ta thÊy ë phÇn trªn thuèc hµn d¹ng gèm ®ang ®−îc ®¸nh gi¸ cao, c¸c
n−íc trªn thÕ giíi ®ang tõ thuèc nãng ch¶y chuyÓn dÇn sang s¶n xuÊt thuèc gèm
nhiÒu h¬n. N−íc ta cã nhiÒu kho¸ng s¶n kh¸c nhau, trong ®Êy c¸c kho¸ng s¶n
chøa c¸c nguyªn liÖu cã c¸c thµnh phÇn cã thÓ lµm ra thuèc hµn gèm t−¬ng ®èi
nhiÒu. ViÖc s¶n xuÊt thuèc hµn gèm kh«ng ®ßi hái thiÕt bÞ qu¸ phøc t¹p, còng
kh«ng cÇn nhiÒu n¨ng l−îng. V× vËy nhãm ®Ò tµi chän thuèc hµn gèm ®Ó nghiªn
cøu chÕ t¹o.
Trong c¸c thuèc hµn gèm, th× chän lo¹i thuèc “ nh«m – rutin “ ®Ó nghiªn cøu
v× thuèc nh«m – rutin cã tÝnh tæng hîp h¬n c¶, chóng cã c¸c tÝnh chÊt c«ng nghÖ tèt
nhÊt. Mèi hµn cã c¸c tÝnh c¬ häc vµ chèng nøt tèt. Thuèc nh«m – rutin dïng cho
hµn c¸c kÕt cÊu thÐp c¸c bon thÊp vµ thÐp hîp kim thÊp trong chÕ t¹o m¸y, ®ãng
tµu, « t« vµ c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. [ 1 ]
II. Lùa chän c¸c thµnh phÇn trong thuèc hµn.
Thuèc hµn gèm nh«m – rutin, nh− phÇn trªn ta ®É thÊy cã c¸c thµnh phÇn hãa
häc chñ yÕu lµ: Al2O3, rutin ( thµnh phÇn hãa häc chÝnh lµ TiO2 ), CaO, SiO2, MnO.
Ngoµi ra cßn cã thÓ cã c¸c thµnh phÇn kh¸c nh−: MgO, FeMn, FeSi, FeTi, CaF2,
MnO2, Fe2O3, CaCO3.
Qua nghiªn cøu vµ thö nghiÖm chóng t«i quyÕt ®Þnh lùa chän c¸c nguyªn liÖu
sau: b«xit, rutin, ®¸ v«i, huúnh th¹ch, ®«l«mÝt, cao lanh, quÆng m¨nggan, fer«
m¨nggan, fer« silic.
- B«xit lµ lo¹i silicat nh«m cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ «xit nh«m ( 65% – 80%
Al2O3 ).
Trong thuèc hµn nã lµ chÊt lµm æn ®Þnh hå quang vµ lµ chÊt t¹o xØ.
Theo c¸c tµi liÖu tØ lÖ Al2O3 cã thÓ ®Õn 40% cña thuèc hµn. [ 1 ]
- Rutin lµ lo¹i sa kho¸ng tù nhiªn cã thµnh phÇn chÝnh lµ TiO2, lo¹i dïng cho
s¶n xuÊt thuèc hµn cã tØ lÖ TiO2 trªn 90%.
Khi hµn rutin gióp cho viÖc måi hå quang, gi÷ cho hå quang æn ®Þnh vµ ªm. TØ
lÖ lín cña TiO2 gióp cho CaF2 thÓ hiÖn tÝnh baz¬ trong xØ.
- §¸ v«i cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ CaCO3.
Khi hµn d−íi t¸c dông nhiÖt cña hå quang xÈy ra ph¶n øng hãa häc:
CaCO3 =
CaO + CO2
(2–1)
KhÝ CO2 tho¸t ra cã t¸c dông ®Èy kh«ng khÝ khái vïng hµn, ®ång thêi gióp æn
®Þnh hå quang. KhÝ CO2 cßn cã t¸c dông “ lµm lo·ng “ c¸c chÊt khÝ ë vïng hå
19
- Xem thêm -