3.4 .Tính tốn chế độ hàn phần đế
3.4.3. Mối hàn góc giữa các thép U
Thép U 100 x 50 x 5 (mm), U 200 x 75 x 6 (mm).
+ Chuẩn bị chi tiết: Để mối hàn hình thành tốt, đảm bảo chiều sâu ngấu, ta chuẩn bị chi tiết hàn như sau:
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT Hình 3.1. Bố trí chi tiết hàn Hình 3.2. Vát mép và liên kết hàn
+ Đường kính que hàn: Đây là một trong những thông số chủ yếu nhất của chế độ
hàn, vì nó có tính chất quyết định đến nhiều thơng số khác.
Do cường độ dòng hàn tỉ lệ thuận với đường kính que hàn, nên để bảo đảm an toàn cũng như tạo điều kiện làm việc dễ dàng cho người thợ hàn, trong kỹ thuật hàn qui định khơng chế tạo que hàn nóng chảy có đường kính d > 12 mm. Khi hàn các chi tiết có chiều dày S > 10 thường phải tiến hành hàn nhiều lớp. Đối với trường hợp này kinh nghiệm cho
thấy rằng, khi hàn lớp thứ nhất nên hàn bằng que hàn có đường kính d < 5mm sẽ dễ đắp sâu vào mép hàn để hàn phần liên kết khơng vát mép (chân của mối hàn).
Để tính đường kính que hàn ta sử dụng cơng thức 16-III trang 124 của [4]
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
d = k2 + 2 (mm).
Trong đó: d- đường kính que hàn (mm). k- cạnh mối hàn (mm).
Theo bảng 82 trang 156 của [3] ta chọn : k = 3.
⇒ d =
2 3
+ 2 = 3.5 (mm).
Chọn d = 4 (mm)
+ Cường độ dòng điện hàn: Là một thông số rất quan trọng của chế độ hàn vì nó ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng, kích thước của mối hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn và năng suất hàn. Đối với mỗi chế độ hàn, trị số cường độ dòng điện hàn được xác định trong một giới hạn nhất định, do đó cần phải chú ý khơng được tăng lên q giới hạn lớn nhất cho phép, vì khơng những nó làm cho khối lượng kim loại cơ bản và que hàn chảy quá lớn, ảnh hưởng xấu đến sự hình thành mối hàn, mà còn làm cho que hàn bị nung nóng quá mức, thuốc bọc dễ bịnứt và bong ra khỏi lõi que.
Theo công thức 2-III trang 118 của [4] ta có: Ih = k.d (A).
Trong đó:
Ih : cường độ dịng điện hàn (A)
d: đường kính que hàn. d = 4 mm
k: hệ số thực nghiệm. Khi hàn thép ít cacbon và thép hợp kim thấp có thể lấy k = (35-50). Ta chọn k = 40.
Vậy ta có:
Ih = 40.4 = 160 (A) .
+ Điện áp hàn: Khi hàn hồ quang tay, mặc dù điện áp hàn phụ thuộc vào chiều dài
cột hồ quang và vật liệu hàn, nhưng nói chung trị số của nó thay đổi trong một phạm vi rất hẹp.
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT Uh = a + b.lhq + h hq I dl c+ Trong đó : Uh : điện áp hàn. (V)
lhq : chiều dài cột hồ quang. (cm)
lhq = (d+2)/2 = (4+2)/2 = 3 mm = 0.3 cm
a : là điện áp rơi trên anôt và catôt ( a = 15÷20 V )
Ta lấy a = 20 (V)
b: là điện áp rơi trên một đơn vị chiều dài hồ quang. Ta lấy b = 15,7 (V/cm)
c và d: hai hệ số thực nghiệm. c = 9,4 W , d = 2,5 W/cm.
Thông thường đại lượng
h hq
I dl c+
rất nhỏ lên điện áp hàn được tính theo công
thức 8-I trang 20 của [4] như sau:
Uh = a + b.lhq
Thay số vào ta có:
⇒ Uh = 20 + 15,7*0,3 = 24.71 (V).
Chọn Uh=25 (V).
+ Số lớp hàn: Vì đường kính que hàn nóng chảy qui định không lớn hơn 12 mm và trong thực tế sản xuất ít dùng que hàn có đường kính d > 6mm, nên đối với các chi tiết có chiều dày phải tiến hành hàn nhiều lớp mới có thể hồn thành tốt mối hàn được. Để xác định số lớp hàn cần thiết, chúng ta cần phải biết tiết diện ngang của tồn bộ kim loại đắp (có thể xem gần đúng là tiết diệnngang của mối hàn).
Để tính số lớp hàn ta áp dụng công thức 3-III trang 121 của [4] có: Số lớp hàn n = ( ) 1 1 + − n d F F F Trong đó:
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
Fd : Diện tích tiết diện ngangcủa tồn bộ tiết diện đắp.
Fn : Diện tích tiết diện ngang của mỗi lớp hàn tiếp theo.
Theo công thức 6-III trang 120 của [4] ta có: F1 = (6 - 8).d =(6 - 8).4 = (24-32) (mm2)
Chọn F1 = 28 (mm2)
Theo công thức 7-III trang 120 của [4] ta có: Fn = (8 - 12).d = (8 - 12).4 = (32-48) (mm2).
Chọn Fn = 40 (mm2).
Theo hình vẽ và bảng 82 trang 156 của [3]ta xác định gần đúng:
Fd =s.b + 2 1 (s-c)2.tgα +0,75.e.g (mm2). Trong đó: S = 5 mm. b=c =1 mm. e = 12 mm. g = 3 mm. α = 500.
Thay số vào ta được: Fd = 41,53 mm2.
n = ( ) 1 1 + − n d F F F = 1 40 ) 28 53 , 41 ( + − =1.3 Chọn n = 1.
Do ta chọn số lớp hàn là n=1 lên để bảo đảm chất lượng mối hàn ta cần giảm vận tốc hàn xuống cho phù hợp sao cho có chiều sâu ngấu hợp lý.
+ Tốc độ hàn: Tốc độ hàn khi hàn hồ quang tay phụ thuộc vào diện tích tiết diện
ngang của kim loại đắp. Nó có ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng của mối hàn. Nếu tốc độ hàn nhỏ thì khối lượng kim loại đắp và kim loại cơbản nóng chảy q lớn có thể chảy ra phía trước hồ quang phủ lên mép hàn được nung nóng, dễ gây ra hiện tượng hàn khơng dính. Ngược lại, nếu tốc độ lớn thì năng lượng đường sẽ khơng đủ, dễ gây ra hiện tượng
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
hàn khơng ngấu. Ngồi ra, lớp kim loại đắp có tiết diện ngang quá nhỏ còn làm tăng ứng suất tập trung và khi nguội dễ sinh ra hiện tượng nứt.
Tốc độ hàn hợp lý có thể tính theo cơng thức 10-III trang 122 của [4].
Vh = αđ.Ih
3600.γ.Fđ
Trong đó:
Vh : tốc độ hàn (cm/s)
αđ: hệ số đắp (αđ =7÷11 g/A.h). Lấy αđ = 9 (g/A.h). Ih: cường độ dòng điện Ih = 160 A
γ: khối lượng riêng của kim loại đắp (g/cm3) . γ = 7,852 kg/dm3 = 7,852 g/cm3 Fđ = 41,53 mm2 = 0,41 cm2 ⇒ Vh = 41 , 0 . 8 , 7 . 3600 160 . 9 = 0,125 (cm/s).
Do ta chọn số lớp hàn là n=1 do đó ta phải giảm vận tốc hàn xuống. Ta chọn Vh = 0,1 (cm/s) = 6 (cm/phút).
+ Năng lượng đường: Năng lượng đường là một thông số quan trọng của chế độ hàn vì nó cho phép 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 nhỏ, đồng thời nó cịn là đại lượng cần thiết để tính tốn các kích thước cơ bản của mối hàn.
Năng lượng đường được tính theo cơng thức (4-11) trang 27 của [1]như sau.
qd1 = h v q = h h h v I U . .η . 24 . 0 = 1 . 0 7 , 0 . 160 . 25 . 24 . 0 = 6720 (cal/cm)
+ Chiều sâu ngấu: Việc xác định chiều sâu ngấu giúp ta biết được chế độ hàn có
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
trong một số trường hợp đặc biệt cần tính ta sẽ tính gần đúng theo cơng thức 15-III
trang 124 của [4].
h = (0,3-0,5)r.
Trong đó:
h- Chiều sâu ngấu (mm).
r- xác định theo công thức 14-III trang 124 của [4]. r = 0,0112 qd
Thay số ta được: r = 0,0112. 6720 = 0,918 cm. ⇒ h = (0,3-0,5)0,918 = (0.27-0.45) cm.
Ta thấy việc lựa chọn tốc độ hàn bằng 0,1 cm/s là hoàn toàn thoả mãn.
+ Thời gian hàn: Là thời gian để hoàn thành một mối hàn bao gồm thời gian cơ bản (thời gian hồ quang cháy) và thời gian phụ (thời gian chuẩn bị chỗ làm việc, đóng mở máy, thay que hàn, tháo lắp chi tiết....).
Ta tính thời gian hàn theo cơng thức 20-III trang 134 của [4]: Th = T0 + ∑Tph
Trong đó:
Th: Thời gian hàn. T0: Thời gian cơ bản.
m : hệ số, phụ thuộc chủ yếu vào sự tổ chức sản xuất, đối với hàn hồ quang tay m
= (0,3 ÷ 0,5).
Ta chọn m = 0.4
Do việc thời gian phụ phức tạp vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố để đơn giản cho
tính tốn ta dùng công thức 21-III trang 134 của [4]. Th = T0
m
Mặt khác ta có: T0 = lmhV
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT T0 = 1 . 0 18 = 180 (s) Th = 4 , 0 180 = 450 (s). 3.4.4 Mối hàn chồng giữa thép tấm dày 20 mm và thép U Thép U 100 x 50 x 5(mm).
+ Chuẩn bị chi tiết: Để mối hàn hình thành tốt, đảm bảo độ bền và ổn định, ta chuẩn bị chi tiết hàn như sau:
Hình 3.3. Bố trí chi tiết hàn và mối hàn
Như cách chuẩn bị trên ta tính tốn chế độ hàn của mối hàn chồng này như mối hàn góc khơng vát mép với chiều dày chi tiết là 5mm.
+ Đường kính que hàn:
Để tính đường kính que hàn ta sử dụng cơng thức 16-III trang 124 của [4]
d = k
2 + 2 (mm).
Trong đó: d- đường kính que hàn.(mm). k- cạnh mối hàn (mm).
Theo bảng 82 trang 155 của [3] ta chọn : k = 4.
⇒ d =
2 4
+ 2 = 4 (mm). + Cường độ dòng điện hàn:
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
Theo cơng thức 2-III trang 118 của [4] ta có: Ih = k.d (A).
Trong đó:
Ih : cường độ dòng điện hàn (A)
d: đường kính que hàn. d = 4 mm
k: hệ số thực nghiệm. Khi hàn thép ít cacbon và thép hợp kim thấp có thể lấy k =
(35-50). Ta chọn k = 40.
Vậy ta có:
Ih = 40.4 = 160 (A) .
+ Điện áp hàn:.
Để tính điện áp hàn ta sử dụng cơng thức 7-I trang 20 của [4] có: Uh = a + b.lhq + h hq I dl c+ Trong đó : Uh : điện áp hàn. (V)
lhq : chiều dài cột hồ quang. (cm)
lhq = (d+2)/2 = (4+2)/2 = 3 mm = 0.3 cm. (Theo phần 2.6.3 của [5]).
a : là điện áp rơi trên anơt và catơt ( a = 15÷20 V )
Ta lấy a = 20 (V)
b: là điện áp rơi trên một đơn vị chiều dài hồ quang. Ta lấy b = 15,7 (V/cm)
c và d: hai hệ số thực nghiệm. c = 9,4 W , d = 2,5 W/cm.
Thông thường đại lượng
h hq
I dl c+
rất nhỏ lên điện áp hàn được tính theo cơng
thức 8-I trang 20 của [4] như sau:
Uh = a + b.lhq Thay số vào ta có:
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT Chọn Uh=25 (V).
+ Số lớp hàn:
Để tính số lớp hàn ta áp dụng công thức 3-III trang 121 của [4] có: Số lớp hàn n = ( ) 1 1 + − n d F F F Trong đó:
F1 : Diện tích tiết diện ngang của lớp hàn thứ nhất.
Fd : Diện tích tiết diện ngang của tồn bộ tiết diện đắp.
Fn : Diện tích tiết diện ngang của mỗi lớp hàn tiếp theo.
Theo công thức 6-III trang 120 của [4] ta có: F1 = (6 - 8).d =(6 - 8).4 = (24-32) (mm2)
Chọn F1 = 28 (mm2)
Theo công thức 7-III trang 120 của [4] ta có: Fn = (8 - 12).d = (8 - 12).4 = (32-48) (mm2).
Chọn Fn = 40 (mm2).
Theo hình vẽ và bảng 82 trang 155 của [3]ta xác định gần đúng:
Fd = 2 1 k2 +1,05k (mm2). Trong đó: k: cạnh mối hàn = 4 mm.
Thay số vào ta được: Fd = 12,2 mm2.
n = ( ) 1 1 + − n d F F F = 1 40 ) 28 2 , 12 ( + − =0,6 Chọn n = 1. + Tốc độ hàn:
Tốc độ hàn hợp lý có thể tính theo cơng thức 10-III trang 122 của [4].
Vh = αđ.Ih
3600.γ.Fđ
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
Vh : tốc độ hàn (cm/s)
αđ: hệ số đắp (αđ =7÷11 g/A.h). Lấy αđ = 9 (g/A.h). Ih: cường độ dòng điện Ih = 160 A
γ: khối lượng riêng của kim loại đắp (g/cm3) . γ = 7,852 kg/dm3 = 7,852 g/cm3 Fđ = 12,2 mm2 = 0,122 cm2 ⇒ Vh = 122 , 0 . 8 , 7 . 3600 160 . 9 = 0,42 (cm/s) = 25,2 (cm/phút). + Năng lượng đường:
Năng lượng đường được tính theo cơng thức (4-11) trang 27 của [1]như sau.
qd1 = h v q = h h h v I U . .η . 24 . 0 = 42 . 0 7 , 0 . 160 . 25 . 24 . 0 = 1600 (cal/cm)
+ Chiều sâu ngấu: Việc xác định chiều sâu ngấu giúp ta biết được chế độ hàn có
hợp lý hay không. Trong hàn hồ quang tay thì chiều sâu ngấu không lớn lắm, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt cần tính ta sẽ tính gần đúng theo cơng thức 15-III
trang 124 của [4].
h = (0,3-0,5)r.
Trong đó:
h- Chiều sâu ngấu (mm).
r- xác định theo công thức 14-III trang 124 của [4]. r = 0,0112 qd
Thay số ta được: r = 0,0112. 1600 = 0,448 cm. ⇒ h = (0,3-0,5)0,448 = (0,13-0,224) cm.
Ta thấy rằng chiều sâu ngấu quá nhỏ so với chiều dày chi tiết, chất lượng mối hàn khơng đạt u cầu. Để tăng chiều sâu ngấu có thể có nhiều cách nhưng trong trường hợp này ta nên giảm tốc độ hàn xuống là hợp lý nhất.
Do vậy ta chọn tốc độ hàn:
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT Tính tốn theo thứ tự như trên ta sẽ thu được kết quả là: Năng lượng đường: qd1 = 3360 (cal/cm)
Chiều sâu ngấu: h = (0.2-0.35) cm.
+ Thời gian hàn: Là thời gian để hoàn thành một mối hàn bao gồm thời gian cơ bản (thời gian hồ quang cháy) và thời gian phụ ( thời gian chuẩn bị chỗ làm việc, đóng mở máy, thay que hàn, tháo lắp ch tiết....).
Ta tính thời gian hàn theo công thức 20-III trang 134 của [4]: Th = T0 + ∑Tph
Trong đó:
Th: Thời gian hàn. T0: Thời gian cơ bản.
m : hệ số, phụ thuộc chủ yếu vào sự tổ chức sản xuất, đối với hàn hồ quang tay m
= (0,3 ÷ 0,5).
Ta chọn m = 0.4
Do việc thời gian phụ phức tạp vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố để đơn giản cho
tính tốn ta dùng cơng thức 21-III trang 134 của [4]. Th = T0 m Mặt khác ta có: T0 = lmhV Tổng chiều dài cần hàn là: lmh = 430 cm : Th = 4 , 0 . 2 , 0 430 = 5375 (s)
3.4.5. Mối hàn chồng giữa thép tấm dày 6mm và thép U 100 x 50 x 5 (mm)
+ Chuẩn bị chi tiết: Để mối hàn hình thành tốt, đảm bảo độ bền và ổn định, ta chuẩn bị chi tiết hàn như sau:
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT
Hình 3.4. Bố trí chi tiết hàn và mối hàn
Đây là mối hàn tạo ra mặt phẳng của đế Robot lên mối hàn không yêu cầu cao. Do vậy ta khơng cần hàn tồn bộ đường hàn bao quanh chu vi của chi tiết mà chỉ cần hàn cách đoạn sao cho mối hàn chi tiết sau khi hàn song tạo thành mặt phẳng, khơng bị cong vênh. Ta tính chế chế độ hàn của mối hàn này theo cách tính cho mối hàn góc với chiều dày chi tiết là 5mm.
Tương tự như cách tính của mối hàn thực hiện khi hàn chồng tấm thép dày 16 lên thép hình chữ U 100 x 50 x 5(mm) đã tính ở trên ta được chế độ hàn như sau:
+Đường kính que hàn: d = 4mm. +Cường độ dòng điện hàn: Ih = 160 A. + Điện áp hàn: Uh = 25 V. + Số lớp hàn: n = 1.
+Tốc độ hàn: Vh = 0,2 cm/s = 12 cm/phút.
+Năng lượng đường: qd1 = 3360 cal/cm
+Chiều sâu ngấu: h = (0.2-0.35) cm. + Thời gian hàn:
Ta tính thời gian hàn theo công thức 20-III trang 134 của [4]: Th = T0 + ∑Tph
6
5 4
LUẬN VĂN THẠCSĨ KỸ THUẬT Trong đó:
Th: Thời gian hàn. T0: Thời gian cơ bản.
m : hệ số, phụ thuộc chủ yếu vào sự tổ chức sản xuất, đối với hàn hồ quang tay m
= (0,3 ÷ 0,5).
Ta chọn m = 0.4
Do việc thời gian phụ phức tạp vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố để đơn giản cho
tính tốn ta dùng công thức 21-III trang 134 của [4]. Th = T0
m
Mặt khác ta có: T0 = lmhV
Đây là mối hàn cách đoạn, ta khơng hàn hết tồn bộ chu vi chi tiết. Với mỗi mối hàn dài 2 cm cho mỗi nhịp là 20cm. Ta suy ta tổng chiều dài mối hàn là:
lmh = 65,2 cm : T0 = 4 , 0 . 2 , 0 2 , 65 = 815 (s)
3.4.6 Các mối hàn trong chế tạo đế robot