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
C¬ quan chñ tr×
Chñ nhiÖm ®Ò tµi
ViÖn C«ng nghÖ
KS. NguyÔn V¨n Thèng
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 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:
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 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:
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 ,σk (MPa)
c
ak,δ5 (%)
6
5
4
3
2
120
100
80
60
40
20
σ
k
σ
c
ak
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
o C
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
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, o 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
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 – 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 ]
[ 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
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