TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu
Hàn ống là một kỹ thuật hàn quan trọng, được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp và xây dựng, đặc biệt trong việc hàn đường ống dẫn dầu, ống ga và ống tàu Yêu cầu về chất lượng mối hàn trong hàn ống rất cao, đòi hỏi mối hàn phải đạt độ ngấu tối ưu, không có khuyết tật và đảm bảo hồ quang không chảy rỉ vào bên trong ống.
Hàn hồ quang khá phổ biến trong việc hàn vật liệu, những điểm lưu ý khi hàn hồ quang: Góc nghiêng điện cực:
Khi hàn tấm phẳng, góc nghiêng của điện cực nên được điều chỉnh từ 80˚ đến 90˚ so với bề mặt tấm hàn Việc thiết lập góc độ này giúp xỉ hàn được đẩy ra khỏi vũng hàn hiệu quả hơn.
Chiều dài hồ quang là khoảng cách từ đầu điện cực đến vũng hàn, thường nên gần bằng đường kính điện cực Tuy nhiên, trong thực tế, điện cực có thể bị lõm và vũng hàn bị bao bọc bởi lớp xỉ lỏng, dẫn đến chiều dài hồ quang nhìn thấy có thể nhỏ hơn 1mm.
Việc duy trì chiều dài hồ quang và góc nghiêng điện cực đòi hỏi người thợ hàn phải có kỹ năng
Chiều dài hồ quang quá lớn gây ra sự không ổn định, dẫn đến các khuyết tật như quá nhiệt và cháy lẹm Để đảm bảo chất lượng mối hàn, cần duy trì góc nghiêng điện cực ổn định trong suốt quá trình hàn, vì góc nghiêng không đồng nhất có thể tạo ra lẫn xỉ trong mối hàn.
Chúng ta sẽ thực hiện hàn trên ống và tấm inox, một loại vật liệu nổi bật với tính sáng bóng Inox là chất liệu quan trọng, được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực chế tạo.
Mối hàn inox sau khi gia công cần đảm bảo chắc chắn và có tính thẩm mỹ cao, đặc biệt trong việc sản xuất đồ nội thất và đồ gia dụng.
Máy hàn TIG là lựa chọn phổ biến để hàn inox, đặc biệt hiệu quả cho các mối hàn inox mỏng dưới 0,8mm Công nghệ này mang lại chất lượng mối hàn cao, giảm thiểu tình trạng mối hàn bị đen và thủng.
Đặc tính khi hàn inox
Khi hàn inox bằng máy hàn TIG, việc không tuân thủ đúng kỹ thuật có thể dẫn đến tình trạng mối hàn bị đen, xuất hiện lỗ chân kim và khó khăn trong việc xử lý lại.
➢ Nguyên nhân khiến mối hàn inox bị đen:
Khí bảo vệ cần được điều chỉnh để đảm bảo lượng ra đủ, vì nếu khí bảo vệ ra ít, sẽ không đủ để thổi cho mối hàn bóng, dẫn đến hiện tượng đen mối hàn.
Kìm hàn cần được mài nhọn để tập trung nhiệt vào một điểm, tránh tình trạng mối hàn inox bị đen và có rỗ khí Nếu kìm hàn bị tù, sẽ không đạt hiệu quả cao trong quá trình hàn.
➢ Tư thế hàn chưa đúng chuẩn
Để tránh mối hàn inox bị đen, cần điều chỉnh lượng khí bảo vệ argon phù hợp với độ dày của vật liệu Bên cạnh đó, việc mài nhọn kim hàn cũng rất quan trọng khi phát hiện mối hàn có dấu hiệu bị đen.
6 trong những yếu tố quan trọng là dòng hàn, cần phải chỉnh theo chiều dày vật hàn, đường kính kim hàn
Để đảm bảo chất lượng mối hàn, cần lưu ý đặt kim hàn cách bề mặt hàn khoảng 2mm và không nên vội vàng nhấc súng hàn ra khỏi mối hàn, vì khi đó khí bảo vệ chưa kịp thoát ra, có thể dẫn đến mối hàn bị đen và xuất hiện lỗ khí Ngoài ra, nên đặt kim hàn nghiêng 45 độ và tránh hướng gió thổi trực tiếp vào mối hàn.
Vị trí hàn tấm với ống và hàn góc
Đối với hàn ống, vị trí và kiểu mối hàn được phân loại như sau
Chữ số đầu tiên chỉ vị trí hàn:
1: Vị trí nằm ngang và thợ hàn hàn ở vị trí hàn bằng khi ống quay
2: Vị trí gá đứng và thợ hàn thực hiện mối hàn ngang
5: Vị trí ống ngang cố định và thợ hàn hàn mối hàn trần, mối hàn ngang và mối hàn bằng
6: Ống ở vị trí 45° và thợ hàn thực hiện hàn ở vị trí hàn bằng, hàn ngang, hàn đứng và hàn trần
Chữ cái tiếp theo thể hiện loại mối hàn:
“R” hay vị trí hạn chế được miêu tả trong các trường hợp phức tạp hơn
Từ quy tắc trên ta có các vị trí hàn ống như sau
Hình 2.4: Các vị trí hàn ống
Hàn góc là phương pháp hàn giữa hai vật liệu không nằm trên cùng một đường thẳng, tạo nên các mối hàn có tiết diện ngang hình tam giác, giúp tạo liên kết chắc chắn giữa chúng.
Hàn góc vuông là kỹ thuật hàn giữa hai vật, tạo thành hình chữ T hoặc liên kết theo góc vuông 90˚ Phương pháp này thường được sử dụng để đảm bảo độ bền và tính ổn định cho các cấu trúc hàn.
Khi hàn góc, mối hàn sẽ phải chịu ứng suất cắt và uốn, dẫn đến khả năng bị cong và dồn ép tại chân mối hàn do ứng suất tập trung lớn tại vị trí này Do đó, quá trình hàn góc cần xem xét ảnh hưởng từ các lực cắt, kéo và uốn để đảm bảo độ bền và ổn định của mối hàn.
Khi hàn góc có thể lựa chọn những tư thế, kỹ thuật hàn khác nhau tùy thuộc vào vật hàn, vị trí của mối hàn
Hình 2.5: Hàn 1F, 2F, 2FR, 4F, 5F đối với vị trí hàn tấm với ống.
Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Technology Development In Welding - Orbital Welding
Hàn Orbital là công nghệ hàn ống theo quỹ đạo, được sử dụng rộng rãi để kết nối nhiều ống, nhằm giảm thiểu nguy cơ rò rỉ tại các mối nối Những rò rỉ này có thể gây hại nghiêm trọng khi đường ống vận chuyển khí đốt hoặc chất lỏng độc hại như axit Hơn nữa, rò rỉ còn dẫn đến tổn thất năng suất Với sự gia tăng sử dụng đường ống, nhu cầu về hàn quỹ đạo cũng ngày càng cao, trở thành yêu cầu thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp Việc cải thiện công nghệ hàn quỹ đạo là cần thiết để đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt và nâng cao năng suất trong các lĩnh vực này.
Hàn quỹ đạo đã được áp dụng lần đầu vào những năm 1960, khi ngành công nghiệp hàng không vũ trụ nhận ra nhu cầu về một kỹ thuật hàn vượt trội cho các hệ thống thủy lực của máy bay.
Sử dụng cơ chế xoay hồ quang hàn từ điện cực vonfram quanh mối hàn ống giúp tạo ra các mối hàn đồng nhất và chất lượng cao Hệ thống điều khiển tự động hóa điều chỉnh dòng hàn, tối ưu hóa toàn bộ quy trình Phương pháp này cho phép sản xuất số lượng lớn mối hàn giống hệt nhau, giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi hoặc khuyết tật.
Hàn là quá trình nối hai kim loại hoặc khớp nối thông qua nhiệt Ban đầu, hàn được thực hiện bằng tay, sử dụng máy hàn để xoay đầu mối hàn hoặc ống, dẫn đến thời gian hàn lâu hơn và mối hàn không liên tục Sau đó, công nghệ hàn quỹ đạo ra đời với các bộ định vị giúp giữ các ống lại với nhau, cho phép hàn hiệu quả hơn Trong hàn quỹ đạo, các ống được kẹp cố định, trong khi đầu hàn quay xung quanh mối hàn để tạo ra mối hàn chắc chắn và liên tục.
Các đầu mối hàn quỹ đạo thường thuộc loại kín và cung cấp một buồng khí trơ bao quanh mối hàn
Hình 2.6 Hàn quỹ đạo hiện đại
Có hai loại Hàn Orbital: cơ chế đóng và cơ chế mở
Hình 2.7 Các loại hàn Orbital
Hình 2.8 Hàn quỹ đạo đầu kín
Hình 2.9 Hàn quỹ đạo đầu mở
Các yêu cầu trong hàn Orbital
Nguồn điện cho dự án sẽ được cung cấp bởi một máy hàn có khả năng sử dụng cả AC và DC Dù máy hàn thực tế là loại nào, đầu ra sẽ được điều chỉnh qua bộ chỉnh lưu toàn sóng để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
DC sẽ được sử dụng bên trong hộp Đầu hàn
Máy hàn quỹ đạo đầu mối hàn mở
Sê-ri Open Weld head (Orbiweld TP) có thiết kế cực kỳ nhỏ gọn
Hình 2.10 Đầu mối hàn mở Đầu hàn kín hoàn toàn
Sê-ri đầu mối hàn quỹ đạo Orbi S có kích thước nhỏ và thiết kế hẹp, rất phù hợp cho các ứng dụng trong không gian làm việc hạn chế của người vận hành.
Hình 2.11 Đầu mối hàn kín
Lắp ráp mối hàn phụ cần tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật liên quan đến độ thẳng của ống, độ lõm của mối hàn, cốt thép và độ xuyên thấu.
Trong quá trình hàn, cần sử dụng khí trơ cho cả ống OD và ID để ngăn chặn sự kết hợp giữa vật liệu nóng chảy và oxy trong môi trường xung quanh Việc này rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn Đồng thời, điện cực Vonfram cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Nguồn hồ quang hàn đóng vai trò quan trọng trong hệ thống hàn, nhưng thường bị người sử dụng bỏ qua Việc lựa chọn nguồn hồ quang phù hợp có thể nâng cao hiệu suất hàn và đảm bảo chất lượng mối hàn.
Công nghệ hàn quỹ đạo đóng vai trò quan trọng trong ngành hàn, với nhiều lý do để sử dụng thiết bị này Nó cho phép tạo ra các mối hàn chất lượng cao và nhất quán, đồng thời đạt tốc độ gần với mức tối đa, mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng.
Các ứng dụng của Hàn Orbital:
➢ Ngành thực phẩm, sữa và đồ uống
➢ Ngành công nghiệp bán dẫn
Công nghệ hàn quỹ đạo đang ngày càng phát triển và thu hút sự chú ý lớn từ các ngành công nghiệp nhờ vào độ chính xác, độ tin cậy và hiệu quả cao Việc giảm thời gian xử lý và chi phí đã làm cho hàn quỹ đạo trở nên nổi bật và quan trọng trong sản xuất Trong khi đó, hàn thủ công vẫn có những ứng dụng nhất định.
Hàn ống hiện nay đã trở nên dễ dàng và hiệu quả nhờ vào công nghệ tiên tiến và chất lượng cao, giảm thiểu sự không nhất quán và khuyết tật trong các mối hàn.
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo rô bốt hàn ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô đã được công bố trên cổng thông tin điện tử của Bộ Khoa học và Công nghệ Công nghệ rô bốt hàn này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn đảm bảo chất lượng và độ chính xác trong quy trình hàn, góp phần quan trọng vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô.
Hiện nay, các hãng sản xuất ô tô trên toàn cầu đang áp dụng công nghệ rô bốt hàn điểm trong quy trình hàn cabin, trong khi các công đoạn khác sử dụng hàn hồ quang bằng rô bốt Hệ thống hàn hồ quang bao gồm các thành phần chính như tay máy, bộ điều khiển, bảng lập trình và nguồn hàn, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 2.12 Rô bốt hàn ứng dụng trong công nghiệp sản xuất ô tô
Công nghệ điều khiển bám sát quỹ đạo mép hàn cho rô bốt hàn hiện nay sử dụng hai phương pháp chính: điều khiển bằng dạy học và điều khiển thích nghi Trong phương pháp điều khiển bằng dạy học, người vận hành sử dụng bảng lập trình để dẫn rô bốt qua các điểm quỹ đạo hàn, ghi lại vị trí và tín hiệu gia công Dữ liệu này sau đó được nội suy và lưu trữ thành các chương trình cụ thể, như hàn ống xả hay khung ghế ngồi Ở chế độ chạy tự động, các chương trình được tải vào bộ nhớ và có thể được khởi động bằng cách nhấn nút “Start” tại cổng tương ứng.
Các tồn tại của việc hàn ống và mặt phẳng
Hiện nay, hàn ống chủ yếu sử dụng công nghệ hàn quỹ đạo kết hợp với thiết bị điều khiển tự động Các thiết bị hỗ trợ hàn ống thường tập trung vào việc hàn ống với ống, trong khi hàn ống với mặt phẳng chủ yếu vẫn dựa vào tay máy, đặc biệt trong các quy mô lớn và phức tạp.
Nhóm nghiên cứu đề xuất giải pháp cho vấn đề hàn ống và mặt phẳng, đặc biệt là hàn giao nhau tại thân ống với quy mô nhỏ và dễ vận hành Bằng cách áp dụng công nghệ hàn quỹ đạo và thiết kế nhỏ gọn của máy hàn ống, giải pháp này không chỉ đảm bảo an toàn và tính ổn định mà còn cam kết chất lượng mối hàn đạt yêu cầu cao, tương tự như một máy hàn công nghiệp.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Sơ lược về lịch sử hàn, khả năng ứng dụng trong sản xuất
Sơ lược về lịch sử hàn:
Khoảng 4000 năm trước Công Nguyên, người Sumer đã phát triển phương pháp hàn kim loại bằng cách sử dụng lửa để đốt nóng các chi tiết như vàng và đồng đến trạng thái nóng đỏ, sau đó dùng búa để đập ép chúng lại với nhau Phương pháp này hiện nay được gọi là hàn rèn.
Năm 1800 đánh dấu một cột mốc quan trọng trong lịch sử hàn khi việc sử dụng ngọn lửa mở (axetylen) được áp dụng, cho phép sản xuất các công cụ kim loại phức tạp và thiết bị.
Vào năm 1889, Hans Zerner nhận được bằng sáng chế số 53502.3.12.1889 của Đức cho quy trình hàn hai hồ quang bằng điện cực cacbon Cùng năm đó, Charles L Cofflin từ Detroit, Michigan, được cấp bằng sáng chế đầu tiên của Hoa Kỳ số 395878 cho quy trình hàn hồ quang điện sử dụng điện cực kim loại.
Năm 1907, kỹ sư người Thụy Điển Oscar Kjellberg đã phát triển phương pháp hàn dây bằng điện cực có vỏ bọc thuốc (SMAW) và được cấp bằng sáng chế tại Thụy Điển.
27152, June 29, 1907) cho phương pháp này
Năm 1920, hàn tự động lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1920 Được phát minh bởi
PO Nobel tích hợp tự động việc sử dụng điện áp hồ quang và dây điện trần, phục vụ cho việc sửa chữa và đúc kim loại hiệu quả.
Vào những năm 1960, ngành công nghiệp hàn chứng kiến nhiều tiến bộ quan trọng với sự phát triển của các công nghệ như hàn Dualshield, Innershield và hàn Electroslag Đồng thời, hàn hồ quang Plasma cũng được Gage phát minh, phục vụ cho việc phun kim loại Ngoài ra, người Pháp đã phát triển hàn chùm electron, công nghệ vẫn được ứng dụng trong ngành sản xuất máy bay tại Hoa Kỳ.
Từ những năm 1980 đến nay, công nghệ, thiết bị và vật liệu hàn đã có những bước tiến vượt bậc Các kỹ sư và nhà nghiên cứu không ngừng phát triển các công thức chế tạo vật liệu mới nhằm nâng cao đặc tính hồ quang.
Vào năm 2000, hàn xung từ và hàn vật liệu composite kim loại bằng tia X lần đầu tiên được giới thiệu, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ hàn Đến năm 2008, công nghệ hàn lai hồ quang bằng Laser đã được phát hiện, mở ra những khả năng mới trong ngành hàn Lịch sử phát triển của công nghệ và kỹ thuật hàn không chỉ phản ánh sự tiến bộ của nhân loại mà còn khẳng định vai trò thiết yếu của nó trong sản xuất và đời sống Trong bối cảnh yêu cầu ngày càng cao về chất lượng sản phẩm, môi trường và an toàn lao động, công nghệ hàn tiếp tục đóng góp lớn vào sự phát triển bền vững.
Cơ sở lý thuyết về hàn TIG
Hàn TIG (hàn khí Argon) là phương pháp hàn sử dụng điện cực không nóng chảy, diễn ra trong môi trường khí bảo vệ như Argon hoặc Heli, trong đó khí Argon được ưa chuộng hơn cả.
15 tác dụng hạn chế tác động sự gây hại của khí Oxi và Nitơ trong môi trường không khí và ổn định hồ quang
3.2.2 Nguyên lý về hàn TIG
Hàn TIG (Tungsten Inert Gas), hay còn gọi là hàn hồ quang tungsten trong môi trường khí (GTAW - Gas Tungsten Arc Welding), thường được biết đến với tên gọi hàn argon hoặc WIG (Wonfram Inert Gas).
Hồ quang cháy giữa điện cực tungsten không nóng chảy và chi tiết hàn được bảo vệ bởi dòng khí trơ như Argon hoặc Argon kết hợp với Helium Dòng khí này thổi qua mỏ phun, cung cấp nhiệt để làm nóng chảy mép chi tiết hàn Quá trình này có thể thực hiện với hoặc không sử dụng que đắp để tạo ra mối hàn.
Kim loại đắp, với đường kính que hàn từ 0,8 mm đến 4,0 mm, được bổ sung vào vũng chảy bằng tay hoặc thông qua thiết bị tự động trong quá trình dựng dãy cuộn, với đường kính cuộn từ 0,8 mm đến 2,0 mm.
Vũng chảy được bảo vệ bằng dòng khí trơ (lưu lượng 5 đến 25 lít/phút) Argon hoặc Argon + Helium, khi hàn tự động có thể dùng Argon + H2
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp hàn TIG
3.2.3 Đặc điểm của hàn TIG Điện cực không bị nóng chảy
Không tạo xỉ do không dùng thuốc hàn
Hồ quang, vũng chảy có thể quan sát và kiểm soát một cách dể dàng
Nguồn điện tập trung nên có nhiệt độ cao
Có thể hàn được các tấm kim loại mỏng hoặc dày vì thông số hàn có phạm vi để điều chỉnh rộng (vài ampe đến tầm vài trăm ampe)
Hàn kim loại và hợp kim chất lượng cao với mối hàn sạch đẹp, không có xỉ và văng tóe Đảm bảo kiểm soát độ ngấu và hình dạng vũng hàn dễ dàng.
3.2.4 Ứng dụng của hàn TIG trong đời sống
Phương pháp hàn TIG là một kỹ thuật hàn phổ biến, đặc biệt hiệu quả trong hàn thép hợp kim cao, kim loại màu và các hợp kim tương ứng Kỹ thuật này thường được áp dụng trong quá trình phục chế và sửa chữa các chi tiết bị hỏng, đặc biệt là các chi tiết làm từ nhôm và magie.
Sử dụng hàn các tấm mỏng, ống thành mỏng trong ngành công nghiệp xe đạp
Hàn TIG là phương pháp hàn đặc biệt được áp dụng cho các chi tiết hàn khó, yêu cầu mối hàn có chất lượng cao, như các góc nhỏ trong chi tiết máy, vỏ máy photo, máy lạnh, máy điều hòa và các thiết bị y tế như máy X-Quang và máy chiếu Phương pháp này cũng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hàn tàu, hàn ống tàu, cũng như hàn ống dẫn ga và dẫn dầu.
Hình 3.3: Ứng dụng hàn TIG để sửa chữa đồ đạc
3.2.5 Ưu điểm và nhược điểm của hàn TIG Ưu điểm của hàn TIG
➢ Hàn được các kim loại và hợp kim có chất lượng cao
➢ Có thể hàn được kim loại mỏng hoặc dày do thông số hàn có phạm vi điều chỉnh rộng (từ vài Ampe đến vài trăm ampe)
➢ Kiểm soát được độ ngấu và hình dạng vũng hàn dễ dàng
➢ Mối hàn sạch đẹp, không lẫn xỉ và văng tóe
Nhược điểm của hàn TIG
➢ Đòi hỏi thợ hàn có tay nghề cao hơn
➢ Giá thành tương đối cao do năng suất thấp, thiết bị và nguyên liệu lại đắt tiền
3.2.6 Các loại vật liệu có thể áp dụng phương pháp hàn TIG
Hợp kim thép: thép không gỉ (inox), hợp kim carbon thấp là thép thường hoặc thép đen
Hợp kim Nhôm, hợp kim đồng, Gang hợp kim, Magie, Niken, hợp kim kẽm, các loại hợp kim Zirconium…
3.2.7 Khí bảo vệ trong hàn TIG
Các loại khí trơ như Argon và Heli thường được sử dụng trong hàn TIG do giá thành hợp lý và nguồn cung dồi dào.
Khí Argon (Ar) là một chất khí không màu, không mùi và không độc, không tạo thành hợp chất hóa học với bất kỳ vật chất nào ở mọi nhiệt độ và áp suất Argon được chiết xuất từ khí quyển thông qua phương pháp hóa lỏng không khí và được tinh chế đến độ tinh khiết 99,9% Với tỉ trọng 1,33 so với không khí, Ar được cung cấp trong các bình áp suất cao hoặc dưới dạng khí hóa lỏng ở nhiệt độ -184˚C trong các bồn chứa.
Khí Heli (He) là một loại khí trơ, không màu, không mùi và không vị, với tỉ trọng chỉ 0,13 so với không khí Khí này được khai thác từ thiên nhiên và có nhiệt độ hóa lỏng cực thấp, lên đến -272˚C, thường được chứa trong các bình áp suất cao.
Hình 3.4: Hai loại khí bảo vệ thông dụng trong hàn TIG
Hồ quang và kim loại nóng chảy được bảo vệ trong khí trơ như Ar và He, trong đó Ar được ưa chuộng hơn vì là khí rẻ tiền, dễ điều chế và nặng hơn He, giúp bảo vệ hiệu quả ngay cả với lưu lượng khí thấp Ar cung cấp hồ quang êm hơn và có chi phí đơn vị thấp hơn, cùng với yêu cầu lưu lượng thấp, làm cho Ar trở thành lựa chọn kinh tế hơn trong ứng dụng.
Bảng 3.1: Lựa chọn vật liệu dựa vào khí bảo vệ
Bảng 3.2: So sánh hai loại khí
Dễ mồi hồ quang do năng lượng ion thấp
Khó mồi hồ quang do năng lượng ion hoá cao
Nhiệt độ hồ quang thấp hơn Nhiệt độ hồ quang cao hơn
Bảo vệ tốt hơn do nặng hơn Bảo vệ kém hơn do nhẹ hơn
Lưu lượng cần thiết thấp hơn dẫn đến điện áp hồ quang thấp hơn, từ đó giảm năng lượng hàn Ngược lại, lưu lượng cần thiết cao hơn tạo ra điện áp hồ quang cao hơn, làm tăng năng lượng hàn.
Giá thành rẻ hơn Giá thành cao hơn
Chiều dài hồ quang ngắn, mối hàn hẹp
Chiều dài hồ quang dài, mối hàn rộng
Có thể hàn chi tiết mỏng Thường dùng hàn chi tiết dày, dẫn điện tốt
Tungsten (Wolfram) được sử dụng làm điện cực nhờ vào khả năng chịu nhiệt tốt, với nhiệt độ nóng chảy đạt 3410 ℃ Chất liệu này có khả năng phát xạ điện tử hiệu quả, giúp ion hóa hồ quang và duy trì tính ổn định của hồ quang Ngoài ra, tungsten còn có tính oxy hóa rất cao, góp phần nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng điện cực.
Phân loại các loại điện cực:
Tungsten nguyên chất (EWP) có chứa 99,5% tungsten, giá thành rẻ nhưng có mật độ dòng cho phép thấp và khả năng chống nhiễm bẩn hạn chế Loại tungsten này thường được sử dụng khi hàn với dòng xoay chiều AC, đặc biệt là trong hàn nhôm hoặc các hợp kim nhẹ.
Tungsten Thorium (EWTh) có khả năng bức xạ electron cao, cho phép dòng hàn mạnh hơn và tăng tuổi thọ đáng kể của điện cực Việc sử dụng điện cực này giúp hồ quang dễ dàng được khởi động và duy trì ổn định, đồng thời có tính năng chống nhiễm bẩn tốt EWTh thường được sử dụng với dòng một chiều và rất hiệu quả khi hàn thép hoặc inox.
Cơ chế truyền động bánh răng
Cơ chế truyền động bánh răng là một giải pháp phổ biến trong nhiều loại máy móc, cho phép truyền chuyển động quay giữa các trục song song, cắt nhau hoặc chéo nhau Ngoài việc chuyển động giữa các trục, truyền động bánh răng còn có khả năng biến đổi chuyển động quay, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng công nghiệp.
21 thành chuyển động tịnh tiến hay biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng
Hình 3.5: Cơ chế truyền động bánh răng
Cơ cấu truyền động bánh răng thông thường bao gồm hai bánh răng trở lên, thường được sử dụng để tăng tốc, giảm tốc và thay đổi hướng chuyển động.
Truyền động bánh răng có khả năng truyền lực và tốc độ rất lớn, với khả năng tối đa lên tới hàng chục nghìn KW và tốc độ đạt 150m/s trong các cơ cấu truyền động tốc độ cao Trong hệ thống này, bánh răng chủ động là những bánh răng truyền chuyển động quay, trong khi bánh răng bị động là những bánh răng nhận chuyển động quay.
3.3.2 Phân loại truyền động bánh răng
Truyền động bánh răng được phân loại theo các đặc điểm về hình học và chức năng
Hình 3.6: Các loại truyền động bánh răng
Theo vị trí tương đối giữa các trục phân ra:
Truyền động giữa các trục song song: Truyền động bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng và chữ V (hình a,b,c)
Truyền động giữa các trục cắt nhau: Truyền động bánh răng côn răng thẳng, răng nghiêng và cung tròn (hình f, g)
Truyền động giữa các trục chéo nhau (truyền động hypeboloit): Truyền động bánh răng trục chéo, truyền động bánh răng côn chéo ( truyền động hypoit ) (hình d,e )
Theo tính chất di động của các các đường tâm bánh răng phân ra:
Truyền động bánh răng thường: đường tâm các bánh răng cố định
Truyền động bánh răng hành tinh: có ít nhất một đường tâm của bánh răng di động
➢ Theo phương của răng so với đường sinh phân ra:
➢ Truyền động bánh răng thẳng
➢ Truyền động bánh răng nghiêng, răng cong (truyền động bánh răng côn răng cong)
➢ Theo vị trí tâm bánh răng so với tâm ăn khớp phân ra:
➢ Truyền động bánh răng ăn khớp ngoài: tâm các bánh răng ở hai phía so với tâm ăn khớp
➢ Truyền động bánh răng ăn khớp trong (hình h)
➢ Theo dạng profin răng phân ra:
➢ Truyền động bánh răng thân khai
➢ Truyền động bánh răng xycloit
➢ Truyền động bánh răng novikov (cung tròn)
Truyền động bánh răng thân khai là giải pháp phổ biến nhờ vào vận tốc trượt nhỏ, giúp giảm thiểu tổn thất do ma sát và nâng cao hiệu suất Bán kính cong lớn tại vùng tiếp xúc cho phép khả năng tải lớn, trong khi dụng cụ cắt có cạnh thẳng dễ dàng đảm bảo độ chính xác cao.
➢ Theo điều kiện làm việc của bộ truyền phân ra:
➢ Truyền động bánh răng chịu lực: dùng để truyền công suất, kích thước xác định theo độ bền
Truyền động bánh răng không chịu lực chủ yếu thực hiện các chức năng động học mà không cần quan tâm đến độ bền của kích thước Để chuyển đổi giữa chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến, người ta sử dụng hệ thống truyền động bánh răng - thanh răng.
Một số loại bánh răng đặc biệt như: bánh răng rút, bánh răng không tròn…
3.3.3 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng cơ chế truyền động bánh răng Ưu điểm
Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn
Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy
Hiệu suất cao có thể đạt 0,97 - 0,99
Tỉ số truyền không đổi
Chế tạo phức tạp, độ chính xác cao
Gây ồn khi vận tốc lớn.
Sơ lược về PLC
PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) là thiết bị được thiết kế đặc biệt cho ngành công nghiệp, phục vụ việc điều khiển các quy trình từ đơn giản đến phức tạp Nó có khả năng thực hiện nhiều chương trình hoặc sự kiện khác nhau, tùy thuộc vào người điều khiển và các tác nhân kích thích (đầu vào) tác động vào PLC Các sự kiện này có thể được kích hoạt thông qua bộ định thời (Timer) hoặc bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt, PLC sẽ phát tín hiệu ON, OFF hoặc chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài kết nối với đầu ra của nó Việc thay đổi các chương trình cài đặt trong PLC cho phép thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển đa dạng.
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến bao gồm LAD (Ladder Logic), FBD (Function Block Diagram) và STL (Statement List), trong đó Ladder Logic được ưa chuộng nhất.
Hình 3.7: Tổng quan về PLC
Theo hãng sản xuất: Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)
Theo version: PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200,S7-
Theo số lượng đầu vào và ra, PLC được phân thành 4 loại: Micro PLC với dưới 32 kênh, PLC nhỏ có tối đa 256 kênh, PLC trung bình lên đến 1024 kênh, và PLC cỡ lớn với hơn 1024 kênh.
3.4.3 Cấu trúc bên trong PLC
Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:
Phần đầu vào của hệ thống bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thực tế khác, được kết nối với PLC qua đường ray đầu nối đầu vào Trong khi đó, phần đầu ra có thể là động cơ, solenoid, đèn hoặc lò sưởi, hoạt động dựa trên việc điều chỉnh các tín hiệu đầu vào.
CPU (Bộ xử lý trung tâm) là phần quan trọng nhất trong hệ thống PLC, thực hiện các chương trình xử lý tín hiệu I/O Nó kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các đường dây nội bộ thích hợp, cho phép quản lý và điều khiển hiệu quả các hoạt động của hệ thống.
Thiết bị lập trình là nền tảng quan trọng để viết chương trình hoặc logic điều khiển, có thể là thiết bị cầm tay, máy tính xách tay hoặc máy tính chuyên dụng.
➢ Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng 24
V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra
Bộ nhớ máy tính được chia thành hai loại chính: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Thông tin về chương trình và logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình, từ đó CPU sẽ tìm nạp các lệnh cần thiết Ngoài ra, tín hiệu đầu vào, đầu ra cùng với tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu giữ trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng.
Hình 3.8: Cấu tạo bên trong PLC
3.4.4 Nguyên lý hoạt động Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn
Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của PLC
Một chu kỳ quét, hay còn gọi là vòng quét, bao gồm các bước: đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu đầu ra.
Vòng quét thường diễn ra trong khoảng thời gian ngắn từ 1ms đến 100ms Thời gian thực hiện vòng quét phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài của chương trình và tốc độ giao tiếp giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
3.4.5 Ưu nhược điểm của PLC Ưu điểm
➢ Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
➢ Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao
➢ Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa
➢ Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào và ra, mở rộng chức năng khác
➢ Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp
➢ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác
➢ Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình
➢ Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao
Ngày nay, PLC (Programmable Logic Controller) là thành phần thiết yếu trong các hệ thống điều khiển hiện đại, được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực điện tự động hóa Nó phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp và loại máy móc khác nhau, bao gồm cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm và dây chuyền băng tải.
Sơ lược về động cơ bước
3.5.1 Định nghĩa Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết
Động cơ bước là một loại động cơ cho phép quy định góc quay chính xác Ví dụ, một động cơ bước với 1,8 độ mỗi bước cần 200 bước để hoàn thành một vòng 360 độ, được gọi là FULL STEP Khi sử dụng chế độ quay nhiều xung, động cơ sẽ hoạt động êm hơn Tại Việt Nam, động cơ 200 bước thường được ưa chuộng.
3.5.2 Phân loại động cơ bước
➢ Loại 1: Stepper Motor được thiết kế với roto được tác động bằng dây quấn hay nam châm vĩnh cửu
Động cơ bước loại 2, hay còn gọi là stepper motor, có roto không chịu tác động nhưng được trang bị phần tử cảm ứng và phản kháng, cho phép nó hoạt động như một động cơ bước thay đổi từ trở.
➢ Loại 3: Stepper Motor được thiết kế với cấu tạo là sự kết hợp của cả hai loại trên
Phân loại theo cực của động cơ bước:
➢ Loại 1: Stepper Motor đơn cực
Loại động cơ này kết hợp giữa động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước hỗn hợp Thiết kế của các cuộn dây luôn có đầu trung tâm được nối từ giữa mỗi cuộn dây, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động.
➢ Loại 2: Stepper Motor lưỡng cực
Động cơ bước có thể được thiết kế với hai loại chính: loại nam châm vĩnh cửu và loại biến từ trở Một điểm khác biệt quan trọng giữa hai loại này là động cơ bước loại biến từ trở không có đầu dây nối ra từ trung tâm.
Phân loại theo số pha của động cơ:
➢ Động cơ bước 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ
➢ Động cơ bước 3 pha tương ứng với góc bước là 1.2 độ
➢ Động cơ bước 5 pha với góc bước là 0.72 độ
3.5.3 Cấu tạo của động cơ bước
Động cơ bước, giống như các động cơ điện khác, bao gồm hai thành phần chính là stato và rôto Rôto là phần di động không có cuộn dây, chổi than hay cổ góp, thường được chế tạo dưới dạng nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu.
Hình 3.11: Cấu tạo của động cơ bước
Rotor là một cấu trúc bao gồm các lá nam châm vĩnh cửu được sắp xếp cẩn thận Những lá nam châm này được chia thành các cặp cực đối xứng, tạo nên hiệu ứng từ trường cần thiết cho hoạt động của thiết bị.
Stator thường được thiết kế với các cuộn dây đa cực và đa pha, thường là ba hoặc bốn cuộn dây pha Số lượng cực cần thiết được xác định dựa trên sự dịch chuyển góc mong muốn cho mỗi xung đầu vào.
3.5.4 Nguyên lý hoạt động Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, động cơ bước quay theo từng bước một nên nó có độ chính xác cao về mặt điều khiển học
Các bộ chuyển mạch điện tử hoạt động bằng cách truyền tải tín hiệu lệnh điều khiển vào stato theo một thứ tự và tần số xác định.
Số lượng góc quay của rotor liên quan đến số lần chuyển mạch, trong khi chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi.
3.5.5 Ưu nhược điểm của động cơ bước Ưu điểm Động cơ bước có ưu điểm là khả năng cung cấp moment xoắn cực lớn ở dải vận tốc thấp và trung bình
Hạn chế tối đa xuất hiện hiện tượng đánh lửa chổi than Hiện tượng này sẽ dẫn đến hậu quả như hao tổn năng lượng
Chúng ta có khả năng tự động điều chỉnh vị trí quay của roto mà không cần dựa vào phản hồi vị trí Điều này giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng thêm encoder hoặc máy phát tốc.
Tốc độ quay của động cơ bước không phụ thuộc vào tải, miễn là vẫn trong vùng momen có thể kéo Tuy nhiên, nếu momen tải vượt quá giới hạn cho phép, hiện tượng trượt sẽ xảy ra, dẫn đến việc không thể kiểm soát chính xác góc quay.
Step Motor hay xảy ra có hiện tượng bị trượt bước Lí do bởi vì lực từ yếu hay nguồn điện cấp vào không đủ
Step Motor thường phát ra tiếng ồn và nóng lên khi hoạt động Tuy nhiên, các Step Motor thế hệ mới đã giảm đáng kể độ ồn và hiện tượng nóng của động cơ.
Không nên dùng động cơ bước cho các thiết bị đòi hỏi tốc độ cao
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ HÀN ỐNG VÀ MẶT PHẲNG (GIAO TẠI THÂN ỐNG)
Yêu cầu của đề tài / Thông số thiết kế
Để thiết kế máy hàn ống và mặt phẳng giao nhau tại thân ống, cần lựa chọn phương án thiết kế hợp lý cho kiểu máy và các cơ cấu nhằm đạt hiệu quả tối ưu Mục đích của chương này là nghiên cứu và phân tích để tìm ra phương án tối ưu nhất, giúp máy hoạt động như một máy hàn công nghiệp, đảm bảo chất lượng mối hàn và đáp ứng các tiêu chí đã đề ra.
Kết cấu cơ khí cần được thiết kế gọn nhẹ, đơn giản và dễ sửa chữa, thay thế Độ bền của thiết bị phải được đảm bảo, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ lên máy móc Cần đảm bảo hiệu suất làm việc cao và chất lượng tốt cho các mối hàn, cùng với khả năng định vị dễ dàng và độ cứng vững cao.
Chi phí sản xuất thấp Đảm bảo an toàn lao động.
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Sau khi phân tích các cơ cấu cơ khí để đáp ứng tiêu chí đề ra, nhóm đã đề xuất hai phương án thiết kế.
4.2.1 Phương án 1: Máy hàn ống và mặt phẳng có đầu gắn kim hàn hình trụ được lắp vào bánh răng thông qua ren trên đầu gắn kim, cơ cấu cấp khí bảo vệ riêng biệt
Hình 4.1: Đầu gắn kim hàn hình trụ và cơ cấu cấp khí bảo vệ thông qua nắp chụp khí
❖ Đánh giá phương pháp 1: Ưu điểm Nhược điểm
- Đầu kim hàn gia công dễ thông qua phương pháp tiện và khoan
- Tiết kiệm khí bảo vệ vì buồng hàn có thể tích nhỏ
- Khó khăn trong việc điều chỉnh làm sao cho kim hàn hướng vào tâm ống
Kim hàn chỉ nên sử dụng với kích thước nhỏ (1.6mm), điều này dẫn đến việc không thể đảm bảo hiệu quả khi hàn liên tiếp nhiều mối.
- Dễ xảy ra tình trạng hàn ngược: đuôi kim hàn hàn vào nắp chụp khí vì khoảng cách giữa hai chi tiết là nhỏ
4.2.2 Phương án 2: Máy hàn ống và mặt phẳng có đầu gắn kim hàn dạng chữ L được lắp vào bánh răng thông qua bulong , cấp khí bảo vệ riêng biệt
Hình 4.2: Đầu gắn kim hàn hình chữ L và cơ cấu cấp khí bảo vệ thông qua nắp chụp khí
❖ Đánh giá phương pháp 2: Ưu điểm Nhược điểm
- Điều chỉnh kim hàn hướng vào tâm ống dễ dàng
- Gắn được kim hàn loại lớn (2.4mm) nên có thể sử dụng kim nhiều lần cho nhiều mối hàn
- Đầu gắn kim hàn gia công tốn kém hơn vì gia công bằng phương pháp phay và khoan, thông qua nhiều nguyên công
- Thất thoát khí bảo vệ nhiều do buồng hàn lớn
Lựa chọn phương án
Sau khi phân tích và đánh giá các phương án theo tiêu chí đã đề ra, nhóm đã quyết định chọn phương án thứ hai để phát triển, mang lại nhiều lợi ích đáng kể.
Việc điều chỉnh kim hàn dễ dàng hướng vào tâm ống hơn bằng cách sử dụng một bulong để cố định, thay vì dùng ren như trong phương pháp 1, giúp tiết kiệm thời gian căn chỉnh máy.
Kim hàn chữ L có kích thước lớn, chịu được nhiệt độ hàn cao, cho phép tái sử dụng nhiều lần cho các mối hàn Điều này giúp tiết kiệm chi phí mua kim hàn cho người sử dụng.
Mặc dù có một nhược điểm ở việc lãng phí khí và chi phí gia công, nhưng đó là các khuyết điểm rất nhỏ có thể cải thiện được.
Trình tự công việc tiến hành
Bảng 4.1: Kế hoạch thực hiện đề tài
Tuần Nội dung Xác nhận GVHD
- Nghiên cứu và tìm hiểu về phương pháp hàn ống với mặt phẳng trên thị trường trong và ngoài nước
- Nghiên cứu và tìm hiểu về phương pháp truyền động cho máy
2 Lựa chọn và lên phương án thiết kế Hoàn thành
3 Thiết kế thử nghiệm cơ cấu máy Hoàn thành
4 Chỉnh sửa theo góp ý của GVHD Hoàn thành
4-5 Vẽ thiết kế 3D trên phần mềm Solidworks Hoàn thành
6 Tính toán và kiểm nghiệm cho thiết kế Hoàn thành
7 Gia công các chi tiết chuẩn bị cho lắp ráp máy
8-11 Lắp ráp máy hoàn chỉnh Hoàn thành
12 Thực nghiệm và đánh giá các thông số hàn Hoàn thành
13 Hoàn thiện thuyết minh Hoàn thành
14 Hoàn thiện poster, video Hoàn thành
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CHI TIẾT MÁY
Thiết kế phần cơ khí
Sau khi phân tích và chọn lựa phương án thiết kế, nhóm sẽ tiến hành thiết kế một bộ máy hoàn chỉnh, bao gồm hình dáng, kích thước và các cơ cấu cơ khí.
Để đáp ứng các yêu cầu thiết kế ban đầu của đề tài, nhóm đã phát triển phương án thiết kế với các cơ cấu cơ khí.
Hình 5.2: Mô hình máy hàn sơ bộ
Vỏ hộp đóng vai trò quan trọng trong việc gắn kết và bảo vệ các bộ phận bên trong Vì vậy, vỏ hộp cần phải đảm bảo độ bền cao và có hình dáng đơn giản.
Vỏ hộp cần phải có khả năng cách điện và chịu nhiệt tốt do nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình hàn Vì lý do này, nhóm đã quyết định lựa chọn nhôm và nhôm định hình làm vật liệu chính cho vỏ hộp.
Vật liệu Nhôm để làm vỏ hộp mang lại lợi ích:
Nhôm là vật liệu linh hoạt với trọng lượng riêng nhẹ hơn so với các kim loại khác, giúp nhôm định hình dễ dàng vận chuyển và tháo lắp trong quá trình sử dụng.
Thanh profile cửa nhôm định hình có kết cấu đặc biệt với nhiều khoảng rỗng, đường gân, vách ngăn kỹ thuật và sống gia cường, giúp tăng khả năng chịu lực hiệu quả.
➢ Nhôm định hình cung cấp vô số khả năng thiết kế mọi công trình với giá cả hợp lý
➢ Chịu được nhiệt độ cao, chống ăn mòn nhờ bề mặt được xử lý bằng lớp phủ bảo vệ
Vỏ hộp hình chữ nhật được cấu tạo từ khung nhôm định hình và vỏ nhôm dày 2mm, được lắp ráp bằng bulong lục giác chìm đầu trụ M5 Giữa vỏ nhôm và khung có các miếng đệm cách điện, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
➢ Với thiết kế như trên, nhóm đã giải quyết được các bài toán đã đề ra:
➢ Vỏ hộp có dạng hình hộp chữ nhật vô cùng đơn giản, sử dụng vật liệu nhôm nên đảm bảo được chịu nhiệt và giá thành thấp
➢ Vỏ hộp dễ đàng tháo gỡ và lắp ráp nên khi có bộ phận hư hỏng có thể lấy ra sửa chữa một cách dễ dàng
➢ Đảm bảo được tính thẩm mỹ và có thể quan sát hoạt động bên trong của máy khi tháo vỏ nhôm bên ngoài
Hình 5.4: Khung và vỏ máy
Máy hàn chủ yếu hoạt động với chuyển động xoay tròn, cho phép điều chỉnh tốc độ và góc quay của điện cực để tạo ra mối hàn ổn định Động cơ bước là lựa chọn tối ưu cho những yêu cầu này.
Do cơ cấu máy hàn không yêu cầu tải lớn và không có cơ cấu làm việc phức tạp, nhóm đã quyết định sử dụng động cơ bước NEMA 17 với kích thước nhỏ gọn và công suất vừa phải.
Hình 5.5: Động cơ Step motor NEMA 17
Thông số kỹ thuật của động cơ:
➢ Đường kính trục: 5mm Đầu trục vát phẳng, giúp puli/khớp nối không đỡ bị lỏng khi hoạt động
➢ Cường độ định mức 1.5A, góc quay mỗi bước 1.8°
➢ Động cơ gồm có 2 cực
➢ Công suất phù hợp cho máy in 3D và CNC mini
➢ Ít tỏa nhiệt, chuyển động êm
Động cơ bước NEMA 17 là một thành phần quan trọng trong hệ thống chuyển động của máy, quyết định hiệu suất hoạt động của nó Động cơ này truyền động xoay tròn đến bộ truyền bánh răng, kích hoạt hoạt động của máy Để kết nối bộ truyền bánh răng với động cơ, bánh răng nhỏ được nối với trục động cơ bước qua một khớp nối kim loại, đảm bảo sự chuyển động chính xác và hiệu quả.
Hình 5.8: Cụm động cơ sau khi phân rã
1: Bulong lục giác chìm M3 3: Then 5: Bánh răng nhỏ 7: Bulong M4
2: Long đền 4: Trục cách điện 6: Khớp nối trục 8: Giá đỡ động cơ 9: Giá treo 10: Bulong M3 11: Đai ốc M3 12: Động cơ bước Động cơ được cố định vào giá đỡ và lắp ráp vào giá treo cố định vào khung, bánh răng nhỏ được nối với động cơ thông qua khớp nối trục và bạc lót
Khớp nối trục bằng đồng có kích thước ngoài đường kính 9mm và chiều dài 20mm Hai đầu khớp nối có đường kính trong 5mm để kết nối với trục động cơ và 6mm để kết nối với đầu bạc lót Khớp nối được cố định chắc chắn bằng các lục giác chìm.
Trục cách điện được chế tạo từ nhựa POM và được kết hợp với bánh răng nhỏ thông qua lắp ghép, với kích thước then là 5 x 5 mm Mục đích của trục cách điện là để tạo cơ cấu nối trục với khớp nối, đồng thời ngăn chặn dòng điện từ máy hàn chạy ngược vào động cơ, tránh xung đột với dòng điện bên trong động cơ.
Bộ phận truyền động đóng vai trò quan trọng trong bộ máy, có nhiệm vụ truyền và biến đổi tốc độ để phù hợp với tốc độ hoạt động của các bộ phận khác trong máy.
Máy hàn chủ yếu hoạt động với chuyển động xoay tròn, cho phép điều chỉnh tốc độ và góc quay của điện cực để tạo ra mối hàn ổn định Vì lý do này, nhóm đã quyết định lựa chọn bộ truyền bánh răng trụ thẳng làm phần truyền động cho máy hàn.
Vì những ưu điểm của bộ truyền này:
➢ Có kích thước nhỏ gọn, khả năng truyền lực lớn
➢ Dễ dàng thay thế cũng như lắp đặt trong hệ thống máy móc
➢ Hiệu suất làm việc của bánh răng trụ thẳng cao đặt từ 97% đến 99%
➢ Tỉ số truyền luôn không đổi và kết hợp nhiều bộ bánh răng trụ thẳng tạo ra nhiều tỉ số truyền
Hình 5.11: Cặp bánh răng trụ thẳng
Vật liệu của bánh răng trụ thẳng nhóm chọn là thép C45 vì những ưu điểm sau:
➢ Do có độ bền kéo từ 570-690 Mpa, thép C45 có khả năng chống bào mòn, chống oxy hóa tốt và chịu được tải trọng cao
➢ Tính đàn hồi tốt, khả năng chịu được va đập mạnh của thép C45 cũng được thể hiện bởi độ bền kéo và giới hạn chảy cao
➢ Vật liệu dễ tìm kiếm trên thị trường, giá thành cũng vừa phải
Bảng 5.1: Thông số bánh răng
Khoảng cách trục aw = 60 mm
Chiều rộng vành răng bw1 = 10 mm bw2 = 10 mm
Hệ số dịch chỉnh x1 = 0 x2 = 0 Đường kính vòng chia d1 = 40 mm d2 = 80 mm Đường kính đỉnh răng da1 = 42 mm da2 = 82 mm Đường kính đáy răng df1 = 38 mm df2 = 78 mm
- Momen xoắn trên trục chính:
- Lực vòng và lực hướng tâm của bánh răng lớn:
- Chọn hiệu suất bánh răng
Thiết kế hệ thống điện
Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành các thành phần cơ khí của máy hàn và động cơ bước Nó cung cấp năng lượng cần thiết cho các thiết bị như động cơ bước, PLC và máy hàn TIG hoạt động hiệu quả.
Máy cần đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng của người dùng từ cơ bản đến nâng cao, đồng thời phải linh hoạt điều chỉnh tốc độ và góc quay để phù hợp với các môi trường làm việc khác nhau.
Như vậy tối thiểu phải đáp ứng được các nhu cầu sau:
➢ Giao diện gọn gàng, thao tác dễ dàng
➢ Điều chỉnh được tốc độ hàn, cường độ dòng điện, vận tốc hàn
➢ Có thể cải tiến thêm
Hình 5.47: Sơ đồ khối hệ thống điện
5.2.2 Các phần tử trong hệ thống điện
Nguồn xung là bộ nguồn chuyển đổi điện xoay chiều sang điện một chiều thông qua chế độ dao động xung, sử dụng mạch điện tử kết hợp với biến áp xung.
Bảng 5.5: Thông số nguồn tổ ong 24V-5A Điện áp vào AC 110V - 220V 50/60hz Điện áp ra DC 5V-12V-24V
Kí hiệu trên nguồn tổ ông 24V-5A:
➢ FG: Đầu dây nối đất
Nút nhấn là thiết bị điều khiển từ xa, được sử dụng để mở hoặc tắt các thiết bị điện và máy móc Nó bao gồm hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường hở và thường đóng, cùng với vỏ bảo vệ Khi nhấn nút, các tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái, và khi không còn tác động, chúng sẽ quay về trạng thái ban đầu.
PLC (Bộ điều khiển logic khả trình) là một thành phần thiết yếu trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, có khả năng ảnh hưởng mạnh mẽ đến tương lai của tự động hóa trong ngành công nghiệp.
Hình 5.49: PLC Mitsubishi FX3U 14MT
Thông số kỹ thuật PLC Mitsubishi FX3U 14MT:
Bảng 5.6: Thông số PLC Mitsubishi FX3U 14MT
Ngõ vào/ra 8 vào / 6 ra
Phát xung 100KHz (khuyến cáo 40KHz)
Kích thước (Dài*Rộng*Cao) 107x120x43 mm
Phần mềm lập trình GX Developer – GX-Work 2
Cổng lập trình DP9/RS232 tốc độ 38.4kbs
Khả năng bảo vệ Chống ăn mòn – chống ẩm – chống tĩnh điện
Bộ đếm tốc độ cao Bộ đếm 6 kênh mặc định 8k (Đếm 1 chiều hoặc 2 chiều)
Hình 5.50: Sơ đồ kết nối của bộ lập trình PLC FX3U 14MT
❖ Driver động cơ bước Đây là thiết bị cấp xung cho động cơ hoạt động, ứng với từng loại động cơ sẽ có loại driver tương ứng
Driver TB6600 là một mạch điều khiển động cơ bước chuyên nghiệp, dễ sử dụng, với khả năng cung cấp dòng điện lên đến 4.2A và điện áp từ 5V đến 24V, phù hợp cho hầu hết các loại motor bước 2 pha.
Driver điều khiển xung nhỏ gọn và nhẹ giúp tiết kiệm không gian tủ điện, đồng thời có giá thành hợp lý Sản phẩm này hỗ trợ điều khiển nhiều loại step motor và được ưu tiên lựa chọn nhờ tính năng tích hợp đầy đủ các chế độ bảo vệ, cùng với đèn tín hiệu cảnh báo, giúp người sử dụng dễ dàng nhận biết lỗi.
Hình 5.51: Driver động cơ bước TB6600
Thông số của Driver TB6600:
Bảng 5.7: Thông số Driver TB6600
Cường độ dòng điện tối đa
Cài đặt và kết nối:
➢ DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40 VDC
➢ DC- : Điện áp (-) âm của nguồn
➢ A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước
➢ B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
➢ PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ
➢ PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-)
➢ DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều
➢ DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-)
➢ ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa
Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung
Cài đặt cường độ dòng điện cho động cơ bước trên Driver:
Bảng 5.8: Cường độ dòng điện trên Driver
Vì ta dùng động cơ bước NEMA 17 có cường độ định mức là 1.5A nên chúng ta cần cài đặt Driver là S4 (on), S5(on),S6 (off)
Cài đặt chế độ vi bước cho động cơ bước trên Driver:
Bảng 5.9: Chế độ vi bước trên Driver
Để cài đặt vi bước cho động cơ bước, nhằm đảm bảo hoạt động êm ái và trơn tru, tránh sai bước quay, chúng ta chọn vi bước 1/16, tương ứng với 3200 xung cho mỗi vòng quay Để động cơ thực hiện 2 vòng, cần cung cấp 6400 xung Do đó, cài đặt Driver cần thiết là S1 (off), S2 (off), S3 (on).
Relay trung gian về cơ bản là một thiết bị relay điện từ với kích thước nhỏ
Relay trung gian có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển tiếp mạch điện cho các thiết bị khác.
Hình 5.53: Sơ đồ mạch điện
4.2.4 Nguyên lý hoạt động của mạch điểu khiển
Hình 5.54: Sơ đồ nguyên lý mạch điện
Nguyên lý mạch điều khiển:
➢ Đèn màu vàng sáng biểu hiện đã sẵn sàng
➢ Động cơ bước M1 bắt đầu được cấp xung để hoạt động để xoay được 2 vòng
Timer T3 bắt đầu đếm sau 0.3 giây, cung cấp điện cho rơ le K1 để khởi động máy hàn TIG Sau 0.8 giây, Timer T4 sẽ ngắt T3 và cũng tắt T4, sau đó T3 sẽ bắt đầu đếm lại Quá trình này chủ yếu nhằm cung cấp xung cho máy hàn TIG, với chu kỳ hoạt động là 0.8 giây và thời gian nghỉ là 0.3 giây.
➢ Sau thì động cơ được cấp xung hết thì dừng, đèn vàng bật và máy ngừng hàn
➢ Nút Stop để dừng khẩn cấp
5.2.5 Lập trình chương trình cho PLC
Chương trình điều khiển máy trên PLC Mitsubishi FX3U thực hiện trên GX WORKS2
Hình 5.55: Chương trình điều khiển trên GX WORKS2
Lệnh cấp xung điều khiển động cơ bước: lệnh PLSY
➢ S1 là tần số phát xung (có thể hiểu đây là tốc độ của động cơ bước) Hz Cho phép cài đặt: 1 đến 32,767 (Hz)
➢ S2 là số xung được phát ra Cho phép cài đặt: 1 đến 32,767 (Hz)
➢ D là ngõ ra của xung (ở đây ta chọn Y00 là ngõ ra)
Cần hoàn tất việc thực thi lệnh M8029, vốn được sử dụng cho lệnh PLSY và có thể áp dụng cho các lệnh khác Khi lệnh M8029 được kích hoạt, nó sẽ phát số xung xác định Điều này đảm bảo rằng khi động cơ ngừng quay, chương trình sẽ tự động tắt.
Thiết kế phôi hàn
Để máy hoạt động hiệu quả, việc gia công và lắp ráp chính xác các bộ phận bên trong là cần thiết, nhưng việc chuẩn bị phôi cho máy cũng đóng vai trò quan trọng không kém.
Ta có khoảng cách từ tâm bánh răng lớn đến tâm điện cực là 34mm do đó ta sẽ chọn ống có đường kính là 34 mm
Hình 5.56: Khoảng cách từ tâm điện cực đến tâm bánh răng
Nhóm quyết định chọn phôi là ống phi 34, inox 201, dày 2 mm Lí do nhóm chọn vật liệu này là vì:
➢ Inox ít bị ăn mòn, kháng hóa chất nên hạn chế được hiện tượng bị gỉ sắt
➢ Tính hàn cao, với khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phần tử khi nung nóng chỗ hàn đến trạng thái chảy
➢ Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn, tức là có khả năng thay đổi hình dáng, kích thước ở nhiệt độ bình thường do đó dễ mài dũa phôi
Hình 5.57: Ống inox trang trí
Ta dùng phôi ống là chất liệu inox 201 nên ta củng sử dụng phôi inox 201 dạng tấm có độ dày 3mm cho mặt phẳng hàn
Để tạo ra một bộ phôi inox với hai mối ghép hàn cố định, nhóm cần định vị một cách đơn giản nhưng vẫn đảm bảo độ cứng cáp và ổn định Sau thời gian thử nghiệm nhiều phương án, nhóm đã đưa ra được phương án cuối cùng.
Sử dụng hai tấm inox khoét lỗ vừa với ống, cố định bằng bulong đầu lục giác và đai ốc M6, sau đó gắn các ống đã cắt ngắn qua lỗ ở cả hai tấm để tạo thành một bộ phôi hoàn chỉnh.
Thiết kế này giúp máy định vị ngang một cách thuận lợi, với cơ cấu cứng vững, đồng thời cho phép hàn cả hai mặt phôi một cách tiết kiệm.
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
Gia công các chi tiết máy
Sau khi hoàn tất quá trình tính toán và thiết kế, chúng ta chuyển sang giai đoạn gia công Ngoài việc mua các chi tiết từ thị trường, những chi tiết còn lại sẽ cần được gia công trực tiếp Mỗi loại chi tiết có những yêu cầu và phương pháp gia công riêng biệt Hãy cùng tìm hiểu quy trình gia công các chi tiết này.
6.1.1 Quá trình gia công các chi tiết máy
Phay CNC là một phương pháp gia công cắt gọt chính xác trên phôi nguyên liệu thô, sử dụng máy phay CNC tự động điều khiển qua lệnh lập trình từ máy tính Trong quá trình gia công, phôi được kẹp chặt vào đồ gá trên bàn máy, trong khi trục chính với dao cắt di chuyển để loại bỏ vật liệu thừa, tạo ra sản phẩm với hình dạng và kích thước như mong muốn.
Phương pháp này được nhóm áp dụng để gia công các chi tiết gối độn trong cụm trục chính
Phương pháp tiện là một hình thức gia công kỹ thuật cơ khí quan trọng, được sử dụng để chế tạo các chi tiết phục vụ lắp ráp máy móc trong ngành cơ khí Hiện nay, phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các công xưởng cơ khí, hỗ trợ hiệu quả cho quá trình sản xuất, giúp sản phẩm đạt độ chính xác cao và giảm thiểu sai sót.
Trước đây, gia công tiện chủ yếu sử dụng máy tiện cơ với sự điều khiển của con người Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ tự động hóa đã mang đến máy tiện CNC với hệ thống điều khiển tự động, giúp quá trình gia công trở nên nhanh chóng và chính xác hơn Công nghệ này cho phép tạo ra các chi tiết sản phẩm phức tạp trong thời gian ngắn.
Phương pháp tiện là kỹ thuật gia công chính của máy, được ứng dụng rộng rãi để chế tạo nhiều chi tiết hình trụ tròn như trục cách điện (cụm động cơ), các trục nối (cụm siết), lông đền côn, chi tiết định vị, trục ngoài, trục trong, chụp khí Argon (cụm nắp hộp), trục tiếp điểm và trục trong tiếp điểm (cụm tiếp điểm).
Cắt laser là một phương pháp gia công kim loại hiện đại, nổi bật hơn so với các kỹ thuật truyền thống như phay, tiện hay bào Nguyên lý hoạt động của cắt laser dựa trên việc sử dụng chùm tia laser tập trung tại một điểm, tạo ra nhiệt và bước sóng để cắt và khắc các tấm kim loại, từ đó tạo ra các chi tiết và hình dạng sản phẩm mong muốn Phương pháp này không chỉ nhanh chóng mà còn đảm bảo độ chính xác cao, tiết kiệm thời gian và đáp ứng đúng yêu cầu của khách hàng So với các phương pháp gia công thông thường, cắt laser mang lại độ chính xác đến từng chi tiết và đảm bảo tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Cắt laser là phương pháp được nhóm sử dụng để gia công các chi tiết quan trọng như thân cần gạt (Cụm siết), lông đền (Cụm trục chính), gối đỡ tiếp điểm (Cụm tiếp điểm) và cụm vỏ hộp.
Khoan là phương pháp cơ bản để tạo lỗ từ phôi đặc, với khả năng tạo lỗ có đường kính từ φ = 0,1 đến 80 mm, trong đó phổ biến nhất là gia công lỗ có đường kính φ ≤ 35 mm Quá trình khoan thường được thực hiện trên các loại máy khoan như máy khoan đứng, máy khoan cần và máy khoan tổ hợp, nhưng cũng có thể thực hiện trên các máy khác như máy tiện, máy phay, máy doa và các trung tâm gia công.
Gia công ren bằng taro chủ yếu được sử dụng để chế tạo ren lỗ tiêu chuẩn, đặc biệt là các loại ren có đường kính trung bình Phương pháp này có khả năng gia công các loại ren như ren trụ, ren côn, ren hệ mét và ren hệ anh.
Phương pháp này thường được áp dụng trong các nguyên công gia công lỗ cho các chi tiết máy, chẳng hạn như khoan lỗ bắt bulong trên chụp khí của cụm nắp hộp hoặc taro ren trên bánh răng lớn.
Trong quá trình gia công, nhóm cần sử dụng một số máy móc cơ khí thông dụng để hoàn thành các nguyên công đơn giản.
Hình 6.3: Máy khoan cầm tay, máy cắt và máy khoan bàn
6.1.2 Các chi tiết sau khi gia công
Hình 6.6: Chi tiết sau khi cắt laser
Hình 6.7: Trục ngoài và trục trong
Hình 6.8: Chụp khí Argon và Ống tăng cứng
Hình 6.9: Các chi tiết của cụm tiếp điểm
Hình 6.10: Các chi tiết làm từ nhựa POM.
Lắp ráp các chi tiết máy
Máy hàn ống kết hợp với mặt phẳng giao nhau tại thân ống của nhóm được tổ chức thành cụm, bao gồm tủ điện và một số chi tiết phụ để lắp ghép lại với nhau.
Quy trình lắp ráp của máy thực hiện qua các bước:
76 Đầu cót là bộ phận dẫn điện nên ở đây ta cần cố định chặt do đó ta dùng đai ốc để cố định
Trục tiếp điểm là bộ phận tiếp điểm để truyền điện nên cần phải canh lực lò xo nén lên trục một cách vừa phải
Chụp khí Argon là bộ phận định vị cho quá trình hàn nên cần lắp cố định bằng phương pháp siết bulong
Cụm nắp hộp cần được lắp đặt kín để tạo ra không gian làm việc hiệu quả trong quá trình hàn, giúp ngăn chặn khoảng hở và giảm thiểu lãng phí khí hàn.
❖ Lắp cụm khung-vỏ hộp
Vỏ hộp đóng vai trò quan trọng trong việc lắp ráp các cụm lại với nhau, vì vậy cần lắp vỏ hộp vuông góc để đảm bảo các cụm hoạt động trơn tru và hiệu quả.
Vỏ hộp được thiết kế bằng khung nhôm định hình khớp với nhau bằng đai ốc M5
Cụm động cơ là bộ phận truyền động của máy hàn và cần quay ổn đinh
Ta sử dụng phương pháp nối trục vì thế cần siết chặt ốc vít để tăng tính ổn định
Cụm siết là thành phần thiết yếu trong quá trình định vị, có chức năng tạo ra lực kéo Việc điều chỉnh đai ốc một cách hợp lý là cần thiết để đảm bảo lực kéo đạt yêu cầu và hoạt động trơn tru.
Cụm trục chính là bộ phận quan trọng nhất trong máy hàn, vì vậy việc lắp đồng trục là cần thiết để giảm thiểu khoảng hở giữa các chi tiết Điều này giúp đảm bảo đầu kim hàn không bị lệch tâm trong quá trình làm việc.
Tấm chịu mòn nhiệm vụ dùng để làm điểm tựa cho cụm siết nên ta lắp với vỏ hộp bằng bulong M3 và đai ốc M3
Hình 6.19: Tủ điện điều khiển
❖ Lắp tay nắm Để thuận tiện trong quá trình cầm nắm và di chuyển cần lắp thêm tay nắm
Hình 6.20: Lắp tay nắm vào vỏ hộp
❖ Bản vẽ phân rã của máy hàn
Hình 6.21: Bản vẽ phân rã của máy hàn
❖ Kết quả sau khi lắp hoàn chỉnh
Hình 6.22: Máy hàn ống và mặt phẳng hoàn chỉnh
Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh máy, tiến hành kiểm tra máy theo trình tự sau:
⮚ Kiểm tra các vị trí thiếu bulong và bổ sung
⮚ Kiểm tra các đường dây điện
⮚ Kiểm tra các vị trí trên máy có xuất hiện khoảng hở nào không
Kết quả đạt được
6.3.1 Mô hình chung và các bước vận hành
Mô hình của máy gồm:
➢ Máy hàn ống và mặt phẳng
➢ Nguồn hàn ( máy hàn TIG)
Các thành phần được liên kết với nhau như hình dưới :
Các bước vận hành gồm 4 bước:
Bước 1: Kết nối máy hàn với nguồn hàn và tủ điện
Bước 2: Tiến hành gắn máy hàn vào phôi hàn bằng cơ cấu định vị
Bước 3: Bật nguồn hàn và tủ điện
Bước 4: Sau khi kết thúc chương trình, tắt nguồn hàn và tiến hành đưa máy hàn ra khỏi phôi hàn
Hình 6.24: Các bước vận hành
Chuẩn bị máy hàn với khí Argon
Máy hàn TIG mà nhóm sử dụng trong đề tài này là máy hàn LIN COLNZONTER TIG-
200 W120 bao gồm cả hàn TIG và hàn que
Hình 6.25: Máy hàn LIN COLNZONTER TIG-200 W120
Nhóm sử dụng khí bảo vệ là khí Argon được trữ trong các bình khí Argon có dung tích 40 lít
Nhóm đã áp dụng phương pháp cắt laser để chế tạo hai tấm phôi inox 201 dày 3 mm với hình dạng chữ nhật, đồng thời khoét các lỗ có đường kính 34 mm và 10.5 mm nhằm lắp đặt các phôi ống và bulong M10.
Hình 6.27 : Bản vẽ phôi tấm
Hình 6.28: Các tấm phôi inox
Nhóm đã cắt nhỏ các phôi ống ∅33.5, inox 201, dày 2 mm thành từng đoạn nhỏ có chiều dài 240 mm
Ta tiến hành lắp ráp theo các bước sau:
➢ Lắp hai tấm inox lại với nhau bằng các bulong và đai ốc M10 để cho cứng vững và vuông góc với mặt đất
➢ Sau đó ta sẽ gá hết các phôi ống lên cả hai tấm inox
➢ Cuối cùng ta sẽ tâng giảm khoảng cách hai tấm inox để cho mặt đầu của ống và tấm inox là bằng nhau
Hình 6.31: Bộ phôi hoàn chỉnh
Lựa chọn các thông số hàn
Tốc độ hàn là yếu tố quan trọng, phản ánh tốc độ di chuyển của điện cực, và nó phụ thuộc vào tốc độ điền đầy vũng chảy cũng như bề dày của chi tiết hàn Thông thường, tốc độ hàn dao động trong khoảng từ 100 đến 250 mm/phút.
Chiều dài hồ quang là khoảng cách từ mũi điện cực đến bề mặt vũng chảy, thường phụ thuộc vào cường độ hàn và sự ổn định hồ quang Độ chính tâm của điện cực trong mỏ phun cũng ảnh hưởng đến thông số này Trong quá trình hàn, việc giữ chiều dài hồ quang không đổi là rất quan trọng Nếu chiều dài hồ quang quá lớn, vùng hồ quang sẽ trải rộng và công suất nhiệt sẽ tăng lên.
86 lên đáng kể (do đặc tính dốc đứng của thiết bị) còn nếu nhỏ quá, điện cực dễ bị dính và độ ngấu tăng lên
Qui tắc là khi hàn ta chọn chiều dài hồ quang cỡ 0,5 ÷ 3 mm:
➢ Khi hàn tôn mỏng dưới 1mm thì Lh = 0,025 inch (khoảng 0,6 mm) do vậy không dùng que đắp
Khi thực hiện hàn tôn dày (nhỏ hơn 4 mm) hoặc hàn ngấu, chiều dài hồ quang nên được sử dụng là khoảng 2 mm, tương đương với Lh = 0,082 inch Điều này đặc biệt phù hợp cho việc hàn giữa tấm inox dày 3 mm và ống dày 1,5 mm.
Cường độ dòng điện hàn phụ thuộc vào loại vật liệu, bề dày chi tiết hàn, tốc độ hàn và thành phần khí bảo vệ Thực nghiệm cho thấy cường độ hàn tối ưu là 1A cho mỗi 0,0001 inch bề dày (khoảng 40A/mm) với tốc độ hàn 250 mm/phút Tuy nhiên, trong hàn thủ công, việc duy trì tốc độ này thường gặp khó khăn; do đó, khi giảm tốc độ hàn, cần điều chỉnh giảm cường độ dòng điện tương ứng.
Vận tốc hàn trong khoảng từ 𝑉 = 100 ÷ 250 𝑚𝑚
Cường độ dòng điện hàn: 𝐴 = 40 × 100 ÷250
➢ Chiều dày tấm phôi 3 mm thì 𝐴 = (16 ÷ 40) × 3 = 48 ÷ 120 𝐴
➢ Chiều dày phôi ống 2 mm thì A= (16 ÷ 40) × 2 = 34 ÷ 80 𝐴
Bảng 6.1: Thông số tham khảo khi hàn trên vật liệu inox
(mm) 1.6 2.4 3.2 4.8 6.4 12.7 Đường kính điện cực(mm)
Dòng điện hàn(A) 80÷120 100÷160 120÷200 150÷250 200÷350 225÷375 Điện áp hàn(V) 12 12 12 12 12 12 Đường kính dây hàn(mm)
250 250 250 200 200 200 Đường kính mỏ phun(mm)
Lưu lượng khí bảo vệ min(l)
Chọn điện cực hàn có đường kính là 2,4 mm, có mã màu là EWTh-2 (chuôi màu đỏ)
6.3.3 Kết quả hàn ống và mặt phẳng giao nhau tại thân ống
Sau quá trình gia công, lắp đặt và chuẩn bị các thiết bị cần thiết chúng ta sẽ bắt đầu vào quá trình thực nghiệm thực tế
Bảng 6.2: Kết quả hàn khi thay đổi dòng điện hàn
Chiều dài hồ quang (mm)
Xung hàn Tốc độ hàn Kết quả
Số xung phát (xung /vòng)
Tần số phát xung (xung /s)
Thông qua quá trình thực hiện ĐATN, nhóm đã hoàn thành các yêu cầu đề ra và tổng hợp trong báo cáo này theo đúng định dạng, đảm bảo đầy đủ cả hình thức lẫn nội dung Báo cáo bao gồm tính cấp thiết, mục tiêu, nhiệm vụ và tổng quan của đề tài Nhìn chung, nội dung ĐATN đã hoàn thành các vấn đề chính.
➢ Ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội được thể hiện trong việc tính toán, thiết kế mô hình
➢ Thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá được thể hiện trong việc tìm kiếm, tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài
Vấn đề thiết kế và chế tạo hệ thống, thành phần, hoặc quy trình cần đáp ứng yêu cầu đề ra, đồng thời phải tuân thủ các ràng buộc thực tế Điều này thể hiện qua việc các kết quả thí nghiệm có khả năng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu ban đầu của đề tài.
➢ Khả năng cải tiến và phát triển được thể hiện trong việc phát triển mô hình dựa trên các sản phẩm đã có mặt trên thị trường
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật và phần mềm chuyên ngành, như SolidWorks và AutoCAD, là rất quan trọng trong việc thiết kế mô hình hiệu quả.
Sau quá trình thực hiện đề tài này, các kết quả đạt được có thể ứng dụng trong việc hàn quỹ đạo cho ống và mặt phẳng giao tại thân ống.
Cuối cùng, quá trình thực hiện đề tài đã đạt được các sản phẩm cụ thể như sau:
➢ Mô hình thực tế (vật liệu; thiết bị, máy móc; dây chuyền công nghệ )
Giáo trình công nghệ hàn của Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh và Võ Văn Phong là tài liệu thiết yếu dành cho các trường đào tạo hệ trung học chuyên nghiệp tại Việt Nam, được xuất bản bởi Nhà Xuất Bản Giáo Dục.
[2] Ngô Kiên Dương, Phạm Xuân Hồng, Phạm Huy Hoàng, Nguyễn Thị Vân Anh (2012),
“ Giáo Trình Hàn TIG Cơ Bản”, Trường Cao Đẳng Nghề Công Nghiệp Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam
[3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2002), “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí”, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam
[4] Phan Minh Thanh, Hồ Viết Bình, “Giáo trình công nghệ chế tạo máy”, Nhà xuất bản ĐHQG, TPHCM, Việt Nam
[5] Nguyễn Hữu Lộc,” Cơ sở thiết kế máy”, Nhà xuất bản ĐHQG.TPHCM
[6] Hoàng Tùng, Nguyên Thúc Hà, Chu Văn Khang, Ngô Lê Thông (1993), “Cẩm Nang Hàn”, Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội
[7] Trần Quốc Hùng, “Giáo Trình Dung Sai - Kỹ Thuật Đo”, Nhà Xuất Bản ĐHQG, TPHCM, Việt Nam
[8] Lê Quang Minh, Nguyễn Văn Vượng, “ Sức bền vật liệu”, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, Việt Nam
[9] Nguyễn Tác Ánh (2004), “ Giáo Trình Công Nghệ Kim Loại”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, Việt Nam
[10] Linh kiện Văn Thái (2022) Tìm hiểu về cơ chế truyền động bánh răng, 5/7/2023, từ https://linhkienvanthai.com/tim-hieu-ve-co-che-truyen-dong-banh-rang/
Động cơ bước (Step Motor) là một loại động cơ điện quan trọng, thường được sử dụng trong các ứng dụng cần điều khiển chính xác vị trí và tốc độ Với khả năng chia nhỏ chuyển động thành các bước nhỏ, động cơ bước cho phép điều khiển chính xác hơn so với động cơ DC thông thường Chúng thường được áp dụng trong robot, máy in 3D và các thiết bị tự động hóa khác Việc hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất trong các dự án công nghệ.
Công ty TNHH Tự Động Hóa Toàn Cầu cung cấp hướng dẫn lập trình PLC Mitsubishi để phát xung điều khiển Servo Bài viết được cập nhật vào ngày 5 tháng 7 năm 2023 và có sẵn tại trang web https://www.plcmitsubishi.com/huong-dan-lap-trinh-plc-mitsubishi-phat-xung-dieu-khien-servo.html.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo rô bốt hàn ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô đã được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quy trình sản xuất Rô bốt hàn này không chỉ giúp giảm thiểu thời gian sản xuất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm Việc áp dụng công nghệ rô bốt trong hàn ô tô đang trở thành xu hướng quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam.
[14] Manuals Directory Mica specifications – Meyer Sound MICA User Manual ,
5/7/2022,https://www.manualsdir.com/manuals/125543/meyersoundmica.html?page=4&origin al=1
[15] Doddi Abhinay Kumar, Boddu Varshini, Rao Harshita(2019)-‘‘Technology
Development In Welding”- Orbital Welding, Research scholar, Department of Power
Engineering, GMR Institute of Technology, Andhra Pradesh, India