TỔNG QUAN
Nhu cầu về nhân lực ngành hàn
Hàn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như cầu đường, xây dựng, thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, sản xuất hóa chất, xi măng, dầu khí, đóng tàu, chế tạo máy bay, ô tô và xe máy Với sự gia tăng khối lượng công trình kết cấu thép hàn, đặc biệt là khả năng chế tạo các kết cấu siêu trường, siêu trọng, ngành công nghiệp chế tạo kết cấu bằng hàn MIG/MAG đang phát triển nhanh chóng.
Việt Nam hiện đang triển khai nhiều công trình lớn như giàn khoan, đường ống dẫn dầu, và các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, cùng với kế hoạch xây dựng nhà máy điện hạt nhân trong tương lai Hiện tại, cả nước có khoảng 17.000 công nhân hàn MIG/MAG, nhưng đang thiếu hụt nghiêm trọng thợ hàn được đào tạo bài bản theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế.
Đào tạo nhân lực ngành hàn
Trong hàn MIG/MAG, cường độ ánh sáng hồ quang mạnh và khí độc từ kim loại nóng chảy có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của người thợ hàn, đặc biệt là những người mới vào nghề Để cải thiện chất lượng đào tạo và giảm thiểu tác động độc hại, cần thiết phải nghiên cứu và phát triển hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo Hệ thống này cho phép giáo viên và thợ hàn thực hành mà không tiếp xúc trực tiếp với môi trường độc hại, thông qua các thiết bị mô phỏng để ghi lại thao tác và duy trì chế độ hàn Việc sử dụng thiết bị hàn ảo giúp thợ hàn làm quen với các thao tác, quan sát lỗi của mình và nâng cao kỹ năng hàn một cách an toàn và hiệu quả.
Hệ thống thiết bị hàn ảo mang lại 5 lợi ích cho người dạy trong việc xác định nguyên nhân và khắc phục vấn đề Nó cho phép giáo viên hướng dẫn trực tiếp và theo dõi thao tác của thợ hàn, đảm bảo họ thực hiện các kỹ thuật hàn đúng yêu cầu Bên cạnh đó, việc sử dụng thiết bị hàn ảo còn giúp tiết kiệm năng lượng, nguyên vật liệu và giảm chi phí đào tạo.
Nhu cầu đào tạo thợ hàn MIG/MAG ngày càng tăng, đặc biệt là những thợ hàn được đào tạo theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế Để đảm bảo chất lượng đào tạo, quá trình này cần hạn chế các ảnh hưởng có hại đối với người học, và việc sử dụng thiết bị ảo là một giải pháp hiệu quả trong việc đào tạo bài bản.
Chi phí đào tạo hàn MIG/MAG
Để đào tạo thợ hàn MIG/MAG tay nghề cao, cần đầu tư lớn vào vật tư, thiết bị và giáo viên, trong khi thời gian đào tạo kéo dài Học viên và giáo viên thường xuyên tiếp xúc với khí hàn độc hại và ánh sáng hồ quang, ảnh hưởng đến hiệu suất lao động Tuy nhiên, với sự ra đời của thiết bị hàn MIG/MAG ảo, môi trường học tập đã trở nên an toàn và hiệu quả hơn, giúp giảm chi phí vật tư tiêu hao và tạo hứng thú cho học viên Phương pháp đào tạo này được đánh giá là bước ngoặt trong công nghệ hàn hiện nay.
Thực trạng đào tạo thực hành hàn MIG/MAG và giải pháp
1.4.1 Thực trạng đào tạo thực hành hàn MIG/MAG
Đào tạo ngành hàn, đặc biệt là hàn MIG/MAG, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn lao động chất lượng cho các nhà máy đóng tàu và công ty sản xuất cơ khí Để phát triển ngành hàn mũi nhọn, cần phải đào tạo một số lượng lớn công nhân tay nghề cao Tuy nhiên, các cơ sở đào tạo nghề hiện đang tiêu tốn nhiều vật tư hàn và tài chính, đồng thời sức khỏe của người thợ cũng bị ảnh hưởng Quá trình hàn sinh ra nhiệt lớn, ánh sáng mạnh, kim loại nóng chảy và khói hàn, khiến người học cảm thấy nghề này độc hại và nguy hiểm.
Trong đào tạo nghề, giáo viên đóng vai trò quan trọng trong việc tư vấn an toàn lao động, giúp học sinh yên tâm hơn về lựa chọn nghề nghiệp của mình.
1.4.2 Giải pháp trong đào tạo thực hành MIG/MAG
Thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo là một công nghệ mới phục vụ đào tạo hàn, giúp sinh viên thực hành kỹ thuật hàn trong môi trường mô phỏng Sản phẩm này không chỉ nâng cao hiệu quả chuyển giao kỹ năng hàn mà còn giảm lãng phí vật liệu so với phương pháp truyền thống Với sự kết hợp giữa mô phỏng vũng hàn, tiếng hàn hồ quang và thao tác thực tế của thợ hàn, thiết bị mang đến trải nghiệm đào tạo thực hành thú vị Hiện nay, nhu cầu đầu tư vào thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo đang gia tăng tại các cơ sở đào tạo nhằm giảm chi phí nguyên vật liệu, bảo đảm an toàn cho người sử dụng và bảo vệ môi trường.
- Giảm chi phí đào tạo;
- Tuyển dụng và giữ lại thế hệ thợ hàn mới có tay nghề cao;
- Cải thiện hình ảnh của công nghệ hàn;
- Tạo hứng thú cho người học hàn;
- Đào tạo thợ hàn nhanh hơn;
- Giảm chi phí nguyên vật liệu trong quá trình hàn;
- Tiết kiệm được năng lượng điện;
- Tạo ra chương trình hàn “xanh” , không ô nhiễm môi trường
1.4.3 Ƣu điểm của hàn hồ quang MIG/MAG ảo
- Nó có thể giảm lãng phí vật liệu liên quan đến đào tạo hàn MIG/MAG theo phương pháp truyền thống
- Học sinh có thể thực hành hàn và thực hiện quy trình hàn một cách không giới hạn mà không sợ sai lầm
Kể từ khi hệ thống hàn hồ quang MIG/MAG ảo được áp dụng trong giảng dạy, giáo viên có thể nâng cao hiệu quả đào tạo nghề bằng cách trình bày quy trình hàn thực tế cho toàn bộ học viên cùng lúc Khi học sinh thực hành hàn, cả lớp có cơ hội quan sát và thảo luận về kỹ thuật hàn của bạn học, từ đó thúc đẩy sự học hỏi và cải thiện tay nghề.
Đối với học sinh ít kinh nghiệm, thiết bị này là công cụ hữu ích giúp các em rèn luyện kỹ năng trước khi thực hành hàn trên sản phẩm thực tế.
Tình hình nghiện cứu trong nước và trên thế giới về thiết bị hàn hồ quang ảo
1.5.1 Tình hình nghiện cứu trên thế giới về thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo
Do nhu cầu ngày càng tăng về đào tạo nguồn nhân lực hàn, đặc biệt là thợ hàn MIG/MAG, nhiều quốc gia công nghiệp phát triển như Anh, Mỹ, Đức, Pháp, Nhật Bản, Canada và Estonia đã đầu tư vào nghiên cứu và phát triển thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo Việc này không chỉ giúp giảm chi phí đào tạo mà còn tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm, độc hại Một số hãng sản xuất thiết bị hàn nổi bật như Lincoln (Mỹ) và Eurolaager (Estonia) đã chế tạo thành công các thiết bị hàn này.
Nhiều cơ sở đào tạo ở các nước phát triển đã đầu tư vào thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo để hướng dẫn sinh viên thực hành và đào tạo thợ hàn Trong khi đó, các cơ sở đào tạo nghề ở nhiều nước chưa phát triển chưa thể chế tạo hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo, nhưng đã nhập khẩu các thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo nhằm nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực hàn.
Tổng chi phí cho một bộ thiết bị hàn hồ quang ảo, bao gồm cả chuyển giao công nghệ và bảo hành, dao động từ 24.000 USD đến hơn 90.000 USD.
1.5.2 Tình hình nghiên cứu trong nước về thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo
Hiện nay, tại Việt Nam chưa có cơ sở nào chế tạo hệ thống thiết bị hàn hồ quang MIG/MAG ảo Tuy nhiên, nhờ sự quan tâm của nhà nước, một số trường đào tạo nghề đã được trang bị thiết bị hàn ảo, giúp học viên thực hành nhiều hơn mà không tốn phôi liệu và năng lượng Thiết bị này cũng cho phép giáo viên tự luyện tập, đặc biệt là với cán bộ hướng dẫn trẻ còn thiếu kinh nghiệm Hơn nữa, việc sử dụng thiết bị hàn ảo còn giảm thiểu độc hại cho cả học viên và giảng viên, đồng thời giảm ô nhiễm môi trường do không phát sinh khí độc.
Kinh phí đầu tư hạn hẹp đã ảnh hưởng đến việc đầu tư đồng bộ vào thiết bị, chuyên môn và nhân lực, dẫn đến hiệu quả khai thác thiết bị chưa đạt mức tối ưu.
9 thời gian đi vào hoạt động, các hệ thống thiết bị đã bọc lộ một số nhược điểm, chưa thích ứng với điều kiện của ta
Các thiết bị nhập khẩu thường gặp khó khăn trong việc sửa chữa và bảo dưỡng, dẫn đến chi phí cao do phải thuê chuyên gia từ nước ngoài Nhiều thiết bị hỏng nhẹ phải ngừng hoạt động trong thời gian dài chờ đợi sự hỗ trợ từ các chuyên gia Nếu thiết bị hỏng nặng và không có kinh phí thuê chuyên gia, việc loại bỏ thiết bị sẽ gây lãng phí lớn Hơn nữa, linh kiện thay thế và sửa chữa không có sẵn trong nước, kéo dài thời gian cung cấp và ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác thiết bị.
Do chi phí cao của thiết bị nhập khẩu, nhiều cơ sở đào tạo hiện nay chỉ có một bộ thiết bị hàn ảo, dẫn đến khả năng đáp ứng nhu cầu giảng dạy thực hành hàn chưa cao Điều này ảnh hưởng đến hiệu quả giảng dạy và chưa mang lại hiệu quả kinh tế như mong đợi.
Để nâng cao hiệu quả giảng dạy và đào tạo thực hành hàn, mỗi cán bộ có thể hướng dẫn khoảng 5 học viên, do đó mỗi cơ sở đào tạo cần tối thiểu 5 bộ thiết bị hàn hồ quang ảo Với hơn 1.100 cơ sở đào tạo hàn trên toàn quốc, nhu cầu thiết bị trong nước lên tới 5.000 đến 6.000 bộ Nếu tất cả thiết bị này được nhập khẩu, chúng ta sẽ mất một lượng ngoại tệ lên đến vài trăm triệu USD.
Kết luận chương 1
Trong chương này tác giả đã thực hiện được các nội dung sau:
- Nhu cầu về nhân lực ngành hàn
- Đào tạo nhân lực ngành hàn
- Chi phí đào tạo hàn MIG/MAG
- Thực trạng đào tạo thực hành hàn MIG/MAG và giải pháp
- Tình hình nghiện cứu trong nước và trên thế giới về thiết bị hàn hồ quang ảo
10 Qua đó hiểu rõ được tổng quan của “ Nghiên cứu thiết kế và chế tạo cụm mỏ hàn MIG/MAG cho hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo”
NGHIÊN CỨU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT HÀN MIG/MAG
Nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng của hàn MIG/MAG
2.1.1 Nguyên lý hàn MIG/MAG
Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG
Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG
Hàn MIG/MAG là kỹ thuật hàn sử dụng khí bảo vệ, trong đó hồ quang điện được tạo ra giữa chi tiết hàn và điện cực bằng dây hàn nóng chảy Phương pháp này giúp làm nóng chảy kim loại của dây hàn và vật hàn trong một môi trường khí bảo vệ, đảm bảo chất lượng mối hàn.
Phương pháp hàn được gọi tắt là MIG, MAG phụ thuộc vào loại khí bảo vệ mối hàn:
MIG được viết tắt từ: Metal Inerte Gas
MAG được viết tắt từ: Metal Actif Gas
MIG: là phương pháp hàn hồ quang trong lớp khí bảo vệ là khí bảo vệ là khí trơ như: Argon, heli, …
MAG: là phương pháp hàn hồ quang điện trong lớp khí bảo vệ là khí hoạt tính như: CO 2 , hỗn hợp CO 2 và Argon, Heli, …
Khi hàn, đầu mỏ hàn hoặc dây hàn tiếp xúc với vật hàn tạo ra chập mạch, đặc biệt là khi sử dụng điện cực nóng chảy Sự chập mạch này gây ra nhiệt độ cao do điện trở tiếp xúc và dòng điện Khoảng không khí giữa đầu điện cực và vật hàn trở thành thể khí dẫn điện, tạo ra nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, hiện tượng này được gọi là hồ quang điện.
Hồ quang điện có hai đặc tính chính là nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, với nhiệt độ tại tâm hồ quang lên tới 6000-7000 độ C Trong ngành công nghiệp, sức nóng của hồ quang được tận dụng để luyện thép, hàn kim loại và chiếu sáng.
Trong quá trình hàn, dây hàn hoặc mỏ hàn được sử dụng như điện cực, tạo ra nhiệt lượng từ hồ quang để làm chảy kim loại, kết hợp hai phần kim loại thành một khối Kim loại hàn, khi nóng chảy, sẽ nhỏ giọt vào mối hàn, và kết hợp với kim loại vật hàn tạo thành kim loại mối hàn Khu vực mà kim loại vật hàn nóng chảy được gọi là vùng nóng chảy.
2.1.2 Đặc điểm của hàn MIG/ MAG
Hàn MIG/MAG là kỹ thuật hàn sử dụng khí bảo vệ, trong đó hồ quang điện hình thành giữa chi tiết hàn và dây hàn nóng chảy Phương pháp này giúp làm nóng chảy kim loại của dây hàn và vật hàn trong môi trường khí bảo vệ, tạo ra mối hàn chắc chắn và bền vững.
Hàn GMAW có thể được thực hiện dưới hình thức bán tự động hoặc tự động và hiện nay được sử dụng phổ biến trong các công việc hàn nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
- Năng lượng hàn ít, ít biến dạng nhiệt
- Hàn được hầu hết các kim loại
- Thiết bị hàn GMAW được chế tạo tinh vi phức tạp rất đắt tiền do đó cần phải có sự giữ gìn và bảo dưỡng
- Nếu khí gas không đảm bảo độ tinh khiết, mối hàn sẽ bị lẫn xỉ và rỗ khí, chất lượng mối hàn không tốt
- Trong quá trình hàn cần có sự che chắn đảm bảo cho khu vực hàn không bị gió lùa hoặc thổi tạt
- Khó khăn hơn khi phải làm việc ở những vị trí trên cao
2.1.3 Ứng dụng của hàn MIG/MAG
- Được dùng phổ biến trong hàn tự động và bán tự động
- Công nghiệp hạt nhân và hàng không;
- Chế tạo cơ khí, đóng tàu và đường sắt;
- Giàn khoan và đường ống;
Phương pháp hàn MIG/MAG không chỉ được sử dụng cho các kết cấu thép thông thường mà còn có khả năng hàn nhiều loại vật liệu khác như thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép bền nóng, cũng như các hợp kim đặc biệt, nhôm, magiê, niken và đồng Ngoài ra, phương pháp này còn hiệu quả trong việc hàn các hợp kim có ái lực hóa học mạnh với ôxi.
Hàn bình và bồn bể chứa là những kỹ thuật quan trọng trong ngành công nghiệp, trong khi hàn khung bệ tàu đóng vai trò thiết yếu trong việc xây dựng và sửa chữa tàu thuyền Ngoài ra, chế tạo kết cấu khung nhà thép cũng là một ứng dụng quan trọng của hàn, giúp tạo ra các công trình vững chắc Hàn sửa chữa đảm bảo các thiết bị và cấu trúc được duy trì trong tình trạng tốt, trong khi hàn hệ thống đường ống dẫn đóng góp vào việc vận chuyển chất lỏng hiệu quả Cuối cùng, hàn chế tạo đường ray là một phần không thể thiếu trong ngành giao thông vận tải, đảm bảo an toàn và hiệu suất cho các phương tiện di chuyển.
15 g) Lĩnh vực hàng không h) Công nghiệp hạt nhân
Hình 2.2 Một số hình ảnh ứng dụng của hàn MIG/MAG.
Phân loại các tƣ thế hàn
Tư thế hàn được phân loại dựa trên góc của mặt phẳng chứa mối hàn và vị trí tương quan với que hàn Phân loại này giúp xác định các tư thế hàn khác nhau, từ đó hỗ trợ quá trình hàn hiệu quả hơn.
(hình 2.3a): Hàn sấp, còn gọi là hàn bằng (0 đến 60º), hàn đứng (trên 60 đến 120º) và hàn trần (còn gọi là hàn ngửa, trên 120 đến 180º)
Hàn đứng được phân loại thành hàn đứng từ trên xuống, hàn đứng từ dưới lên và hàn ngang, trong đó hàn ngang có phương song song với mặt phẳng ngang Trong các phương pháp hàn, hàn sấp là dễ thực hiện nhất, trong khi hàn đứng từ trên xuống và hàn trần là những kỹ thuật khó khăn nhất.
Tiêu chuẩn quốc tế ISO 6947 cũng như tiêu chuẩn ASME của Mỹ quy định ký hiệu tư thế hàn cho các mối hàn tấm phẳng (hình 2.3b)
2.2.1 Tƣ thế hàn tấm phẳng đối với mối hàn giáp mối
- PA (1G theo ASME): Hàn sấp
- PG (3Gd theo ASME): Hàn đứng từ trên xuống
- PF (3Gu theo ASME): Hàn đứng từ dưới lên
- PC (2G theo ASME): Hàn ngang
- PE (4G theo ASME): Hàn trần
Hình 2.3a Sơ đồ vị trí mối hàn trong không gian
Trong đó: I Vị trí hàn sấp
II Vị trí hàn đứng III Vị trí hàn ngửa
Hình 2.3b Ký hiệu tư thế hàn các mối hàn tấm phẳng
2.2.2 Tƣ thế hàn tấm phẳng đối với mối hàn góc
- PG (3Fd): Hàn đứng từ trên xuống
- PF (3Fu): Hàn đứng từ dưới lên
Hệ thống trang thiết bị trong hàn MIG/MAG
Hình 2.4 Hệ thống thiết bị hàn MIG/MAG
Trang thiết bị cơ bản đối với bất kỳ hệ thống hàn MIG, MAG nào cũng bao gồm như sau:
- Mô tơ cấp dây và các thiết bị kết hợp hoặc các bánh xe cuộn
- Van giảm áp và chỉnh lưu lượng khí
- Các trang thiết bị cho dây điện cực
- Cáp điện và các đường dẫn khí bảo vệ
Mỏ hàn và vật liệu hàn
2.4.1 Vai trò của mỏ hàn (súng hàn ) và vật liệu hàn
Mỏ hàn MIG/MAG, hay còn gọi là súng hàn, có chức năng dẫn hướng dây hàn, cung cấp dòng điện và khí bảo vệ cho vũng hàn Đồng thời, nó cũng là thiết bị giúp người sử dụng cầm nắm và điều khiển các chuyển động trong quá trình hàn.
Yêu cầu của súng hàn:
Súng hàn cần có yêu cầu: Tiếp điện cho dây hàn, dẫn khí hàn đến đầu mỏ hàn, bộ chia khí, cổ cong cách nhiệt, ruột gà …
Phần tay cầm cần có yêu cầu: Cách điện, cách nhiệt, thoải mái khi tao tác.…
Hình 2.5 Mỏ hàn (súng hàn)
Trong hàn hồ quang MIG/MAG, dây hàn đóng vai trò quan trọng như một điện cực, giúp tạo ra và duy trì hồ quang, từ đó làm nóng chảy vật liệu hàn.
Trong hàn tự động và bán tự động, dây hàn là kim loại bổ sung cho mối hàn, đồng thời hoạt động như điện cực để tạo và duy trì hồ quang trong môi trường khí bảo vệ hoặc dưới lớp thuốc hàn.
Dây hàn cuộn có đường kính từ 0,3 đến 12mm, với trọng lượng mỗi cuộn dao động từ 5 đến 80kg, như thể hiện trong bảng 1.a về kích thước và khối lượng của các cuộn dây hàn.
Dây hàn để sử dụng trong lớp khí bảo vệ chia làm hai dạng chính:
- Dây hàn đặc sử dụng trong hàn khí bảo vệ Dây hàn này có nhiều loại, đươc sản xuất từ nhiều nước trên thế giới
Bảng 1.a Kích thước, khối lượng các cuộn dây hàn Đường kính dây hàn (mm) Đường kính trong cuộn dây (mm)
Thép cacbon Thép hợp kim Thép hợp kim cao 0,3 ÷ 0,5
Bảng 1.b Một số loại dây hàn đặc thường dùng và phạm vi ứng dụng
Kí hiệu dây Nước sản xuất Kim loại hàn thích hợp
Trung Quốc Trung Quốc Liên Xô cũ Liên Xô cũ Thái Lan Thái Lan Nga Nga Nga Nga Thụy Điển Thụy Điển
Thép cacbon thấp, trung bình Thép cacbon thấp
Thép cacbon và hợp kim thấp là những loại thép phổ biến trong ngành công nghiệp Thép hợp kim thấp và trung bình thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Bên cạnh đó, thép hợp kim như Inox có tính chống ăn mòn cao Các hợp kim nhôm như AL+Mn và AL+Mg+Mn cũng rất được ưa chuộng nhờ vào tính năng nhẹ và độ bền cao Cuối cùng, đồng và hợp kim đồng được ứng dụng rộng rãi trong điện và xây dựng nhờ vào tính dẫn điện tốt và khả năng chống ăn mòn.
- Dây hàn có lõi thuốc (dây hàn bột) sử dụng hàn trong lớp khí bảo vệ: Là loại dây hàn gồm vỏ kim loại và ruột thuốc
Vỏ có tác dụng dẫn điện, đóng vai trò điện cực
Ruột dây là hỗn hợp các quặng, muối kim loại, hợp kim và bột kim loại khác
Sản phẩm này giúp duy trì tính ổn định của hồ quang trong nhiều chế độ hàn, khắc phục tình trạng bắn tóe kim loại thường gặp với dây hàn đặc, đồng thời bảo vệ mối hàn khi sử dụng dòng điện lớn Nó cũng tăng cường khả năng cơ học của mối hàn, tạo hình dáng đẹp hơn, tăng tốc độ hàn và loại bỏ các tạp chất có hại cho mối hàn.
Việc lựa chọn dây hàn bột phụ thuộc vào loại sản phẩm hàn Hiện nay, dây hàn bột cho thép cacbon và thép hợp kim đang trở nên phổ biến, trong khi dây hàn bột cho thép hợp kim, gang và kim loại màu ít được sử dụng hơn.
Khí bảo vệ đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự tác động của ôxy và nitơ từ môi trường bên ngoài vào mối hàn, đồng thời giúp duy trì hồ quang ổn định.
Hàn MAG thường dùng khí bảo vệ là CO2; hàn MIG thường dùng khí bảo vệ
2.4.3 Cấu tạo của mỏ hàn
Mỏ hàn, hay còn gọi là súng hàn, bao gồm các thành phần quan trọng như bép tiếp điện để truyền dòng điện hàn đến dây hàn, hệ thống dẫn khí và chụp khí nhằm bảo vệ khu vực hồ quang Ngoài ra, mỏ hàn còn có bộ phận làm nguội bằng khí hoặc nước tuần hoàn, cùng với công tắc để điều chỉnh dòng điện hàn, dây hàn và dòng khí bảo vệ.
Hình 2.6 Mỏ hàn cổ cong, làm nguội bằng khí
Các phụ tùng cơ bản của súng hàn gồm có:
- Ống kẹp điện cực: Được nối với nguồn điện hàn và tiếp điện cho dây hàn để tạo hồ quang khi hàn
- Chụp khí bảo vệ: Có nhiệm vụ hướng cột khí bảo vệ vào vùng hàn
- Ống dẫn dây hàn: Được nối với bộ cấp dây hàn và có tác dụng đỡ và dẫn hướng dây hàn vào tới ống kẹp điện cực
- Ngoài ra còn có: Ống dẫn nước làm mát (nếu có), cáp hàn, công tắc điều khiển
Hình 2.7 Các loại mỏ hàn
2.4.4 Cách lắp dây hàn vào mỏ hàn
Bộ cấp dây hàn có hai kiểu chính: kiểu đẩy và kiểu kéo Kiểu đẩy thường được sử dụng khi khoảng cách từ thiết bị đến nơi hàn không vượt quá 3-4 mét Trong khi đó, kiểu kéo thường được tích hợp trong súng hàn, cho phép khoảng cách xa hơn đến thiết bị Đối với các trường hợp hàn trên cao hoặc khi không thể đặt thiết bị gần nơi hàn, súng hàn có gắn cuộn dây là lựa chọn phù hợp.
Hình 2.8 Bộ phận cấp dây
Mô tơ cấp dây thường có khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp, với bộ cấp dây trang bị mạch điện tử giúp kiểm soát quá trình mồi hồ quang Thiết bị tự động điều chỉnh khi có sự thay đổi điện áp nguồn và khi xảy ra trượt dây, dẫn đến hồ quang mồi và cháy ổn định hơn, giảm thiểu đáng kể lượng kim loại bắn tóe Để tăng tuổi thọ và giảm nhu cầu bảo trì, thiết bị được thiết kế trong hộp kín nhằm hạn chế bụi bặm.
- Sau khi gá dây vào cơ cấu dự trữ thông qua bộ phận đẩy dây hoặc kéo dây tùy loại thì dây hàn sẽ được đưa đến súng hàn
Hình 2.9 Dây hàn được đẩy vào súng hàn
Các thông số chế độ hàn
2.5.1 Đường kính dây hàn Đường kính dây tiêu chuẩn có các loại: 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,2; 1,6 (mm) Chọn đường kính dây hàn theo chiều dày tấm, loại liên kết và tư thế hàn Các đường kính dây được sử dụng nhiều nhất là 1,0 đến 1,2 mm Các dây nhỏ hơn chủ yếu để hàn các tấm mỏng
2.5.2 Cường độ dòng điện hàn
Dòng điện hàn cần được lựa chọn dựa trên kích thước của điện cực (dây hàn) và độ dày của liên kết hàn Nếu dòng điện quá thấp, sẽ không đảm bảo ngấu hết chiều dày của liên kết, dẫn đến giảm độ bền của mối hàn.
24 điện quá cao sẽ làm tăng sự bắn tóe kim loại gây ra rỗ xốp, biến dạng, mối hàn không đồng đều
- Với loại nguồn điện có đặc tính ngoài cứng (Điện áp không đổi) dòng điện hàn tăng sẽ làm tăng tốc độ cấp dây và ngược lại
Khi lựa chọn cường độ dòng điện hàn, cần tăng dần cường độ tương ứng với độ dày của tấm hàn và tốc độ cấp dây Đặc biệt, khi hàn đắp, nên tránh việc chọn cường độ dòng hàn quá lớn.
Cường độ dòng điện hàn có ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng mối hàn, cụ thể là chiều sâu ngấu Khi cường độ dòng điện hàn tăng, chiều sâu ngấu cũng tăng theo, và ngược lại, điều này cho thấy mối quan hệ trực tiếp giữa hai yếu tố này.
Hình 2.10 Ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn tới hình dáng mối hàn
Cường độ dòng điện hàn được xác định theo mật độ dòng điện hàn cho phép:
I h = πd 2 /4.j (2.1) Trong đó: d - Đường kính đây hàn [mm]
J - Mật độ dòng điện [A/mm 2 ]
Cường độ dòng hàn thường nằm trong khoảng 60-800 hoặc 900A thông thường giá tri I hàn trong thực tế nằm trong khoảng 100-400A
2.5.3 Điện áp hàn Đây là thông số rất quan trọng trong hàn GMAW, quyết định dạng truyền kim loại lỏng Điện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dày chi tiết hàn, kiểu liên kết, kích cỡ và thành phần điện cực, thành phần khí bảo vệ, vị trí hàn, v.v… Chọn điện áp hàn quá lớn làm tăng rỗ khí và bắn tóe, làm tăng kích thước vũng hàn Nếu chọn điện áp quá thấp làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá mức, dẫn đến hàn không ngấu các cạnh hàn Ảnh hưởng của điện áp hàn đến hình dạng mối hàn được thể hiện trên (hình 2.11)
Hình 2.11 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của điện áp
Khi điện áp hàn (U) tăng, bề rộng mối hàn sẽ tăng lên trong khi chiều sâu ngấu giảm Để xác định giá trị điện áp hàn hợp lý, cần thực hiện hàn thử nghiệm nhiều lần, bắt đầu từ giá trị điện áp hồ quang đã được tính toán hoặc tra cứu từ bảng Sau đó, điều chỉnh điện áp tăng hoặc giảm dựa trên quan sát đường hàn để chọn ra giá trị điện áp tối ưu.
Khi chọn điện áp hàn cho hàn MIG/MAG, dải điện áp thường từ 16 đến 45V Điện áp từ 16 đến 22V phù hợp cho hàn tấm mỏng với chế độ dịch chuyển ngắn mạch và đường kính dây hàn nhỏ, giúp tối thiểu hóa chiều sâu chảy Ngược lại, điện áp từ 30 đến 45V chủ yếu được sử dụng cho hàn tự động theo dạng dịch chuyển tia, thích hợp cho hàn các tấm dày, liên kết hàn sấp, với đường kính dây hàn lớn và tốc độ đắp cao Điện áp từ 24 đến 30V mang đặc điểm của cả hai loại trên, lý tưởng cho hàn tấm trung bình.
Hình 1.12 Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc độ hàn
Tốc độ hàn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, phụ thuộc vào trình độ tay nghề của thợ hàn Khi tốc độ hàn thấp, vũng hàn sẽ lớn và độ ngấu sâu hơn Ngược lại, khi tăng tốc độ hàn, nhiệt độ của hồ quang giảm, dẫn đến độ ngấu giảm và đường hàn trở nên hẹp hơn.
Tốc độ hàn của thép kết cấu thông dụng thường dao động từ 10 đến 60 cm/phút, trong khi hàn tự động có thể đạt tới 120 cm/phút Tốc độ hàn ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường được sử dụng để nâng cao năng suất hàn Việc chọn tốc độ hàn phù hợp phụ thuộc vào hình dạng mối hàn và điều kiện nhiệt luyện của vật liệu hàn.
Khoảng cách giữa đầu điện cực và mép pép tiếp điện ảnh hưởng lớn đến quá trình hàn Khi chiều dài phần nhô của điện cực tăng, nhiệt độ nung nóng đoạn dây hàn cũng tăng theo, dẫn đến việc giảm cường độ dòng điện hàn cần thiết để làm nóng chảy điện cực Điều này đặc biệt quan trọng khi hàn thép không rỉ, vì sự biến thiên nhỏ trong khoảng cách này có thể gây ra sự thay đổi rõ rệt trong dòng điện Do đó, chiều dài điện cực phía ngoài mỏ hàn và mối quan hệ giữa dòng điện với phần nhô điện cực cần được chú ý để đảm bảo chất lượng hàn.
Hình 2.13 Tầm với điện cực
Chiều dài phần nhô của điện cực ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn; nếu quá dài, sẽ gây dư kim loại nóng chảy, giảm độ ngấu và lãng phí kim loại hàn, đồng thời làm giảm tính ổn định của hồ quang Ngược lại, nếu chiều dài phần nhô quá ngắn, sẽ dẫn đến hiện tượng bắn tóe kim loại lỏng, làm cản trở dòng khí bảo vệ và gây ra rỗ xốp trong mối hàn Do đó, việc chọn tầm với điện cực phù hợp là rất quan trọng.
Lv: tầm với điện cực, d đường kính điện cực
Khi hàn bằng hỗn hợp khí trơ, chiều dài hồ quang lớn yêu cầu tăng tầm với điện cực thêm 2 đến 3 mm Tầm với điện cực có ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng của mối hàn.
Hình 2.14 Ảnh hưởng của tầm với điện cực đến hình dạng mối hàn
Trường hợp A, D B, E C, F Độ ngấu Lớn Trung bình Ít
Công suất hồ quang Lớn Trung bình Nhỏ Độ bắn tóe Thấp Trung bình Cao Độ nung điện cực Ít Trung bình Nhiều
Trong đó: n -là số lớp hàn
F 1 - là diện tích tiết diện ngang của lớp hàn thứ nhất
F n - là diện tích tiết diện ngang của lớp hàn tiếp theo
F d - là diện tích tiết diện ngang của toàn bộ kim loại đắp (được tính toán theo bản vẽ thiết kế mối hàn)
- Để đơn giản việc tính toán ta có thể coi F 2 = F 3 =…….F n
- Diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp sau một lớp hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn theo kinh nghiệm ta có:
Trong đó: d- là đường kính que hàn (mm)
Tính toán giải năng lượng đường tối ưu: (Công thức 2.4)
- δ là chiều dày chi tiết hàn khi hàn một phía.(cm)
- λ là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu kim loại cơ bản
- c p là nhiệt dung thể tích của vật liệu kim loại cơ bản
- T m là nhiệt độ kém ổn định của Austenit
- T 0 là nhiệt độ môi trường
- W là dải tốc độ nguội tối ưu của vật liệu kim loại cơ bản
Kỹ thuật hàn MIG/MAG
2.6.1 Chuyển động của mỏ hàn
Hình 2.15 Các chuyển động cơ bản của mỏ hàn và góc nghiêng của mỏ hàn
Trong hàn hồ quang, que hàn di chuyển theo trục với tốc độ phù hợp để duy trì chiều dài hồ quang ổn định, đảm bảo tính ổn định trong quá trình hàn Đối với hàn MIG/MAG, quá trình này đã được cơ khí hóa, giúp dây hàn tự động được đẩy vào bể hàn với tốc độ tương ứng với tốc độ cháy của hồ quang, tạo ra chiều dài hồ quang ổn định Chuyển động đẩy dây này được gọi là (V1) và không thuộc vào chuyển động của mỏ hàn, trong khi mỏ hàn có hai chuyển động chính trong quá trình hàn.
Chuyển động dọc trục đường hàn (V2) là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn và năng suất của quá trình hàn Tốc độ di chuyển của mỏ hàn quyết định kích thước tiết diện ngang của mối hàn; nếu di chuyển quá nhanh, mối hàn sẽ không ngấu do lượng nhiệt không đủ và dễ gây nứt Ngược lại, nếu di chuyển quá chậm, lượng kim loại lỏng sẽ tăng, tạo ra vũng hàn lớn, làm cản trở tác động của hồ quang lên mép hàn, dẫn đến hiện tượng không ngấu.
Để đảm bảo chất lượng mối hàn và cải thiện khả năng quan sát hồ quang cháy, mỏ hàn nên được đặt nghiêng theo hướng hàn với góc từ 60 đến 80 độ.
Chuyển động dao động lắc ngang (V3) của mỏ hàn đóng vai trò quan trọng trong việc xác định bề rộng của mối hàn Khi chuyển động ngang của mỏ hàn càng rộng, bề rộng của mối hàn sẽ tăng theo Tuy nhiên, bề rộng mối hàn không nên vượt quá 15 ÷ 17 mm, vì điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn do khí bảo vệ không thể bao phủ toàn bộ vũng hàn.
Khi thực hiện hàn giáp mối, nếu mỏ hàn chỉ di chuyển theo chiều trục của mối hàn, thì chiều rộng của mối hàn sẽ nằm trong khoảng từ 0,4 đến 0,8 mm Đối với liên kết hàn giáp mối có vát mép, chiều rộng mối hàn thường được yêu cầu từ 12 đến 16 mm.
* Các phương pháp dao động lắc ngang mỏ hàn
- Phương pháp chuyển động que hàn theo hình đừơng thẳng
Hình 2.16 Chuyển động đường thẳng
Để đảm bảo hàn ổn định, cần duy trì chiều dài hồ quang không thay đổi và di chuyển về phía trước mà không dao động ngang Điều này giúp hồ quang cháy ổn định, tạo ra độ sâu nóng chảy tương đối lớn, thích hợp cho lớp hàn đầu tiên trong mối hàn nhiều lớp Phương pháp này áp dụng cho các chi tiết có chiều dày S ≤ 3mm.
Đầu que hàn di chuyển theo đường thẳng dọc theo mối hàn, tạo ra tốc độ hàn nhanh và mối hàn hẹp với khả năng tỏa nhiệt nhanh Phương pháp này phù hợp cho các mối hàn có khe hở lớn và thường được sử dụng trong hàn nhiều lớp hoặc hàn tấm mỏng.
Hình 2.17 Dao động que hàn kiểu đường thẳng đi lại
- Dao động que hàn theo hình răng cưa: Đưa đầu que hàn chuyển động liên tục theo hình răng cưa và có điểm dừng 2 cạnh đề phòng khuyết cạnh
Mục đích chính của việc khống chế tính lưu động của kim loại chảy và bề rộng mối hàn là để đảm bảo chất lượng mối hàn Phương pháp này dễ thao tác và thường được sử dụng trong sản xuất Nó phù hợp cho các loại hàn bằng, hàn ngửa và hàn đứng giáp mối với độ dày từ 4mm trở lên.
Hình 2.18 Dao động que hàn hình răng cưa
Dao động que hàn theo hình bán nguyệt cho phép đầu que hàn di chuyển sang trái và phải với điểm dừng ở hai cạnh Phương pháp này có đặc điểm là kim loại nóng chảy tốt, thời gian giữ nhiệt tương đối dài, giúp xỉ hàn dễ nổi lên bề mặt mối hàn và khí dễ dàng thoát ra Ứng dụng của phương pháp này tương tự như dao động que hàn hình răng cưa.
Hình 2.19 Dao động que hàn theo hình bán nguyệt
- Dao động que hàn theo hình tam giác: Cho đầu que hàn chuyển động theo hình tam giác Căn cứ vào phạm vi ứng dụng có hai loại:
Dao động que hàn theo hình tam giác nghiêng rất phù hợp cho việc hàn vát cạnh, hàn ngang, hàn góc ở vị trí hàn bằng và hàn ngửa Ưu điểm của phương pháp này là dễ dàng kiểm soát kim loại chảy, giúp mối hàn hình thành một cách tốt nhất.
Dao động que hàn hình tam giác cân là phương pháp hàn đứng vát cạnh, ghép góc, mang lại ưu điểm là hình thành mặt cắt mối hàn dày và giảm thiểu khuyết tật cùng xỉ hàn Ngoài ra, có hai loại dao động chính là dao động hình tam giác cân và dao động hình tam giác nghiêng.
Hình 2.20 Dao động que hàn theo hình tam giác
- Dao động que hàn theo hình tròn
Dao động que hàn theo hình tròn là phương pháp thích hợp để hàn các chi tiết có độ dày từ 5mm trở lên ở vị trí hàn bằng Phương pháp này giúp xỉ dễ nổi lên bề mặt mối hàn, đồng thời tạo điều kiện cho ôxi và nitơ dễ dàng thoát ra.
Dao động que hàn hình tròn lệch là phương pháp hàn hiệu quả cho hàn ngang giáp mối, hàn góc ở vị trí hàn bằng và hàn ngửa Phương pháp này giúp dễ dàng kiểm soát kim loại chảy, hạn chế tình trạng kim loại chảy nhỏ xuống dưới.
(a) (b) a) Vòng tròn, b) Vòng tròn lệch Hình 2.21 Dao động que hàn hình vòng tròn
- Dao động que hàn hình số 8: Dùng để hàn mối hàn có bề rộng lớn
Hình 2.22 Dao động que hàn theo hình số 8
2.6.2 Góc nghiêng của mỏ hàn
Góc nghiêng của mỏ hàn ảnh hưởng trực tiếp đến chiều sâu nóng chảy và chiều sâu ngấu của mối hàn Để đạt được chiều sâu nóng chảy tối ưu, phương pháp hàn cần được lựa chọn cẩn thận Phương pháp hàn trái thường cho chiều sâu ngấu kém nhất, trong khi hàn với góc mỏ hàn so với phôi là 90 độ mang lại kết quả trung bình.
Hình 2.23 Ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn tới chiều sâu ngấu
Trường hợp A B C Độ ngấu Ít Trung bình Lớn Điền khe Tốt Trung bình Kém
Hồ quang Ổn định ít Trung bình Ổn định tốt Độ bắn tóe Cao Trung bình Thấp
Mối hàn Rộng Trung bình Hẹp
Trong hàn MIG/MAG, chiều dài hồ quang được điều chỉnh tự động bởi động cơ đẩy dây hàn, và nó phụ thuộc vào điện áp hàn, dòng điện hàn và tốc độ đẩy dây Việc chọn điện áp thấp với tốc độ đẩy dây nhanh sẽ tạo ra hồ quang ngắn, dẫn đến hiện tượng bắn tóe mạnh do dây hàn phụ thừa vào bể hàn Ngược lại, nếu sử dụng điện áp cao với tốc độ đẩy dây chậm, hồ quang sẽ dài hơn, khiến kim loại phụ bổ sung ít và có thể làm cho kim loại lỏng dính vào đầu pép hàn.
2.6.4 Kỹ thuật gây hồ quang hàn
Hình 2.24 Quá trình gây hồ quang
Trong hàn MIG/MAG để mồi được hồ quang cần quan tâm đến một số vấn đề sau:
Kết luận chương 2
Trong chương 2 tác giả đã thực hiện được các nội dung sau:
- Nguyên lý, đặc điểm và ứng dụng của hàn MIG/MAG
- Phân loại các tư thế hàn
- Hệ thống trang thiết bị trong hàn MIG/MAG
- Mỏ hàn và vật liệu hàn
- Các thông số chế độ hàn
- Kỹ thuật hàn MIG/MAG
Nội dung trên sẽ được sử dụng làm cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển mỏ hàn MIG/MAG ảo, đồng thời xây dựng bộ thông số điều khiển cho quá trình hàn MIG/MAG ảo.
BỘ THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HÀN MIG/MAG ẢO
Các thông số điều khiển liên quan đến chế độ hàn
3.1.1 Bộ thông số chế độ hàn
Qua các phần trên cho ta thấy bộ thông số chế độ hàn trong hàn MIG/MAG bao gồm:
- Cường độ dòng điện hàn
3.1.2 Bộ thông số điều khiển chế độ hàn
- Đối với đường kính dây hàn không ảnh hưởng nhiều đến kỹ năng của người thực hành hàn, nên ta không điều khiển thông số này
Cường độ dòng điện và điện áp hàn là những thông số quan trọng trong quá trình hàn, nhưng chúng không phụ thuộc nhiều vào kỹ năng của người thực hành Do đó, chúng ta không xem xét chúng như là các thông số điều khiển chính.
Số lớp hàn là yếu tố quan trọng, nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào kỹ năng thao tác của người thực hành hàn Do đó, chỉ đề cập đến trường hợp hàn một lớp để đảm bảo tính tổng quát và dễ hiểu.
Vận tốc hàn là một thông số quan trọng trong bộ điều khiển, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn trong quá trình hàn MIG/MAG Thông số này liên quan đến chuyển động của mỏ hàn, quyết định hình dạng và độ bền của mối hàn Việc điều chỉnh vận tốc hàn đúng cách là cần thiết để đạt được kết quả hàn tối ưu.
Các thông số điều khiển liên quan đến kỹ thuật hàn
3.2.1 Bộ thông số liên quan đến kỹ thuật hàn
Qua các phần trên cho ta thấy bộ thông số liên quan đến kỹ thuật hàn trong hàn MIG/MAG bao gồm:
Trong hàn MIG/MAG, chuyển động dọc trục dây hàn được thực hiện bởi bộ phận đẩy dây trong máy hàn Do đó, mỏ hàn chỉ thực hiện hai chuyển động chính.
+ Chuyển động dọc theo đường hàn: Để đảm bảo vận tốc hàn yêu cầu
+ Chuyển động dao động ngang của mỏ hàn: Đảm bảo hàn hết chiều rộng mối hàn
Các góc nghiêng của mỏ hàn phải nằm trong phạm vi cho phép tương ứng với từng loại liên kết hàn, bao gồm hàn giáp mối và hàn góc, cũng như các tư thế hàn khác nhau như sấp, đứng và ngang.
- Thao tác gây hồ quang:
+ Điều chỉnh đầu mỏ hàn để dây hàn vuông góc với bề mặt vật hàn
Đưa tay trái vào cẩm mỏ hàn để giữ khoảng cách dây hàn nhô ra và góc độ mỏ hàn ổn định, đảm bảo đầu dây hàn cách bề mặt vật hàn từ 0,5 đến 1mm.
+ Gây hồ quang bằng cách bấm công tắc mỏ hàn
+ Trong khi gây hồ quang phải giữ cho khoảng cách đầu nhô ra của dây hàn không đổi
- Ngắt hồ quang bằng cách nhả công tắc mỏ hàn
Kỹ thuật mồi lại hồ quang là phương pháp tái khởi động hồ quang ở vị trí chưa nóng chảy, cách miệng hàn khoảng 1cm Sau khi tạo lại hồ quang, cần hàn ngược lại để nung chảy phần miệng hàn nơi hồ quang vừa tắt, rồi tiếp tục hàn theo hướng cần thiết.
3.2.2 Bộ thông số điều khiển liên quan đến kỹ thuật hàn Ở đây với mục tiêu để cho người thực hành hàn thực hiện các các kỹ năng cơ bản của người thợ hàn nên các thông số liên quan đến kỹ thuật hàn sau sẽ được lựa chọn để điều khiển:
Trong hàn MIG/MAG, khi lựa chọn mối hàn một lớp với khe hở nhỏ và không vát mép, không cần thiết phải thực hiện dao động ngang Do đó, các chuyển động của mỏ hàn và người thực hành chỉ tập trung vào những chuyển động cơ bản nhất để đảm bảo chất lượng mối hàn.
Để đảm bảo vận tốc hàn yêu cầu, việc chuyển động dọc theo đường hàn là rất quan trọng Đây chính là thông số điều khiển mà chúng ta đã lựa chọn trong bộ thông số điều khiển chế độ hàn.
Trong hàn MIG/MAG, chuyển động dọc trục dây hàn được thực hiện tự động, giúp người thợ hàn không cần phải di chuyển mỏ hàn xuống như trong hàn hồ quang tay.
Như vậy thông số này không cần đưa vào điều khiển
Các góc nghiêng của mỏ hàn cần được chọn lựa phù hợp với từng loại liên kết hàn, bao gồm hàn giáp mối và hàn góc, cũng như các tư thế hàn khác nhau như sấp, đứng hay ngang.
Để thực hiện thao tác gây hồ quang hiệu quả, cần đảm bảo rằng chiều dài phần nhô ra khỏi mỏ hàn của dây hàn là 15 mm và khoảng cách từ đầu dây hàn đến vật hàn nằm trong khoảng từ 0,5 đến 1 mm.
54 ra khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến vật hàn sẽ nằm trong khoảng 15,5 ÷ 16 mm Gây hồ quang bằng cách bấm công tắc mỏ hàn
- Thao tác kết thúc hồ quang: Ngắt hồ quang bằng cách nhả công tắc mỏ hàn
Kỹ thuật mồi lại hồ quang là một phương pháp quan trọng giúp người học làm quen với quy trình hàn Quá trình này bắt đầu bằng việc mồi lại hồ quang tại điểm cách miệng hàn 1cm, sau đó hàn ngược lại để nung chảy phần miệng hàn nơi hồ quang vừa tắt Việc nắm vững kỹ thuật này sẽ cải thiện khả năng hàn và đảm bảo chất lượng mối hàn.
Trong quá trình rèn luyện kỹ năng hàn, chúng ta tập trung vào việc thực hiện các thao tác hàn cơ bản một cách chính xác Do đó, lựa chọn mối hàn một lớp và hàn theo một hướng là rất quan trọng, trong khi không cần điều chỉnh các thông số khác.
Tổng hợp bộ thông số điều khiển quá trình hàn MIG/MAG ảo
3.3.1 Thông số điều khiển thao tác gây hồ quang Điều chỉnh cho khoảng cách từ khoảng cách từ đầu dây hàn đến vật hàn từ 0,5 ÷ 1(mm) hoặc khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến vật hàn trong khoảng 15,5 ÷ 16 (mm) sau đó bấm công tắc mỏ hàn để gây hồ quang (Hình 3.1)
Khi hồ quang được hình thành, cần duy trì khoảng cách từ đầu mỏ hàn đến vật hàn trong khoảng 20 đến 25 mm, hoặc giữ khoảng cách từ đầu dây hàn đến vật hàn từ 5 đến 8 mm.
3.3.2 Thông số điều khiển các góc nghiêng của que hàn
1) Tƣ thế hàn sấp a) Mối hàn giáp mối (1G)
Góc nghiêng của mỏ hàn hoặc dây hàn trong tư thế hàn sấp mối hàn giáp mối được quy định trong khoảng 10 đến 15º so với phương thẳng đứng, tương đương với góc nghiêng α = 75 đến 80º so với hướng hàn Đồng thời, mỏ hàn cần phải được đặt trong mặt phẳng vuông để đảm bảo chất lượng mối hàn.
55 góc với vật hàn và đi qua đường hàn β = 90º Để điều khiển, các góc nghiêng của mỏ hàn cho phép nằm trong khoảng: α = 75º ÷ 80º; β = 90º ± 3 o
Hình 3.2 Góc nghiêng của dây hàn cho mối hàn giáp mối
Hình 3.3 Hàn tư thế 1G b) Mối hàn góc (1F)
Mỏ hàn nằm trong mặt phẳng phân giác của mối hàn góc và góc nghiêng của que hàn so với đường hàn một góc α = 80 ÷ 85º về phía hướng hàn
56 Để điều khiển, các góc nghiêng của mỏ hàn cho phép nằm trong khoảng: α= 80º ÷ 85º; β = 45º ± 1,5 o
2) Tƣ thế hàn ngang a) Mối hàn giáp mối (2G)
Góc nghiêng của mỏ hàn khi hàn ngang mối hàn giáp mối được quy định trong khoảng 0 ÷ 5º so với phương vuông góc với đường hàn, tương ứng với góc nghiêng α = 90 ÷ 95º Mỏ hàn cần phải nằm trong mặt phẳng vuông góc với bề mặt vật hàn Để đảm bảo chất lượng hàn, các góc nghiêng cho phép được xác định trong khoảng α = 90º ÷ 95º và β = 90º ± 2º.
Hình 3.5 Hàn tư thế 2G b) Mối hàn góc (2F)
Góc nghiêng của mỏ hàn hoặc dây hàn trong tư thế hàn 2F mối hàn góc được quy định trong khoảng 45 đến 50 độ so với phương ngang, đồng thời nghiêng về phía hướng hàn từ 10 đến 15 độ Các góc nghiêng cho phép của mỏ hàn được xác định là α từ 75 đến 80 độ và β là 45 độ ± 1.5 độ.
3) Tƣ thế hàn đứng a) Mối hàn giáp mối (3G)
58 a) Tư thế hàn 3Gu b) Tư thế hàn 3Gd
Hình 3.7 Góc nghiêng của mỏ hàn khi hàn giáp mối ở tư thế hàn đứng
Góc nghiêng của mỏ hàn hoặc dây hàn trong tư thế hàn đứng mối hàn giáp mối được quy định cụ thể cho từng phương pháp hàn Đối với hàn đứng từ dưới lên (tư thế 3Gu), góc nghiêng cho phép nằm trong khoảng 90 ÷ 95º, trong khi hàn đứng từ trên xuống (tư thế 3Gd) có góc nghiêng từ 70 ÷ 75º Cụ thể, các góc nghiêng của mỏ hàn cho phép là α = 90º ÷ 95º cho tư thế 3Gu và α = 70º ÷ 75º cho tư thế 3Gd, với β luôn giữ ở mức 90º ± 2º.
Góc nghiêng của mỏ hàn trong tư thế hàn đứng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn góc Khi hàn đứng từ dưới lên (tư thế 3Fu), góc nghiêng cho phép là từ 80 đến 90º, trong khi đó, khi hàn từ trên xuống (tư thế 3Fd), góc nghiêng nên nằm trong khoảng 70 đến 75º Các góc nghiêng của mỏ hàn cần được điều chỉnh trong khoảng: α = 90º ÷ 100º cho tư thế 3Fu, α = 70º ÷ 75º cho tư thế 3Fd, và β = 45º ± 3º.
59 a) Tư thế hàn 3Fu b) Tư thế hàn 3Fd Hình 3.8 Góc nghiêng của mỏ hàn khi hàn góc ở tư thế hàn đứng
3.3.3 Thông số điều khiển chuyển động dọc theo đường hàn Điều khiển thông qua vận tốc hàn Để người học làm quen với các vận tốc hàn ứng với các mức độ khác nhau, ở đây ta sẽ đưa ra 3 mức vận tốc hàn, ứng với phạm vi chậm nhất, trung bình và nhanh nhất cho phép khi hàn hồ quang tay Các giá trị này được lựa chọn thông giá trị vận tốc hàn trong các tài liệu
Ba mức độ của vận tốc hàn được lựa chọn là:
- Tốc độ thấp: 09 [cm/phút]
- Tốc độ trung bình: 18 [cm/phút]
- Tốc độ cao: 33 [cm/phút]
3.3.4 Thông số điều khiển thao tác kết thúc hồ quang và kỹ thuật mồi lại hồ quang
- Ngắt hồ quang bằng cách nhả công tắc mỏ hàn
Khi chiều dài hồ quang tối đa là 8 mm, nếu khoảng cách từ đầu dây hàn đến vũng hàn vượt quá 8 mm, hồ quang sẽ ngừng hoạt động.
Gây lại hồ quang cách miệng hàn 10 mm và hàn ngược lại để nung chảy phần miệng hàn nơi hồ quang vừa tắt, sau đó tiếp tục hàn theo hướng cần thiết.
Sơ đồ thuật toán và các chương trình con
Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán cho chương trình hàn hồ quang ảo
Để thực hành trên hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo, người học cần tuân thủ các bước công việc được chỉ định trong sơ đồ thuật toán.
Khi bắt đầu thực hành, người học sẽ chọn Menu (bài thực hành) và một cửa sổ sẽ xuất hiện trên màn hình, hiển thị ba menu để lựa chọn các phương pháp hàn: Hàn SMAW, Hàn MIG/MAG và Hàn TIG.
Khi sử dụng phương pháp hàn MIG/MAG, người dùng sẽ thấy hai menu lựa chọn: Mối hàn giáp mối và Mối hàn góc Tùy thuộc vào lựa chọn, cửa sổ sẽ hiển thị các vị trí hàn khác nhau như Hàn sấp, Hàn ngang, Hàn đứng từ dưới lên hoặc từ trên xuống.
Sau khi chọn vị trí hàn, người dùng cần lựa chọn chế độ hàn và tiến hành hàn cho đến khi hoàn tất đường hàn Tiếp theo, cần kiểm tra các lỗi phát sinh trong quá trình hàn thông qua hình ảnh mô phỏng và chấm điểm theo tiêu chí đánh giá chuẩn Điều này giúp học viên nhận diện các lỗi để rút kinh nghiệm cho các buổi thực hành sau Nếu học viên muốn tiếp tục thực hành hàn, hãy chọn menu bài thực hành hàn; nếu không, hãy chọn menu kết thúc.
Chương trình máy tính gồm các chương trình con sau:
1 - Chương trình 1: Cho phép hiển thị các thông số, các chỉ dẫn cho người sử dụng lựa chọn, hiệu chỉnh các chế độ thực hiện hàn hồ quang tay
2 - Chương trình 2: Cho phép hiển thị và đánh giá quá trình thao tác hàn của người học hàn hồ quang tay Bao gồm:
- Thông báo lỗi bằng hình ảnh hoặc âm thanh trong quá trình thao tác
- Hiển thị tổng hợp các lỗi của người học
3 - Chương trình 3: Cho phép hiển thị các thông số, các chỉ dẫn cho người sử dụng lựa chọn, hiệu chỉnh các chế độ thực hiện hàn MIG/MAG
4 - Chương trình 4: Cho phép hiển thị và đánh giá quá trình thao tác hàn của người học hàn MIG/MAG Bao gồm:
- Thông báo lỗi bằng hình ảnh hoặc âm thanh trong quá trình thao tác
- Hiển thị tổng hợp các lỗi của người học
5 - Chương trình 5: Cho phép hiển thị các thông số, các chỉ dẫn cho người sử dụng lựa chọn, hiệu chỉnh các chế độ thực hiện hàn TIG
6 - Chương trình 6: Cho phép hiển thị và đánh giá quá trình thao tác hàn của người học hàn TIG Bao gồm:
- Thông báo lỗi bằng hình ảnh hoặc âm thanh trong quá trình thao tác
- Hiển thị tổng hợp các lỗi của người học mắc phải
Có hai nhóm chương trình chính: Nhóm chương trình 1 – Hiển thị và lựa chọn, cho phép người sử dụng xem các thông số và chỉ dẫn để điều chỉnh chế độ thực hiện; Nhóm chương trình 2 – Đánh giá, cung cấp khả năng hiển thị và đánh giá quá trình thao tác hàn của người học trong thực hành hàn.
- Thông báo lỗi bằng hình ảnh hoặc âm thanh trong quá trình thao tác
- Hiển thị tổng hợp các lỗi của người học mắc phải.
Thiết kế các cửa sổ menu
Các cửa sổ hiển thị trên màn hình cho phép người học thực hiện:
- Lựa chọn thông số sau
+ Lựa chọn phương pháp hàn
+ Lựa chọn loại liên kết hàn
+ Lựa chọn tư thế hàn
+ Lựa chọn vận tốc hàn
- Hiển thị kết quả của quá trình thực hành: Thông báo các lỗi trong quá trình thực hành hàn như
+ Lỗi mồi lại hồ quang
+ Lỗi chiều dài hồ quang
+ Lỗi góc nghiêng của que hàn / mỏ hàn
Các cửa sổ hiển thị được mô tả như sau:
Khi khởi động chương trình “Thực hành hàn hồ quang ảo” sẽ xuất hiện cửa sổ sau (Hình 3.10)
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 2 lựa chọn sau:
- Chọn bài thực hành: Cho phép người học lựa chọn các thông số tiếp theo cho bài thực hành sẽ thực hiện
- Xem hướng dẫn: Cho phép người học đọc hướng dẫn về “Thực hành hàn hồ quang ảo”
Khi thực hiện lựa chọn “Chọn bài thực hành” thì cửa sổ màn hình sau sẽ xuất hiện (Hình 3.11)
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 3 lựa chọn sau:
- Hàn SMAW: Lựa chọn phương pháp hàn hồ quang tay để thực hiện
- Hàn MIG/MAG: Lựa chọn phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy để thực hiện
- Hàn TIG: Lựa chọn phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực không nóng chảy để thực hiện
Ngoài ra trong cửa sổ này còn cho phép người học thực hiện lựa chọn phụ
“Trở về đầu”, tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
Sau khi chọn một phương pháp hàn, người học sẽ thấy cửa sổ tiếp theo cho phép lựa chọn loại mối hàn cần thực hiện (Hình 3.12).
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 2 lựa chọn sau:
- Mối hàn giáp mối: Lựa chọn loại mối hàn là mối hàn giáp mối để thực hiện
- Mối hàn góc: Lựa chọn loại mối hàn là mối hàn góc để thực hiện
Ngoài ra trong cửa sổ này còn cho phép người học thực hiện 1 trong 2 lựa chọn phụ sau:
+ Trở về đầu: Tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
+ Quay lại: Tức là trở về “Cửa sổ số 2” (Hình 3.11)
4) Chọn liên kết hàn giáp mối
Nếu lựa chọn “Mối hàn giáp mối” thì sẽ xuất hiện cửa sổ sau (Hình 3.13)
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 4 lựa chọn sau tương ứng với 4 tư thế hàn của mối hàn giáp mối:
Hàn sấp là tư thế hàn dễ nhất, cho phép người học thực hành mối hàn giáp một cách hiệu quả Đây là lựa chọn lý tưởng cho những người mới bắt đầu, giúp họ nhanh chóng nắm vững kỹ thuật hàn cơ bản.
- Hàn ngang: Cho phép người học thực hành mối hàn giáp mối ở tư thế hàn ngang
- Hàn đứng dưới lên: Cho phép người học thực hành mối hàn giáp mối ở tư thế hàn đứng và mối hàn được thực hiện từ dưới lên
Hàn đứng từ trên xuống cho phép người học thực hành mối hàn giáp mối trong tư thế hàn đứng Thực tế, hàn đứng dưới lên thường dễ thực hiện hơn so với hàn đứng từ trên xuống Do đó, trong quá trình học, người học nên bắt đầu với hàn đứng dưới lên trước khi chuyển sang hàn đứng từ trên xuống.
Ngoài ra trong cửa sổ này còn cho phép người học thực hiện 1 trong 2 lựa chọn phụ sau:
+ Trở về đầu: Tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
+ Quay lại: Tức là trở về “Cửa sổ số 3” (Hình 3.12)
5) Chọn liên kết hàn góc
Nếu lựa chọn “Mối hàn góc” thì sẽ xuất hiện cửa sổ sau (Hình 3.14)
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 4 lựa chọn sau tương ứng với 4 tư thế hàn của mối hàn góc:
- Hán sấp: Cho phép người học thực hành mối hàn góc ở tư thế hàn sấp Đây là tư thế dễ hàn nhất trong 4 tư thế của mối hàn góc
- Hàn ngang: Cho phép người học thực hành mối hàn góc ở tư thế hàn ngang
- Hàn đứng dưới lên: Cho phép người học thực hành mối hàn góc ở tư thế hàn đứng và mối hàn được thực hiện từ dưới lên
Hàn đứng trên xuống là phương pháp cho phép người học thực hành mối hàn góc ở tư thế hàn đứng, thực hiện từ trên xuống Tương tự như hàn giáp mối, hàn góc ở tư thế đứng từ dưới lên thường dễ thực hiện hơn so với hàn từ trên xuống.
Khi học hàn, nên bắt đầu với kỹ thuật hàn đứng từ dưới lên trước, sau đó mới chuyển sang hàn đứng từ trên xuống Mối hàn góc thường khó thực hiện hơn mối hàn giáp mối, vì vậy người mới học nên ưu tiên thực hành mối hàn giáp mối để nâng cao kỹ năng.
Trước khi chuyển sang thực hành mối hàn góc, người học nên có ít nhất 68 giờ đào tạo lý thuyết Cửa sổ này cũng cho phép người học thực hiện một trong hai lựa chọn phụ.
+ Trở về đầu: Tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
+ Quay lại: Tức là trở về “Cửa sổ số 3” (Hình 3.12)
Sau khi chọn một tư thế hàn, người học sẽ thấy cửa sổ tiếp theo cho phép lựa chọn vận tốc hàn cần thực hiện (Hình 3.15).
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 3 lựa chọn sau ứng với 3 chế độ hàn với mức độ vận tốc hàn tăng dần:
- Cấp độ 1: Cho phép người thực hành hàn thực hiện với vận tốc hàn thấp nhất 09 [cm/phút]
- Cấp độ 2: Cho phép người thực hành hàn thực hiện với vận tốc hàn trung bình 18 [cm/phút]
- Cấp độ 3: Cho phép người thực hành hàn thực hiện với vận tốc hàn cao nhất 33 [cm/phút]
Khi hàn ở vận tốc cao mà vẫn đạt được mối hàn đẹp, người thợ hàn cần có trình độ chuyên môn cao Do đó, những người mới bắt đầu học hàn nên khởi đầu với vận tốc hàn thấp và sau đó tăng dần để cải thiện kỹ năng.
Ngoài ra trong cửa sổ này còn cho phép người học thực hiện 1 trong 2 lựa chọn phụ sau:
+ Trở về đầu: Tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
+ Quay lại: Tức là trở về “Cửa sổ số 4” (Hình 3.13) hoặc “Cửa sổ số 5”
(Hình 3.14) tùy theo trước đó ta chọn là mối hàn giáp mối hay mối hàn góc tương ứng
7) Xác nhận các thông số đã chọn
Sau khi lựa chọn một chế độ hàn nào đó thì sẽ xuất hiện cửa sổ tiếp theo (Hình 3.16)
Cửa sổ này cho phép người học xem lại các thông số đã chọn, giúp họ kiểm tra tính chính xác của những lựa chọn đó so với bài thực hành mà họ dự định thực hiện.
Trong cửa sổ này cho phép người học thực hiện 1 trong 3 lựa chọn phụ sau:
- Trở về đầu: Tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
- Quay lại: Tức là trở về “Cửa sổ số 6” (Hình 3.15)
- Bắt đầu hàn: Bắt đầu thực hành hàn với bài thực hành và các thông số đã lựa chọn
Khi chọn “Bắt đầu hàn”, một cửa sổ sẽ hiển thị bài thực hành cùng với thông báo lỗi, giúp người học nhận diện sai sót ngay trong quá trình thực hành (như minh họa trong Hình 3.17 và Hình 3.18) Điều này cho phép họ nhanh chóng điều chỉnh thao tác, giảm thiểu lỗi và dần làm quen với kỹ năng hàn.
Hình 3.17 Cửa sổ hiển thị khi thực hành hàn hồ quang tay mối hàn giáp mối ở tư thế hàn sấp
Hình 3.18 Cửa sổ hiển thị khi thực hành hàn hồ quang tay mối hàn góc ở tư thế hàn ngang
9) Kết thúc bài thực hành
Khi muốn kết thúc thực hành hàn, người dùng chỉ cần chọn “Kết thúc bài thực hành” Sau đó, một cửa sổ mới sẽ xuất hiện, hiển thị “Kết quả bài thực hành” với các thông báo lỗi liên quan đến quá trình thực hiện.
Hình 3.19 Cửa sổ hiển thị kết quả bài thực hành
Cửa sổ này giúp người học nhận diện các lỗi và số lượng lỗi đã mắc phải, đồng thời cung cấp ba lựa chọn phụ để người học có thể thực hiện.
- Trở về đầu: Tức là trở về “Cửa sổ số 1” (Hình 3.10)
Người học có thể tiếp tục thực hành với bài đã chọn, khi đó màn hình sẽ trở về "Cửa sổ số 7" như mô tả trong Hình 3.16.
- In kết quả: Cho phép xuất bảng thông báo kết quả bài thực hành ra máy in
Kết thúc quá trình thực hành với hàn hồ quang ảo, bạn sẽ nhận được thông báo "Cám ơn bạn đã thực hành với hàn hồ quang ảo" xuất hiện trên màn hình (Hình 3.20).
Hình 3.20 Cửa sổ kết thúc
Trong cửa sổ này cho phép người học lựa chọn “Thoát” để đóng chương trình Thực hành hàn hồ quang ảo.
Kết luận chương 3
Trong chương 3 tác giả đã thực hiện được các nội dung sau:
- Các thông số điều khiển liên quan đến chế độ hàn
- Các thông số điều khiển liên quan đến kỹ thuật hàn
- Tổng hợp bộ thông số điều khiển quá trình hàn MIG/MAG ảo
- Sơ đồ thuật toán và các chương trình con
Thiết kế cửa sổ menu là điểm nổi bật trong nghiên cứu luận văn, đóng vai trò nền tảng quan trọng cho việc tính toán và thiết kế mỏ cụm hàn MIG/MAG ảo.