Độ sạch của mép hàn và bề mặt kim loại cơ bản liền kề, độ chính xác chuẩn bị
mép hàn và gá lắp hàn, các máy, đồ gá chuẩn bị phôi không chuẩn, vật liệu không
đồng nhất, bản vẽ không chính xác, tay nghề của thợ hàn thấp là những nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, mối hàn dễ bị khuyết tật.
Sự sai lệch bề mặt kim loại cơ bản nên nhỏ hơn 3,2mm trong cả hai phía mặt trước và mặt sau. Có thể yêu cầu mài đểđảm bảo dung sai cho phép. Sự sai lệch lớn có thể gây ra nhiều vấn đề khác nhau, bao gồm thiếu kim loại hàn, hình dạng mối hàn bất thường, liên kết hàn kém, thiếu khí bảo vệ. Thêm vào đó, khi sử dụng tấm
đệm bằng thép, sự sai lệch quá mức cho phép có thể gây nóng chảy tấm đệm này. Khi hàn các tấm có độ dày khác nhau, tấm dày hơn cần được mài vát và con trượt giữ cũng phải được vát để phù hợp với tấm dày này. Các mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn đều để cho mối hàn đều đặn không bị cong, vênh, rỗ….
Phải làm sạch khu vực xung quanh mép hàn một khoảng rộng 50-60mm về
hai cạnh mối hàn. Tiêu chuẩn đánh giá theo AWS WHB – 290 Chaper 7-
Electrogas welding-Welding handbook.
2.1.2. Ảnh hưởng của liên kết hàn đến sự hình thành mối hàn.
- Chuẩn bị vát mép và gá lắp vật hàn cho hàn điện khí yêu cầu cẩn thận hơn nhiều so với hàn hồ quang tay.
- Các mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn đều để cho mối hàn đều đặn không bị cong, vênh, rỗ.
- Phải làm sạch khu vực xung quanh mép hàn một khoảng rộng 50-60mm về
hai cạnh mối hàn.
- Vát mép hàn: nếu mép hàn là hình vuông (không vát mép) thông thường khi gá lắp hàn để độ mở từ 17mm - 32mm. Đối với vát mép chữ V đơn độ mở từ
17mm - 32mm và ở chân từ 4mm - 10mm.
- Góc vát mép hàn không được qui định cụ thể tuỳ thuộc vào chiều dày phôi hàn.
2.2. Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến sự hình thành mối hàn. 2.2.1. Ảnh hưởng của dòng điện hàn. 2.2.1. Ảnh hưởng của dòng điện hàn.
Cường độ dòng điện có ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn. Dòng
điện hàn tăng dẫn đến tăng mật độ dòng , kích thước vũng hàn, hệ số chảy, và tốc
độ chảy. Thông qua thay đổi cường độ dòng điện hàn, ta có thể tác động lên đặc trưng dịch chuyển kim loại vào vũng hàn. Khi tăng cường độ dòng điện hàn (các
4 - 10 (mm) 17 - 32 (mm)
17 - 32 (mm)
Hình 2.2. Chuẩn bị phôi hàn giáp mối mép hàn chữ V Hình 2.1. Chuẩn bị phôi hàn giáp mối mép hàn hình vuông
thông số khác giữ nguyên), lượng kim loại nóng chảy tăng do mật độ dòng điện tăng, làm tăng lượng điện cực nóng chảy. Theo đó, sự tập trung nhiệt trong hồ
quang tăng và làm áp lực của hồ quang tăng. Chiều cao cột hồ quang giảm khiến mật độ hồ quang tập trung trong phạm vi nhỏ làm bề rộng mối hàn giảm, còn khi dòng điện nhỏ chiều dài hồ quang lớn vùng ảnh hưởng của hồ quang rộng làm bề
rộng của mối hàn tăng lên.
Dòng điện hàn quá lớn, năng lượng đường cao gây cháy thủng. Khi dòng hàn quá nhỏ, làm nhiệt của hồ quang không đủ khiến cho mối hàn không ngấu hoặc không thấy.
Hình 2.4. Ảnh hưởng của dòng điện hàn tới hình dáng của bể hàn Hình 2.3. Sựảnh hưởng của dòng điện đến hình dạng của mối hàn
Đối với hàn điện khí dòng hàn trong khoảng từ 300A - 400A đối với dây 1,6mm, từ 400A - 800A đối với dây 2,4mm và từ 500A - 1000A đối với dây 3,2mm.
2.2.2. Ảnh hưởng của điện áp hàn.
Điện áp hồ quang thay đổi theo chiều dài cột hồ quang. Điện áp hồ quang không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ chảy nhưng ảnh hưởng chủ yếu chiều rộng mối hàn. Điện áp hàn tăng sẽ làm tăng chiều dài cột hồ quang. Do đó, lượng nhiệt sinh ra trong hồ quang sẽ tác động lên một diện tích lớn hơn của kim loại cơ bản, làm giảm chiều sâu ngấu h nhưng lại làm tăng chiều rộng mối hàn b.
Điện áp hàn quá cao khiến năng lượng đường lớn gây cháy thủng. Điện áp hàn quá lớn sẽ làm tăng xác suất cháy các nguyên tố hợp kim, rỗ khí và bắn toé, làm tăng kích thước vũng hàn khiến khả năng hàn ở các tư thế trở nên khó khăn.
Hình 2.6. Ảnh hưởng của điện áp hàn tới hình dáng của bể hàn Hình 2.5. Ảnh hưởng của dòng điện hàn tới hình dáng của bể hàn
Điện áp hàn quá thấp làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá, dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn. Với hàn điện khí điện áp thường dùng trong khoảng từ 30V - 45V
2.2.3. Ảnh hưởng của tốc độ hàn.
Đây là đại lượng quan trọng thứ ba có ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường được dùng để tăng năng suất hàn. Việc chọn đúng tốc độ hàn phụ thuộc vào hình dạng mối hàn. Tốc độ hàn tăng làm tăng lượng nhiệt đưa vào vật hàn phía trước hồ quang, do đó cần ít nhiệt hơn để nung nóng trước cạnh hàn. Ngoài ra, cùng với tăng tốc độ hàn, tốc độ nguội sau khi hàn tăng, có thể làm tăng khả năng bị nứt với một số loại thép có tính thấm tôi cao.
Tốc độ hàn ảnh hưởng đến kích thước mối hàn và chiều sâu chảy mối hàn. Nếu giảm tốc độ hàn vũng hàn sẽ rộng và nông hơn, hồ quang tác động chủ yếu lên vũng hàn, thay vì lên kim loại cơ bản. Khi tăng tốc độ hàn, chiều sâu chảy giảm, chiều rộng mối hàn giảm.
2.2.4. Ảnh hưởng của đường kính dây hàn.
Khi cường độ dòng điện hàn không đổi, nếu tăng đường kính điện cực dẫn
đến tăng chiều rộng b và làm giảm chiều sâu ngấu h của mối hàn.Mật độ dòng điện hàn tăng làm tăng tốc độ chảy điện cực và chiều sâu chảy của mối hàn.
Các dây hàn nhỏ có ưu thế về mặt dải mật độ dòng lớn hơn so với các dây
đường kính lớn, điều này cho phép giảm góc rãnh hàn và hàn thuận lợi ở nhiều tư
thế hàn khác nhau. Khi chọn đường kính dây to quá khiến lượng nhiệt của hồ quang không đủ để làm nóng chảy hết tiết diện của dây gây khuyết tật. Khi chọn đường kính dây hàn nhỏ quá khi nóng chảy bị tổn thất nhiền do bay hơi, lượng kim loại nóng chảy đi vào mối hàn không đủ gây khuyết tật.
Chọn dây hàn là một khâu quan trọng phù thuộc vào vật liệu cơ bản, phương pháp hàn, tư thế hàn, chế độ hàn. Dây hàn được sử dụng để bổ sung kim loại vào vũng hàn, nhằm tạo nên mối hàn có cơ tính và các tính chất khác gần với kim loại cơ bản, để tạo nên mối hàn không có khuyết tật. Dây hàn thường có hàm lượng Cacbon không quá 0,12%. Nếu hàm lượng Cacbon cao sẽ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện vết nứt trong mối hàn.
Sựổn định của quá trình hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn. Cần chú ý đến phương pháp bảo quản, cất giữ
và làm sạch nếu dây hàn bị bẩn. Một trong những cách giải quyết là sử dụng dây có mạđồng. Dây mạđồng sẽ nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống rỉ.
2.2.5. Ảnh hưởng của tầm với điện cực.
Tầm với điện cực là khoảng cách từđầu dây hàn (điện cực) đến đầu giá kẹp
điện cực. Tầm với điện cực đặc biệt quan trọng khi dây hàn thuộc loại vật liệu có tính dẫn nhiệt thấp và điện trở riêng lớn, nói chung đường kính dây hàn và loại khí bảo vệ có ảnh hưởng đến giá trị của tầm với điện cực.
Tầm với điện cực quá lớn khiến điều kiện bảo vệ vũng hàn bị xấu đi, đặc biệt khi nghiêng mỏ hàn. Khi dây hàn có đường kính nhỏ, tầm với điện cực qúa lớn cũng làm giảm tính ổn định của dây hàn. Ngoài ra, tầm với điện cực tăng sẽ tăng mức độ bắn tóe khi hàn, ngược lại tầm với điện cực quá nhỏ sẽ làm ống tiếp xúc bị
quá tải về nhiệt và làm các giọt kim loại bắn tóe nhiều.
Độ dài phần nhô của dây hàn tăng lên thì việc dẫn dây vào đúng tâm vùng hàn bị ảnh hưởng hàn đồng thời trên hình vẽ ta thấy nếu tăng chiều dài nhô ra của
điện cực thì sẽ làm giảm chiều sâu ngấu và chiều rộng bể hàn. Đối với hàn điện khí
dây lõi đặc, thông thường tầm với điện cực là 40mm, nếu tăng tầm với điện cực tăng lên sẽ làm giảm điện áp và độ ngấu mép hàn.
2.2.6. Ảnh hưởng của chế độ dao động điện cực.
Điện cực hàn có dao động hay không tuỳ thuộc vào điều kiện hàn như: chiều dày vật hàn, dòng điện hàn, điện áp hàn, đường kính điện cực. Thông thường vật liệu hàn có chiều dầy nhỏ hơn hoặc bằng 19mm thì không cần dao động điện cực, vật liệu có chiều dày lớn đến 40mm có thể cũng không dao động nhưng tuỳ
thuộc vào chế độ hàn nêu trên, đối với vật liệu có chiều dày hơn để đảm bảo độ
ngấu và không bị khuyết tật nên dao động điện cực. Biên độ và tần số dao động phải được tính toán cẩn thận sao cho điện cực không chạm vào vật liệu hàn cũng như khuôn đồng, và lót đáy trong quá trình hàn.
2.2.7. Ảnh hưởng của góc nghiêng điện cực.
Trong quá trình hàn góc nghiêng của điện cực sẽ ảnh hưởng đến sự nóng chảy của kim loại cơ bản, cũng như tiết diện của vũng kim loại lỏng. Khi thực hiện cần chú ý đến góc nghiêng của mỏ hàn so với mép phôi hàn và so với trục đường hàn. Vì vậy việc chọn đúng góc nghiêng của mỏ hàn là rất cần thiết khi hàn.
- Góc độ của đầu hàn (điện cực) so với hai mép phôi luôn luôn là 900
- Góc độ củađầu hàn (điện cực) so với trục đường hàn trong khoảng từ 00÷
300 tuỳ theo chiều dày vật hàn, thiết bị và kết cấu gá lắp hàn.
2.2.8. Ảnh hưởng của khí bảo vệ.
Khí bảo vệ có chức năng ngăn không cho không khí xung quanh tiếp xúc với vũng hàn và tác động đến các đặc trưng của hồ quang, dạng dịch chuyển kim loại
điện cực vào vũng hàn, các thông số hình học của mối hàn, tốc độ hàn, xu hướng cháy lõm mép hàn và hiệu ứng bắn phá lớp oxit bề mặt. Đặc điểm của các loại khí bảo vệ thông dụng khi hàn thép:
- CO2 là khí hoạt tính, dùng cho hàn thép cac bon và thép hợp kim thấp với dạng dịch chuyển ngắn mạch của kim loại điện cực. Khí bảo vệ CO2 được phát riển rộng dãi vì có các ưu điểm sau:
+ CO2 dễ sản xuất và giá thành thấp. + Chiều sâu chảy lớn.
+ Tính công nghệ khi hàn trong CO2 cao hơn so với hàn dưới lớp thuốc vì có thể hàn ở mọi vị trí khác nhau.
+ Chất lượng hàn cao, sản phẩm ít cong vênh, tốc độ hàn nhanh, nhiệt tập trung , hiệu suất sử dụng nguồn nhiệt lớn, vùng ảnh hưởng hẹp.
00 ÷ 300
+ Hồ quang không êm, bắn toé nhiều. + Không thuận lợi cho dịch chuyển dạng tia.
- Argon là khí trơđược điều chế từ khí quyển bằng phương pháp hoá lỏng có
độ sạch 99,99%. Khí này được cung cấp trong các bình dưới áp suất cao hoặc ở
dạng lỏng với nhiệt độ dưới - 184oC trong các bình chứa lớn. Sau khi ra khỏi chụp khí mỏ hàn Ar tạo thành lớp bảo vệ phía trên vũng hàn. Argon thường không được sử dụng riêng rẽ khi hàn thép các bon và thép hợp kim thấp. Thay vào đó người ta bổ sung một số lượng nhất định O2 hoặc CO2 để gây ổn định hồ quang. Khí Ar có các đặc điểm cơ bản sau: + Hình dạng mối hàn tốt. + Chiều sâu chảy nhỏ hơn so với hàn bằng CO2. + Vùng hàn có tính chảy loãng thấp hơn so với hàn bằng CO2. + Có thể xảy ra hiện tượng không ngấu bề mặt của rãnh hàn. + Có thể hàn ở các tư thế khác nhau.
+ Để có dạng dịch chuyển tia của kim loại điện cực, cần sử dụng tối thiểu 80% Ar.
- Hỗn hợp Ar + 3- 10% CO2 hoặc Ar + 1- 5% O2 thường được dùng cho hàn với dạng dịch chuyển tia của kim loại điện cực. Tỷ lệ Argon trong hỗn hợp này càng thấp thì càng cần phải có điện áp hồ quang cao hơn cần cho việc thiết lập chiều dài cần thiết của hồ quang thích hợp cho dạng dịch chuyển tia. Các đặc điểm cơ bản:
+ Hình dạng mối hàn tốt.
+ Bắn toé tối thiểu hoặc bằng không. + Chỉ hàn được ở tư thế hàn sấp. + Tốt nhất cho hàn tấm dày.
CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ HÀN TRÊN ROBOT HÀN TỰ HÀNH.
3.1. Quy hoạch thực nghiệm.
3.1.1. Khái niệm quy hoạch thực nghiệm.
Theo nghĩa rộng, quy hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằm đưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúc của quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu), trong điều kiện đã hoặc chưa biết đầy đủ về cơ chế
của đối tượng.
3.1.2. Mục đích của quy hoạch thực nghiệm.
Nhiều công trình nghiên cứu khoa học công nghệ thường đưa đến giải bài toán cực trị, tìm điều kiện tối ưu để tiến hành các quá trình hoặc lựa chọn thành phần tối ưu để tiến hành các quá trình, hoặc lựa chọn thành phần tối ưu của hệ nhiều phần tử.
Có nhiều cách tiếp cận khác nhau khi giải các bài toán loại này. Theo quan
điểm lý thuyết, phải nghiên cứu một cách toàn diện cơ chế của quá trình, cũng như
tính chất, đặc điểm tác động qua lại của các phần tử trong hệ trước khi lập mô hình giải tích. Từ kết quả nghiên cứu này, có thể xây dựng lý thuyết của quá trình, nhờ đó giải được mọi bài toán cực trị.
Nhưng thông thường các hệ cần điều khiển và tối ưu hóa lại phức tạp đến mức không thể nghiên cứu lý thuyết trong khoảng thời gian hợp lý. Càng ngày chúng ta càng thâm nhập sâu vào nhiều lĩnh vực công nghệ và kỹ thuật khác nhau.
Đối tượng nghiên cứu này ngày càng đa dạng hơn, trở thành những hệ thống cồng kềnh với tập hợp lớn các yếu tốảnh hưởng và các chỉ tiêu đánh giá. Mối liên quan giữa các thành phần trong hệ thống càng không thể mô tả một cách hoàn hảo bằng
các hàm lý thuyết. Trong đa số trường hợp, bài toán cực trị được giải quyết bằng thực nghiệm. Ý nghĩa của nghiên cứu lý thuyết thường được giới hạn ở tác dụng
định hướng ban đầu. Trong khi đó thực nghiệm có tác dụng ngược trở lại, bổ sung cho kết quả nghiên cứu lý thuyết, xác định rõ hơn cơ chế của hiện tượng.
3.1.3. Ý nghĩa của quy hoạch thực nghiệm:
- Giảm đáng kể số lượng thí nghiệm cần thiết, giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện vật chất so với các phương pháp khác.
- Hàm lượng thông tin nhiều rõ rệt nhờ đánh giá được vai trò của tác động