Báo cáo 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. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña «-xy. . . . . .

5. B¶o vÖ mèi hµn khái sù th©m nhËp cña hi®r«. . . . . . 7

4

5

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. . . . . . . . . . . . . . 11

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 CO₂dïng 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:

Fe + CO₂= CO + FeO .

( 1 – 1)

4

H¬i n−íc trong thuèc hµn d−íi d¹ng ®é Èm còng cã t¸c dông t−¬ng tù

( h×nh 4 ):

Fe + H₂O = H₂+ FeO.

( 1 – 2 )

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 CO₂thæi 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:

Fe₂O₃+ Fe = 3FeO

Fe₃O₄+ Fe = 4FeO

( 1 – 3 )

( 1 – 4 )

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 )

[ FeO ]

L =

( 1 – 5 )

5

σ ,σ_k(MPa)

c

a_k,δ₅(%)

6

5

4

3

2

120

100

80

60

40

20

σ

k

σ

c

a_k

δ₅

1

0

0,05 0,10

0,15

0,20

0,25% O

2

H×nh 1. ¶nh h−ëng cña ¤xy ®èi víi c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña mèi hµn.

0,07

0,1MPa

P

N₂

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0

ChÊt láng

γFe

δFe

αFe

500

1000

1500

^oC

H×nh 2. ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®èi víi sù hßa tan cña nit¬ trong s¾t.

6

MPa

6

%

30

25

20

15

10

σ

k

5

σ

c

4

3

2

1

0

5

0

δ₅

0

0,05

0,10

0,15

0,20

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.

3

[H], cm /100g

12

8

4

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 + H₂O

2FeO + H₂O

Me + 2H₂O

CO + 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.

0

Lakomsky th× hi®r« hßa tan trong kim lo¹i cao nhÊt ë nhiÖt ®é 2400 – 2450 C.

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

0,1MPa

P

H

2

40

30

20

Láng

10

0

γFe

δFe

αFe

600 1000 1400 1800 2200 2600

T, ^oC

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

b

0,6

1,0

0,2

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

, J

k

200

160

120

80

1,0

b

0,2

0,6

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

10

8

6

4

2

0

40

80

CaCO₃%

0

H×nh 8. Quan hÖ gi÷a ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang vµ l−îng

trong thuèc hµn kªramic.

CaCO₃

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– TiO₂th× CaF₂thÓ hiÖn tÝnh baz¬ khi l−îng TiO₂lín, cßn trong hÖ xØ CaO –

CaF₂– SiO₂th× ¶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 ]

[ FeS ] + [ MnO ] = ( MnS ) + FeO

[ FeS ] + [ CaO ] = ( FeO ) + CaS

( 1 – 10 )

( 1 – 11 )

( 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

P₂O₅kh«ng hßa tan trong kim lo¹i nªn dÔ dµng chuyÓn vµo xØ

2Fe₂P + 5FeO

( P₂O₅) + [ 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¬ P₂O₅kÕt hîp víi CaO t¹o thµnh 3CaO.P₂O₅nªn 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

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

Lo¹i thuèc

Thµnh phÇn chÝnh

Thµnh phÇn kh¸c

thµnh phÇn

chÝnh %

¤xit m¨nggan – MnO ¤xit nh«m – Al₂O₃

Th¹ch anh - SiO₂

¤xit canxi - CaO

M¨nggan- Silic

Canxi - Silic

Flua - CaF₂

50

60

Th¹ch anh – SiO₂

¤xit canxi – Ca O

¤xit magiª - MgO

¤xit nh«m – Al₂O₃

¤xit m¨ng gan- MnO

Florua canxi - CaF₂

¤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

Nh«m - Rutin

Nh«m – KiÒm

45

Th¹ch anh - SiO₂

¤xit m¨nggan – MnO

¤xit canxi - CaO

¤xit magiª - MgO

Flua - CaF₂

Th¹ch anh - SiO₂

¤xit m¨nggan – MnO

¤xit nh«m – Al₂O₃

Flua – KiÒm

50

18

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 Al₂O₃cã 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 TiO₂trªn 90%.

Khi hµn rutin gióp cho viÖc måi hå quang, gi÷ cho hå quang æn ®Þnh vµ ªm. TØ

lÖ lín cña TiO₂gióp cho CaF₂thÓ 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 CO₂tho¸t ra cã t¸c dông ®Èy kh«ng khÝ khái vïng hµn, ®ång thêi gióp æn

®Þnh hå quang. KhÝ CO₂cßn cã t¸c dông “ lµm lo·ng “ c¸c chÊt khÝ ë vïng hå

19

quang tõ ®Êy lµm gi¶m ¸p lùc cña hi®r« lªn kim lo¹i láng, nhê thÕ l−îng hi®r« hßa

tan vµo kim lo¹i láng Ýt ®i. Ta cã thÓ thÊy t¸c dông nµy qua h×nh 8.

CaO cã vai trß quan träng trong viÖc khö phèt pho vµ l−u huúnh trong mèi hµn.

Sunfit s¾t trong bÓ hµn gÆp CaO xÈy ra ph¶n øng hãa häc:

[ FeS ] + ( CaO ) = ( FeO ) + CaS

NgoÆc [ ] chØ thµnh phÇn hßa tan trong bÓ hµn, ngoÆc ( ) chØ thµnh phÇn hßa tan

trong xØ.

( 2 – 2 )

Kh«ng gièng nh− FeS lµ hßa tan trong kim lo¹i láng, CaS kh«ng hßa tan trong

kim lo¹i vµ chuyÓn vµo xØ.

Phèt pho tån t¹i trong kim lo¹i láng d−íi d¹ng phètphÝt s¾t ( Fe₂P ), nã bÞ «xy

hãa bëi «xit s¾t:

2Fe₂P + 5FeO

( P₂O₅) + 9[ Fe ]

( 2 – 3 )

Ph¶n øng nµy cã thÓ x¶y ra theo c¶ hai chiÒu: thuËn, nghÞch. Qu¸ tr×nh luyÖn

kim cã rutin, tÝnh baz¬ cña xØ ¶nh h−ëng lín tíi qu¸ tr×nh khö phètpho. Trong xØ

baz¬ P₂O₅kÕt hîp víi CaO:

P₂O₅+ 3CaO = 3 CaO. P₂O₅

( 2 – 4 )

CaO. P₂O₅kh«ng hßa tan nªn kh«ng cã chiÒu nghÞch. Cßn trong xØ axit FeO kÕt

hîp tr−íc víi silic nªn tèc ®é «xy hãa phètpho gi¶m. Ta biÕt r»ng trong hÖ xØ CaO

– CaF₂- TiO₂c¸c tÝnh chÊt baz¬ cña huúnh th¹ch ( thµnh phÇn chÝnh lµ CaF₂) thÓ

hiÖn khi nång ®é TiO₂lín, cßn khi CaO lín th× nã ®ãng vai trß lµ chÊt phô gia axit.

Trong thuèc hµn ®−îc chÕ t¹o l−îng rutin chiÕm kho¶ng 15%, cßn l−îng ®Ê v«i

chiÕm kho¶ng 7%, v× vËy xØ do thuèc hµn t¹o ra mang tÝnh baz¬.

- §«l«mÝt lµ cacb«n¸t hçn hîp cã thµnh phÇn chÝnh lµ CaMg(CO₃)₂.

D−íi t¸c ®éng cña hå quang, ®«l«mÝt nãng ch¶y tham gia t¹o xØ, ®ång thêi bÞ

ph©n hñy t¹o ra khÝ CO₂vµ c¸c thµnh phÇn nãng ch¶y CaO, MgO. ¶nh h−ëng cña

MgCO₃cã thÓ thÊy trªn h×nh 10. T¸c dông cña CO₂vµ CaO ®· bµn ®Õn ë phÇn trªn,

ngoµi ra CaO vµ MgO cßn cã t¸c dông lµm t¨ng ®é baz¬ cña xØ.

- Huúnh th¹ch cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ CaF₂( l−îng CaF₂cã thÓ ®Õn 95% )

20

Huúnh th¹ch rÊt dÔ nãng ch¶y, tham gia t¹o xØ. Trong xØ CaF₂ph¶n øng hãa häc

víi SiO₂t¹o ra khÝ hi®r«florua ( HF ). Qu¸ tr×nh t¹o ra khÝ hi®r«florua trong vïng

hå quang xÈy ra theo c¸c ph¶n øng sau:

2( CaF₂) + ( SiO₂) = 2CaO + SiF₄,

SiF₄+ 2H₂O = SiO₂+ 4HF .

( 2 – 5 )

( 2 – 6 )

D−íi t¸c dông cña hå quang CaF₂cã thÓ t−¬ng t¸c trùc tiÕp víi h¬i n−íc cho ra

khÝ hi®r«florua:

CaF₂+ H₂O = CaO + 2HF.

( 2 – 7 )

KhÝ hi®r«florua kh«ng hßa tan trong thÐp láng vµ bÒn ë nhiÖt ®é hå quang nªn

tho¸t ra ngoµi, lµm gi¶m ¸p lùc cña hi®r« lªn bÓ hµn, tõ ®Êy lµm gi¶m l−îng hi®r«

hßa tan trong kim lo¹i láng, kÕt qu¶ lµ mèi hµn Ýt bÞ rç. Ta cã thÓ tham kh¶o ¶nh

h−ëng nµy trªn h×nh 11.

- Cao lanh lµ lo¹i silicat nh«m cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ Al₂(Si₄O₁₀).6H₂O

( l−îng Al₂(Si₄O₁₀).6H₂O chiÕm 80% – 90% ).

Cao lanh dÎo nªn cã t¸c dông tèt trong viÖc t¹o h¹t cho thuèc. Khi hµn nã nãng

ch¶y tham gia t¹o xØ. D−íi t¸c dông cña hå quang Al₂(Si₄O₁₀).6H₂O bÞ ph©n hñy

thµnh Al₂O₃vµ SiO₂. ¤xit nh«m cã t¸c dông lµm æn ®Þnh hå quang. ¤xit silic tham

gia vµo viÖc khö hi®r« vµ khö «xy.

- QuÆng m¨nggan cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ c¸c «xit m¨nggan ( l−îng «xit

m¨nggan chiÕm kho¶ng 50% ).

Khi hµn quÆng m¨ng gan nãng ch¶y tham gia t¹o xØ. Trong xØ «xit m¨nggan vµ

c¶ «xit silic tham gia vµo c¸c ph¶n øng hãa khö gióp khö «xy khái kim lo¹i mèi

hµn. Giai ®o¹n ®Çu khi giät kim lo¹i láng tõ d©y hµn nãng ch¶y chuyÓn vµo xØ th×

xÈy ra ph¶n øng hãa häc:

SiO₂+ 2Fe = 2FeO + Si

( 2 – 8 )

21

12

8

0,08

0,04

2

1

4

0

MgCO₃%

20

4

8

12

16

0

H×nh 10. ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang (1) vµ l−îng hi®r« trong

kim lo¹i mèi hµn (2 ) phô thuéc l−îng MgCO₃trong thuèc hµn.

[H], cm³/100g

12

8

4

0,08

0,04

[H]

2

1

0

CaF₂%

4

8

12

0

H×nh 11. ¸p lùc hy®r« trong vïng hå quang (1) vµ l−îng hi®r« trong

CaF

kim lo¹i mèi hµn (2 ) phô thuéc l−îng

trong thuèc hµn.

2

22

MnO + Fe = FeO + Mn

( 2 – 9 )

vµo bÓ hµn. Silic vµ m¨nggan ®−îc t¹o ra còng chuyÓn vµo bÓ hµn.

Giai ®o¹n sau khi nhiÖt ®é bÓ hµn kh«ng cßn qu¸ cao, trong bÓ hµn xÈy ra ph¶n

øng theo chiÒu ng−îc l¹i: silic vµ m¨nggan khö «xy cña «xit s¾t cã trong bÓ hµn

t¹o ra SiO, MnO vµ Fe. C¸c «xit silic vµ «xit m¨nggan di chuyÓn vµo xØ. Lóc nµy

cÇn gi÷ cho bÓ hµn nguéi chËm ®Ó c¸c «xit nµy cã ®ñ thêi gian chuyÓn hÕt vµo xØ

khi kim lo¹i láng ch−a kÞp ®«ng ®Æc. Nh− vËy t¸c dông bao phñ cña xØ vµ c¶ thuèc

hµn ch−a nãng ch¶y lµ hÕt søc quan träng.

- Fer« silic th«ng th−êng cã 3 lo¹i: loaÞ 45%, lo¹i 75% vµ lo¹i 95 % silic. §Ó

s¶n xuÊt thuèc hµn ta dïng lo¹i 45% Si, v× nh÷ng lo¹i cã hµm l−îng silic cao

Fer« silic lµ chÊt khö «xy vµ hîp kim hãa mèi hµn. L−îng silic trong thuèc hµn

gióp mèi hµn chèng nøt nãng tèt, ngoµi ra tØ lÖ silic cao cßn lµm cho xØ dÔ bong.

- Fer« m¨nggan th−êng cã l−îng m¨nggan trªn 78%.

Fer« m¨nggan lµ chÊt khö «xy vµ hîp kim hãa mèi hµn. Hîp kim hãa víi

m¨nggan lµm t¨ng kh¶ n¨ng chèng nøt kÕt tinh vµ t¨ng ®é bÒn, c¶i thiÖn tÝnh dÎo

cña mèi hµn.

III. Quy tr×nh chÕ t¹o thuèc hµn d¹ng gèm.

Thuèc hµn d¹ng gèm ®−îc chÕ t¹o theo 3 b−íc chÝnh: chuÈn bÞ vµ pha trén

nguyªn liÖu, t¹o h¹t, sÊy thuèc.

TÊt c¶ c¸c nguyªn liÖu d¹ng kho¸ng chÊt ®−îc chän lùa theo ®óng chñng lo¹i,

thµnh phÇn ®¹t chÊt l−îng råi ®−îc nghiÒn nhá. Chóng ®−îc sµng ®Ó lo¹i bá c¸c h¹t

qu¸ cì, th«ng th−êng kÝch th−íc cña c¸c h¹t kh«ng qu¸ 0,3 mm. Nguyªn liÖu ph¶i

kh«, ®é Èm kh«ng qu¸ 1%. Nguyªn liÖu ®¹t yªu cÇu ®−îc nhËp vµo kho nguyªn liÖu

vµo thiÕt bÞ trén. §Çu tiªn chóng ®−îc trén kh« cho ®Õn khi c¸c thµnh phÇn trén lÉn

®Òu víi nhau. Sau ®Êy chuyÓn sang chÕ ®é trén −ít, b»ng c¸ch rãt thªm dÇn n−íc

thñy tinh vµo trong khi trén. N−íc thñy tinh cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ

KNaSiO₃.nH₂O, cã t¸c dông t¹o nªn sù dÝnh kÕt c¸c h¹t phèi liÖu, khi kh« ®i t¹o

23

c¸c chÊt K₂O vµ Na₂O lµ c¸c chÊt lµm æn ®Þnh hå quang. Khi phèi liÖu ®· −ít ®Òu

th× ®−îc chÕ biÕn t¹o thµnh tõng h¹t thuèc. C¸c h¹t thuèc ®−îc tiÕp tôc vª trßn ®Ó

cã d¹ng h×nh cÇu vµ t¹o nªn ®é sÝt chÆt. H¹t thuèc cµng sÝt chÆt th× trong qu¸ tr×nh

b¶o qu¶n, vËn chuyÓn h¹t thuèc cµng khã bÞ vì nhá ra. Sau ®Êy thuèc ®−îc sÊy.

ViÖc sÊy thuèc ®−îc chia thµnh 2 giai ®o¹n: sÊy s¬ bé vµ sÊy nhiÖt ®é cao. ViÖc

chia lµm 2 giai ®o¹n lµ ®Ó ®¶m b¶o h¹t thuèc kh« ®Òu vµ cã ®é Èm thÊp nhÊt. Trong

o

nung th× tÝnh h¸o n−íc cña thuèc gi¶m râ rÖt, cßn c¸c tÝnh chÊt c«ng nghÖ th× ®−îc

hñy c¸c «xit cao kim lo¹i vµ muèi. NÕu lµ thuèc dïng cho hµn ®¾p, t¹o nªn bÒ mÆt

o

kim lo¹i cøng th× nhiÖt ®é nung chØ ®Õn 450 C, cßn nÕu lµ c¸c lo¹i thuèc hµn kÕt

cÊu thÐp th× nhiÖt ®é nung cã thÓ lªn ®Õn 700 ^oC, thËm chÝ cã lo¹i lªn ®Õn 900 ^oC.

SÊy xong, thuèc ®−îc lµm nguéi xuèng nhiÖt ®é b×nh th−êng. Sau ®Êy thuèc ®−îc

sµng läc l¹i ®Ó lo¹i bá h¹t kh«ng ®¹t kÝch cì. H¹t to qu¸ vµ h¹t nhá qu¸ so víi yªu

cÇu ®Òu ph¶i lo¹i ra, v× vËy thuèc ph¶i qua 2 lo¹i sµng: sµng lo¹i bá h¹t to vµ sµng

lo¹i bá h¹t nhá. C¸c h¹t qu¸ to th× ®−îc nghiÒn ®Ó sµng l¹i. C¸c h¹t qu¸ nhá th×

®−îc ®−a trë l¹i c«ng ®o¹n trén nguyªn liÖu. Thuèc ®¹t yªu cÇu ®−îc ®ãng gãi

trong bao nil«ng hoÆc hép kim lo¹i.

Kho nguyªn liÖu

C©n

Trén kh«

Vª trßn

T¹o h¹t

Trén −ít

SÊy nhiÖt ®é cao

SÊy nhiÖt ®é thÊp

Lµm nguéi

NhËp kho thµnh phÈm

§ãng gãi

Sµng läc thµnh phÈm

24

chuyÒn thiÕt bÞ gåm c¸c thiÕt bÞ chÝnh sau:

- ThiÕt bÞ trén vµ t¹o h¹t.

- ThiÕt bÞ vª trßn h¹t thuèc.

- Lß sÊy nhiÖt ®é thÊp.

- Lß sÊy nhiÖt ®é cao.

- ThiÕt bÞ lµm nguéi.

ThiÕt bÞ trén vµ t¹o h¹t lµ mét thiÕt bÞ t−¬ng ®èi phøc t¹p, thùc hiÖn nhiÒu c«ng

®o¹n chÕ t¹o thuèc trong cïng mét thiÕt bÞ. ThiÕt bÞ nµy cã d¹ng h×nh èng th¼ng

®øng, bªn trong èng cã 2 r«-to. Khi lµm viÖc 2 r«-to nµy quay ng−îc víi chiÒu quay

cña vá èng. ThiÕt bÞ nµy trén kh« c¸c phèi liÖu trong 5 phót. Sau ®Êy chÊt kÕt dÝnh

lµ n−íc thñy tinh ®−îc ®−a vµo ®Ó trén −ít vµ t¹o h¹t. Qu¸ tr×nh trén −ít vµ t¹o h¹t

diÔn ra trong 10 phót. C¸c h¹t thuèc võa ®−îc t¹o ra ®−îc ®−a lªn bµn rung chuyÓn

dÇn vµo thiÕt bÞ vª trßn.

ThiÕt bÞ vª trßn h¹t thuèc lµ thiÕt bÞ t¹o nªn h×nh d¹ng gÇn víi h×nh cÇu cho h¹t,

®ång thêi lµm cho c¸c thµnh phÇn cña h¹t thuèc sÝt chÆt víi nhau. C¸c thµnh phÇn

cña mét h¹t thuèc hµn liªn kÕt víi nhau b»ng n−íc thñy tinh, råi ®−îc sÊy kh«, nªn

®é liªn kÕt víi nhau kh«ng thËt sù v÷ng ch¾c. §Ó h¹n chÕ sù vì vôn vµ hãa bét cña

h¹t thuèc trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ cÊt gi÷ , h¹t thuèc cÇn cã h×nh d¹ng h×nh

cÇu vµ ®é sÝt chÆt tèt. ThiÕt bÞ vª trßn h¹t thuèc thùc hiÖn nguyªn t¾c ®Ó h¹t thuèc

tù l¨n trªn r·nh xo¾n trong lßng mét èng h×nh tang trèng ®Æt nghiªng, trong khi èng

nµy quay trßn. Tèc ®é quay cña èng kho¶ng 30 vßng/ phót. KÕt cÊu nµy lµm h¹t

thuèc quay trßn, chuyÓn ®éng theo nhiÒu chiÒu trong khi di chuyÓn däc theo lßng

èng, t¹o nªn hiÖu øng vª trßn. Mét chu k× vª trßn kho¶ng 1 phót. H¹t thuèc ra khái

thiÕt bÞ vª trßn ®−îc chuyÓn ngay ®Õn lß sÊy nhiÖt ®é thÊp b»ng b¨ng t¶i.

Lß sÊy nhiÖt ®é thÊp lµm cho h¹t thuèc kh« ®Òu, ®¹t ®é Èm cßn 1 – 2%. Lß sÊy

cã èng sÊy d¹ng h×nh tang trèng víi c¸c r·nh xo¾n bªn trong, n»m nghiªng so víi

ph−¬ng n»m ngang vµ cã 3 vïng nhiÖt ®é kh¸c nhau. èng sÊy quay víi tèc ®é

chËm kho¶ng 2 vßng/ phót. Thuèc hµn theo r·nh xo¾n, gãc nghiªng cña tang trèng

xoay ®¶o, ch¹y dÇn qua c¸c vïng nhiÖt ®é cao dÇn nªn ®−îc lµm kh« ®Òu. Thêi

gian sÊy 1 chu k× kho¶ng 1,5 giê. Thuèc hµn ®· qua sÊy s¬ bé cã thÓ cÊt gi÷ t¹m

thêi trong kho trung gian kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i sÊy nhiÖt ®é cao ngay.

Lß sÊy nhiÖt ®é cao lµ ®Ó cho h¹t thuèc cã ®é Èm thÊp theo ®óng yªu cÇu, ®ång

thêi lµm gi¶m tÝnh h¸o n−íc cña thuèc hµn. KÕt cÊu c¬ b¶n cña lß nµy còng gièng

nh− cña lß sÊy nhiÖt ®é thÊp , chØ kh¸c lµ nhiÖt ®é sÊy cao h¬n.

ThiÕt bÞ lµm nguéi cã t¸c dông lµm nguéi thuèc hµn sau khi sÊy ë nhiÖt ®é cao

xuèng nhiÖt ®é d−íi 60^oC, ®Ó cã thÓ ®ãng gãi ngay. ThiÕt bÞ nµy cã d¹ng h×nh èng,

n»m nghiªng, quay trßn, bªn ngoµi ®−îc lµm m¸t b»ng n−íc. Thêi gian lµm nguéi

mét chu k× kho¶ng 10 phót.

25

C¸c c«ng ®o¹n trén kh«, trén −ít, t¹o h¹t ®−îc thùc hiÖn theo chu tr×nh tuÇn

hoµn. C¸c c«ng ®o¹n vª trßn, sÊy thuèc hµn ho¹t ®éng mét c¸ch liªn tôc.

V. S¶n xuÊt thö nghiÖm thuèc hµn.

vµ nguyªn lÝ lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ trªn, nghiªn cøu chÕ t¹o ra c¸c thiÕt bÞ phï

hîp víi ®iÒu kiÖn tµi chÝnh vµ quy m« thö nghiÖm.

Trõ n−íc thuû tinh, c¸c nguyªn liÖu mua vÒ ph¶i kh« vµ ®· ®−îc nghiÒn, xay

nhá ë d¹ng bét. Tr−íc khi nhËp kho nguyªn liÖu ®Çu vµo cho thuèc hµn, tÊt c¶ c¸c

nguyªn liÖu ®Òu ®−îc sµng l¹i víi sµng cã m¾t sµng 0,2 mm.

thøc pha trén c¸c nguyªn liÖu ®· ®−îc tÝnh to¸n tr−íc.

ViÖc trén kh«, trén −ít phèi liÖu vµ viÖc t¹o h¹t thuèc ®−îc t¸ch ra 3 thiÕt bÞ

riªng rÏ. ViÖc chia t¸ch nµy gióp cho c¸c gi¶i ph¸p kÜ thuËt trë nªn ®¬n gi¶n, tuy

nhiªn thêi gian s¶n xuÊt sÏ t¨ng lªn. T¹m thêi ®iÒu nµy cã thÓ chÊp nhËn ®−îc v×

môc tiªu tr−íc m¾t lµ lµm ra ®−îc thuèc hµn.

ThiÕt bÞ trén kh« lµ mét thïng h×nh trô cã ®−êng kÝnh vµ chiÒu dµi b»ng nhau (

mét gãc 30⁰. Khi quay víi tèc ®é 35 – 40 vßng/ phót, phèi liÖu bªn trong ®−îc x¸o

trén nhiÒu chiÒu, bëi mét phÇn b¸m vµo thµnh thïng lªn ®Õn gÇn ®Ønh cao th× r¬i

xuèng, mét phÇn bÞ bÒ mÆt nghiªng cña 2 ®¸y lµm cho lóc r¬i tr−ît tõ bªn nµy sang,

lóc tõ bªn kia sang. Thêi gian trén kh« kho¶ng 15 phót.

ThiÕt bÞ trén −ít lµ mét hép cã d¹ng lßng m¸ng ( b¶n vÏ: TH – 02 – 00 ). C¸nh

khuÊy ( cßn gäi lµ trôc trén ) cã kÕt cÊu lµ 2 c¸nh ë 2 nöa chiÒu dµi hép, lÖch nhau

180^o, cã gãc nghiªng c¸nh khuÊy lµ 10^ong−îc chiÒu nhau ( b¶n vÏ: TH – 02 – 01 ).

Khi trén trôc quay víi tèc ®é 35 – 60 vßng/ phót, n−íc thñy tinh ®−îc rãt dÇn vµo

phèi liÖu. Thêi gian trén kho¶ng 12 – 15 phót.

ViÖc t¹o h¹t ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch Ðp, miÕt phèi liÖu −ít qua sµng t¹o h¹t (

b¶n vÏ: TH – 03 – 01 ). M¾t sµng cã kÝch th−íc b»ng víi kÝch th−íc lín nhÊt cña

h¹t thuèc.

Sµng t¹o h¹t ®−îc dïng kÕt hîp víi thiÕt bÞ vª trßn h¹t thuèc, nªn ®−îc gäi

chung lµ thiÕt bÞ t¹o h¹t ( b¶n vÏ: TH – 03 – 00 ). H¹t thuèc sau khi ®−îc Ðp qua

sµng r¬i xuèng mÆt ph¼ng nghiªng 20^oso víi ph−¬ng n»m ngang. Cã nhiÒu mÆt

ph¼ng nghiªng ®−îc bè trÝ liªn tiÕp d−íi nhau theo chiÒu nghiªng ng−îc nhau.

C¸ch bè trÝ nµy lµm h¹t thuèc bÞ l¨n c−ìng bøc víi c¸c chiÒu ®æi nhau, gióp h¹t

thuèc tù vª trßn. §Ó gióp t¨ng ®é sÝt chÆt cña h¹t thuèc, tr−íc ®Êy phèi liÖu −ít cßn

®−îc chia thµnh nhiÒu phÇn nhá, tõng phÇn nhá nµy ®−îc Ðp thµnh tÊm máng cã ®é

dµy d−íi 2 mm, c¸c tÊm ®· ®−îc Ðp nµy míi ®−îc miÕt, Ðp qua sµng t¹o h¹t. ViÖc

Ðp tÊm máng nµy cã thÓ thùc hiÖn trªn c¬ cÊu Ðp ®¬n gi¶n lµ Ðp trôc vÝt hoÆc Ðp

kiÓu ®ßn bÈy.

H¹t thuèc ®−îc cho vµo khay, råi ®−a vµo lß sÊy nhiÖt ®é thÊp. C«ng ®o¹n sÊy

nµy ®−îc chia lµm 3 giai ®o¹n víi 3 møc nhiÖt ®é kh¸c nhau: ®Çu tiªn nhiÖt ®é

26

giai ®o¹n thuèc ®−îc ®¶o l¹i ®Ó b¶o ®¶m kh« ®Òu.

SÊy nhiÖt ®é cao còng cã 3 møc nhiÖt ®é kh¸c nhau: 300^oC, 500^oC, 700^oC, víi

thÊp.

Do s¶n xuÊt thÝ nghiÖm, thêi gian ch−a ph¶i lµ tiªu chÝ quan träng, nªn thuèc

hµn ®−îc ®Ó nguéi cïng víi lß nung. Khi thuèc hµn nguéi xuèng d−íi 60^oC ®−îc

lÊy ra vµ cho qua c«ng ®o¹n sµng ®Ó lo¹i bá h¹t qu¸ to vµ h¹t qu¸ nhá. V× vËy thuèc

®−îc sµng qua sµng cã m¾t sµng 1,5 mm ®Ó lo¹i bá h¹t to, råi sµng qua sµng cã m¾t

sµng 0,5 mm ®Ó lo¹i bá h¹t nhá. C¸c h¹t to ®−îc nghiÒn ®Ó sµng l¹i, c¸c h¹t nhá

®−îc ®−a l¹i c«ng ®o¹n trén −ít ®Ó cho dÇn vµo trén víi phèi liÖu míi.

Thuèc hµn thµnh phÈm ®−îc ®ãng gãi vµo tói nil«ng víi träng l−îng 5 kg mét

tói. C¸c tói thuèc hµn ®−îc b¶o qu¶n trong thïng nhùa, d−íi ®¸y thïng cã chÊt

chèng Èm.

VI. C«ng thøc pha trén nguyªn liÖu.

Qua nhiÒu lÇn chÕ t¹o vµ hµn thö, råi ®iÒu chØnh c¸c thµnh phÇn trong thuèc

tt

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tªn nguyªn liÖu

Fer« m¨nggan

Fer« silic

TØ lÖ %

7

5

15

5

6

15

7

35

5

Rutin

Huúnh th¹ch

§¸ v«i

Cao lanh

QuÆng m¨nggan

B«xit

§«l«mit

Khi trén −ít, n−íc thñy tinh ®−îc rãt dÇn vµo phèi liÖu cho ®ñ ®é kÕt dÝnh,

nh−ng kh«ng qu¸ −ít, tØ lÖ sö dông b»ng kho¶ng 20% träng l−îng cña phèi liÖu

kh«.

27

PhÇn III. KÕt luËn.

I. §Æc tÝnh kÜ thuËt cña thuèc hµn ®−îc chÕ t¹o.

Thuèc hµn cã mµu x¸m. H¹t thuèc cã kÝch cì 0,5 – 1,5 mm. Thuèc hµn nãng

ch¶y tèt che phñ toµn bé bÒ mÆt bÓ hµn. Hµn xong chØ cÇn gâ nhÑ toµn bé xØ hµn

®Òu bong trãc, ®é bong trãc ®Õn gÇn 100%. Thuèc cã ®é Èm d−íi 0,5%, nªn bÒ mÆt

mèi hµn nh½n, s¹ch, kh«ng kÑt xØ rç khÝ. Thuèc hµn chÕ t¹o ®· ®−îc C«ng ty c¬ khÝ

®iÖn thñy lîi sö dông vµ cho ®¸nh gi¸ tèt ( trang 51 ).

Thuèc hµn ®−îc nhãm ®Ò tµi chÕ t¹o ®· ®−îc mang ®i hµn mÉu thö theo tiªu

cña Nga cã kÝ hiÖu Sv – 08. Kim lo¹i trong mèi hµn cña mÉu thö nµy ®−îc gia c«ng

thµnh 1 mÉu thö kÐo vµ 5 mÉu thö va ®Ëp. MÉu thö kÐo lµ ®Ó x¸c ®Þnh ®é gi·n dµi,

øng suÊt ch¶y vµ øng suÊt bÒn, mÉu thö va ®Ëp lµ ®Ó x¸c ®Þnh øng suÊt chÞu va ®Ëp (

trang 53 ). Kim lo¹i trong mèi hµn cßn ®−îc kiÓm tra thµnh phÇn hãa häc ( trang

52 ).

M¸c d©y

C

Mn

Si

Cr

Ni

S

kh«ng qu¸

P

Al

kh«ng qu¸

0,10

Sv – 08

(Cb – 08 )

0,35 – 0,03 0,15 0,30 0,04

0,60

0.04 0,01

gÇn gièng nhau. Trong ®Êy thµmh phÇn m¨nggan vµ silic cña mèi hµn ®−îc t¨ng

thªm kho¶ng 0,1%, cßn 2 thµnh phÇn cã h¹i cho thÐp lµ phèt pho vµ l−u huúnh l¹i

gi¶m ®i. Chøng tá thuèc hµn cã kh¶ n¨ng ®−a thªm kim lo¹i vµo mèi hµn ( hîp kim

ho¸ mèi hµn ) vµ kh¶ n¨ng khö phèt pho, l−u huúnh lµ tèt.

M¸c thÐp

C

Mn

Si

S

P

kh«ng qu¸

< 0,85 0,15 – 0,30 0,05 0.05 0,02

Al

kh«ng qu¸

0,22

XCT34 – XCT52

Thµnh phÇn thÐp c¸cbon kÕt cÊu ( thÐp cacbon chÊt l−îng tèt ), %

( TCVN 1766-75 ) - [ 2 ].

M¸c thÐp

C

Mn

Si

S

P

kh«ng qu¸

0,17 – 0,37 0,04 0,035

0,50 – 0,80 0,17 – 0,37 0,04 0,035

C8 – C20

C25 – C85

0,05 – 0,24 0,35 – 0,65

0,22 – 0,90

28

So s¸nh thµnh phÇn ho¸ häc cña kim lo¹i mèi hµn víi thµnh phÇn ho¸ häc cña

TCVN 1766-75 ) ta thÊy: thµnh phÇn Si vµ Mn t−¬ng ®−¬ng nhau, thµnh phÇn cã

h¹i cho thÐp lµ P vµ S cña kim lo¹i mèi hµn Ýt h¬n, b¶o ®¶m ®é æn ®Þnh cña mèi hµn

tèt h¬n. Thµnh phÇn C trong mèi hµn < 0,1% b¶o ®¶m tÝnh dÎo cña mèi hµn.

VÒ c¬ tÝnh ( trang 53 ) th× øng suÊt bÒn cña kim lo¹i mèi hµn t−¬ng ®−¬ng víi

vËt liÖu cã kÝ hiÖu CT38 ( 380 – 490 MPa ), hoÆc vËt liÖu cã kÝ hiÖu C25, C30 ( 460

– 500 MPa ), ®é dai va ®Ëp cßn tèt h¬n ( 128J so víi 90 J ), vµ ®é gi·n dµi t−¬ng

®èi còng tèt h¬n ( 30% so víi 23% ).

II. So s¸nh víi thuèc hµn ngo¹i.

Thuèc hµn cña Hµn Quèc vµ §µi Loan còng cã kÝch cì vµ mµu t−¬ng tù

(

nghiÖp. C¸c tÝnh chÊt kh¸c nh− ®é che phñ mèi hµn cña xØ, ®é bong trãc cña xØ sau

khi hµn, ®é nh½n bãng bÒ mÆt mèi hµn ®Òu cã kÕt qu¶ t−¬ng tù so víi thuèc hµn

®−îc chÕ t¹o. B¶ng ®¸nh gi¸ cña “ C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn thuû lîi “ vÒ chÊt l−îng

thuèc hµn ®−îc chÕ t¹o còng kh¼ng ®Þnh ®iÒu nµy ( trang 51 ).

Theo tiªu chuÈn AWS ( HiÖp héi hµn Hoa K× ), phÇn vÒ hµn hå quang ngÇm (

SFA – 5.17, AWS – A5.17-89 ), kÕt qu¶ mÉu thö kÐo cña kim lo¹i mèi hµn ph¶i ®¹t

Giíi h¹n bÒn

MPa

415 - 550

Giíi h¹n ch¶y, min. §é gi·n dµi t−¬ng ®èi, min.

MPa

330

%

22

Nh− vËy kÕt qu¶ mÉu thö cña ®Ò tµi ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu nµy.

III. H−íng dÉn sö dông thuèc hµn ®−îc chÕ t¹o.

Thuèc hµn ph¶i ®−îc b¶o qu¶n vµ cÊt gi÷ trong bao ni-l«ng kÝn. C¸c tói thuèc

trong 1 giê ®ång hå. Thuèc hµn khi dïng xong cã thÓ sµng sÈy ®Ó lo¹i bá xØ, sau ®ã

cã thÓ dïng l¹i b»ng c¸ch bæ sung dÇn vµo thuèc hµn míi. Thuèc hµn khi ch¸y s¶n

sinh ra mét l−îng lín c¸c chÊt khÝ, v× vËy n¬i lµm viÖc ph¶i th«ng tho¸ng.

Hoa kú.

29