Chương 2 đã hệ thống các vấn đề lý thuyến về công nghệ hàn SAW và hàn MAG về bản chất, đặc điểm ứng dụng, thiết bị, công nghệ, các phương thức chuyển dịch kim loại lỏng, tính chất của khí CO2, thuốc hàn, dây hàn và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn như: thông số chế độ hàn, thông số công nghệ hàn. Đây là những phân tích, so sánh quan trọng nhất mang tính lý thuyết để làm cơ sở tiền đề cho quá trình nghiên cứu thực nghiệm ở phần sau.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẢI TIẾN HỆ THỐNG THIẾT BỊ 3.1 Thiết bị hàn MAG trước cải tiến
Hình 3 -1: Hệ thống thiết bị hàn MIG/MAG.
Hình 3 -2: Hính ảnh thiết bị hàn MIG/MAG trước cải tiến.
3.2. Thiết bị hàn sau thiết kế cải tiến
Hình 3 – 4: Mô hình thiết bị hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc(SAW) được thiết kế cải tiến trên cơ sở thiết bị hàn MIG/MAG DRAGON 350
- Hệ thống thiết bị hàn sau khi được thiết kế cải tiến bao gồm các bộ phận sau:
1. Xe hàn;
2. Đầu hàn (mỏ hàn); 3. Cơ cấu cấp dây hàn;
5. Bộ phận cấp và chứa thuốc hàn; 6. Cơ cấu điều chỉnh đầu hàn (mỏ hàn); 7. Cơ cấu định vị biên dạng R;
8. Biến áp hàn.
Trong đó các bộ phận từ số 01 đến bộ phận 07 được thiết kế chế tạo thành “Thiết bị tự hành để hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc”
3.2. 1. Xe hàn
Đối với phương pháp hàn MIG/MAG thì mỏ hàn được di chuyển bởi đôi tay của người thợ hàn. Vì vậy, tốc độ hàn không ổn định (lúc nhanh, lúc chậm), chiều dài hồ quang không ổn định (lúc dài, lúc ngắn) dẫn đến chất lượng mối hàn phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của người thợ hàn.
Đối với thiết bị sau khi đã cải tiến thì mỏ hàn (đầu hàn) được cố định trên xe hàn và xe hàn di chuyển theo một vận tốc cố định cho một chế độ hàn. Vì vậy tốc độ hàn là ổn định, khoảng cách giữa điện cực hàn với vật hàn là không đổi, làm cho khoảng cách hồ quang hàn ít thay đổi trong quá trình hàn, điều đó sẽ ảnh hưởng tốt cho quá trình hàn. Khi tốc độ hàn và khoảng cách hồ quang ổn định sẽ làm cho điện áp hàn và dòng điện hàn ổn định. Đó là điều mong muốn có lợi cho quá trình hàn, mà bất cứ công nghệ hàn nào cũng mong muốn có được. Đây là điểm khác biệt của thiết bị sau khi đã được cải tiến.
Xe hàn thực chất là các cơ cấu chuyển động tịnh tiến để đưa đầu hàn di chuyển dọc theo đường hàn. Thông thường sẽ có 2 loại chính: một loại có hệ thống di chuyển cố định trên bàn máy và chi tiết sẽ được đưa đến máy hàn khi hàn, loại này thường được sử dụng trong các nhà máy chế tạo, để hàn các loại chi ti ết như thùng chứa, nồi hơi, nối các tấm dày… ;loại thứ hai là hệ thống hàn được đặt trên một hệ thống xe chạy, loại này cơ động hơn và được sử dụng nhiều hơn khi hàn ngoài trời. Đối với hệ thống hàn hồ quang chìm trong phạm vi đề tài, là loại hệ thống vận chuyển thứ hai sẽ đơn giản hơn và cơ động hơn. Hệ thống sẽ sử dụng hệ thống xe chạy trên ray để vận chuyển phần cơ cấu hàn khi hàn các mối hàn có biên dạng là đường thẳng và chạy trên mặt phẳng vật liệu cơ bản khi theo biên dang R thông qua bánh tỳ của cơ cấu định vị. Hệ thống xe này có khả năng điều chỉnh được vận tốc di chuyển để kiểm soát tốc độ chuyển động của đầu hàn khi hàn.
1. Công tắc hành trình điều khiển hướng hàn;
2. Chiết áp điều chỉnh vận tốc hàn; 3. Khóa đóng mỡ ly hợp;
4. Khớp nối nguồn điện (220 V); 5. Cơ cấu định vị biên dạng khi
hàn các kết cấu góc trong có biên dạng R, ở vị trí hàn 2F.
3.2.2. Mỏ hàn
Đối với mỏ hàn sử dung cho công nghệ hàn MIG/MAG bao gồm cả hệ thống dẫn khí hàn đến bép hàn.
Hình 3 – 6: Hình ảnh mỏ hàn MIG/MAG DRAGON.
Đối với mỏ hàn sau khi đã cải tiến để sử dung cho công nghệ hàn SAW thì kết cấu đơn giản và gọn nhẹ hơn. Do không cần sử dụng đến ống dẫn khí để bảo vệ mối hàn như mỏ hàn MIG/MAG. Vì vây, mỏ hàn sau khi được cải tiến để hàn SAW phù hợp với công năng sử dụng và đảm bảo tính công nghệ, và yêu cầu kỹ thuật để hàn được các mối hàn SAW đảm bảo chất lượng. Mỏ hàn sau khi được cải tiến có 04 bộ phận chính như sau.
1. Khớp nối nguồn hàn; 2. Vỏ nhựa cách điện; 3. Thân mỏ hàn; 4. Bép hàn.
Hình 3 – 7: Hình ảnh mỏ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc(SAW) được thiết kế cải tiến trên cơ sở mỏ hàn MIG/MAG DRAGON 350.
3.2.3. Cơ cấu cấp dây hàn
Cơ cấu cấp dây hàn khi hàn bằng phương pháp hàn MIG/MAG được kết cấu nối tiếp với cơ cấu điều khiển, ống dẫn khí hàn, cấp nguồn điều khiển và ống luồn dây hàn cấp đến mỏ hàn.
Hình 3 – 8: Hình ảnh cơ cấu cấp dây hàn MIG/MAG DRAGON.
Cơ cấu cấp dây hàn khi hàn bằng phương pháp hàn SAW được kết cấu một cách linh hoạt hơn. Cơ cấu cấp dây hàn và mỏ hàn được đấu nối thành một khối cố định gọi là đầu hàn. Đầu hàn này được gá lên một cơ cấu điều chỉnh góc độ và khoảng cách giữa điện cực và vật hàn.
Cơ cấu cấp dây hàn có 5 bộ phận chính.
1. Con lăn chủ động (được nối với động cơ một chiều); 2. Con lăn điều chỉnh khe hở để nắn dây hàn;
3. Con lăn định vị vị trí dây hàn trong quán trình nắn dây; 4. Con lăn bị động cấp dây hàn;
5. Tay định vị và điều chỉnh khe hở giữa con lăn chủ động và con lăn bị động.
a) . Hình ảnh của bộ phận cấp dây lúc mở để lắp dân hàn. b) . Hình ảnh của bộ phận cấp dây lúc làm việc
Hình 3 – 9: Hình ảnh cơ cấu cấp dây hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc(SAW) được thiết kế cải tiến trên cơ sở cơ cấu cấp dây hàn MIG/MAG DRAGON 350.
3.2.4. Bộ phận điều chỉnh chế độ hàn và điều khiển quá trình hàn
- Đối với thiết bị trước khi cải tiến.
Hình 3 – 10: Hình ảnh cơ cấu điều khiển chếhàn MIG/MAG 350.
Cơ cấu điều khiển chế độ hàn trước cải tiến có 02 bộ phận cơ bản
01.Chiết áp điều chỉnh điện áp hàn;
02.Chiết áp điều chỉnh dòng điện hàn. - Đối với thiết bị sau khi được thiết kế cải tiến
Hình 3 – 11: Hình ảnh bộ phận điều chỉnh chế độ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc(SAW) được thiết kế chế tạo mới.
Cơ cấu điều chỉnh chế độ hàn của thiết bị sau khi cải tiến có 06 bộ phận cơ bản 1. Đồng hồ hiển thị điện áp hàn (Vol kế)
2. Chiết áp điều chỉnh điện áp hàn
3. Đồng hồ hiển thị dòng điện hàn (Ampe kế) 4. Chiết áp điều chỉnh dòng điện hàn
5. Nút ấn đóng ngắt quá trình hàn 6. Nút ấn điều chỉnh dây hàn vào ra
3.2.5. Bộ phận cấp và chứa thuốc hàn
Về cơ bản việc cung cấp thuốc hàn trong quá trình hàn có thể được thực hiện bằng tay (rải đều trên đường hàn trước khi hàn) hoặc rắc tự động bằng việc sử dụng một ống rót thuốc nối với một thùng đựng thuốc ở phía trên. Khi đầu hàn di chuyển, thuốc hàn sẽ tự rơi xuống dọc theo đường hàn, lượng thuốc hàn cung cấp sẽ được khống chế thông qua một van đóng mở. Thông thường các hệ thống hàn hồ quang chìm sẽ có cả hệ thống thu hồi thuốc hàn chưa sử dụng bằng một ống hút chạy phía sau đầu hàn, tuy nhiên trong phạm vi đề tài sẽ chỉ sử dụng bộ phận chứa và cấp thuốc hàn rải đều trên đương hàn, mà không sử dụng bộ phận thu hồi thuốc. Gồm các bộ phận sau:
1. Khóa; 2. Ống dẫn;
3. Bộ phận định vị vào thân máy; 4. Bộ phận chứa thuốc.
Hình 3 – 12: Hình ảnh Bộ phận chứa và cấp thuốc hàn được thiết kế chế tạo mới.
3.2.6. Cơ cấu điều chỉnh đầu hàn (mỏ hàn)
- Cơ cấu điều chỉnh đầu hàn có 03 bộ phận chính. 1. Bộ phận điều chỉnh đầu hàn vào – ra;
2. Bộ phận điều chỉnh đầu hàn lên xuống; 3. Bộ phận điều chỉnh góc nghiêng của đầu hàn.
Hình 3 – 13: Hình ảnh cơ cấu điều chỉnh mỏ hàn (đầu hàn) hồ quang chìm dưới lớp thuốc(SAW) được thiết kế chế tạo mới.
3.2.7. Cơ cấu định vị biên dạng R
Đây là cơ cấu mới và nổi bật so với các đề tài trước đây đã thiết kế cải tiến. Nhờ cơ cấu này mà thiết bị sau khi thiết kế chế tạo đã hàn được mối hàn ở vị trí 2FR (ứng dụng để hàn các mối hàn góc ở vị tría 2F, giữa đáy và thành các bồn chứa).
Cơ cấu gồm các bộ phận chính như sau: 1. Ổ lăn;
2. Thân (tay định vị); 3. Đai ốc hãm;
4. Tăng cứng.
Hình 3 – 14: Hình ảnh cơ cấu định vị biên dạng đường hàn được thiết kế chế tạo mới.
Hình 3 – 15: Hình ảnh hệ thống thiết bị hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc(SAW) sau khi thiết kế cải tiến.
3.3. Quy trình kỹ thuật vận hành và hàn hồ quang chìm dười lớp thuốc trên thiết bị đã được cải tiến bị đã được cải tiến
Để vận hành thiết bị một cách an toàn và đúng yêu cầu kỹ thuật. Việc vận hành thiết bị hàn nói chung và vận hành thiết bị hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc cần phải tuân thủ quy trình sau.
3.3.1. Công tác an toàn khi vận hành thiết bị
Để bảo đảm an toàn cho ngừi vận hành và thiết bị thì việc tuân thủ quy định về an toàn khi vận hành là hết sức cần thiết. Đặc biệt là an toàn về sử dụng điện.
- Trước khi cấp nguồn điện cho thiết bị người vận hành thiết bị cần phải kiểm tra các yêu tố an toàn về điện như:
+ Các điểm nối từ lưới điện đên cầu dao tổng, các điểm nối từ cầu dao đền thiết bị, có bị rò điện hay lỏng dây không. Nếu để hiện tượng trên xảy ra sẽ ảnh hưởng đến tính mạng của người vận hành và làm hỏng thiết bị.
+ Môi trường xung quanh vị trí làm việc và đặt thiết bị có hiện tượng ẩm ướt hay ngập nước không. Nếu có hiện tượng trên thì phải di chuyển thiết bị đến nơi có điều kiện tốt hơn.
+ Kiểm tra hệ thống thoát khí tại vị trí làm việc có đảm bảo yêu cầu về độ thông thoáng không.
3.3.2. Kiểm tra tình trạng của thiết bị
Trước khi vận hành cần phải kiểm tra điều kiện hoạt động của thiết bị, đây là một bước không thể bỏ qua đối với công nhân vận hành thiết bị hàn. Kiểm tra quạt làm mát, cáp nguồn, các đồng hồ báo (ampe kế, vol kế), công tắc hành trình của xe hàn, khóa ly hợp của xe hàn, cơ cấu di chuyển của xe hàn. Phải đảm bảo rằng tất cả đang hoạt động tốt.
3.3.3. Quy trình vận hành thiết bị
Để tiến hành hàn chúng ta cần phải thực hiện theo các bước sau: - Chuẩn bị kết cấu hàn.
Kết cấu hàn phải được gá lắp đung yêu cầu kỹ thuật, vệ sinh sạch sẽ và nung nóng mép hàn tránh tình trạng mép hàn bị ẩm.
- Chuẩn bị thuốc hàn.
Thuốc hàn phải được sấy đến nhiệt độ quy định của nhà sản xuất tùy vào từng loại thuốc hàn cụ thể tránh tình trạng thuộc hàn bị ẩm làm ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. - Chuẩn bị thiết bị.
Thiết bị hàn phải được kiểm tra tình trạng hoạt động và bảo đảm an toàn trước khi đưa vào vận hành.
- Quy trình hàn.
+ Cấp nguồn cho biến áp và xe hàn; + Lắp điện cực (dây hàn) vào xe hàn;
+ Cấp thuốc hàn vào bộ phận chứa thuốc hàn trên xe hàn;
+ Cắt đầu điện cực và điều chỉnh khoảng cách nhô ra của điện cực; + Điều chỉnh xe hàn vào vị trí hàn đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật;
+ Mở khóa cấp thuốc hàn, sao cho thuốc hàn phải trùm kín phần nhô ra của điện cực; + Đóng ly hợp trên xe hàn;
+ Điều chỉnh chế độ hàn;
+ Ấn nút star/stop, đợi hàn 2 giây; + Ấn nút điều chỉnh hướng hàn;
+ Quan sát để điều chỉnh chế độ hàn cho phù hợp. - Quy trình kết thúc đường hàn.
+ Đóng khóa ngừng cấp thuốc hàn;
+ Đóng công tác điều chỉnh hướng hàn về vị trí stop;
+ Sau khoảng 2 ÷ 4 giây nhấn nút star/stop để kết thúc quá trình hàn. Bảng 3 – 1: Thông số của thiết bị sau khi được cải tiến.
Đặc tính Thông số kỹ thuật Ghi chú
Tốc độ di chuyền của xe hàn 100 ÷ 1000 mm/phút
Điện áp không tải Max 60 V
Dòng hàn Max 350 A
Kích thước xe hàn 600 x 450 x 350 mm
Trọng lượng xe hàn 17 Kg
Hàn được các kết cấu và vị trí 1G, 2G, 1F, 2F, 2FR Chiều dày vật liệu 4mm ÷ 12mm
3.4. Kết luận chương 3
Chương 3 chủ yếu là quá trình nghiên cứu cải tiến và thiết kế chế tạo các bộ phận của thiết bị tự hành để hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc bảo vệ.
Kết quả đã thiết kế chế tạo và cải tiến thành công thiết bị di chuyển đầu hàn để hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc.
Về kết cấu và thẩm mỹ của thiết bị đạt được các tiêu chí sau: nhỏ gọn so với các thiết bị nhập từ Trung quốc, Hàn Quốc; cơ cấu điều chỉnh mỏ hàn (đầu hàn) có thể điều chỉnh để hàn được các vị trí hàn khác nhau, đặc biệt là vị trí 2FR.
- Các bộ phận thiết kế chế tạo mới.
+ Bộ phận điều chỉnh chế độ hàn và điều khiển quá trình hàn; + Cơ cấu điều chỉnh mỏ hàn;
+ Cơ cấu định vị biên dạng; + Bộ phận chứa và cấp thuốc hàn; + Mỏ hàn.
- Các bộ phận thiết kế cải tiến. + Cơ cấu cấp dây hàn.
+ Xe hàn.
Thiết bị di chuyển đầu hàn vừa được thiết kế chế tạo và cải tiến nên các thông số chế độ hàn phải lựa chọn nhờ vào quá trình thực nghiệm để tìm ra được chế độ hàn hợp lý. Phần này được nghiên cứu và trình bày ở chương 4 của đề tài này.
CHƯƠNG 4.THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1. Thực nghiệm
Thực nghiệm được thực hiện với các mẫu hàn trên thiết bị di chuyển đầu hàn bằng công nghệ hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc (thiết bị được cải tiến từ hệ thống thiết bị hàn MAG DRAGON 350) và thiết bị hàn MAG hiện có của Trường trung cấp nghề Hà Tĩnh
Thiết bị di chuyển đầu hàn để hàn hồ quang chìm dưới lớp thuốc sau khi có kết quả thực nghiệm sẽ được ứng rộng rãi trong các đơn vị sản xuất bình chứa áp lực vừa, các bốn chứa nhiên liệu có thể tích trung bình chiều dày chi tiết dưới 12 mm và các trường Trung cấp, Cao đẳng có đào tạo nghề cơ khí.
4.1.1. Kiểm tra ngoại dạng mối hàn MAG
Thí nghiệm hàn với khí bảo vệ CO2: Các thông số ban đầu
- Kim loại nền CT3 : - Chiều dày 8 (mm).
+ Thành phần hóa học : 0,1%C, 0,6%Mn, P,S < 0,04% Ni = 0,3% - Kim loại dây hàn ER70S:- Đường kính dây 1.2 (mm)
+ Thành phần hóa học : 0,06%C, 1,0 - 1,6%Mn, P,S < 0,04
Các thông số công nghệ của máy hàn : Máy hàn DRAGON MIG/MAG 350, dây hàn Dd = 1.2 (mm), điện áp hàn DC+.
- Căn cứ để chọn chế độ hàn:
Với kết cấu hàn góc, vị trí hàn 2F, vật liệu là thép CT3 chiều dày 8 mm và đường kính điện cực hàn 1.2 mm, tra bảng 178 trang 209 sổ tay thợ hàn – Nguyễn Bá An [3] ta chọn thông số chế độ hàn MAG cho từng cặp mẫu cụ thể và được chọn theo bảng sau: