Hcmute thiết kế, chế tạo bộ gia nhiệt cho dây hàn trong quy trình hàn tig tự động có bù dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ GIA NHIỆT CHO DÂY HÀN TRONG QUY TRÌNH HÀN TIG TỰ ĐỘNG CÓ BÙ DÂY S K C 0 9 MÃ SỐ: SV2022 - 181 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TRÀ ẤN DƯƠNG S KC 0 7 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2022 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ GIA NHIỆT CHO DÂY HÀN TRONG QUY TRÌNH HÀN TIG TỰ ĐỘNG CĨ BÙ DÂY SV2022-181 Thuộc nhóm nhành khoa học: Kỹ thuật - Ứng dụng SV thực hiện: Trà Ấn Dương Nam, Nữ: Nam Dân tộc: Kinh Lớp: 18143CLA3 Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy Người hướng dẫn: Th.S Trần Ngọc Thiện TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 Luan van MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Cách tiếp cận 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quát Hàn TIG 2.1.1 Phương pháp hàn TIG 2.1.2 Ứng dụng .6 2.1.3 Ưu điểm .6 2.2 Tổng quát hàn TIG tự động theo quỹ đạo 2.2.1 Khái niệm .7 2.2.2 Ứng dụng 2.2.3 Những lợi ích hàn TIG tự động theo quỹ đạo 2.3 Bộ cấp dây 2.4 Que hàn phụ 2.5 Vật liệu SS304 10 2.6 Tiêu chuẩn AWS 11 2.7 Quy trình vận hành máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo 12 2.8 Nhiệt lượng đầu vào 14 2.9 Điện trở sấy (thanh gia nhiệt) 14 2.10 Truyền nhiệt kim loại 16 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO 18 3.1 Tính tốn niệt lượng đầu vào cho dây bù hàn 18 3.1.1 Từ thông số cơng trình nghiên cứu: .18 3.1.2 Sử dụng cơng thức tính tốn: 19 3.1.3 Nhiệt lượng cần bù 21 Luan van 3.2 Mô phầm mềm Ansys .22 3.2.1 Mô trường hợp sử dụng gia nhiệt 22 3.2.2 Trường hợp mô gia nhiệt 23 3.2.3 Trường hợp mô gia nhiệt 24 3.2.4 Trường hợp mô gia nhiệt 25 3.2.5 Tổng quan kết mô phần mềm Ansys 26 3.2 Sơ đồ nguyên lý 27 3.3 Thanh gia nhiệt 28 3.4 Bộ gia nhiệt 29 3.4.1 Nhu cầu thiết kế gia nhiệt 29 3.5 Bộ điều khiển nhiệt độ 31 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 32 4.1 Các bước tiếng hành thực nghiệm 32 4.2 Vật liệu gia nhiệt 33 4.3 Thông số thực nghiệm 33 4.4 Kết đạt 34 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 36 5.1 Mô Ansys 36 5.2 Thực nghiệm thực tế 37 5.3 So sánh kết thực nghiệm mô .38 5.4 Đánh giá kết 38 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 39 6.1 Kiến thức .39 6.2 Ứng dụng thực tế gia nhiệt .39 6.3 Đánh giá mặt hạn chế gia nhiệt 39 6.4 Kết đạt 39 6.5 Hướng phát triển 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 Luan van DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt AC ANSI API Ý nghĩa Alternative Current American National Standards Institute Amarican Petroleum Institute ASME American Engineers AWS American Welding Society DC Society of Mechanical Direct Current DCEN Direct Current Electrode Negative DCEP Direct Current Electrode Positive DIN GTAW HAZ Deutschs Institute for Normung Gas Tungsten Arc Welding Heat Affect Zone HI Heat Input ISO International Standarization Organization MIG/MAG Metal Inert Gas/Metal Active Gas SS Stanless Steel TIG Tungsten Inert Gas Luan van for DANH MỤC BẢNG Bảng 1.5 Thành phần thép không gỉ SS304 11 Bảng 7.1 Kí hiệu ý nghĩa thiết bị hàn 12 Bảng 1.7 Giải thích chu trình làm việc máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo [3] 13 Bảng 3.1.5 Kết mô phần mềm ansys 26 Bảng 3.2 Thành phần vật liệu SS304 33 Bảng 4.1 Mô ansys 36 Bảng 4.2 Thông số gia nhiệt 37 Luan van DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1.1 Mơ hàn TIG Hình 1.7- Quy trình làm việc máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo.[3] 12 Hình 1.9.1 Điện trở mẫu 15 Hình 2.1 Thanh gia nhiệt phi 10 (que điện trở sấy phi) 28 Hình 2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ AX4-1a 31 Hình 3.1.1Mơ trường hợp sử dụng gia nhiệt 22 Hình 3.1.2 Trường hợp mơ gia nhiệt 23 Hình 3.1.3 Trường hợp mô gia nhiệt 24 Hình 3.1.4 Trường hợp mơ gia nhiệt 25 Hình 3.5.1 Mã mẫu S4 34 Hình 3.5.2 Mã mẩu S3 34 Hình 3.5.3 Mã mẫu S3 35 Hình 3.5.4 Mã mẫu S1 35 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo gia nhiệt cho dây hàn quy trình hàn TIG tự động có bù dây - Chủ nhiệm đề tài: Trà Ấn Dương - Lớp: 18143CLA3 Mã số SV: 1814305 Khoa: Đào Tạo Chất Lượng Cao - Thành viên đề tài: Stt Họ tên MSSV Lớp Khoa Trà Ấn Dương 18143005 18143CLA3 Đào Tạo Chất Lượng Cao Nguyễn Văn Hưng 20143342 20143CL3B Đào Tạo Chất Lượng Cao Nguyễn Tây 20143387 20143CL3B Đào Tạo Chất Lượng Cao Trần Minh Khôi 20143350 20143CL3B Đào Tạo Chất Lượng Cao - Người hướng dẫn: Th.S Trần Ngọc Thiện Mục tiêu đề tài: -Tìm hiểu phương pháp hàn TIG tự động theo quỹ đạo có bù dây -Tính tốn, thiết kế chế tạo gia nhiệt dây kim loại bù -Thực nghiệm mức gia nhiệt dây khác Luan van Tính sáng tạo: Ứng dụng kiến thức học tìm hiểu Để chế tạo lên gia nhiệt cho dây hàn TIG vật liệu SS304 Tạo gia nhiệt cho dây bù hàn TIG Đặt mục tiêu gia nhiệt trình hàn thiện tính mối hàn tig Kết nghiên cứu: Hoàn thành chế tạo gia nhiệt Thực nghiệm tìm ảnh hưởng mơi trường truyền nhiệt lên giây hàn Đóng góp mặt giáo dục đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Công bố khoa học SV từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm SV chịu trách nhiệm thực đề tài (kí, họ tên) Luan van Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học SV thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày tháng năm Người hướng dẫn (kí, họ tên) Luan van Mã mẩu S2 Hình 3.5.3 Mã mẫu S3 Với nhiệt độ nung không đổi 400 độ C tốc độ dây 5.3mm/s nhiệt độ đầu dây lần cải thiện đáng kể cụ thể tăng lên 50 độ C so với mã mẩu S3 trước Nhưng vẩn chưa đạt kết mong muốn khoảng 200 độ C Mã mẩu S1 Hình 3.5.4 Mã mẫu S1 Đây mã mẩu cho kết khả quan cụ thể 165.1 độ C với tốc độ dây 4.4 mm/s nhiệt độ nung không đổi so với mã mẩu trước 400 độ C 35 Luan van CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Mô Ansys 10 mm (phần nhô dây bù) 20 mm (phần nhô dây bù) 30 mm (phần nhô dây bù) 40 mm (phần nhô dây bù) 50 mm (phần nhô dây bù) 195.57 – pins 236.97 195.56236.96 195.57 236.97 195.56236.96 195.56236.96 154.21 – pins 195.62 154.22195.62 154.22 – 195.65 154.22195.62 154.21195.62 154.29 – pins 195.74 154.31195.74 154.3 195.73 154.3- 154.3- 195.75 195.75 pin 112.86154.34 113.05 154.57 112.86153.34 112.86154.34 112.99 – 154.52 Bang 4.1 Mô Ansys Qua bảng tổng kết kết mơ ta dễ dàng nhận thấy trường hợp sử dụng gia nhiệt nhiệt độ đầu dây hàn đạt xấp xỉ 240 độ C, thấp trường hợp sử dụng gia nhiệt với nhiệt độ đầu dây bù 113 độ C 36 Luan van 5.2 Thực nghiệm thực tế Khi thực nghiệm thực tế với thông số bảng 4.2 Mã mẫu Tốc độ bù dây (mm/s) Nhiệt độ gia nhiệt Nhiệt độ đầu dây (độ C) (độ C) S1 4.4 400 161.5 S2 5.3 400 154.7 S3 5.9 400 105.2 S4 6.4 400 92.0 Bang 5.2 Kết qua gia nhiệt Ta nhận xét thấy kết chênh lệt lớn so với mô Ansys với nhiệt độ đầu lớn mã mẩu S1 với nhiệt độ 161.5 độ C tốc độ bù dây 4.4 (mm/s) Nhiệt độ đầu nhỏ mẫu S4 với nhiệt độ 92 độ C Với nhiệt độ tốt thực nghiệm 161.5 độ C ta có Q0 = m c ∆t = 1kg × 0.5 HI = KJ × 434.65 − 303.15 K = 65 KJ Kg K Q0 65000 = = 0.5 J/mm L 160559.8417 Vậy so với nhiệt lượng đặt cho dây bù trước vào mối hàn 400 độ C 1.5 j / mm ta thiếu khoảng lần 37 Luan van 5.3 So sánh kết thực nghiệm mô Ta so sánh kết khả quan thực nghiệm với mơ phỏng: Với mẫu S1 có tốc độ bù dây 4.4(m/s), nhiệt độ gia nhiệt 400 độ C nhiệt độ đầu 161.5 độ C cịn mơ cho ta kết nhiệt độ đầu tới 240 độ C 5.4 Đánh giá kết Khi so sánh tổng quan kết mô kết thực tế đạt ta nhận kết thực tế cách xa với kết mô qua phần mềm Ansys không đạt mục tiêu nhiệt độ đề dây đầu dây 400 độ C nhiệt lượng đầu vào khoảng lần Kết số nguyên nhân tác động sau: - Khe hở thiết kế để dây bù qua (Ø3) lớn so với kích thước dây bù cụ thể (Ø1) dẩn đếm hiệu suất truyền nhiệt không đảm bảo - Các thông số ngoại cảnh tác động môi trường thực nghiệm không tuyệt đối mô - Tốc độ bù dây nhanh để truyền nhiệt xảy hoàn hảo - Vật liệu vỏ phận bù dây không đủ tốt để chiệu nhiệt độ cao nên setup 400 độ C - Thao tác sử dụng camera nhiệt chưa chuẩn dẫn đến kết không chuẩn 38 Luan van CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 6.1 Kiến thức Sau thực đề tài có kiến thức sâu hàn TIG, hàn quỹ đạo, truyền nhiệt kim loại Thu đuộc kết liên quan nhiệt độ đầu dây bù tốc độ cấp dây 6.2 Ứng dụng thực tế gia nhiệt Là phận gia nhiệt cho dây bù hàn giúp tăng tính mối hàn hiệu suất tiêu thụ điện trình hàn giảm cải thiện qua góp phần tăng lợi nhuận sản xuất doanh nghiệp ứng dụng Dần phát triển thành in 3D kim loại với chi phí rẻ thị trường 6.3 Đánh giá mặt hạn chế gia nhiệt 6.3.1 Về ứng dụng Chưa thể ứng dụng chưa đạt nhiệt độ yêu cầu, trọng lượng lớn so với moment quay thiết bị hàn obital 6.3.2 Về thiết kế Thiết bị chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng thực tế cồng kềnh trọng lượng nặng Nhiệt độ đầu dây hàn chưa đạt yêu cầu đề Chưa sử dụng công nghệ tốt để trình gia nhiệt diển hiệu 6.4 Kết đạt Hoàn thành chế tạo gia nhiệt Thực nghiệm tìm ảnh hưởng môi trường truyền nhiệt lên giây hàn Đặt móng để thiết kế hồng thiện tương lai 6.5 Hướng phát triển Trong trình tiếng hành thực nghiệm nhận thấy kết đạt thấp so với mô mục tiêu đạt 39 Luan van Định hướng phát triển đề tài thời gian tới tối ưu hóa thiết bị để nhận lại kết tốt Cải tiến thiết kế lại cấp dây với trọng lượng thấp để tính linh hoạt ứng dụng nhiều Đóng góp cho q trình nghiên cứu khoa học nói chung lĩnh vực gia nhiệt cho hàn dây hàn TIG nói riêng 40 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Subodh Kumar, A.S Shahi Effect of heat input on the microstructure and mechanical properties of gas tungsten arc welded AISI 304 stainless steel joints Materials and Design 32 (2011) 3617–3623 [2] AWS D18.1 [3] The orbital welding handbook PN-0509078 [4] ANSI/AWS A5.12A5.12M-98 [5] AWS A5.9/A5M:2006 [6] N.Jeyaprakash, Adisu Haile, M.Arunprasath The Parameters and Equipments Used in TIG Welding: A Review The International Journal Of Engineering And Science (IJES), Vol.4, Issue.2, PP.11-20, 2015 41 Luan van A-A ( : ) A 0.1 A Rz25 10 Rz40 0,5 A A M10 x 1.25 0.1 A +0,0 15 - 0,1 Ng iv Tr nD ng Ki m tra Tr n Ng c Thi n Tr ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh Luan van B CL T V t li u: Th p C45 Y T l 1:1 A-A ( 5:1 ) A 0.1 A Rz25 10 Rz40 0,5 A M6 x 1.25 A 0.1 A 10 - 0,1 Ng iv Tr nD ng Ki m tra Tr n Ng c Thi n Tr ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh Luan van B CL T V t li u: Th p C45 U T l 1:1 Rz40 X 45 0,1 10 0,2 A M6 x 1.25 A 45 0,1 +0 A-A ( : ) 0.32 Ng iv Tr nD ng Ki m tra Tr n Ng c Thi n Tr ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh Luan van U RA D Y V t li u: Th p C45 T l 1:1 0,1 0,1 10 +0 4l M5 F-F ( 1:1 ) 0,5 110 0,5 120 0,1 0,5 110 10 0,5 60 0,5 G 2.5 0.32 R3 G Rz40 0,1 27 10 F F 15 0,5 0,1 38 0,5 48 0,5 19,5 0,1 7,4 0,1 G-G ( 1:1 ) 21 0,2 0,5 0.32 26,3 0,1 0,2 0,1 0,1 Ng iv Tr nD ng Ki m tra Tr n Ng c Thi n 0,75 1,5 0,1 0,2 12 12 10 + 0 ,1 l 1.25 Tr Luan van ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh N PD I B GIA NHI T V t li u: Th p C45 T l 1:1 27 0,1 D-D ( 1:1 ) 0,1 E D 0,1 5+ 0.32 R3 10 4l Rz40 0,1 10 + 0,5 0,5 110 2.5 120 0,5 60 10 0,1 0,5 0,5 110 E 15 0,1 38 0,5 48 0,5 7,4 0,1 21 0,2 12 +0 ,1 E-E ( 1:1 ) 0,2 10 0,5 12 0,1 0.32 nD ng Ng Ki m tra Tr n Ng c Thi n Tr Luan van iv Tr 0,2 0,1 0,1 26,3 1,5 0,1 0,75 0,1 l 19,5 D 0,5 1.25 ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh N P TR N B GIA NHI T V t li u: Th p C45 T l 1:1 Rz40 M A-A ( : ) l A 2x A 1,25 0,1 1,5 +0,1 0,32 26,25 0,1 21 0,1 12 0,1 48 0,5 0,1 0,2 22 0,1 M6 A R4 38 0,1 B 10 + 0,1 B + ,2 1,25 0,75 +0,1 10 0,1 0,2 60 0,5 30 0,2 100 0,1 12 0,5 0,1 115 0,5 0.1 A 10 0,2 + 0,1 B-B ( : ) 12 0,5 0,2 0,32 Nh m Hot wire Ki m tra Tr n.M.T.Uy n Tr ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh Luan van N PD I B GIA NHI T V t li u: Th p C45 T l 1:1 Rz40 25 0,2 M 60 0,2 l A-A ( : ) A 100 0,1 0,1 1,5 +0,1 26,25 0,1 1,25 2x +0, 10 0,32 1,25 0,1 A 20 0,1 12 0,1 48 0,5 38 0,1 22 0,1 B 10 +0,1 M B 21 0,1 R4 A 0,75 +0,1 0,1 0,1 125 0,5 0,2 10 0,2 0.1 A 18 0,5 10 0,2 0,32 +0,1 B-B ( : ) 115 0,2 12 0,2 Nh m Hot wire Ki m tra Tr n.M.T.Uy n Tr ng i h c s ph m k thu t th nh ph H Ch Minh Luan van N P TR N B GIA NHI T V t li u: Th p C45 T l 1:1 S K L 0 Luan van ... Để chế tạo lên gia nhiệt cho dây hàn TIG vật liệu SS304 Tạo gia nhiệt cho dây bù hàn TIG Đặt mục tiêu gia nhiệt trình hàn thiện tính mối hàn tig Kết nghiên cứu: Hồn thành chế tạo gia nhiệt Thực... đề tài: Thiết kế, chế tạo gia nhiệt cho dây hàn quy trình hàn TIG tự động có bù dây - Chủ nhiệm đề tài: Trà Ấn Dương - Lớp: 18143CLA3 Mã số SV: 1814305 Khoa: Đào Tạo Chất Lượng Cao - Thành viên... vũng hàn thực hàn mơ hình thiết bị hàn TIG tự động theo quỹ đạo 1.3 Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu phương pháp hàn TIG tự động theo quỹ đạo có bù dây - Tính tốn, thiết kế chế tạo gia nhiệt dây kim