Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn hồ quang bằng robot hàn di động

LỜI CAM ĐOAN ---***--- Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn hồ quang bằng robot hàn di động” là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

-*** -

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu tự động hóa quá

trình hàn hồ quang bằng robot hàn di động” là công trình nghiên cứu của riêng

tôi, các số liệu sử dụng được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong mục tài liệu tham khảo

Kết quả nghiên cứu của luận văn này chưa từng được công bố ở một công trình nào

khác

Tác giả

Trần Xuân Dũng

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I HÀN HỒ QUANG VÀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA HÀN HỒ QUANG 3

1.1 Hàn hồ quang 3

1.1.1 Mạch hàn cơ bản 4

1.1.2 Các thông số của quá trình hàn hồ quang 4

1.2 Hàn hồ quang tự động 5

1.2.1 Thực chất và đặcđiểm 5

1.2.2 Phạm vi sử dụng: 6

1.3 ng dụng robot trong hàn hồ quang tự động 6

1.3.1 Robot 6

1.3.2 Robot hàn hồ quang 9

1.3.3 Robot hàn di động 15

1.3.3.1 Cấu tạo 17

1.3.3.2 Nguyên lý làm việc 18

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 18

CHƯƠNG II HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG CÁC MỐI HÀN CÓ BI N DẠNG ĐƯỜNG THẲNG 19

2.1 Hàn v tàu thủy các mối hàn 1G 19

2.1.1 Mối hàn 1G 19

2.1.2 Cấu tr c động h c robot hàn di động 20

2.1.3 Xây dựng cộng nghệ hàn tự động 22

2.1.3.1 Vật liệu và thiết bị hàn 22

2.1.3.2 Cơ sở lý thuyết xác định chế độ hàn giáp mối 23

2.2 Hàn v tàu thủy các mối hàn 2G 37

2.2.1 Mối hàn 2G 37

2.2.2 Cấu tr c động h c robot di động 39

2.2.3 Xây dựng cộng nghệ hàn tự động 40

2.2.3.1 Vật liệu và thiết bị hàn 40

2.2.3.2Tính toán xác định chế độ hàn giáp mối với chiều dày vật liệu 12mm 41

2.3 Hàn v tàu thủy các mối hàn 3G 47

2.3.1 Mối hàn 3G 47

2.3.2 Cấu tr c động h c robot di động 48

2.3.3 Xây dựng cộng nghệ hàn tự động 50

2.3.3.1 Vật liệu và thiết bị hàn 50

2.3.3.2 Tính toán xác định chế độ hàn giáp mốichiều dày vật hàn 12mm 51

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 55

CHƯƠNG III HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG CÁC MỐI HÀN CÓ BI N DẠNG ĐƯỜNG CONG 56

3.1 Mô hình hóa mối hàn 56

3.1.1 Mối hàn giáp mối v tàu thủy 56

3.1.2 Phương pháp nội suy mô hình hóa mối hàn 57

3.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot 61

3.2.1 Thiết lập phương trình động hoc robot 61

3.2.1.1 Xây dựng cấu tr c động h c 61

3.2.1.2 Thiết lập bộ thông số Denavit-Hartenbeg 62

3.2.1.3 Thiết lập phương trình động h c 63

3.2.2 Xác định quy luật chuyển động các khâu của robot 65

3.2.2.1 Giải bài toán động h c ngược về vị trí của robot 65

3.2.2.2 ng dụng phần mềm mô ph ng số 68

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 69

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

Hình 1.1: Hàn hồ quang 3

Hình 1-2: Hàn tự động dưới thuốc bảo vệ 5

Hinh 1-3: Robot hàn di đông hàn mối hàn 3G 9

Hình 1.4: Robot đang thực hiện hàn 10

Hình 1-5: Nguồn hàn 11

Hình 1-6: M hàn 12

Hình 1-7: Bộ cấp dây hàn 12

Hình 1-8: Khung giữ vật hàn 14

Hình 1-9: Bộ làm sạch m hàn 14

Hình 1-10: Bộ định tâm 15

Hinh 1- 11: Robot hàn di động hàn ở vị trí hàn trần 16

Hình 1-12: Mô hìnhrobot hàn di độngthực hiện mối hàn 17

Hình 2-1: Mô hìnhcơ h c robot hàn di động hàn mối hàn 1G 19

Hình 2-2: Sơ đồ động h c của robot hàn di động hàn mối hàn 1G 21

Hình 2-3: Mối hàn 1G trên chiều dày vât hàn 12mm 32

Hình 2-4:Mô hình Robot hàn tự động hàn mối hàn 2G 37

Hình 2-5: Sơ đồ động h c của robot hàn di động hàn mối hàn 2G 39

Hình 2-6: Mối hàn 2G trên chiều dày vât hàn 12mm 41

Hình 2-7 :Mô hình robot hàn di đông hànmối hàn 3G 47

Hình 2-8: Sơ đồ động h c của robot hàn di động hàn mối hàn 3G 49

Hình 2-9: Mối hàn 3G trên chiều dày vât hàn 12mm 51

Hình 3-1: Mô hình quỹ đạo của đường hàn khi hàn v tàu thủy bằng robot 57

Hình 3-2: Xây dựng đa thức nội suy của đường cong 57

Hình 3-3 Mô hình cơ h c hệ thống robot di động hàn võ tàu thủy 58

Hình 3-4: Đặt hệ quy chiếu của robot hàn 61

Hình 3-5 Quy luật chuyển động của biến khớp q1 68

Hình 3-6 Quy luật chuyển động của biến khớp q3 68

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN

Bảng 2-1: Thành phần hóa tính theo phần trăm 22

Bảng 2-2: Thành phần hóa h c 22

Bảng 2-3: Cơ tính của kim loại hàn đắp 22

Bảng 2-4: Mật độ dòng điện 24

Bảng 2-5:Tốc độ cấp dây, cường độ dòng điện hàn khi hàn trong môi trường CO2 24 Bảng 2-6: Trị số N theo đường kính dây 25

Bảng 2-7: Thông số hàn cho tư thế 1G, chiều dày 12mm dây lõi bột 34

Bảng 2-8:Thông số hàn cho tư thế 1G, chiều dày 12mm,dây lõi đặc 37

Bảng 2- 9: Thành phần hóa tính theo phần trăm 40

Bảng 2-10: Thành phần hóa h c 40

Bảng 2-11: Cơ tính kim loại đắp 41

Bảng 2-12: Thông số hàn cho tư thế 2G, chiều dày 12mm, dây lõi bột 44

Bảng 2-13: Thông số hàm cho tư thế 2G chiều dày 12mm,dây lõi đặc 46

Bảng 2-14: Thành phần hóa tính theo phần trăm 50

Bảng 2-15: Thành phần hóa h c 50

Bảng 2-16: Bảng cơ tính của kim loại đắp 50

Bảng 2- 17: Thông số hàn cho tư thế 3G, chiều dày 12 mm, dây lõi bột 53

Bảng 2-18: Tthông số hàn cho tư thế 3G, chiều dày 12mm, dây l i đặc 55

Bảng 3.1: Bộ thông số Denavit-Hartenbeg 62

LỜI NÓI ĐẦU

Việc nghiên cứu và ứng dụng robot vào sản xuất công nghiệp đ và đang được triển khai ngày càng nhiều ở nước ta nhằm phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Về mặt kỹ thuật, robot là một sản phẩm tiêu biểu của khoa h c công nghệ Cơ điện tử, là sự tích hợp của đa ngành, đa lĩnh vực khoa h c công nghệ như: Cơ khí tự động hóa, Điện - Điện tử, công nghệ thông tin,… Về kết cấu cơ khí, robot là thiết bị linh hoạt có kết cấu g n nhẹ, dễ chế tạo, lắp ráp so với các thiết bị khác Khả năng linh hoạt cao trong việc lựa ch n và thay đổi cấu tr c theo yêu cầu thao tác công nghệ và ứng dụng

Tự động hóa quá trình hàn đ và đang được nghiên cứu, ứng dụng vào thực

tế ngày càng nhiều nhờ vào các ưu điểm nổi bật như: Cải thiện môi trường làm việc cho công nhân, cho chất lượng mối hàn cao, năng suất ổn định và giá thành thấp hơn Việc tự động hóa này được thực hiện bởi các robot hàn cố định đ được nghiên cứu từ lâu tại nhiều nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc… Các robot được ứng dụng chủ yếu để hàn các mối hàn có độ phức tạp cao do sự linh động của các cánh tay robot Thế nhưng ch ng chỉ có thể hoạt động trong không gian nh , khó có thể áp dụng cho các mối hàn đường thẳng, dài trong đóng tàu

Nhằm nghiên cứu ứng dụng robot hàn vào thực tế sản xuất, tác giả luận văn

lựa ch n đề tài: “Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn hồ quang bằng robot

hàn di động”

Luận văn này tập trung nghiên cứu các yêu cầu về kỹ thuật đặt ra với robot hàn tàu thủy, tổng hợp cấu tr c của robot, nghiên cứu tự động hóa của robot nói trên, xây dựng qũy đạo chuyển động, mô ph ng thử nghiệm robot trên phần mềm, xây dựng các phần mềm hỗ trợ cần thiết khác

Sau nhiều tháng được sự hướng dẫn tận tình của 2 thầy giáo GS.TSKH Đỗ

Sanh và PGS.TS: Phan Bùi Khôi cùng với việc tham khảo một số tài liệu có liên

quan, theo yêu cầu đặt ra tôi đ hoàn thành bản luận văn được giao

Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, khó tránh kh i những thiếu sót, tôi rất mong nhận được ý kiến góp ý của quý Thầy, quý Cô và bạn bè, đồng nghiệp

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Đỗ Sanh và PGS.TS Phan Bùi Khôi, quý Thầy, quý Cô trong Viện cơ khí, Viện đào tạo Sau Đại H c – Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nội đ hướng dẫn gi p đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Người viết

Trần Xuân Dũng

CHƯƠNG I HÀN HỒ QUANG VÀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA HÀN HỒ QUANG 1.1 Hàn hồ quang

Hàn hồ quang là phương pháp nối hai miếng kim loại bằng cách làm nóng chảy

ch ng hoặc một dây kim loại trung gian, nhiệt sinh ra từ một hồ quang điện giữa các vật hàn và đầu que hàn Q a trình hàn có thể cần hoặc không cần kim loại điền đầy Điện cực có thể là dây kim loại tự tiêu hoặc que các-bon hay que hàn không tự tiêu Khi dùng điện cực không tự tiêu, kim loại điền đầy có thể lấy từ một dây kim loại phụ Còn điện cực tự tiêu vừa mang dòng điện hàn, vừa nóng chảy và điền đầy kim loại vào mối hàn

Một trong những vấn đề chính trong quá trình hàn là khi kim loại nóng lên,

ch ng sẽ tương tác hóa h c với không khí Có nhiều phương pháp cách ly vật hàn

kh i không khí xung quanh Nếu dùng khí trơ thì quá trình hàn g i là hàn hồ quang khí trơ Hàn hồ quang lõi thuốc giống như hàn hồ quang khí trơ, chỉ khác ở điện cực Kỹ thuật hàn này dùng để nối các miếng kim loại dày, như ở các bình cao áp, ống cống, ống gas Hàn hồ quang khí trơ và hàn hồ quang plasma cũng là những kỹ thuật hàn được dùng phổ biến

Hình 1.1: Hàn hồ quang

1.1.1 Mạch hàn cơ bản

Hồ quang được tạo ra giữa khe hở khi chạm điện cực vào vật hàn rồi nhấc ra nhưng vẫn giữ chiều dài hồ quang một khoảng 2÷4 mm Hồ quang sinh ra nhiệt độ khoảng 36000C tại đầu que hàn Nhiệt này làm nóng chảy cả kim loại nền và điện cực, tạo ra một vũng kim loại nóng chảy, nó đông cứng sau khi điện cực di chuyển tới vị trí tiếp theo d c mối hàn

1.1.2 Các thông số của quá trình hàn hồ quang

Trong các quá trình hàn hồ quang, có một số thông số ảnh hưởng tới kích thước, hình dạng, chất lượng và độ bền của mối hàn

*Đường kính dây hàn

Là yếu tố quyết định để xác định chế độ hàn như: Điện thế hồ quang (Uh), dòng điện hàn (Ih), ch ng có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất chất lượng hiệu quả quá trình hàn Nó phụ thuộc vào chiều dày vật hàn, dạng liên kết, vị trí mối hàn trong không gian

*Điện thế hồ quang (điện áp hàn )

Đây là thông số rất quan tr ng trong hànnó quyết định dạng truyền (chuyển dịch) kim loại l ng Điện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dày của chi tiết hàn, kiểu hàn, kiểu liên kết, kích cỡ và thành phần điện cực, thành phần khí bảo vệ, vị trí hàn Để có giá trị điện áp hàn hợp lý cần phải tính toán hay tra bảng, sau đó tăng hoặc giảm theo quan sát đường hàn để ch n giá trị điện áp thích hợp

*Tốc độ hàn

Tốc độ hàn phụ thuộc rất nhiều vào chiều dày vật liệu và số lớp hàn, nó quyết định chiều sâu ngấu của mối hàn Nếu tốc độ hàn thấp kích thước vũng hàn sẽ lớn và

ngấu sâu Khi tăng tốc độ hàn, tốc độ cấp nhiệt của hồ quang sẽ giảm dẫn đến giảm

độ ngấu và thu hẹp đường hàn

*Phần nhô của điện cực hàn

Đó là khoảng cách giữa đầu điện cực và mép bép tiếp điện Khi tăng chiều dày phần nhô, nhiệt nung nóng đoạn dây hàn sẽ tăng lên dẫn đến làm giảm cường độ dòng điện hàn cần thiết để nóng chảy điện cực theo tốc độ cấp dây nhất định Khoảng cách này rất quan tr ng khi hàn thép không gỉ sự biến thiên nh cũng có thể làm tăng

sự biến thiên dòng điện một cách rõ rệt Chiều dài phần nhô quá lớn sẽ làm dư kim loại nóng chảy ở mối hàn , làm giảm độ ngấu và l ng phí kim loại hàn, tính ổn định của hồ quang cũng bị ảnh hưởng Ngược lại nếu giảm chiều dài phần nhô quá nh sẽ gây ra sự bắn tóe kim loại l ng dính vào m hàn, chụp khí, làm cản trở dòng khí bảo

vệ gây ra rỗ khí cho mối hàn

Hình 1-2: Hàn tự động dưới thuốc bảo vệ

Hàn hồ quang tự động là quá trình hàn nóng chảy mà hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn được bảo vệ dưới lớp thuốc hàn hoặc trong môi trường khí bảo vệ

Dưới tác dụng của nguồn nhiệt, mép hàn, dây hàn bị hồ quang làm nóng chảy tạo thành vũng hàn, dây hàn được đẩy vào vũng hàn bằng một cơ cấu cấp dây với tốc

độ phù hợp với tốc độ chảy của nó

Theo độ chuyển dời của nguồn nhiệt kim loại bể hàn sẽ kết tinh tạo thành mối hàn Trên bề mặt vũng hàn và phần mối hàn đ đông đặc hình thành lớp xỉ có tác dụng tham gia vào các quá trình luyện kim khi hàn, bảo vệ và giữ nhiệt cho mối hàn,

và sẽ tách kh i mối hàn sau khi hàn, phần thuốc hàn chưa hàn có thể tái sử dụng lại

Hàn hồ quang tự động được tự động cả hai khâu cấp dây vào vùng hồ quang

và chuyển động hồ quang theo d c trục mối hàn

Tuy nhiên phương pháp này chủ yếu được ứng dụng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quỹ đạo không phức tạp

Phương pháp hàn hồ quang tự động thể hàn được các chi tiết có chiều dày từ vài mm đến hàng trăm mm

1.3 ng dụng robot trong hàn hồ quang tự động

1.3.1 Robot

Thuật ngữ “Robot” lần đầu xuất hiện năm 1922 trong tác phẩm “Rossum’s Unisersal Robot” của Karel Capek Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek bắt đầu được thực hiện Ngay sau chiến tranh thế giới thứ 2, ở Hoa Kì đ xuất hiện những cánh tay máy chép hình điều khiển từ xa Vào giữa những năm 50 bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí đó, đ xuất hiện các loại tay máy chép hình thủy lực và điện tử, như tay máy Minotaur I hoặc tay máy Handyman của General Eletric Năm 1954 George C.Devol đ thiết kế một thiết bị có tên là “Cơ cấu bản lề

dùng để chuyển hàng theo chương trình” Đến năm 1956 Devol cùng với Joseph F.Engelber, một kỹ sư trẻ của công nghiệp hàng không đ tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên năm 1959

Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, ở một nhà máy ôtô của General Motors tại Trenton, New Jersey Hoa Kì Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF của Hoa Kì Đến năm 1990 đ có hơn 40 công ty Nhật Bản, trong đó có những công ty khổng lồ như công ty Hitachi và công ty Mitsubishi đ đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng

Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đ ch ý đến

sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc Từ những năm 80, nhất là vào những năm 90 do áp dụng rộng r i các tiến bộ kỹ thuật

về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đ gia tăng, giá thành đ giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều tính vượt bậc Nhờ vậy robot công nghiệp đ có vị trí quan tr ng trong các dây chuyền tự động sản xuất hiện đại

Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng trong các lĩnh vực cơ khí, điện

tử, tin h c thì sự tích hợp của 3 lĩnh vực đó là cơ điện tử cũng phát triển và được coi

là một trong quá trình hiện đại hóa và công nghiệp hóa đất nước Khả năng làm việc của robot thì có rất nhiều ưu điểm: Chất lượng và độ chính xác cao, hiệu quả và kinh tế cao, làm việc trong môi trường độc hại mà con người không thể làm được, trong các công việc đòi h i phải cẩn thận không được nhầm lẫn, thao tác nhẹ nhàng, tinh tế và chính xác nên cần có thợ tay nghề cao và phải làm việc căng thẳng xuốt ngày thì robot có khả năng thay thế hoàn toàn

Nhìn chung Robot có những đặc điểm nổi trội như:

- Có thể thực hiện công việc một cách bền bỉ, không biết mệt m i nên chất lượng sản phẩm được giữ ổn định Giá thành sản phẩm hạ do giảm được chi phí cho người lao động

- Nhất là ở nhiều nơi hiện nay cũng cần ứng dụng công nghệ robot để cải thiện điều kiện lao động vì trong thực tế sản xuất người lao động phải làm việc suốt

buổi trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt, ồn ào…quá mức cho phép nhiều lần Thậm chí phải làm việc trong môi trường độc hại, nguy hiểm đến sức kh e con người

- Mặt khác, khi áp dụng công nghệ robot vào sản xuất ta cũng cần lưu ý và phân tích kỹ toàn bộ hệ thống sản xuất sao cho phù hợp với các nguyên công và phù hợp với tình hình sản xuất của nhà máy để có thể khai thác tốt nhất tính năng của robot

- Hơn nữa robot còn có ưu điểm quan tr ng nhất đó là tạo nên khả năng linh hoạt hóa sản xuất Mà trong đó kỹ thuật robot và máy vi tính đ đóng vai trò quan

tr ng trong việc tạo ra các dây chuyền tự động linh hoạt

So với l c mới ra đời, ngày nay công nghệ robot đ có những bước phát triển vượt bậc Đặc biệt là vào những năm 60 của thế kỷ trước, với sự góp mặt của máy tính Ở giai đoạn đầu người ta rất quan tâm đến việc tạo ra những cơ cấu tay máy nhiều bậc tự do, được trang bị cảm biến để thực hiện những công việc phức tạp Ngày càng có những cải tiến quan tr ng trong kết cấu các bộ phận chấp hành, tăng

độ tin cậy của các bộ phận điều khiển, tăng mức thuận tiện và dễ dàng khi lập trình Tăng cường khả năng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi trường làm việc để mở rộng phạm vi ứng dụng cho robot Trong tương lai số lượng lao động được thay thế ngày càng nhiều vì một mặt giá thành robot ngày càng giảm do mặt hàng vi điện tử liên tục giảm giá đồng thời chất lượng liên tục tăng Mặt khác chi phí về lương và các khoản phụ cấp cho người lao động ngày càng tăng Robot ngày càng vạn năng hơn

để có thể đáp ứng làm nhiều việc trên các dây chuyền khác nhau

1.3.2 Robot hàn hồ quang

Hinh 1-3: Robot hàn di đông hàn mối hàn 3G

Các robot hàn chủ yếu có dạng cánh tay có quay hoặc tịnh tiến Loại robot trục Đề-các chỉ được dùng cho các robot rất lớn hoặc rất nh Cánh tay robot được

sử dụng nhiều do nó cho phép s ng hàn chuyển động như cách con người thao tác Góc s ng hàn và góc di chuyển có thể thay đổi để hàn ở m i vị trí, nhất là ở những

vị trí khó tiếp cận Cánh tay robot cũng g n nhẹ nhất và có tầm với lớn nhất Thường các robot hàn có từ 3 ÷ 6 bậc tự do, lập trình được Các cánh tay robot do nhiều nhà cung cấp bán sẵn như ABB, FANUC, PANASONIC, KUKA, MOTOMAN

Hình 1.4: Robot đang thực hiện hàn

Về mặt truyền động và điều khiển, robot được cấu tạo từ các khối cấu tr c cơ

khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động Các cơ cấu tác động này có thể hoạt động

phối hợp với nhau để thực hiện những công việc phức tạp dưới sự điều khiển của

một bộ phận có cấu tạo như máy tính, còn g i là những bộ điều khiển PC Các cơ

cấu tác động này có thể hoạt động nhờ các cơ cấu tác động

Cấu tạo của Robot hàn được chế tạo khác nhau tùy theo tính năng cũng như nhà sản xuất… nhưng cơ bản chúng được xây dựng từ những thành phần cơ bản sau:

*Mỏ hànhồ quang

M hàn dùng để đưa điện cực đến mối hàn, truyền dịng điện hàn vào điện cực và tạo ra lớp cách ly quanh mối hàn Cĩ nhiều kiểu m hàn khác nhau, tùy theo quá trình hàn, dịng hàn, kích thước điện cực và chất cách ly

M hàn cĩ thể được làm nguội bằng nước luân chuyển hoặc khơng khí Q a trình hàn dùng điện cực tự tiêu như hàn hồ quang kim loại khí hoặc hàn hồ quang lõi thuốc, cĩ thể dùng hoặc khơng dùng khí cách ly

TAY GẠT CHUY Ể N ĐỔ I

PHƯƠNG PHÁ P HÀ N

NÚ M ĐIỀ U CHỈ NH CHẾ ĐỘ HÀ N: SM AW / TIG

BIỂU TƯỢNG – CHẾ ĐỘ

HÀ N: GTAW / FCAW

BIỂ U TƯỢNG – CHẾ ĐỘ

Các m hàn có thể ở dạng thẳng hoặc cong M hàn cong để tiếp cận mối hàn dễ dàng hơn

Hình 1-6: Mỏ hàn

Chức năng chính của m hàn là truyền dòng điện tới điện cực Đối với quá trình hàn dùng điện cực tự tiêu, dòng hàn được truyền tới điện cực khi nó chuyển động qua s ng Chức năng thứ hai của m hàn là cấp khí cách ly tới vũng hàn (nếu có) Hàn hồ quang kim loại dùng khí hoạt động như các-bon đi-ôxít hoặc hỗn hợp khí trơ, thường là argon với CO2 hoặc ô-xy

M hàn được mắc vào thân robot bằng một cánh tay thích hợp Thường là một ly hợp chống va đập, phòng khi điện cực bị dính hoặc va chạm khi lắp đặt, khởi động

*Bộ cấp dây

Hình 1-7: Bộ cấp dây hàn

Bộ cấp dây dùng để bổ sung kim loại điền đầy trong q a trình hàn tự động Điều này cho phép linh hoạt trong việc thiết lập nhiều tốc độ cấp dây khác nhau để phù hợp với những yêu cầu cụ thể của từng dây chuyền Bình thường, bộ cấp dây được mắc trên cánh tay robot với nguồn hàn Với hàn tự động, cần có một giao diện điều khiển giữa bộ điều khiển robot, nguồn và bộ cấp dây Hệ thống cấp dây hàn phải phù hợp với quá trình hàn và kiểu nguồn điện được sử dụng

Có hai kiểu cơ bản Kiểu thứ nhất dùng cho hàn dùng dây điện cực tự tiêu,

g i làbộ cấp dây điện cực Điện cực là một phần của mạch hàn, và kim loại nóng

chảy từ điện cực lấp đầy vào mối hàn Có hai loại cấp dây điện cực khác nhau Nguồn công suất không đổi cần một bộ cấp dây cảm biến, trong đó tốc độ cấp dây thay đổi liên tục Còn nguồn điện áp không đổi cần tốc độ cấp dây không đổi trong suốt quá trình hàn

Kiểu cấp dây thứ hai g i là cấp dây nguội và được dùng cho hàn hồ quang Điện cực không phải là một phần của mạch hàn, và kim loại điền đầy lấy từ vật hàn

*Định vị và giữ cố định vật hàn

Để nối các vật hàn, mỗi vật hàn phải được căn chỉnh chính xác và giữ chắc chắn tại chỗ trong quá trình hàn Một điều quan tr ng là cách thiết kế một khung giữ các vật hàn tại vị trí thích hợp Bộ phận này phải thao tác nhanh và dễ dàng, giữ chắc các vật hàn cho tới khi ch ng dính vào nhau và phải cho phép m hàn tự do tiếp cận mối hàn

Bộ định vị có thể được thiết kế giống như trong hàn bằng tay, hoặc chuyên biệt để tăng tính linh hoạt và tầm hoạt động của các hệ thống hàn tự động Độ chính xác cũng phải cao hơn Ngoài ra, các điều khiển định vị robot phải tương thích và tuân thủ theo bộ điều khiển robot trung tâm để đạt được chuyển động phối hợp tức thì của nhiều trục trong khi hàn

Tuy nhiên, thao tác nâng hạ các bộ phận tĩnh của hệ robot rất tốn thời gian và

có thể phi thực tế Sẽ hiệu quả hơn nếu có hai hay nhiều khung giữ trên một bộ định

vị vật hàn quay, mặc dù chi phí ban đầu cao hơn

*Bộ làm sạch mỏ hàn

Để làm việc chính xác và tin cậy, M hàn hồ quang phải được làm sạch liên tục Chu kỳ làm việc cao độ của hàn tự động nên quá trình làm sạch s ng hàn cũng phải được tự động hóa Chất tách vẩy hàn được phun vào mũi m hàn Ngoài ra, bộ làm sạch còn có thể trà sát mũi m hàn để loại b vẩy hàn bám vào và cắt dây hàn

Hình 1-9: Bộ làm sạch mỏ hàn Hình 1-8: Khung giữ vật hàn

Hệ thống làm sạch phải được tự động kích hoạt tại các thời điểm mà hệ điều khiển yêu cầu

*Bộ định tâm

Quá trình căn chỉnh tr ng tâm là những yếu tố cơ bản để thực hiện thành công hệ thống hàn tự động Bộ định tâm dùng để phát hiện vị trí thực tế của cạnh vật hàn so với khung robot, từ đó tính ra chính xác tr ng tâm công cụ so với vật hàn

Hình 1-10: Bộ định tâm

Điều kiện để ứng dụng robot hàn có hiệu quả là sản phẩm loạt lớn hoặc hàng khối, các sản phẩm thuộc các h chi tiết tương tự như nhau về mặt hình h c, yêu cầu tính đồng đều của sản phẩm cao Hàn bằng robot thường đòi h i kèm theo các trang bị công nghệ phụ khác như đồ gá chuyên dùng, đồ gá nhóm tự động khá tốn kém do vậy các lĩnh vực có doanh thu lớn như ô tô, xe máy là thị trường chính của robot hàn

1.3.3 Robot hàn di động

Tự động hóa quá trình hàn đ và đang được nghiên cứu, ứng dụng vào thực

tế ngày càng nhiều nhờ vào các ưu điểm nổi bật như: Cải thiện môi trường làm việc

cho công nhân, cho chất lượng mối hàn cao, năng suất ổn định và giá thành thấp hơn Việc tự động hóa này được thực hiện bởi các robot hàn đ được nghiên cứu từ lâu tại nhiều nước phát triển trên thế giới như Mỹ, Nhật, Hàn Quốc… Các robot được ứng dụng chủ yếu để hàn các mối hàn có độ phức tạp cao do sự linh động của các cánh tay robot Thế nhưng ch ng chỉ có thể hoạt động trong không gian nh , khó có thể áp dụng cho các mối hàn đường thẳng, dài trong đóng tàu

Trong nghành công nghiêp nói chung và chế tạo v tàu thủy nói riêng, hàn đóng vai trò quan tr ng trong việc tạo ra kết cấu v và thân tàu Ở các cơ sở đóng tàu, robot hàn di động được sử dụng để cải thiện năng suất và chất lượng, làm tăng

độ chính xác, độ bền, độ ngấu đồng đều của mối hàn Khả năng tự động của các robot hàn di động hiện nay có hạn chế bởi khả năng lập trình Bởi vậy robot hàn di động có thể thực hiện các mối hàn tự động với cấu hình không quá phức tạp Khả năng lập trình linh hoạt của robot được cải thiện sẽ làm tăng khả năng điều khiển robot tự động thực hiện các mối hàn có cấu hình phức tạp Để đạt được mục tiêu xây dựng các phần mềm linh hoạt điều khiển robot hàn di động, một trong các nhiệm vụ hàng đầu là khảo sát bài toán động h c Kết quả sẽ là cơ sở cho việc lập trình quỹ đạo, xây dựng các chương trình tích hợp điều khiển robot

Hinh 1- 11: Robot hàn di động hàn ở vị trí hàn trần

Trong đóng tàu, loại gantry robot được sử dụng nhiều để hàn các gân tăng cường độ cứng hoặc hàn ghép mí các tấm thép Thế nhưng điểm yếu của ch ng lại

là có kết cấu quá cồng kềnh, khó di chuyển Vì vậy, các xưởng đóng tàu cần trang

bị các loại robot di động hàn đường thẳng có kích thước nh g n, chi phí rẻ nhưng

hiệu quả cao Sản phẩm của nhóm nghiên cứu đáp ứng tốt nhu cầu này, tốc độ hàn

ổn định, mối hàn tạo ra thẳng và đều Mối hàn đạt độ ngấu Khi hàn đứng, tiến hành hàn từ trên xuống, tránh được hiện tượng chảy của vũng hàn Vị trí m hàn khi hàn trần là 450 so với phương thẳng đứng

Cũng giống như Robot hàn thì trong Robot hàn di động có thêm bộ phận gi p Robot có thể linh hoạt thêm một chuyển động là chuyển động tịnh tiến khi toàn bộ Robot được lắp trên một băng tải hoặc ray dẫn Khi đó vùng hoạt động của Robot sẽ được mở rộng hơn rất nhiều từ đó sẽ sử dụng được tối đa hiệu quả mà Robot mang lại

Trong nghành đóng tàu việc ứng dụng robot hàn di động vào quá trình hàn là hết sức cần thiết vì thực tế chế tạo v tàu thủy số lượng các mối hàn 1G, 2G, 3G rất lớn, do vậy tác giả tập trung nghiên cứu việc ứng dụng robot hàn di động khi thực hiện các mối hàn 1G, 2G, 3G

Ngoài ra còn có các thiết bị đi cùng của vớirobot hàn di động bao gồm:

* Tủ điều khiển trung tâm

* Panel điều khiển

Ray dẫn (0)giúp cho robot chuyển động d c theo hướng cần hàn

Khâu ( 1) có gắn bánh xe tịnh tiến trên ray theo hướng d c trục mối hàn Khâu (2) được điều khiển bởi động cơ servogiúp cho tay hàn di chuyển tịnh tiến ngang đến

vị trí mối hàn.Khâu (3) được điều khiển bởi động cơ servo gi p cho m hàn (4) di chuyển tịnh tiến lên xuống mối hàn (5) để duy trì hồ quang hàn cháy ổn định

Hệ thống cấp dây tự động cho robot thực hiện nhiệm vụ cấp dây hàn từ cuộn dây qua hệ thống puli đẩy và puli dẫn hướng của chuyển động của động cơ điều khiển vô cấp sẽ cung cấp dây hàn cho quá trình hàn.Tủ điều khiển trung tâm thực hiện điều khiển tất cả các chuyển động của quá trình hàn qua việc nhận lệnh trực tiếp từ panel điều khiển hay thông qua máy tính trung tâm.Panel điều khiển thực hiện nhiệm vụ nhận lệnh trực tiếp từ người điểu khiển robot thực hiện quá trình hàn

Khí hàn thực hiện nhiệm vụ cấp khí bảo vệ cho mối hàn trong toàn bộ quá trình được điều khiển tự động qua rơle khí.Cuộn dây hàn thực hiện nhiệm vụ cấp dây hàn cho hệ thống cấp dây hàn cho robot

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Chương 1 tác giả muốn giới thiệu sơ lược về hàn hồ quang tay, hàn hồ quang

tự động, cấu tr c của robot hàn hồ quang và ứng dụng của robot trong hàn hồ quang tự động

CHƯƠNG II

HÀN HỒ QUANG BẰNG ROBOT HÀN DI ĐỘNG CÁC MỐI HÀN CÓ BI N

DẠNG ĐƯỜNG THẲNG 2.1 Hàn vỏ tàu thủy các mối hàn 1G

2.1.1 Mối hàn 1G

Hình 2-1: Mô hìnhcơ học robot hàn di động hàn mối hàn 1G

Trong công nghệ chế tạo v tàu thủy mối hàn 1G được ứng dụng hàn nối các chi tiết phẳng ở sàn tàu và đáy tàu thủy Các chi tiết có đường hàn dài và vừa khi thực hiện bằng phương pháp hàn hồ quang tay thì hiệu quả không cao, chất lượng mối hàn thường hay bị khuyết tật Do vậy để nâng cao chất lượng mối hàn người ta thường sử dụng robot hàn di động để thực hiện các đường hàn này Khi thực hiện hàn bằng robot hàn di động mối hàn sẻ đảm bảo được chất lượng và tính thẩm mỹ cao , năng suất hơn hẳn so với hàn hồ quang tay Thế nên ngày nay ở các xưởng đóng tàu robot hàn di động được ứng dụng rất nhiều

Ở hình 2-1 ta mô ph ng quá trình hàn v tàu thủy bằng robot hàn di động mối hàn 1G theo đường thẳng Ở đây 2 chi tiết A và B thể hiện cho 2 tấm ghép của mặt sàn tàu được nối với nhau bởi mối hàn (5) Ray dẫn (0) đặt song song với đường hàn sao cho mối hàn nằm trong phạm vi hoạt động của tay Robot hàn sau

đó ta định vị và cố định ray dẫn Trước khi thực hiện đường hàn ta cần ch n chế độ hàn trên bảng điều khiển Vì ta ch n robot hàn di động 3 bậc tự do nên ta cần điều chỉnh góc độ m hàn trên m kẹp robot hàn sao cho m hàn hợp với mặt sàn theo trục mối hàn 1 góc 750 ÷ 850

Quá trình hàn khâu (1) sẽ di chuyển trên ray dẫn theo tốc độ tương ứng với vận tốc hàn mà ta đặt trên bảng điều khiển Khâu (2) tịnh tiến theo phương ngang đảm bảo chiều rộng mối hàn và không làm lệch mối hàn Khâu (3) có tác dụng tịnh tiến lên xuống đảm bảo chiều dài hồ quang ổn định

Trong công nghệ hàn v tàu thủy mối hàn 1G được thực hiện để hàn sàn v tàu và hàn nối các tấm đáy Mối hàn 1G là mối hàn giáp mối hàn 2 chi tiết khi hai mặt phẳng của chi tiết hợp với nhau góc 180O Khi chiều dầy của vật hàn từ 5mm trở xuống nếu không có yêu cầu đặc biệt thì không cần vát cạnh

2.1.2 Cấu tr c động học robot hàn di động

Về mặt cơ h c, robot hàn di động là hệ nhiều vật, g i là khâu, nối với nhau bởi các khớp tạo thành cấu tr c động h c dạng cây Từ hình vẽ 2-2 ta có khâu ( 1) của Robot hàn di động là cánh tay robot, có thể di động trên ray dẫn (0) gắn với giá

cố định nhờ r nh trượt và bánh xe, chuyển động được dẫn động bởi các động cơservo Từ sơ đồ động h c robot hàn di động ta thấy: Robot hàn di động gồm có

3 khâu động trong đó, khâu (0) là ray dẫn mang robot là khâu để robot chạy trên đó, khâu (1) của robot di chuyển trên ray dẫn khi thực hiện mối hàn, khâu (2) tịnh tiến ngang quyết định chiều rộng mối hàn, khâu (3) mang m hàn (4) tịnh tiến lên xuống

để duy trì hồ quang cháy ổn định khi thực hiện mối hàn (5)

Hình 2-2: Sơ đồ động học của robot hàn di động hàn mối hàn 1G

q1; q2; q3; - Chuyển động tinh tiến

Khâu đế (1)di chuyển trên ray dẫn mang theo các khâu khác chuyển động theo: Động cơ dẫn động làm trục quay làm cho bánh xe khâu (1) quay cho nên sẽ làm cho khâu (1)chuyển động trên ray dẫn Cần thiết kế ray dẫn được cố định, trên

bề mặt ray dẫn được gia công như ray đường tàu để bánh xe bám, khâu (1)robot thực hiện chuyển động d c theo ray dẫn nhờ bánh xe được dẫn động từ động cơ thứ

nhất, bên cạnh đó để thực hiện chuyển động phụ cũng như để xác định được vị trí của bàn gá so với ray dẫn

Độ bền kéo từ 335 MPa – 445 Mpa

Bảng 2-1: Thành phần hóa tính theo phần trăm

0,13 0,26 1,31 0,009 0,013 0,037 0,005 0,035 0,012 0,091 0,028 0,056 0,005

*Vật liệu hàn

Với việc sử dụng thép NVA32 để làm v tàu thủy, với thành phần hóa h c và

cơ tính như trên, ta ch n vật liệu làm dây hàn là loại ER 70S-G có thành phần hóa

h c và cơ tính như dưới đây:

0,55 ÷ 1,10 ≤ 0,030 ≤ 0,030 0,10

0,12 ÷ 0,20 ≤ 0,50

Bảng 2-3: Cơ tính của kim loại hàn đắp

Cơ tính của kim loại đắp

2.1.3.2 Cơ sở lý thuyết xác định chế độ hàn giáp mối

Để có đươc mối hàn đạt chất lượng cao ta cần phải tính toán được chế độ hàn phù hợp với vật liệu và vị trí hàn trong không gian, để nhập thông số chính xác lên bảng điều khiển Do vậy trước khi thực hiện các mối hàn ta cần phải tính các thông số chế độ hàn

* Chế độ hàn giáp mối hàn một lớp

Trước hết ta nghiên cứu cách xác định chế độ hàn đối với hàn giáp mối một lớp, hàn chỉ một phía, không vát mép

Khi các định chế độ hàn để hàn mối hàn này, có thể tiến hành theo trình tự sau đây:

+ Xác định chiều sâu chảy

Chiều sâu chảy khi hàn phía thứ nhất được tính theo công thức:

Trong đó: h1 – Chiều sâu chảy ở phía thứ nhất (mm)

S – Chiều dày của chi tiết (mm)

Trong đó: Ih – Cường độ dòng điện hàn (A)

j – Mật độ dòng điện trong dây hàn (A/mm2)

Mật độ dòng điện cho phép khi hàn tự động và bán tự động các liên kết không vát mép phụ thuộc vào đường kính dây hàn

Φ Dịch chuyển tia (30÷45 V) Dịch chuyển ngắn mạch (16÷22 V)

0,08 mm 5,0÷15m/min (150÷250A) 2,5÷7,5m/min (60÷160A)

1,2 mm 5,0÷15m/min (200÷350A) 2,0÷3,8m/min (100÷175A)

1,6 mm 5,0÷8,8m/min (150÷250A) 1,5÷2,0m/min (120÷180A)

2,4 mm 5,0÷7,5m/min (150÷250A) 1,25÷1,6m/min (150÷200A)

Đây là hai đại lượng liên quan trực tiếp với nhau, khi sử dụng các máy hàn

có đặc tuyến thoải và tốc độ cấp dây không đổi, tại tầm với điện cực nhất định đạt được tốc độ đắp đ xác định trước đó Trên thực tế, người ta không sử dụng cường

độ dòng điện hàn mà sử dụng tốc độ cấp dây để đặt, duy trì và đo tốc độ đắp ( vì như vậy chính xác hơn so với sử dụng cường độ dòng điện hàn) Tốc độ cấp dây cũng có thể được tính theo công thức:

(2-4)

Trong đó: a – Hệ số đắp của dây (g/Ah)

g – Khối lượng 1 mét dây hàn (g/m)

Dòng điện hàn trong giải thích hợp được ch n theo đường kính dây hàn , dạng dịch chuyển kim loại và chiều dày kim loại cơ bản (như bảng trên), dòng điện quá thấp sẽ dẫn tới hàn không ngấu, dòng điện quá cao sẽ gây nên bắn tóe, rỗ khí, hình dạng mối hàn kém Với nguồn hàn có đặc tính thoải, cường độ dòng điện hàn tỉ

lệ thuận với tốc độ cấp dây (như công thức 2-4) khi tốc độ cấp dây cho trước và các thông số khác giữ nguyên Với đường kính dây hàn cho trước, khi tăng cường độ

dòng điện hàn trong dải cho phép, chiều sâu chảy và chiều rộng mối hàn tăng, tốc

độ chảy tăng, kích thước mối hàn tăng

q – Công suất hữu ích của hồ quang

Vh – Vận tốc hàn

Vì công suất hữu ích của hồ quang (q) phụ thuộc chủ yếu vào cường độ dòng điện hàn Ih, nên muốn giữ hình dạng hình h c của vùng hàn luôn luôn không đổi thì tích giữa cường độ dòng điện hàn và vận tốc hàn phải luôn nằm trong một giới hạn xác định Tức là tích Ih.vh = N = const Do đó:

Theo đường kính dây hàn và cường độ dòng điện hàn đ xác định ta có thể tính điện áp hàn như sau:

(2-7) Trong đó: Uh – Điện áp hạn (V)

d – Đường kính dây hàn (mm)

Ih – Cường độ dòng điện hàn (A)

Ngoài ra, để có giá trị chính xác của điện áp khi hàn cụ thể, cần hàn thử vì không có giá trị cụ thể nào thích hợp với m i ứng dụng hàn

+ Tính năng lượng đường

Năng lượng đường là một thông số quan tr ng của chế độ hàn, vì nó cho phép ta đánh giá được hiệu quả nung nóng của nguồn nhiệt hàn đối với kim loại cơ bản và kim loại đắp tốt hay xấu, mức độ biến dạng của liên kết (hay kết cấu) hàn lớn hay nh , đồng thời nó còn là đại lượng cần thiết để tính toán các kích thước cơ bản của mối hàn

Năng lượng đường được tính như sau:

(2-8)

Trong đó: qd– Năng lượng đường (j/cm)

v h – Vận tốc hàn (cm/s)

U h – Điện áp hàn (V)

Ih – Cường độ dòng điện hàn (A)

η – Hệ số hữu ích của hồ quang hàn (hàn MAG η = 0,75)

Kích thước mối hàn phải đảm bảo hai hệ số: Hệ số ngấu “ψ n” và hệ số hình

dạng mối hàn “ψ n-h ” cho phép (ψ n =0,8 ÷ 4 và ψ n-h =7 ÷10)

Hai hệ số trên được tính theo các công thức dưới:

Hệ số hình dạng mối hàn: ψ n-h = b’/c’ (2-10)

Trong đó: b’, c’ và h – chiều rộng, chiều cao và chiều sâu chảy của mối hàn

Ta có thể tính toán điều kiện nguội vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn thép, để kiểm tra các thông số chế độ hàn có bảo đảm hay không (phương pháp tính của Viện hàn Quốc tế)

Theo hình 1-1 [9], Ta nhận thấy, với đa số loại quá trình hàn, nhiệt độ tăng theo quan hệ gần như tuyến tính với thời gian, trong khi đó sự giảm nhiệt độ theo thời gian lại có đặc trưng hàm mũ Với hầu hết quá trình hàn hồ quang, tốc độ nung vào khoảng 50÷4000C/s (có thể đạt tới 10000C/s khi hàn laze) Tốc độ nung cao có tác dụng đẩy các nhiệt độ Ac1 va Ac3 lên cao Với hầu hết các thép kết cấu dùng trong chế tạo kết cấu hàn, quá trình phân hủy austenit xảy ra dưới nhiệt độ Ac1 Đặc biệt, trong d y nhiệt độ chuyển biến 800 ÷ 5000C của austenit rất dễhình thành các

tổ chức kim loại có độ cứng cao và nhảy cảm với nứt Vì vậy, các nhà nghiên cứu

đ đề nghị sử dụng thông số thời gian nguội (tính bằng giây) trong khoảng nhiệt độ

đó, g i là Δt8/5 (hoặc Δt(800-5000C), t8-5, t800-500) làm đặc trưng của quy trình nguội ( trong khoảng nhiệt độ này, đường cong nguội thường không tuyến tính) Đối với

liên kết hàn thép tấm kết cấu, giá trị tiêu biểu của thời gian nguội như sau (trường hợp không nung nóng sơ bộ khi hàn):

- Thời gian nguội (s), theo sơ đồ nguội nhiệt điểm:

√ ( )(2-13) Với : h – Chiều cao tấm cân hàn [cm] => h = s

T0 – Nhiệt độ ban đầu của tấm [0C] => T0=200C

pc - nhiệt dung khối của thép [cal/cm3.0C] => pc = 1,25 cal/cm3.0C

F2, F3 - Các hệ số hình dạng liên kết được tra trong bảng 1-3 của [9]

qd - Năng lượng đường [J/cm]

p – Khối lượng riêng của kim loại đắp [g/cm3] => p=7,85g/cm3

λ – Hệ số dẫn nhiệt của thép [cal/cm.s. 0C] => λ =0,09 cal/cm.s. 0

C

Nếu:

h=s>hp thì sử dụng sơ đồ nguồn nhiệt điểm cho truyền nhiệt 3 chiều

h=s<hp thì sử dụng sơ đồ nguồn nhiệt đường cho truyền nhiệt 2 chiều

Cũng có thể tính thời gian nguội theo cả 2 sơ đồ đối với một chiều dày cụ thể Chỉ có giá trị tính toán lớn hơn là có ý nghĩa thực sự, tức là nếu phương trình tình theo nguồn nhiệt điểm có giá trị lớn hơn so với giá trị tính toán theo sơ đồ nguồn nhiệt đường, trong thực tế đây sẽ là trường hợp truyền nhiệt 3 chiều Nếu kết quả ngược lại, đó sẽ là trường hợp truyền nhiệt 2 chiều

Đối với những mối hàn giáp mối có vát mép, trình tự tính toán cũng được tiến hành như trên

* Chế độ hàn giáp mối hàn nhiều lớp

Khi xác định chế độ hàn giáp mối hàn nhiều lớp, có thể chia làm 3 bước như sau: Bước thứ nhất xác định chế độ hàn lớp đầu tiên, bước thứ hai xác định chế độ hàn các lới tiếp theo, và bước thứ ba xác định chế độ hàn lớp trên cùng

+ Tính toán chế độ hàn lớp đầu tiên

Việc tính toán các thông số chế độ hàn của lớp đầu tiên cũng được tính toàn theo trình tự như đối với hàn giáp mối hàn 1 lớp như trên Khi các thông số hàn được th a m n các điều kiện (các hệ số, thời gian nguội, …) ta tính diện tich ngang của lớp đắp đầu tiên theo công thức:

(2-14)

Trong đó: Fh – Diện tích ngang lớp hàn (mm2)

a d – Hệ số đắp (g/Ah)

Ih – Cường độ dòng điện hàn (A)

p – Khối lượng riêng của kim loại đắp (g/cm3)

+Tính toán chế độ hàn cho các lớp tiếp theo

Việc tính toán các thông số chế độ hàn của lớp tiếp theo cũng được tính toán theo trình tự như đối với hàn giáp mối hàn 1 lớp như trên

Khi các thông số hàn đ thõa m n các điều kiện (các hệ số, thời gian nguội,…) ta tính diện tích ngang của các lớp đắp này theo ( 2-14)

Giả sử các lớp đắp tiếp theo có cùng diện tích đắp, khi đó ta tính được số lớp cần hàn theo công thức:

(2-15) Trong đó: Fh – Diện tích đắp toàn bộ kim loại mối hàn (mm2)

Fh1 – Diện tích đắp của lớp hàn đầu tiên (mm2)

Fh2 - Diện tích đắp của các lớp hàn tiếp theo (mm2)

Sau khi tính được n, ta ch n số lớp cần thiết để hàn là k

* Tính toán chế độ hàn cho lớp hàn trên cùng

Sau khi đ ch n được số lớp hàn, ta cần tiến hành tính toán chế độ hàn cho lớp trên cùng, sao cho đảm bảo diện tích đắp đ ng với yêu cầu của mối hàn cần hàn Diện tích lớp đắp trên cùng khi đó được tính theo công thức:

Fh-t = Fh – [Fh1 + (k-2).Fh2] (2-16)

Trong đó: Fh - Diện tích đắp toàn bộ kim loại mối hàn (mm2)

Fh1 – Diện tích đắp của lớp hàn đầu tiên (mm2)

Fh2 - Diện tích đắp của các lớp hàn tiếp theo (mm2)

Fh-t – Diện tích đắp của lớp trên cùng (mm2)

K – Số lớp cần hàn

Khi đ tính được diện tích đắp của lớp trên cùng, ta cần tính toán các thông

số của chế độ hàn như sau:

- Ch n sơ bộ cường độ dòng điện hàn ch lớp trên cùng;

- Điện áp hàn, như công thức (2-7);

- Vận tốc hàn, từ công thức (2-14), ta suy ra được công thức tính vận tốc hàn lớp trên cùng là:

(2-17) Sau khi đ được các thông số chế độ hàn của lớp hàn trên cùng, ta cũng tiến hành kiểm tra các hệ số, thời gian nguội như trên

+ Diện tích đắp của mối hàn giáp mối với chiều dày bất kỳ

Diện tích đắp của mối hàn giáp mối với chiều dày S bất kỳ được xác định theo công thức:

* Tính toán xác định chế độ hàn giáp mối với chiều dày 12mm

Trong nghành đóng tàu vật liệu chế tạo võ tàu có chiều dày bao nhiêu là phụ thuộc vào bản thiết kế đóng tàu Vật liệu chế tạo võ tàu thường có chiều dày từ 5mm đến 24mm ở luân văn này tôi chỉ tính toán cho vật liệu có chiều dày 12mm

và vật liệu hàn sử dụng dây hàn gồm 2 loại: Dây hàn l i bột và dây hàn l i đặc

Theo AWS D1.1-2004 và sổ tay Hàn [9] ta chuẩn bị phôi với dạng vát mép như hình dưới:

Hình 2-3: Mối hàn 1G trên chiều dày vât hàn 12mm

Với các thông số vát mép như hình trên ta tính được Fh = 120 [mm2]

Ch n đường kính dây hàn d = 1,2mm, phương pháp hàn MAG trong môi trường khí bảo vệ CO2

 Hệ số đắp của day hàn lõi đặc là αd = 16,2 (g/Ah)

Hệ số đắp của day hàn lõi bột là αd = 23 (g/Ah)

* Tính toán chế độ hàn khi hàn dây lõi bột

+Chế độ hàn cho lớp hàn đầu tiên với cường độ dòng hàn I h1 :