NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG

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

NGUYỄN CÔNG TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ

BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

2015-2017
Hà Nội – Năm 2017

17083299949213a99e724-ef0f-4ef9-a312-a260350cae6e
170832999492038add484-fd0b-41c9-a0a6-eec1f29a5a4c
1708329994920f31c49c5-6d04-4531-bef6-156bfbe70a9a


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

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN ĐẮP DƯỚI LỚP THUỐC
BẰNG ĐIỆN CỰC BĂNG TRÊN THÉP TẤM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Hà Nội Năm 2017


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
L

Tác gi là Nguy  ng, hc viên lp Cao hc chuyên ngành K
thu i hc Bách Khoa Hà N
hi tài: “Nghiên cứu công nghệ hàn đắp dưới lớp thuốc bằng điện cực băng
trên thép tấm”, i s ng dn ca th
Tác gi  ng: ngoi tr các s liu, các bng bi  th
c trích dn trong các tài liu tham kho thì ni dung cơng b cịn li trong lun
a chính tác gi u sai, tác gi xin hồn toàn chu t

Hà Ni, ngày

tháng



Nguyng

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân


i

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội


MC LC ................................................................................................................. ii
DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CÁC CH VIT TT ....................................v
DANH MC HÌNH V ......................................................................................... vii
DANH MC BNG BIU .......................................................................................x
M U ....................................................................................................................1
NG QUAN V CÔNG NGH P ......................................3
1.1. Công ngh m và ng dng ..............................................
c s d
p ca quá trình hàn .......................................................
1.1.3. M tham gia ca KLCB vào kim loi mp ..........................
1.1.4. Các lon cc s dp [6] ...............................
1.2. m ca SAW-SC và ESW-SC ...............................
1.3. Tình hình nghiên cu và ng dng công ngh i lp thuc s
dn cc .....................................
1.3.1 Tình hình nghiên cu và ng dng trên th gii:......................................14
1.3.2 Tình hình nghiên cu và ng dc: .......................................1
1.4. Kt lu ..........................................................................................16
 HÀN T I LP THUC .....................17
c v i lp thuc ................................................................

 nguyên lý hàn t i lp thuc ..................................
m hàn t i lp thuc..........................................
2.1.3. Phm vi ng dng ca hàn t i lp thuc .................................18
m c
c ................................................................................................................19
2.2.1. Nguyên lý ci lp thuc s d
m ci lp thuc s

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

ii

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

n cn cc dây s d
2.3. Các thông s ca quá trình i lp thuc s dn c
ng cn chng mp ......................
2.3.1. Ch  i lp thuc s dn c ........
2.3.2. ng ca ch  
2.4. Vt liu hàn ....................................................................................................33
n c .......................................................................................
2.4.2. Thuc hàn .................................................................................................35
2.5. Kt lu ..........................................................................................36
ng 3 THIT K, CH TN C ...................37
 ...............

3.2 La chn vt liu ............................................................................................38
3.2.1. Vt liu làm má tin..........................................................................38
3.2.2. Vt li má tin .......................................................
3.2.3. Vt li u hàn .....................................................................
y dây ............................................................................................4
3.3. Thit k u hàn.............................................................................................41
 u hàn .........................................................................................4
 y dây b ng ........................................................
y dây ch ng ..........................................................................
y dây b ng ............................................................................
u chnh khe h má tin ....................................
 má ting) .....................................
 má ting) .....................................
3.3.8. Má tin ..............................................................................................46
3.4. Kt lu ..........................................................................................46

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

iii

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

U THC NGHIM......................................................47
4.1 Nghiên cu thc nghim.................................................................................47
4.1.1 Thit b hàn ................................................................................................47

4.1.2 Vt liu nn ................................................................................................50
4.1.3 Vt liu hàn ...............................................................................................51
 .................................................................
4.2 Kt qu th.........................................................................................53
4.2.1 Mu th nghim.........................................................................................53
4.2.2 Các s liu thí nghim ...............................................................................55
4.3. Kt lu ..........................................................................................56
 LÝ S LINH CH  HÀN HP LÝ ...........5
5.1. Kt qu x lý s liu ......................................................................................57
5.1.1. Ph
5.1.2. Xây di quy ..............................................
t lun..............
 .................................
 ...................................................................................................
nh các thông s ch  hàn hp lý .......................................................6
5.3.1. Gii bài toán tnh các thông s ch 
5.3.2. King ca các thông s ch  hàn
5.4. Xây dng bng dn s dng thông s ch  hàn ...............................66
5.5. Kt lu.........................................................................................66
KT LUN VÀ KIN NGH ................................................................................67
1. Kt lun: .........................................................................................................67
2. Kin ngh: .......................................................................................................67
TÀI LIU THAM KHO ......................................................................................68

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

iv

HV: Nguyễn Công Trường



Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội


DANH MC CÁC KÝ HIU S DNG TRONG LU
Ký hiệu

Đơn vị

d

g/Ah

H s p

c

g/Ah

H s chy

Gd

g

Khng kim lon cp lên mi

Gc


g

Khng kim lon cc kim loi nóng c

t0

h

Thi gian h quang cháy



%

H s tn tht

R

kg/h

Cd

%

Cb

%

Cs


%

N ca nguyên t n c

d

%

M tham gia ca nguyên t

t

Ý nghĩa

p
N ca mt nguyên t trong kim lop
N ca nguyên t 
c

H s dch chuyn ca nguyên t
p kim hóa ca nguyên t trong thu

Af

hàn v th

p

mc tiêu hao ca thuc


w

mm

chiu rng cp

h

mm

chiu sâu ngu

kJ/mm
H.I.

hoc

hi
ng

kJ/mm2
I

A

n hàn

U


V

n áp hàn

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

v

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ
v

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

mm/phút

t hàn

DANH MC CÁC CM T VIT TT S DNG TRONG LU
Viết tắt

Ý nghĩa

SMAW

Shielded metal arc welding (hàn h quang tay)

SAW


Submerged arc welding (hàn h i lp thuc)

KLCB

Kim lon

VAHN

Vùng ng nhit

GMAW
FCAW
GTAW

Gas metal arc welding (hàn h 
ng khí bo v)
Flux cored arc welding (hàn h n cc lõi thuc)
Gas tungsten arc welding (hàn h n cc không n
ch

PAW

plasma arc welding (hàn h quang plasma)

PTA

Hàn Plasma bt

MIG


Hàn h n cc nóng ch

ESW

n x)

SAW-SC
ESW-SC
DCEP
DCEN
ASME
ASTM


d
Electroslag wel
hàn)
Direct current electrode positive
n mt chiu cc nghch)
n mt chiu cc thun
American Society Of Mechanical Engineers
(hip hi k )
American Society for testing of Materials
(hip hi kim nghim vt liu M)

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

vi


HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội


 nguyên lý hàn h quang tay ...........................................................
Hì 
 nguyên lý hàn dây lõi thuc ........................................................
Hình 1. 4. Mt s ng dng ca cơng ngh hàn plasma bt (PTA)............................7
Hình 1. 5. Bi p ca mt s quá trình hàn [7] ..
Hình 1. 6. M tham gia ca KLCB ....................................................................10
Hình 1. 7. Hàn h i lp thuc (SASC) .....................................................13
n x n c ..............................
Hình 1. 9. i lp thuc b mt ngồi chi tit dng cu bn
 ca hãng ESAB ................................................................................................15
Hình 1. 10. ng dng vào hàn phc hi ca hãng UTP ...........................................15
Hình 1. 11. ng dng vào hàn phc hi ca hãng UTP ...........................................15
Hình 1. 12. ng dp mt trong ng  Technip  Phn Lan ......................16
 nguyên lý hàn h quang t i lp thuc ............
Hinh 2. 2. Nguyi lp thuc s d
ng kt tinh ca các lon cc ............................................
Hinh 2. 4 Thơng s hình hc cp .....................................................
Hinh 2. 5. ng ca dòng hàn ti chiu sâu ngu [9] .....................................23
Hinh 2. 6. ng ca dòng hàn ti m tham gia ca KLCB [9] ................24
Hinh 2. 7. ng ca dòng hàn tp [9] ..............................
Hinh 2. 8. ng cn áp hàn ti chiu sâu ngu [9] ..................................2
Hinh 2. 9. ng cn áp hàn ti m tham gia ca KLCB [9] .........

Hinh 2. 10. ng cn áp hàn tp [9] ................
Hinh 2. 11. ng ca t hàn ti chiu sâu ngu [9] .................................27
Hinh 2. 12. ng ca t hàn ti m tham gia ca KLCB [9] ..........
m x ........................................................................
Hinh 2. 14. ng vt liu và chin ci chiu sâ

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

vii

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hinh 2. 15. ng ca chin ci m tham
lon [9] ...........................................................................................................29
Hinh 2. 16. ng ca chin c
Hinh 2. 17. ng chiu rn ci chiu sâu ngu [9] ..
Hinh 2. 18. ng chiu rn ci m tham gia c
Hinh 2. 19. ng chiu rn ci m tham gia c
Hinh 2. 20. Thuc hàn ca hãng Soudukay ..............................................................35
n ca mt s hãng ........................
n c ..........................................................
 u hàn ...................................................................................
Hinh 3. 4. Giá  y dây b ng ...................................................................43
y dây ch ng .....................................................................
y dây b ng .......................................................................

u chnh khe h má tin ...............................
 má tin (má c nh).............................................
 má ting) ................................
Hinh 3. 10. Má tin............................................................................................46
Hình 4. 1 Máy hàn t i lp thuc ...............................................................47
n c .............................................................
Hình 4. 3 Bu khin.........................................................................................48
u khin t xa ........................................................................................4
Hình 4. 5 H thng cp và thu hi thuc hàn ............................................................50
Hình 4. 6 M chun b c ...............................................
Hình 4. 7 Hình dng mt s mu tm thc mi hàn .................................................55
Hình 5. 1. S ph thuc ca chiu cao m 
Hình 5. 2. S ph thuc ca chiu cao mn áp hàn ........................
Hình 5. 3. S ph thuc ca chiu cao mi hàn vào vn tc hàn .............................59
Hình 5. 4. S ph thuc ca chiu sâu ngu m 
Hình 5. 5. S ph thuc ca chiu sâu ngu mn áp hàn ...............

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

viii

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hình 5. 6. S ph thuc ca chiu sâu ngu mi hàn vào vn tc hàn .....................61



h = 845A; U h = 43,5 V; Vh = 33cm/ phút............................................................ 63

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

ix

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
G 

Bng 1. 1. So sánh quá trình SAW-SC và ESW-SC [6] ...........................................14
Bng gia các quá trình hàn ................
Bng 2.2 ng ca tm vn cc ti m tham gia ca KLCB ..
Bng 2.3 ng ca chiu dày lp thuc hàn ...................................................32
Bn ca hãng Soudukay...................
Bng 2.5 La chn c .............................................
Bng n c ca hãng Metrode (Lincoln El
Bng 2.7 Thành phn hóa hn cp kim Niken ca hãng Metrode
(Lincoln Electric) ......................................................................................................35
Bn cp kim Niken ca hãng ESAB ................................
Bng 3. 1. Kí hiu thép C45 ......................................................................................40
Bng 3.2 Thành phn hóa hc thép C45 ...................................................................40
Ba thép CCT38 ....................................................................
Bng 4. 2 Thành phn hóa h
 .......................................................................................................

Bng 4. 3 Giá tr và khong bin thiên ca các yu t u vào ................................52
Bng 4. 4 K hoch thc nghim và kt qu thí nghim ..........................................53
Bng 4. 5 Kt qu thí nghim....................................................................................55
Bng 5. 1 Chip ca mi hàn .......................................................................57
Bng 5. 2 Chiu sâu ngu ca mi hàn .....................................................................58
Bng 5. 3 Các giá tr gii hn ca các thông s ch  hàn......................................62
Bng 5. 4 Các giá tr gii hn ca các hàm mc tiêu ................................................63
Bng 5. 5 Các giá tr ca các thơng s ch  hàn có th chp nhn........................63
B
B

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

x

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Bng 5. 8. H s dch chuyn ca mt s nguyên t h
tay [4] ........................................................................................................................65
Bng 5. 9 . H s dch chuyn ca mt s nguyên t h
Bng 5. 10 Khong giá tr ca các thông s ch  hàn hp lý ................................66

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

xi


HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội


Cùng vi s phát trin cơng nghip hố hi    c hin
ngành khoa hc công ngh phát trin rt mnh,  ngành cơng ngh 
trị quan trng trong vic ch to các kt cu thép bng hàn cho các ngành cơng nghip
u khí, hóa du, cơng nghi
lp máy, thn, nhin, ...  
nhin có m i hóa, t
dngi k  i
Trong quá trình làm vic, các chi tit máy b mài mòn theo thi gian. Nu thay
th mi s rt tn kém, do vy vip phc hi các chi tit này là ht s
thit. Tuy nhiên, có mt s p và phc hi các chi tit b 
phun ph, mc chi
d t 
máy là vic làm cp bách. p t ng i lp thuc s d
t trong nhng quá trình hàn ng sup cao 
cc bit ca mp.
n trên th gii t nhiu
 mi ch quan tâm, nghiên cu phát tri
vi công ngh n x (ESW-u nào v
i lp thuc. Trong khi  kh ng dng và hiu qu kinh t c
ngh này mang li là rt lc nghiên cu công
i lp thuc s dn ct cn thi

bit là trong ch to bn cha hóa cht vi các yêu cu cao v b mt tip xúc trc tip
vi hóa cht. Xut phát t yêu cu thc t  la ch tài 
ngh i lp thuc bn c
ch tn c dng thit b hàn t 
  p, phc hi các chi tit dng trc, bn b,... ch

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

1

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Lui quyt các v chính:
 Tng quan v cơng ngh p
 Công ngh hàn t i lp thuc
 Thit k, ch tu n c
 Nghiên cu thc nghim
 X lý s linh ch  hàn hp lý
Em xin chân thành c   ng dn khoa hc    tn
 và các thy, cô thuc B 
Hà Nii li ci các thy, cô g
nghip B    
thunh u ki vt cht, tinh th tác g
nghim hoàn thành lu


GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

2

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
 1


1.1. Công ngh pm và ng dng
o lên b mt chi tit máy mt l
c, hình dáng và tính cht ca b mt b
ng lp kim lop có các tính cht k thut khác bi
lon.
Thành phn hóa hc và t chc kim lop chn tùy thuu ki
 ca chi ting b
ng.
p có th  phc hi các chi tit b 
làm vi trc khuu, bánh xe la, khuôn dp, dao ct nóng, ... S d
 phc hi các chi tit máy là m tin mà kh n
tit không thua kém chi tit mi bao nhiêu. Ngoài ra phc hi bp cịn có th
ci thic tính cha chi tii th ca nó.
 s d ch to chi tit m
mt lp bimetal vi các tính chc bit hoc to ra mt lp kim loi có nhng kh
 chu mài mịn, ...
Vt lip có th là thép các bon, thép chu mài mịn, thép có tính ch

biu nhi cng cao, bn nhit, chu axít...
p tit kim c kim loi, phc hc các chi tit hng b mt,
t cao d t ng hố.
Tính cht lp b mi, ph thu
L cng cao, chng mài mòn, t chc kim loi nh, thành p
hc khác kim lon, có th tn ti ng suu
ng nht, d gây ra các khuyt tt gn mi hàn.
Cơng ngh hàn p có v trí quan trng trong cơng ngh ch to máy. Hin nay,
c s dng rt ph bi sa ch p
ta. Nhiu vn  trong công ngh c th i quan h gia ng sut, bin dng

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

3

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

chng chi tit hàn, phn
n khi phân tích, la chn các quy phm và mt s 
phc hc ph cp  c ta.
1.1.1. 
1.  (SMAW)
Hàn h  bic s dng
p. Thit b phc v p h n, d
gian cho công tác chun b, thao tác hàn rng nên có th phù hp vi t

chng loi chi tic bit là các chi tit có b mt phc tp. 
ch quan
phc hc.

Hình 1. 1  nguyên lý hàn h quang tay
p h c áp dng r
mt chu mài mòn, yêu c cng cao, chu quan trng là
ng loi que hàn bi có rt nhiu loc bi
phc hi chi ti        cao, thép ch
ng, thép dùng cho các chi tit làm vic  nhi thp, thép làm vic  nhi

2. 
 p trong khí bo v  ng
trong bt kì v trí khơng gian nào phù hp vi b mt chi tip k c hàn t
  vip nhng chi tit nh

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

4

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

ng lên 3 - 5 ln so vi hàn tay. Chính vì th vic ng dng hàn h quang trong
ng khí bo v vào công ngh p  c trên th gii ngày
trin rc Tây Âu t ch ch chim kho

c M t ch ch chim kho
lên ti (60  70)%; ti Nht ch chim kho
trên 60%. Còn  Vit Nam cơng ngh ng khí bo v
chim tc hi.

Hình 1. 2  nguyên lý hàn trong o v (GMAW
i ta s dng nhi
bn cc nóng chy và khơng nóng chy, hàn mt h quang hoc nhiu h quang
p t n cc nóng c
rãi nht.
3. 
Hàn dây lõi bt là m c phát trin mi c   
ng khí bo v.
p t ng bng dây lõi bt, kim loi lc h
bng các nguyên t cha trong lõi dây hàn  dng hn hc. Lõi thuc bt v
có nhim v hp kim hố mi hàn va tng khí bo v mi hàn
mt s ng h  o v mi ta

2, Ar.

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

5

HV: Nguyễn Công Trường


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội


p các chi tit bng dây lõi thu
tit trong máy xây di gt máy 
a máy 
hàm nhai máy nghin trc vít t

Hình 1. 3 ngun lý hàn dây lõi thuc
Vt tri là cho chng mi hàn tt, công sut và hi
cao, có th t  gi
c áp dng rng rãi  c phát tric bit trong cơng ngh 
có th c ng dn kim c
lp thông qua các nguyên t hp kim cha trong thuc hàn.  Vi
pháp hàn này mc áp dt công ngh 
cao nhm tit kim thi gian và chi phí duy tu bng t
thép, thu n. Có th nói hàn dây lõi thuc là mt s kt hp tuyt v
cpháp hàn GMAW và SMAW.
4. 
n x c áp dng cho các chi tit có chiu dày ln v
cao và chng mi hàn tt. Trong công nghi
d ni các loi thép cacbon, thép hp kim, nhôm và các kim loi có chiu dày
lc phc hn x c áp d 
và mt côn.

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân

6

HV: Nguyễn Công Trường



Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

n x, mc tiêu hao thu
không quá 5% khng kim lop. So vi hàn i lp thuc, kh
15-20 ln. Tiêu th    m do gi  
thuc hàn. B hàn vi chiu sâu ln và tn ti lâu tu kin cho khí và tp ch
thốt ra, gic vic hình thành các khuyt t khí hoc nt. Vic nung
và làm ngui chm VAHN loi tr c hi
rng VAHN lu so v
5. Hàn Plasma (PAW)
n, có rt nhi
trung nhit, t  nóng chy nhanh nên có th p các b mt có chiu dày nh
khong 1mm vi phn tham gia ca KLCB thp. Mt khác, hàn bng Plasma có th
thc hin tt vip các lng thau trên th
t quá 0,
p Plasma vi vt liu hàn  dng bt (PTA): có th u chnh t
phn kim loi lp hàn d c yêu cu làm vic ca chi ti
d p các c trc chu mài mòn vi bt kim loi hp kim cc bit. L
nhc ch yu là kim loi b sung, kim lon h
vic hình thành mi hàn.

Hình 1. 4. Mt s ng dng ca công ngh hàn plasma bt (PTA)
p Plasma vi vt liu là dây kim loc: ng h
ta s dng thit b hàn t ng, nó làm nhim v cp dây t 
 cho thêm vt liu b 
ng thi gii quyc v hp kim hoá mi hàn.

GVHD: PGS.TS Vũ Huy Lân


7

HV: Nguyễn Công Trường