Tài liệu Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động bằng vật liệu trong nước để hàn kết cấu thép thay thế thuốc hàn nhập ngoại

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