Xác định chế độ công nghệ hàn hợp lý khi dùng máy hàn MIG MAG TTC500 để thực hiện hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc khi hàn thép CT3 với c

Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài * Hàn MIG-MAG Là quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy, xung quanh cột hồ quang và kim loại lỏng được bảo vệ bằng môi trư

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Mở đầu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

* Hàn MIG-MAG

Là quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy, xung quanh cột

hồ quang và kim loại lỏng được bảo vệ bằng môi trường khí trơ hoặc môitrường khí hoạt tính; Hàn MIG-MAG tuy có tên gọi khác nhau nhưng cùngchung một thiết bị

+ Hàn MIG là quá trình thực hiện hàn trong môi trường khí trơ (Ar,

He hoặc hỗn hợp Ar + He), được ứng dụng để hàn kim loại màu hoặc thépkhông rỉ;

+ Hàn MAG là quá trình thực hiện hàn trong môi trường khí hoạt tính(CO2; CO2+ O2;CO2 + Ar), được ứng dụng để hàn kim loại đen, chủ yếu làhàn các kết cấu thép trong nhà xưởng, trong ngành công nghệ ô tô

- Như đã biết thiết bị và công nghệ hàn MIG-MAG không nhữngđược ứng dụng nhiều để thực hiện hàn kết cấu thép ở trong nước, mà hiệnnay đang được ứng dụng nhiều để hàn ở một số nước có nền công nghiệpphát triển như: Mĩ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc , với sự nghiên cứurất đầy đủ về tính công nghệ để thực hiện hàn được nhiều loại vật liệu cóchiều dày rất đa dạng

* Hàn tự động dưới lớp thuốc

- Hàn tự động dưới lớp thuốc chủ yếu áp dụng hàn với điện cực nóngchảy (dây hàn) là quá trình hàn hồ quang kín, trong đó hồ quang cháy giữađầu dây của điện cực và vật hàn, vùng kim loại nóng chảy được bảo vệ khỏi

sự xâm nhập của không khí như ô xy, ni tơ, nhờ một lớp vật liệu hạt (thuốchàn) bảo vệ

Nguyên lý hàn: Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn

và một phần thuốc hàn sát với hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn,dây hàn được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu đặc biệt với tốc độ phù hợpvới tốc độ cháy của nó để luôn duy trì chiều dài hồ quang một khoảng cách

nhất định Theo độ dịch chuyển của nguồn nhiệt (hồ quang) mà kim loại vũnghàn nguội và kết tinh tạo thành mối hàn

- Khi sử dụng thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc người tiêu dùngtrong nước thường sử dụng thiết bị của một số nước sau: Nhật Bản, HànQuốc, Trung Quốc , những thiết bị này thường rất cồng kềnh và chỉ có tínhnăng hàn kết cấu theo đường thẳng là chủ yếu Việc sử dụng thiết bị và côngnghệ hàn đường thẳng đã được nghiên cứu tương đối đầy đủ và hoàn chỉnh ởtrong nước cũng như trên thế giới

1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài

- Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vĩnh Phúc nằm trên địa bànthành phố Vĩnh Yên tỉnh Vĩnh Phúc Trên địa bàn tỉnh có khoảng 20 Khucông nghiệp: Khu công nghiệp Kim Hoa, Khu công nghiệp Phúc Yên, Khu công nghiệp Bình Xuyên, Khu công nghiệp Bá Thiện, Khu công nghiệp Khai Quang…) Hàng năm Nhà trường có nhận gia công chi tiết dạng ống

với sản lượng lớn khoảng 9 đến 10 nghìn sản phẩm/năm Sản phẩm đa số cầnphải hàn nhiều, thường sử dụng thiết bị hàn hồ quang tay và thiết bị hànMIG-MAG là chủ yếu;

- Việc sử dụng máy hàn MIC-MAG để để thực hiện hàn có nhữngkhó khăn sau: quá trình hàn không ổn định, hình dạng mối hàn không đồngđều và năng suất không cao Khi hàn chi tiết ống nói trên với sản lượng lớnvà lại hàn bằng tay thì quá trình hàn không ổn định, hình dạng mối hàn khôngđồng đều Để có chất lượng mối hàn tốt cần phải có những người thợ taynghề cao mới đảm nhiệm được chất lượng, nhưng năng suất hàn còn thấp, rấtkhó khăn trong thực hiện

- Để hàn chi tiết trên, hiện tại chúng tôi đang sử dụng máy hàn MAG TTC500 và phải hàn bằng tay do vậy có rất nhiều hạn chế về chấtlượng cũng như năng suất lao động;

MIG Máy hàn MIGMIG MAG là máy hàn theo từng điểm Do vậy, khi sửdụng để thực hiện hàn đường thì phải điều khiển bằng tay Việc điều khiển

bằng tay vừa khó khăn, nặng nhọc, chất lượng mối hàn không cao, năng xuấtthấp.

- Ngoài ra, việc chọn chế độ hàn cho máy chủ yếu là theo kinhnghiệm, do vậy sẽ xảy ra một số ảnh hưởng sau:

+ Chất lượng mối hàn kém, khó đạt được theo yêu cầu về sản phẩm;+ Năng suất tương đối thấp so với một số phương pháp hàn tự động;+ Tính kinh tế không cao

Vậy căn cứ vào điều kiện thiết bị của Nhà trường và tính chất củacông việc thì tôi có những đề xuất cần thực hiện như sau:

+ Cải tiến thiết bị hàn MIG-MAG TTC500 thành thiết bị hàn tự độngdưới lớp thuốc;

+ Xác định chế độ hàn hợp lý cho thiết bị mới được cải tiến để thựchiện hàn hồ quang dưới lớp thuốc khi hàn vật liệu thép CT3 với chi tiết dạngống

Trên cơ sở đó tôi có đề suất thực hiện đề tài:

“Xác định chế độ công nghệ hàn hợp lý khi dùng máy hàn MIG-MAG TTC500 để thực hiện hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc khi hàn thép CT3 với chi tiết dạng ống ”

1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Cải tiến thiết bị hàn MIG-MAG TTC500 thành thiết bị hàn tự độngdưới lớp thuốc (kết cấu lại một số khâu để con người không phải trực tiếpthực hiện quá trình hàn);

- Xác định chế độ hàn hợp lý để thực hiện hàn hồ quang tự động dướilớp thuốc khi hàn vật liệu thép CT3 với chi tiết dạng ống có chiều dày 8mmđể đảm bảo chất lượng hàn tốt và năng xuất hàn cao

+ Chọn dòng điện hàn tối ưu;

+ Chọn điện áp hàn tối ưu;

+ Tính toán và chọn tốc độ hàn;

1.1.4 Phương pháp và phương pháp luận

Sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng, nghiên cứu thựcnghiệm

1.1.5 Nội dung nghiên cứu

- Thiết kế và kết cấu lại máy hàn MIC-MAG TTC500 để thực hiện

hàn tự động mối hàn đường;

- Xác định thông số công nghệ hợp lý để nâng cao chất lượng mốihàn và năng xuất hàn bằng phương pháp thực nghiệm

1.1.6 Phạm vi nghiên cứu

- Giới hạn nghiên cứu là thiết bị hàn MIC-MAG …

- Chi tiết hàn là chi tiết dạng ống theo hình 1-1, vật liệu CT3

§uêng hµn

Hình 1-1 Chi tiết hàn dạng ống

1.2 Lý thuyết cơ bản về công nghệ hàn

1.2.1 Sự tạo thành mối hàn

1.2.2 Tổ chức kim loại của mối hàn

1.2.3 Đặc điểm và phân loại hàn

1.2.4 Ứng suất và biến dạng khi hàn

1.3 Khái niện chung về hàn MIG-MAG

- Hàn MIG-MAG là quá trình hàn hồ quang bằng điện cực nóngchảy, xung quanh cột hồ quang và kim loại lỏng được bảo vệ bằng môitrường khí trơ hoặc môi trường khí hoạt tính; Hàn MIG-MAG tuy có tên gọikhác nhau nhưng cùng chung một thiết bị

+ Hàn MIG là quá trình thực hiện hàn trong môi trường khí trơ (Ar,

He hoặc hỗn hợp Ar + He), được ứng dụng để hàn kim loại màu hoặc thépkhông rỉ;

+ Hàn MAG là quá trình thực hiện hàn trong môi trường khí hoạt tính(CO2; CO2+ O2;CO2 + Ar), được ứng dụng để hàn kim loại đen, chủ yếu làhàn các kết cấu thép trong nhà xưởng, trong ngành công nghệ ô tô

Hình 1-13 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG-MAG

Ưu điểm:

+ CO2 là loại khí dễ kiếm, dễ sản xuất giá thành không cao;

+ Năng suất hàn cao gấp 2.5 lần so với hàn hồ quang tay (hàn que)+ Dễ quan sát vị trí của điện cực hàn;

+ Có thể hàn các chi tiết có chiều dày, mỏng khác nhau và hàn mọi vịtrí trong không gian

Nhược điểm:

+ Thiết bị đắt, khí bảo vệ có thể bị gió làm ảnh hưởng;

+ Kim loại bắn toé nhiều trên bề mặt mối hàn, với lý do này mà hàntrong môi trường khí bảo vệ CO2 khó cạnh tranh được với hàn dưới lớp thuốcbảo vệ;

+ Để có chất lượng mối hàn tốt đòi hỏi người thợ có tay nghề cao;+ Bị gió thổi bạt ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn;

+ Người thợ chịu những ảnh hưởng như: bức xạ nhiệt hồ quang vàmột số khí độc phát sinh khi hàn

1.4 Khái niệm chung về hàn tự động dưới lớp thuốc

Các nguyên công cơ bản của quá trình công nghệ hàn là: gây hồquang, dịch chuyển điện cực dọc theo trục mối hàn để hàn hết chiều dài mốihàn Những nguyên công này khi hàn tự động được thực hiện bằng máy

1.4.1 Nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc

Hình 1-14 Nguyên lý quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc

Nguyên lý của quá trình hàn dưới lớp thuốc được trình bày trên hình 1-4 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc (gọi tắt là hàn dưới lớp thuốc) làmột quá trình hàn hồ quang trong đó một hoặc nhiều hồ quang hình thànhgiữa một hoặc nhiều điện cực (dây hàn) và kim loại cơ bản Một phần lượngnhiệt sinh ra trong hồ quang điện làm nóng chảy điện cực, một phần vào kimloại cơ bản và tạo thành mối hàn Phần nhiệt còn lại nung chảy thuốc hàn, tạothành lớp xỉ và khí bảo vệ hồ quang và kim loại nóng chảy

-1.4.2 Đặc điểm của quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc

Sơ đồ cân bằng nhiệt khi hàn dưới lớp thuốc So với hàn hồ quang tay,

có sự khác biệt đáng kể, một phần nhiệt lượng truyền vào kim loại cơ bản.Một phần thuốc hàn không sử dụng hết sẽ được tái sử dụng thông qua hệthống thu hồi thuốc hàn

1.5 Vật liệu hàn

Với hàn dưới lớp thuốc, vật liệu hàn (bao gồm dây hàn và thuốc hàn)

có ảnh hưởng quyết định đến tính chất kim loại mối hàn Khác với hàn hồ

quang tay, có thể phối hợp thuốc hàn và dây hàn để có được kim loại mối hànvới thành phần hóa học mong muốn.

1.5.1 Nguyên tắc chọn vật liệu hàn hồ quang dưới lớp thuốc

1.5.2 Ảnh hưởng của thuốc hàn đến kim loại mối hàn

1.6.1 Ảnh hưởng của chế độ hàn

Hình 1-22 Các kích thước đặc trưng của mối hàn

c Ảnh hưởng của tiết diện điện cực

Hình 1-25 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo tiết diện điện cực

d Ảnh hưởng của tốc độ hàn

Khi tiếp tục tăng tốc độ hàn thì lượng nhiệt sinh ra không đủ nung chảycạnh hàn, làm giảm chiều sâu ngấu Với tốc độ hàn rất lớn, sẽ xảy ra hànkhông ngấu hai bên mối hàn và hồ quang không ổn định

1.6.2 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

a Góc nghiêng của dây hàn

1.7.2 Trường hợp hàn giáp mối nhiều lớp, hàn từ 2 phía

Bước 1:

Tính chế độ hàn cho lớp thứ nhất ở phía thứ nhất

Theo đường kính dây hàn đã chọn, tính I theo công thức đã biết sau:

U = 20 + 50.I.10 -3 /d 0,5  1 và  n =k’.(19 – 0,01.I).d.(U/I)

Tìm v = A/I

Xác định h, b, c và H của mối hàn thứ nhất đó (có thể khe đáy a = 0)

Hình 1-30 Kích thước mối hàn giáp mối

Cần thỏa mãn điều kiện:

h + h’ = p + k

F x – là diện tích tiết diện ngang kim loại đắp của toàn bộ các lớp hàn

từ thứ hai trở đi ở phía đó;

F d – là tổng diện tích tiết diện ngang kim loại đắp ở phía đó;

F d1 – là diện tích tiết diện ngang kim loại đắp của lớp thứ nhất.

Do đó số lớp hàn tiếp theo là n = F x / F n

1.8 Chuẩn bị kích thước hàn

Các bước chuẩn bị trước khi hàn bao gồm:

1 Làm sạch bề mặt

2 Gá lắp

1.9 Kỹ thuật hàn

1.9.1 Kỹ thuật bắt đầu gây và kết thúc hồ quang

1.9.2 Kỹ thuật hàn tự động tấm phẳng

1 Hàn giáp mối từ một phía

2 Hàn giáp mối từ hai phía

Nếu chỉ hàn một lớp từ mỗi phía, chiều sâu chảy lớp thứ hai gần bằng2/3 chiều dày tấm

1.9.3 Hàn góc

Hình 1-33 Góc nghiêng điện cực khi hàn mối hàn góc

1.9.4 Các loại khuyết tật mối hàn

Khuyết tật làm giảm chất lượng mối hàn và tăng nguy cơ phá hủy kết cấu hàn trong quá trình vận hành Các khuyết tật có thể là bên ngoài (nhìn thấy bằng mắt thường), hoặc bên trong (có thể phát hiện bằng các phương pháp kiểm tra không phá hủy)

- Cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn đã được hệ thống cụ thể từ đó đưa

ra những khái niệm chung về nguyên lý hàn dưới lớp thuốc trên cơ sở đó đãcải tiến thiết bị hàn MIG-MAG TTC500 hàn trong môi trường khí bảo vệthành thiết bị thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc;

- Với thiết bị đã cải tiến tác giả đã tìm hiểu về vật việu dùng tươngứng dùng cho thiết bị hàn tự động, ngoài ra còn nghiên cứu về kích thướcmối hàn và xác định chế độ hàn

Chương 2 THIẾT BỊ HÀN 2.1 Thiết bị hàn chưa qua cải tiến

Hình 2-1 Hình ảnh thiết bị hàn chưa được cải tiến

Để giải quyết những hạn chế của thiết bị hàn MIG-MAG TTC500được kể trên thì việc cải tiến thiết bị được tiến hành trên cơ sở tìm hiểu về lýthuyết hàn, việc kết cấu thiết bị hàn MIG-MAG TTC500 thành thiết bị hàn tựđộng dưới lớp thuốc thì phải thực hiện phần sau:

- Tạo chuyển động cho mỏ hàn đi theo đường hàn (thực hiện bằngmáy thay cho di chuyển bằng tay);

- Thay đổi môi trường bảo vệ cho mối hàn (Bảo vệ vũng hàn bằngkhí CO2 sang bảo vệ vũng hàn bằng thuốc hàn);

- Kết cấu xe hàn để hàn được liên kết giáp mối và liên kết góc

2.2 Cải tiến thiết bị

2.2.1 Nguồn điện hàn

- Sử dụng nguồn hàn lấy từ máy hàn bán tự động mang nhãn hiệu

Tân Thành -TTC - 500 hình 2-2

Hình 2-2 Hình ảnh nguồn hàn Bảng 2-1 Thông số kĩ thuật nguồn hàn

Chi tiết chức năng - Ứng dụng rộng rãi cho các ngành

đóng tàu, xây dựng nồi hơi và kết cấu thép

Đường kính dây hàn (mm) 1.21.6

2.2.2 Xe hàn

- Xe có 2 bánh truyền động phía sau, 2 bánh bị động phía trước và

động cơ đẩy một chiều có hộp giảm tốc Tốc độ xe được đặt bằng tay từ 0,2

÷1,0 m/phút (điều chỉnh điện từ) Hướng đi của xe được đặt trước bằng côngtắc

Hình 2-3 Sơ đồ nguyên lý xe hàn

1 xe tự hành; 2 trụ đứng; 3 tay ngang; 4 bảng điều khiển; 5 hộp chứa cuộn dây hàn; 6 động cơ cấp dây hàn; 7 các con lăn đẩy dây; 8 giá đỡ ống tiếp xúc; 9 đầu dẫn hướng;

10 hộp chứa thuốc hàn.

* Theo sơ đồ nguyên lý thì việc cải tiến được thực hiện như sau:

a Bộ phận đẩy dây

Bộ phận cấp dây hàn có chức năng cấp dây hàn tới vùng hồ quangthông qua ống tiếp xúc của đầu hàn

Hình 2-4 Bộ phận đẩy dây hàn

Kết cấu bộ phận đẩy dây hàn ra mỏ hàn

Hình 2-5 Ảnh bộ phận đẩy dây hàn

Bánh vận chuyển dây sẽ được tải thông qua động cơ đẩy dây Bánhvận chuyển dây có bánh hình nêm hoặc tròn, đường kính điện cực dây phảivừa khít với rãnh của bánh đó Tốc độ vận chuyển dây có thể được điều chỉnh

từ 1.5 đến 20 m/phút thông qua tốc độ quay của Motor vận chuyển

b Bộ phận cấp thuốc và bộ gá dây hàn

- Phễu đựng thuốc hàn: kết cấu phễu cần gọn và phải có bộ phận lọcthuốc hàn đã qua sử dụng; dung tích của phễu 5L

- Dây hàn: cuộn dây được tích hợp đồng bộ trên xe hàn, cung cấp đềucho quá trình hàn hình 2-6

Hình 2-6 Kết cấu của phễu thuốc và cuộn dây hàn

c Các cơ cấu cơ khí điều chỉnh mỏ hàn

- Việc thiết kế và chế tạo cơ cấu điều chỉnh độ cao, thấp của mỏ hànđược sử dụng cơ cấu bánh răng, thanh răng hình 2-7

Hình 2-7 Cơ cấu cơ khi điều chỉnh mỏ hàn đi lên hoặc xuống

- Điều chỉnh góc nghiên của mỏ hàn từ 0÷450

+ Ứng dụng để hàn liên kết giáp mối, liên kết góc hoặc hàn chi tiếtdạng ống ở vị trí 1G, 1F và 2F

Hình 2-8 Điều chỉnh góc nghiên mỏ hàn

- Gia công cơ cấu dịch chuyển ngang cho mỏ hàn “Sử dụng cơ cấu

bánh răng, thanh răng” hình 2-9

Hình 2-9 Điều chỉnh dịch chuyển ngang của mỏ hàn

d Bảng điều khiển

g Thiết bị đặt hành trình đường hàn

- Thông qua công tắc hành trình để đóng, ngắt mạnh điện điều khiển, việc lập hành trình căn cứ vào đường hàn dài hay ngắn.

Hình 2-11 Kết cấu của công tắc hàng trình

Sau khi cải tiến thiết bị hàn MIG-MAG TTC500 thì được thiết bị hànmới (hàn tự động dưới lớp thuốc) với những tính năng mới so với thiết bịchưa cải tiến hình 2.12