(Luận văn thạc sĩ) thiết kế chế tạo thử nghiệm robot hàn tự động nhận diện mối hàn

TỔNG QUAN VỀ LĨNH ROBOT HÀN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH HÀN

ROBOT HÀN

1.2.1 Ứng dụng của robot hàn trong sản xuất:

Kể từ khi ra đời, robot công nghiệp đã được ứng dụng rộng rãi trong việc thay thế lao động con người, giúp tái cấu trúc dây chuyền sản xuất Nhờ đó, năng suất và hiệu quả sản xuất đã tăng lên một cách rõ rệt.

Mục tiêu của việc ứng dụng robot công nghiệp là nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm chi phí sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng cường khả năng cạnh tranh, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc Những mục tiêu này có được nhờ vào các khả năng vượt trội của robot.

+ Làm việc không biết mệt mỏi

+ Rất dễ chuyển nghề một cách thành thạo

+ Chịu được tia phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao

+ Thay thế con người trong các công việc đơn điệu mà dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn

Trong ngành cơ khí, robot đóng vai trò quan trọng trong nhiều quy trình như đúc, hàn, cắt kim loại, sơn và phun phủ kim loại Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để tháo lắp, vận chuyển phôi và lắp ráp sản phẩm, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong sản xuất.

Công nghệ hàn tự động sử dụng robot đã được áp dụng rộng rãi trong ngành sản xuất ô tô tại các quốc gia công nghiệp phát triển, đặc biệt là ở Hoa Kỳ Sự tiên tiến của công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm Việc áp dụng robot trong hàn giúp giảm thiểu sai sót, tiết kiệm thời gian và chi phí lao động.

Công nghệ hàn tự động với robot đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia như Nhật Bản, Đức, Pháp, Ý, Hàn Quốc, Trung Quốc, và gần đây là các nước Đông Nam Á Trong số các ứng dụng của robot công nghiệp, hàn và lắp ráp chiếm tỷ lệ lớn, với khoảng 25% robot công nghiệp là robot hàn Đặc biệt, robot lắp ráp chiếm 33% tổng số robot trên toàn cầu, chủ yếu hiện diện trong các nhà máy sản xuất ô tô và thiết bị điện tử.

Trong quy trình sản xuất xe hơi, hàn điểm là công việc chủ yếu sử dụng robot Mỗi khung xe được gắn cố định vào một palette và di chuyển qua các khu vực trong nhà máy Tại trạm hàn, bộ phận kẹp sẽ giữ chặt các chi tiết ở vị trí cần thiết, trong khi robot thực hiện hàn tại các điểm đã được lập trình trước.

HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 4

Hình 1.2 Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất xe hơi

Robot cũng được ứng dụng nhiều trong công nghệ hàn theo vết hoặc hàn theo đường dẫn liên tục - còn gọi là hàn đường

Hàn đường thường được thực hiện thủ công, nhưng năng suất thấp do yêu cầu về chất lượng bề mặt mối hàn Điều này liên quan đến các thao tác của đầu mỏ hàn trong môi trường khắc nghiệt do khói và nhiệt sinh ra trong quá trình hàn.

Hình 1.3 Hệ thống robot hàn đường của hãng FANUC

Kỹ thuật hàn đường khác với hàn điểm ở chỗ mối hàn nằm dọc theo mối ghép giữa hai tấm kim loại Hệ thống hàn đường thực tế phụ thuộc vào con người để kẹp chặt chính xác các chi tiết, sau đó robot sẽ di chuyển theo quỹ đạo đã được lập trình Ưu điểm của phương pháp này so với hàn bằng tay là đảm bảo chất lượng mối hàn ổn định, trong khi người vận hành chỉ cần thực hiện việc kẹp chặt và lấy sản phẩm sau khi hàn xong.

Việc lắp khít các chi tiết gặp khó khăn do dung sai trong chế tạo, chi tiết cong vênh và thiết kế cần lắp ghép theo đường cong không đồng dạng Những vấn đề này làm cho việc kẹp chặt chi tiết trở nên khó khăn, đặc biệt đối với các chi tiết lớn và khi lắp tấm kim loại mỏng.

Gần đây, nghiên cứu đã tập trung vào phương pháp dò vết đường hàn nhằm giảm yêu cầu định vị chính xác, từ đó giảm chi phí hàn và nâng cao chất lượng mối hàn Đây cũng là mục tiêu chính của luận văn này.

Trong ngành công nghiệp sản xuất chế tạo, việc lựa chọn loại robot hàn phù hợp phụ thuộc vào đặc thù của từng lĩnh vực và sản phẩm Có thể phân loại robot hàn thành hai dạng chính.

1 Dạng tay máy công nghiệp:

Robot hàn chủ yếu có thiết kế dạng cánh tay với các khớp tịnh tiến hoặc xoay, trong khi loại robot tọa độ Đề-các thường chỉ áp dụng cho những robot có kích thước rất lớn hoặc rất nhỏ Cánh tay robot được ưa chuộng vì khả năng cho phép súng hàn di chuyển linh hoạt, tương tự như cách con người thao tác.

Góc súng hàn và góc di chuyển có thể điều chỉnh linh hoạt, cho phép hàn ở mọi vị trí, đặc biệt là những khu vực khó tiếp cận Các tay máy công nghiệp trong ngành hàn thường được thiết kế với 6 bậc tự do, giúp tối ưu hóa quy trình hàn.

Hình 1.4 Tay máy 6 bậc tự do

HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 6 Để thực hiện các công nghệ hàn khác nhau ta chỉ cần gắn đầu hàn (torche) ở khâu cuối

Hình 1.5 Đầu hàn MIG/MAG có ly hợp chống va đập

Tuy nhiên, tay máy công nghiệp có phạm vi hoạt động bị giới hạn nên không thể thực hiện hàn những đường hàn dài

2 Dạng robot tự hành có ray dẫn hướng hay hoàn toàn tự động: Được sử dụng khi yêu cầu cần hàn những đường hàn dài (theo cả 2 phương ngang và đứng) vượt khỏi tầm với của tay máy công nghiệp hay những chi tiết hàn đặt ở vị trí xa nhau mà không cần dùng nhiều tay máy hàn

Hình 1.6 Robot hàn với ray trượt nằm ngang

Hình 1.7 Robot hàn với ray trượt trên trần và trên vách

Hình 1.8 Robot hàn ray trượt đứng và ray trượt cong của hãng Bug-O

Hình 1.9 Robot hàn tự hành hoàn toàn tự động

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Nhiều công ty hàng đầu thế giới như: ABB, FANUC, PANASONIC,

KAWASAKI, KUKA MOTOMAN và các nhà sản xuất khác đã phát triển thiết bị hàn từ bán tự động đến tự động, bao gồm cả robot hàn, và đã ứng dụng robot hàn trong ngành công nghiệp.

Hình 1.10 Robot hàn của hãng ABB

Hình 1.11 Robot hàn tự hành của hãng Ishimatsu

Hình 1.12 Robot hàn cắt tự hành của hãng Bug-O

Trong các tạp chí khoa học có uy tín về lĩnh vực robot, nhiều công trình đã được công bố và triển khai:

- Sadek C A Alfaro, Paul Drews, Intelligent, Systems for Welding Process

Automation, J of the Braz Soc of Mech Sci & Eng , Vol XXVIII, No 1, January-

Bài viết này đánh giá và trình bày các khái niệm liên quan đến hai hệ thống đa cảm biến riêng biệt trong sản xuất tự động, dựa trên phần cứng song song Trong hệ thống tinh vi nhất, 12 bộ vi xử lý đã được tích hợp, tạo thành một mạng đa cảm biến song song Ngoài ra, một số nút chuyên biệt đã được áp dụng trong mạng thần kinh nhân tạo để nâng cao hiệu suất và khả năng xử lý.

Mạng nơ-ron được áp dụng để nâng cao độ chính xác của phép quang trắc thông qua các phép tính quan sát và giám sát sự kết hợp giữa cảm biến và điều khiển logic mờ Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng thực tế.

HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 10 nêu bật sự hiện diện của các đơn vị xử lý phân tán và thông minh, cho thấy rằng kiến trúc song song mang lại nhiều lợi thế so với các hệ thống dựa trên bus dữ liệu truyền thống Bài viết kết thúc bằng việc so sánh các khía cạnh chính của phần mềm trung gian và việc thực hiện dựa trên DSP-robot cảm biến hướng dẫn.

Hình 1.13 Các đơn vị chính của hệ thống hàn đa cảm biến

- Kyu-Yeul Lee, Tae-Wan Kim, Jongwon Kim, Nam-Kug Ku, Heonyoung Lim,

Jongjin Woo, Sang Moo Lee, Soo-ho Kim, Modularized Control Architecture of an

Embedded Controller for Mobile Welding Robot in the Shipyard, Proceedings of the

17th World Congress, The International Federation of Automatic Control Seoul,

Nghiên cứu này trình bày sự phát triển của phần cứng và phần mềm điều khiển cho robot hàn di động, có khả năng di chuyển theo chiều ngang và dọc Robot này thực hiện các nhiệm vụ hàn cho các bộ phận hình chữ U và khung trong cấu trúc thân tàu, đồng thời phát hiện các điểm hàn thông qua bộ phận cảm biến Hệ thống phần cứng điều khiển bao gồm một bộ điều khiển chính được gắn trên robot và một bộ điều khiển máy hàn, đảm bảo hiệu quả trong quá trình hàn.

CPU, một bộ điều khiển chuyển động và một encoder điều khiển động cơ AC servo

Bộ điều khiển máy hàn được gắn bên ngoài máy hàn và giao tiếp qua cổng RS485 Phần mềm điều khiển gồm 4 lớp: quản lý, lên kế hoạch, thực hiện hoạt động và chấp hành, mỗi lớp có các module như module hoạt động, module nguồn, module Servo Sự kết hợp của các module này cho phép phần mềm thực hiện các nhiệm vụ cần thiết Phần mềm điều khiển được phát triển bằng lập trình C trên hệ điều hành QNX, nổi bật với hiệu suất đáng tin cậy trong thời gian thực.

Hình 1.14 Cấu hình của bộ điều khiển nhúng cho các robot hàn di động 'RRX3'

- Zhiguo Yan, De Xu, Yuan Li, and Min Tan, A Vision-Based Seam Tracking

System for Submerged Arc Welding, Robot Weld., Intellige & Automation, LNCIS

Theo dõi đường hàn là yếu tố thiết yếu trong quá trình hàn tự động Bài báo này giới thiệu hệ thống theo dõi sử dụng cấu trúc ánh sáng laser, được minh họa trong hình H 1.15.

Bài viết này phân tích cấu trúc và nguyên tắc hoạt động của hệ thống, đặc biệt là các thuật toán xử lý hình ảnh Kết quả từ các thí nghiệm hàn mặt ngoài ống thép cho thấy hệ thống này hoạt động hiệu quả trong nhiều môi trường khác nhau, đồng thời nâng cao đáng kể hiệu suất hàn.

Hình 1.15 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 1.16 Cảm biến thị giác

Bộ cảm biến thị giác được lắp trên khung gắn ngọn đuốc, trong quá trình hàn, các diode laser tạo ra mặt phẳng chùm tia sáng Khi tia sáng laser chiếu lên phôi, một sọc laser xuất hiện trên bề mặt, phản ánh thông tin đường hàn Máy ảnh chụp lại hình ảnh dải laser qua bộ lọc quang học, cho phép chỉ ánh sáng có bước sóng từ 650 nm đến 690 nm đi qua, cải thiện chất lượng hình ảnh bằng cách loại bỏ đèn chiếu sáng dự phòng Dữ liệu từ các camera CCD được chuyển đổi thành tín hiệu kỹ thuật số và gửi tới máy tính điều khiển công nghiệp, hoàn tất liên kết giữa các mô-đun cảm biến hình ảnh và xử lý hình ảnh.

- Yuan Li, De Xu, Zhiguo Yan, and Min Tan, Girth Seam Tracking System Based on Vision for Pipe Welding Robot, Robot Weld., Intellige & Automation, LNCIS

Một hệ thống theo dõi hình tròn dựa trên cấu trúc ánh sáng cho robot hàn đường ống đã được phát triển Các cảm biến thị giác được thiết kế dựa trên phân tích tia phản xạ laser từ bề mặt hàn, kết hợp với vị trí của máy ảnh và mặt phẳng tia laser để tạo hiệu ứng hình ảnh sọc laser Các thuật toán xử lý hình ảnh và tính năng khai thác đã được xây dựng để xử lý tình huống phản xạ nhiều lần gây nhiễu trong hình ảnh đường hàn Cuối cùng, một thử nghiệm thực tế với robot hàn đường ống đã được tiến hành để xác minh tính khả thi của hệ thống.

Hình 1.17 Cấu trúc của robot hàn ống của đề tài

- Ngô Mạnh Dũng, Võ Hoàng Duy, Nguyễn Thanh Phương và Sang Bong Kim,

Robust Control of Welding Robot for Tracking a Rectangular Welding Line,

International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol 3 No 3, 2006

Bài viết trình bày phương pháp điều khiển robot hàn (WR) để khâu cuối của nó di chuyển theo đường hàn hình chữ nhật (RWL) WR được trang bị năm thiết bị truyền động sử dụng động cơ DC Hai bộ điều khiển được đề xuất: bộ điều khiển chính và bộ điều khiển servo Bộ điều khiển chính sử dụng phương pháp hồi tiếp bước (backstepping) để thiết kế các yếu tố đầu vào cho thiết bị truyền động, giúp khâu cuối của WR theo RWL Đồng thời, bộ điều khiển servo được thiết kế dựa trên phương trình động năng của thiết bị truyền động WR bằng phương pháp điều khiển xáo trộn Cuối cùng, hệ thống điều khiển kết hợp cả hai bộ điều khiển này đảm bảo khâu cuối của WR di chuyển chính xác theo RWL.

Hình 1.18 Đường hàn hình chữ nhật (RWL)

Hình 1.19 Mô hình nguyên lý của Robot

Hình 1.20 Mô hình thực tế của robot

- Phan Tấn Tùng, Chung Tấn Lâm, Ngô Mạnh Dũng, Hak Kyeong Kim, Sang

Bong Kim, Decentralized Control Design for Welding Mobile Manipulator, Tạp chí quốc tế về khoa học và kỹ thuật cơ khí (KSME), tập 19, số 3, trang 756-767, 2005

Bài viết trình bày một mô hình động học cho bệ đỡ tự hành và tay máy hàn gắn, coi chúng như hai hệ thống riêng biệt.

Thiết kế hai bộ điều khiển độc lập cho bệ đỡ tự hành và tay máy, trong đó mối quan hệ giữa chúng được xác định bởi vận tốc của bệ đỡ và tay máy.

+ Luật điều khiển dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov

- Yang Bae Jeon, Sang Bong Kim, Soon Sil Park, Modeling and Motion Control of Mobile for Lattice Type Welding, Tạp chí quốc tế KSME, tập 16, số 1, trang 83-93,

+ Xét bài toán điều khiển robot không nhiễu hệ thống và nhiễu ngoài

+ Điều khiển đường hàn thồng qua 2 bánh xe robot bằng biến đổi hồi tiếp biến trạng thái

+ Điều khiển mối hàn thông qua cần hàn bằng thuật toán PID

+ Chỉ hàn theo đường thẳng và đường cong với thông số vận tốc dài bằng 0

- Bùi Trọng Hiếu, Nguyễn Tấn Tiến, Chung Tấn Lâm, Sang Bong Kim, A Simple

Nonlinear Control of a Two-Wheeled Welding Mobile Robot, Tạp chí quốc tế về hệ thống điều khiển tự động, tập 1, số 1, 3/2003

+ Xét bài toán điều khiển robot thông qua đặc tính động học, không nhiễu hệ thống và nhiễu ngoài

+ Đề xuất cơ cấu đo sai số đường hàn và đưa ra luật điều khiển theo các sai số đo được đó dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov

+ Chỉ điều khiển bám theo đường hàn có vận tốc thay đổi góc nghiêng cố định

Bùi Trọng Hiếu, Chung Tấn Lâm, and Sang Bong Kim conducted a study on the adaptive tracking control of a two-wheeled welding mobile robot, focusing on achieving a smooth curved welding path Their research was published in the International Journal of KSME, Volume 17, Issue 11, pages 1682-1692, in 2003.

+ Xét bài toán điều khiển robot thông qua đặc tính động lực học, nhiễu hệ thống là momen quán tính của robot

+ Đưa ra luật điều khiển dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov có ước lượng thông số momen quán tính

+ Chỉ điều khiển bám theo đường hàn có vận tốc thay đổi góc nghiêng cố định

- Ngô Mạnh Dũng, Võ Hoàng Duy, Nguyễn Thanh Phương, Sang Bong Kim,

Myung Suck Oh, Two-Wheeled Welding Mobile Robot for Tracking a Smooth Curved

Welding Path Using Adaptive Sliding-Mode Control Technique, Tạp chí quốc tế về hệ thống điều khiển tự động, tập 5, số 3, trang 283-294, 6/2007

+ Xét bài toán điều khiển robot thông qua đặc tính động học và lực học, nhiễu là sai số đo giữa đầu hàn và đường hàn

+ Đưa ra luật điều khiển mặt trượt cho các sai số đo và có ước lượng nhiễu

Hình 1.21 Mô hình nguyên lý của robot hàn di động dùng để hàn góc

Hình 1.22 Mô hình thực tế của robot hàn di động dùng để hàn góc

Một số tài liệu, đề tài và luận văn nghiên cứu về robot phục vụ cho công nghiệp hàn:

- Nguyễn Tấn Tiến, Lê Hoài Quốc, Kim Sang Bong, Welding Slag Removing

Mobile Robot, Bài báo khoa học, 2002

Bài báo giới thiệu một phương pháp đơn giản để gỡ xỉ hàn tự động, sử dụng hệ thống robot di động ba bánh kết hợp với dụng cụ gỡ xỉ hàn, cụ thể là đĩa dỡ xỉ hàn Robot này được điều khiển bằng bộ điều khiển đơn giản, dựa trên tiêu chuẩn ổn định Lyapunov.

Hình 1.23 Robot gỡ xỉ hàn của đề tài

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Qua việc tìm các vấn đề tổng quan đã về Robot hàn được trình bày ở trên, ta có một số nhận xét sau:

- Robot hàn được tự động ở khâu duy trì nguồn nhiệt hàn (Hồ quang, khí, laser,

…) ở đầu hàn và ở khâu di chuyển đầu hàn theo quỹ đạo hàn Ở khâu thứ nhất các

Robot hàn đều giống nhau, khâu thú 2 thì khác nhau

Trước đây, các nghiên cứu về robot hàn chủ yếu tập trung vào việc thực hiện các đường hàn cố định đã được lập trình sẵn Một số nghiên cứu khác đã áp dụng phương pháp nhận diện mối hàn, nhưng lại dựa vào cơ khí, dẫn đến thiếu tính linh hoạt và chỉ có khả năng hàn các đường thẳng.

Để khắc phục những hạn chế hiện tại, việc phát triển phương pháp nhận diện mối hàn tự động bằng cảm biến sẽ cho phép robot hàn di chuyển linh hoạt theo quỹ đạo đã được xác định mà không cần lập trình lại Điều này không chỉ giúp robot có khả năng hàn các đường cong phức tạp mà còn tăng năng suất đáng kể Mục tiêu của luận văn chính là "Thiết kế - chế tạo thử nghiệm Robot hàn tự động nhận diện mối hàn".

1.4.2 Giới hạn của đề tài:

Robot hàn của đề tài chỉ hàn được những đường cong phẳng và đường cong này nằm trong 2 đường thẳng song song cách nhau một khoảng 270 mm (H 1.32)

Phương pháp hàn được sử dụng là hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn: Đánh giá khuyết tật mối hàn bằng mắt (Visual Testing – VT)

Hình 1.32 Giới hạn đường cong hàn của đề tài

HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN

2.1.1 Sự tạo thành mối hàn:

1 Khái niệm về mối nối hàn, mối hàn:

Mối nối hàn là loại mối nối không thể tháo rời, được thực hiện thông qua quá trình hàn Vị trí kết nối giữa các chi tiết trong mối nối này được gọi là mối hàn.

Trong hàn nóng chảy, mối nối hàn gồm:

Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que hàn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành

- Vùng tiệm cận mối hàn:

Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 100 0 C đến nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy

Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong qua trình hàn

2 Sự tạo thành bể hàn:

Khi hàn nóng chảy, nguồn nhiệt làm cho cạnh hàn và kim loại phụ nóng chảy, tạo ra một bể kim loại lỏng Bể kim loại này được gọi là bể hàn hay vũng hàn.

Trong quá trình hàn, bể hàn cũng dịch chuyển theo nguồn nhiệt hàn Bể hàn được chia làm hai phần: phần đầu và phần đuôi

- Phần dầu bể hàn: Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim loại điện cực

Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim loại ở phía trước bị nóng chảy

- Phần đuôi bể hàn: Ở phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn để tạo nên mối hàn

Trong quá trình hàn, kim loại lỏng trong bể hàn liên tục chuyển động và xáo trộn do áp lực của dòng khí và lực điện từ Sự chuyển động này khiến kim loại lỏng bị đẩy ngược lại với hướng di chuyển của nguồn nhiệt, tạo ra các chỗ lõm trong bể hàn.

Hình dạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào:

+ Công suất của nguồn nhiệt

+ Tính chất lý nhiệt của kim loại vật hàn

Hình dạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng: b - Chiều rộng bể hàn, h

- Chiều sâu nóng chảy, l - Chiều dài bể hàn

Hình 2.3 Hình dạng và kích thước của bể hàn

Hệ số hình dạng của bể hàn, được xác định bởi tỷ số giữa chiều rộng và chiều dài (φ = b/l), có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình kết tinh và chất lượng mối hàn Khi hệ số b/l lớn, tức là bể hàn rộng, điều kiện kết tinh sẽ tốt hơn, dẫn đến mối hàn có chất lượng cao Ngược lại, nếu b/l nhỏ, quá trình kết tinh có thể gây ra nứt ở trục mối hàn.

3 Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn:

Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn không chỉ ảnh hưởng đến quá trình hình thành mối hàn mà còn tác động đến thành phần và chất lượng của mối hàn.

Khi hàn hồ quang, kim loại lỏng từ que hàn chuyển dịch vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác nhau, bất kể phương pháp hàn hay vị trí hàn Sự chuyển dịch này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau.

- Trọng lực của giọt kim loại lỏng:

Những giọt kim loại hình thành ở đầu que hàn sẽ di chuyển xuống dưới theo phương thẳng đứng vào bể hàn dưới tác dụng của trọng lực.

Lực trọng trường chỉ có tác dụng trong việc chuyển dịch các giọt kim loại lỏng vào bể hàn khi ở vị trí sấp; tuy nhiên, khi hàn ở vị trí ngửa, yếu tố này lại không mang lại lợi ích.

Sức căng bề mặt xuất hiện do tác động của lực phân tử, với xu hướng tạo ra năng lượng tối thiểu cho bề mặt kim loại lỏng, dẫn đến việc bề mặt này thu nhỏ lại Để đạt được điều này, các giọt kim loại lỏng cần có hình dạng cầu Những giọt kim loại lỏng hình cầu sẽ chỉ biến mất khi chúng rơi vào bể hàn, nơi sức căng bề mặt của bể hàn kéo chúng vào hình dạng chung của nó.

Khi dòng điện đi qua điện cực, nó tạo ra một từ trường, lực từ trường này tác động lên que hàn, khiến cho ranh giới giữa phần rắn và phần lỏng của que hàn bị thắt lại.

Hình 2.4 Tác dụng của lực từ trường ép lên que hàn

Khi bị thắt lại, diện tích tiết diện ngang giảm, dẫn đến mật độ và cường độ lực từ trường tăng cao Đồng thời, tại vị trí thắt, điện trở cao tạo ra nhiệt lớn, khiến kim loại nhanh chóng sôi và tạo áp lực mạnh, đẩy các giọt kim loại lỏng vào bể hàn.

Lực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại lỏng từ đầu que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí

Khi hàn, kim loại lỏng tại đầu que hàn bị quá nhiệt, dẫn đến việc sinh ra khí Ở nhiệt độ cao, thể tích khí tăng lên, tạo ra áp lực lớn có khả năng đẩy các giọt kim loại lỏng ra khỏi đầu que hàn và vào bể hàn.

2.1.2 Tổ chức kim loại của mối hàn:

Sau khi hàn, kim loại lỏng trong bể hàn sẽ kết tinh và hình thành mối hàn Vùng kim loại xung quanh mối hàn bị ảnh hưởng bởi nhiệt, dẫn đến sự thay đổi về tổ chức và tính chất, được gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt hay vùng tiệm cận mối hàn.

Hình 2.5 Tổ chức kim loại của mối hàn

Nghiên cứu tổ chức mối hàn của thép cácbon thấp thấy chúng có các phần riêng với tổ chức khác nhau

Trong vùng mối hàn kim loại nóng chảy hoàn toàn, quá trình kết tinh tạo ra tổ chức tương tự như tổ chức thỏi đúc Thành phần và cấu trúc của kim loại mối hàn khác biệt so với kim loại cơ bản và kim loại điện cực Vùng mối hàn có thể được phân chia thành các khu vực khác nhau.

Vùng ngoài cùng của vũng hàn có tốc độ tản nhiệt nhanh, dẫn đến kim loại lỏng kết tinh với tốc độ lớn Kết quả là, tổ chức kim loại ở đây có những hạt tinh thể nhỏ mịn.

KHÁI NIỆM

Hàn hồ quang chìm (Submerged Arc Welding - SAW) là một phương pháp hàn hiệu quả, trong đó hồ quang được bảo vệ bởi lớp thuốc dạng bột Lớp thuốc này không chỉ nóng chảy tạo ra khí bảo vệ hồ quang mà còn nâng cao chất lượng luyện kim của mối hàn Công nghệ hàn SAW có khả năng tự động hóa cả trong quá trình cấp dây hàn và dịch chuyển đuốc hàn, mang lại sự tiện lợi và chính xác cho người sử dụng.

(hoàn toàn tự động) hoặc có thể chỉ tự động ở khâu cấp dây (bán tự động)

Hình 2.6 Nguyên lý quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc

Quá trình hàn dưới lớp thuốc diễn ra theo nguyên lý mà trong đó, nhiệt hồ quang làm nóng chảy đầu dây hàn và một phần thuốc hàn Lớp thuốc nóng chảy bảo vệ đầu dây hàn và vùng hàn, trong khi lớp thuốc chưa nóng chảy nằm phía trên Khi hồ quang di chuyển dọc theo mối ghép, kim loại nóng chảy sẽ lắng xuống và kết tinh, tạo thành mối hàn với xỉ nổi lên trên Xỉ đông đặc tiếp tục bảo vệ mối hàn còn nóng, đảm bảo chất lượng và độ bền của mối hàn.

Công nghệ hàn hồ quang chìm được dùng rộng rãi trong gia công các kết cấu thép dày do các ưu điểm sau:

− Không có khói và ánh sáng hồ quang, do đó giảm yêu cầu về quần áo bảo hộ

− Chất lượng mối hàn cao

− Bề mặt mối hàn đều đặn và đồng nhất, không có sự văng tóe

− Tốc độ hàn rất cao

− Hiệu suất sử dụng điện cực cao

− Tự động hóa dễ dàng

− Không yêu cầu thợ hàn có tay nghề cao

Các ứng dụng chủ yếu bao gồm: hàn bình áp lực, đường ống, bồn chứa, kết cấu lớn, đóng tàu, đường sắt, xây dựng , cầu, …

THIẾT BỊ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

Cấu tạo cơ bản của thiết bị hàn tự động (còn gọi là “Rùa hàn” hay “Xe hàn tự hành”) gồm các bộ phận sau:

Khi sử dụng nguồn DC dòng điện không đổi với bộ nạp dây điện cực tự động, việc duy trì điện áp hồ quang gần như không đổi là rất quan trọng để đảm bảo dòng điện hàn ổn định Điều này được thực hiện bằng cách giám sát điện áp hồ quang và điều chỉnh tốc độ nạp dây Nếu điện áp vượt quá giá trị cho trước, mạch điều khiển sẽ tăng tốc độ nạp dây để giảm chiều dài hồ quang, trong khi khi điện áp giảm, mạch điều khiển sẽ giảm tốc độ nạp dây.

Nguồn DC điện áp không đổi được sử dụng với bộ nạp dây tốc độ không đổi, cho phép điều khiển chiều dài hồ quang chính xác và nhanh chóng Hệ thống này có dòng điện ngắn mạch cao, giúp dễ dàng khởi động hồ quang hơn so với nguồn DC dòng điện không đổi Dòng điện hàn được điều chỉnh theo tốc độ nạp dây điện cực; khi tốc độ tăng, dòng điện cũng tăng và ngược lại Đặc biệt, nguồn điện DC điện áp không đổi thường được áp dụng để hàn các tiết diện mỏng, nhờ vào tính đồng nhất của điện áp, giúp tăng tốc độ hàn Hệ thống này thường sử dụng với đường kính dây từ 1/8 in (3,2 mm) hoặc nhỏ hơn.

Nguồn AC dòng điện không đổi là biến áp hàn công suất cao với điện áp hở mạch tối thiểu 80V, giúp ngăn ngừa việc ngắt hồ quang khi đảo ngược dòng điện.

HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 33 nữa chu kỳ xoay chiều Hàn AC thường có chất lượng thấp do sự dao động của điện áp sơ cấp

Xe được trang bị bốn bánh, sử dụng động cơ DC và hộp giảm tốc, với hệ thống truyền động cho bánh sau thông qua ly hợp Tốc độ hoạt động của xe có thể điều chỉnh trong khoảng từ 0,2 đến 1,5 m/phút, và chiều hành trình được lựa chọn trước thông qua công tắc đảo chiều.

3 Bộ phận kẹp đầu hàn:

Bộ phận đỡ đầu hàn bao gồm bộ kẹp đa năng và rãnh trượt dọc, cho phép định vị chính xác đầu hàn nhờ bộ điều chỉnh Bộ kẹp đa năng giúp nghiêng đầu hàn theo góc mong muốn lên đến 45 độ Hai mặt bích được thiết kế để kẹp giữ cuộn dây hàn theo tiêu chuẩn kích thước 300 x 100 mm.

Hình 2.7 Các khả năng chuyển động của đầu hàn tự động trên xe tự hành

Bộ thiết bị này bao gồm máy làm thẳng và nạp dây, được chế tạo để làm thẳng dây khi tháo ra từ cuộn và đưa vào đầu hàn qua ống dẫn Dây được cung cấp nhờ động cơ DC kết hợp với bộ truyền động bốn con lăn, hộp giảm tốc và con lăn nạp dây.

Tốc độ của con lăn nạp dây có thể thay đổi bằng nút xoay trên bộ điều khiển ( 0,1 ÷

Hệ thống nạp dây hàn hoạt động với tốc độ 7,5 m/phút, trong đó thuốc hàn được đưa vào hộp chứa qua lưới sàng và ống mềm, sau đó đến bộ phân phối Toàn bộ hệ thống có khả năng xoay 45 độ về phía trước quanh trục của con lăn nạp dây, đồng thời cũng có thể di chuyển ngang.

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý xe hàn vạn năng

1 - Xe tự hành; 2 - Trụ đứng; 3 - Tay ngang; 4 - Bảng điều khiển;

5 - Hộp chứa cuộn dây hàn; 6 - Động cơ cấp dây hàn;

7 - Các con lăn đẩy dây; 8 - Giá đỡ ống tiếp xúc;

9 - Đầu dẫn hướng; 10 - Hộp chứa thuốc hàn

Bài viết này mô tả các thành phần của đồng hồ kỹ thuật số trong xe di trượt, bao gồm thiết bị đo tốc độ, volt kế, ampe kế và chiết áp kế để điều chỉnh tốc độ nạp dây Nó cũng đề cập đến công tắc đảo chiều, bộ điều chỉnh dây lên xuống và các công tắc điều khiển thứ tự hàn Hệ thống điều khiển bao gồm mạch điều khiển tốc độ điện tử, mạch thứ tự hàn và mạch điều khiển truyền động cho bộ nạp dây, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của xe di trượt.

6 Bộ phận tạo quỹ đạo công nghệ hàn:

Dùng để tạo dao động cho đầu hàn, tạo quỹ đạo công nghệ cho mối hàn

7 Trang thiết bị phụ trợ:

Các trang thiết bị phụ trợ được dùng tùy trường hợp và có thể bao gồm:

- Đường ray cho xe hàn – dùng cho mối hàn thẳng

- Bộ gá lắp đặc biệt khi xe hàn chuyển động trực tiếp trên vật hàn

- Bộ thu hồi thuốc hàn chưa dùng hết (máy hút thuốc hàn dư)

- Đèn chiếu và kim dẫn hướng

Hình 2.9 Thiết bị hàn tự động dưới lớp thuốc

VẬT LIỆU HÀN

Dây hàn SAW được chế tạo theo tiêu chuẩn

Xét tiêu chuẩn hàn của Mỹ (AWS – American Welding Society)

AWS A5.17 - Tiêu chuẩn kỹ thuật điện cực thép carbon và thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang chìm

Tiêu chuẩn này gồm 8 phân loại dựa trên thành phần hóa học của dây và chia thanh ba nhóm theo hàm lượng Mn, được nêu trên bảng 2.1

Bảng 2.1 Các yêu cầu về thành phần của dây hàn theo AWS A5.17

Ký hiệu "E" đại diện cho điện cực, trong khi các chữ cái "L", "M", "H" thể hiện hàm lượng mangan (Mn) ở mức thấp, trung bình và cao Một số loại dây điện cực còn có thêm ký hiệu "K", cho biết dây được chế tạo từ thép khử oxy bằng silicon Các chữ số như 8, 12, v.v chỉ hàm lượng carbon (C) trong dây hàn theo phần 10 ngàn, với ví dụ 8 tương đương 0,08% Đường kính tiêu chuẩn của dây điện cực dao động từ 1,6 đến 6,0 mm.

Thuốc hàn có thành phần khác nhau tùy ứng dụng và yêu cầu của kim loại đắp

Thuốc hàn hồ quang chìm có nhiều cỡ hạt khác nhau và hiện chưa có tiêu chuẩn cụ thể cho việc kiểm định loại thuốc này Phương pháp phân loại chủ yếu dựa vào phân tích thành phần kim loại của thuốc hàn, giúp xác định phối liệu phù hợp để đảm bảo quá trình hàn diễn ra ổn định và dễ kiểm soát.

Tiêu chuẩn AWS A5.17 quy định hệ thống phân loại thuốc hàn SAW dựa trên các đặc tính cơ học của kim loại mối hàn, kèm theo phân loại dây điện cực được trình bày trong bảng 2.1.

Hệ thống này được nêu ở bảng 2.2, dựa trên các kết quả kiểm tra va đập kim loại mối hàn, số thích hợp từ bảng 2.3

Bảng 2.2 Các yêu cầu cơ tính theo AWS A5.17

Bảng 2.3 các yêu cầu độ dai va đập theo AWS A5.17

Thuốc hàn F7A6 – EM12K tạo ra kim loại mối hàn với độ bền kéo tối thiểu 70 Ksi và độ dai va đập Charpy – V không dưới 27J ở nhiệt độ -51 0C khi sử dụng dây điện cực EM12K theo các tiêu chuẩn quy định Mặc dù tiêu chuẩn này là hệ thống thuốc hàn, nhưng thực tế nó phản ánh sự phối hợp giữa thuốc hàn và dây điện cực.

KỸ THUẬT HÀN

Khác với hàn hồ quang tay, hàn hồ quang chìm khó khởi động do lớp thuốc hàn Có nhiều phương pháp để mồi hồ quang, phụ thuộc vào nguồn điện và vị trí bắt đầu hàn Một số phương pháp mồi hồ quang phổ biến bao gồm

Sử dụng bột sắt hoặc phoi thép để tạo hồ quang hiệu quả trong hàn Đặt cuộn phoi thép có đường kính khoảng 10 mm vào vị trí cần mồi hồ quang trên mối ghép hàn, sau đó hạ dây hàn xuống và ép nhẹ vào đó Ngoài ra, bạn cũng có thể rải bột sắt giữa đầu dây hàn và bề mặt vật hàn, sau đó thêm thuốc hàn và bắt đầu quá trình hàn Bột sắt hoặc phoi thép sẽ dẫn điện từ đầu dây hàn đến vật hàn, giúp hình thành hồ quang.

Hình 2.10 Bột sắt hoặc phoi thép

Cắt vát đầu dây hàn giúp tăng mật độ dòng điện, tương tự như mũi đục Khi dây hàn được hạ sát mặt vật hàn và đổ thuốc, quá trình hàn bắt đầu Đỉnh dây hàn nóng chảy, tạo ra hồ quang để thực hiện hàn hiệu quả.

Hình 2.11 Cắt vát đầu dây hàn

Dịch chuyển đầu dây hàn:

Dây hàn tiếp xúc với vật hàn và được nạp thuốc hàn, sau đó xe di trượt bắt đầu chuyển động và máy hàn hoạt động Chuyển động của dây hàn tạo ra hồ quang mà không xảy ra hiện tượng ngắn mạch.

Mồi bằng thuốc hàn nóng chảy:

Phương pháp hàn này rất hiệu quả và tiết kiệm cho việc mồi tại các điểm xác định, nhưng chỉ áp dụng cho hệ thống sử dụng dòng điện không đổi Trong quá trình hàn, dây hàn được hạ xuống để tiếp xúc với bề mặt vật hàn, sau đó nạp thuốc hàn và khởi động máy hàn Khi điện áp giữa dây hàn và vật hàn thấp, bộ nạp dây sẽ kéo đầu điện cực ra xa, tạo ra hồ quang Khi dây hàn được kéo ra xa hơn, điện áp tăng, khiến bộ nạp dây đảo chiều để cung cấp dây hàn vào hồ quang, từ đó ổn định điện áp hồ quang.

Mồi bằng tần số cao:

Phương pháp này sử dụng máy phát điện áp cao và tần số cao để tạo ra tia lửa giữa đầu dây hàn và vật hàn khi khoảng cách giữa chúng khoảng 1,6 mm Tia lửa này tạo ra đường dẫn ion hóa, cho phép dòng điện lưu thông hiệu quả.

Để ngắt hồ quang hiệu quả, trước tiên cần dừng xe di trượt và ngừng nạp dây hàn Sau đó, tắt dòng điện để tránh tình trạng dây hàn bị dính trong vũng chảy, điều này giúp làm đầy kim loại ở cuối đường hàn.

Lớp hàn lót ở đáy sử dụng dòng điện thấp và có thể được thực hiện bằng các phương pháp như hàn hồ quang tay, hàn Mag hoặc hàn dây lõi thuốc Đường hàn lót có thể được giữ lại trong mối ghép nếu đảm bảo chất lượng, hoặc có thể bị loại bỏ sau khi hàn hồ quang chìm.

Hình 2.12 Hàn lót để hàn SAW

Tấm lót hàn là kim loại tương thích với kim loại được hàn, giúp kim loại hàn nóng chảy vào tấm lót Khi tấm lót này không thể tháo rời sau khi hàn, nó được gọi là tấm lót vĩnh cửu Ngược lại, nếu chỉ sử dụng tạm thời, tấm lót có thể được loại bỏ sau quá trình hàn Để đảm bảo độ ngấu sâu hoàn toàn, khoảng mở đáy thích hợp thường nằm trong khoảng từ 1,6 đến 4,8 mm, tùy thuộc vào chiều dày của mối ghép hàn.

Lót bằng tấm đồng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng dẫn nhiệt cao, giúp tiếp nhận nhiệt nhanh chóng từ vũng hàn nóng chảy Hơn nữa, kim loại hàn nóng chảy không hòa tan vào vật liệu đồng, vì vậy tấm này chỉ được sử dụng tạm thời trong quá trình hàn.

Hình 2.13 (A) Hàn giáp mối rãnh V, (B) hàn giáp mối vuông

Thuốc hàn dạng hạt khô được đặt trong hộp dưới đường hàn, với đệm cao su đàn hồi bên dưới giúp thuốc hàn tiếp xúc hiệu quả với mặt đáy của đường hàn.

Hình 2.14 Lót bằng thuốc hàn Lót bằng gốm:

Tấm gốm mỏng có thể được sử dụng làm lớp lót dưới đường hàn, với khả năng chịu nhiệt cao mà không ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn.

2.5.4 Hàn giáp mối: Để đạt được độ ngấu sâu hoàn toàn cho các mối hàn giáp mối kim loại tấm, thường phải sử dụng tấm lót bằng thép hoặc bằng đồng Mối ghép thường được hoàn tất bằng một đường hàn từ một phía

Với tấm lót bằng đồng, có thể hàn giáp mối vuông không cần khe hở đáy Các thông số của quy trình được nêu trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Thông số hàn giáp mối với tấm lót bằng đồng

Bố trí tấm lót thép để hàn giáp mối thường có khe hở đáy, với tấm dày 12,7 mm có thể sử dụng khe hở đáy lên đến 4,8 mm, như được chỉ rõ trong bảng 2.5.

Hình 2.16 Tấm lót thép để hàn giáp mối tấm mỏng

Bảng 2.5 Thông số hàn giáp mối tấm lót bằng thép

Khi hàn các tấm dày 19 ÷ 25,4 mm vát rãnh V ở cả hai mặt và mặt đáy đủ lớn, các thông số được nêu trong bảng 2.6

Hình 2.17 Hàn hai phía tấm dày 19 ÷ 25.4mm

Bảng 2.6 Thông số hàn hai phía tấm dày 19 ÷ 25,4 mm

Hình 2.18 Hàn hai phía tấm dày 32 ÷ 38 mm

Bảng 2.7 Thông số hàn tấm dày 32 ÷ 38 mm

HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC MỐI HÀN

Hình dạng và kích thước của mối hàn bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm các thông số của chế độ hàn, yếu tố công nghệ và đặc điểm kết cấu.

2.6.1 Ảnh hưởng của chế độ hàn:

Việc xác định kích thước và hình dạng mối hàn là rất quan trọng trong việc lựa chọn chế độ hàn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn Hình dạng mối hàn được xác định bởi các yếu tố như chiều sâu ngấu (h), chiều rộng (b) và chiều cao đắp (c), trong đó chiều cao toàn bộ được tính bằng H = c.

+ h của mối hàn tạo nên

Hình 2.19 Các kích thước đặc trưng của mối hàn

Hình dạng mối hàn được đặc trưng bởi hai hệ số quan trọng: hệ số ngấu (n = b/h), thường nằm trong khoảng 0,8 đến 4, với giá trị tối ưu từ 1,3 đến 2; và hệ số hình dạng mối hàn (m = b/c), có giá trị từ 7 đến 10.

So với hàn hồ quang tay, hàn dưới lớp thuốc có hệ số hình dạng trong mối hàn (hệ số ngấu) thấp hơn, cụ thể là n = 1,3 ÷ 2, trong khi hàn hồ quang tay có hệ số ngấu nằm trong khoảng n = 5 ÷ 6,7 Điều này cho thấy chiều sâu ngấu của hàn dưới lớp thuốc lớn hơn nhiều so với hàn hồ quang tay.

Hệ số hình dạng bên trong nhỏ hơn 0,8 có thể dẫn đến nứt nóng ở mối hàn, trong khi hệ số lớn hơn 4 làm tăng khả năng biến dạng Ngoài ra, nếu hệ số hình dạng bên ngoài nhỏ hơn 7, sự chuyển tiếp kim loại từ mối hàn vào kim loại cơ bản sẽ không đồng đều, dễ gây ra các vấn đề.

HVTH: PHẠM MẠNH TRƯỜNG Trang 45 trung ứng suất; khi hệ số này lớn hơn 10, khả năng biến dạng mối hàn tăng, làm giảm khả năng chịu tải trọng động

Lượng nhiệt tạo ra trong hồ quang, phụ thuộc vào dòng điện hàn, điện áp hàn và tốc độ hàn, có tác động trực tiếp đến kích thước và hình dạng của mối hàn.

1 Ảnh hưởng của dòng điện hàn:

Khi tăng cường độ dòng điện hàn mà giữ nguyên các thông số khác, lượng kim loại nóng chảy sẽ tăng do mật độ dòng điện tăng, dẫn đến việc tăng lượng điện cực nóng chảy và chiều cao đắp của mối hàn Sự tập trung nhiệt trong hồ quang cũng tăng lên, làm tăng áp lực của hồ quang, từ đó chiều sâu ngấu h tăng lên Công thức h = k.I (với k = (1 ÷ 1,75).10 -2 mmA -1, tùy thuộc vào cường độ dòng điện hàn I và thành phần thuốc hàn) có thể được áp dụng để tính toán Trong khi đó, chiều rộng mối hàn b hầu như không thay đổi, dẫn đến hệ số ngấu giảm.

Hình 2.20 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo cường độ dòng điện hàn

2 Ảnh hưởng của điện áp hàn:

Khi điện áp hàn tăng, chiều dài cột hồ quang cũng tăng theo, dẫn đến lượng nhiệt sinh ra trong hồ quang tác động lên một diện tích lớn hơn của kim loại cơ bản Điều này làm giảm chiều sâu ngấu h nhưng lại tăng chiều rộng mối hàn b.

Trên thực tế, điện áp hàn được xác định theo cường độ dòng điện hàn nhằm đạt được hệ số ngấu cần thiết

3 Ảnh hưởng của tiết diện điện cực:

Khi cường độ dòng điện hàn không đổi, I = const, nếu tăng đường kính điện cực sẽ dẫn đến tăng chiều rộng b và giảm chiều sâu ngấu h của mối hàn

Hình 2.22 Sự thay đổi hình dạng mối hàn theo tiết diện điện cực

4 Ảnh hưởng của tốc độ hàn:

Khi cường độ dòng điện hàn và điện áp hàn giữ nguyên, việc thay đổi tốc độ hàn sẽ ảnh hưởng đến lượng nhiệt cung cấp cho mỗi đơn vị chiều dài mối hàn Sự thay đổi này cũng dẫn đến sự thay đổi trong hướng tác động của hồ quang và phân bố lực trong hồ quang.

Khi tốc độ hàn dưới 10 m/giờ, hồ quang cháy gần như vuông góc, làm cho lực ngang của hồ quang không đáng kể và dẫn đến chiều sâu ngấu thấp Tăng tốc độ hàn sẽ làm nghiêng cột hồ quang, từ đó tăng chiều sâu ngấu Hơn nữa, việc tăng tốc độ hàn cũng giúp giảm mức độ tiêu thụ thuốc hàn.

Tốc độ hàn có ảnh hưởng đáng kể đến sự phân bố lực trong hồ quang, hình dạng mối hàn và mức độ tiêu thụ thuốc hàn Cụ thể, sự thay đổi tốc độ hàn sẽ tác động đến cách mà lực được phân bổ trong quá trình hàn, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng và hình dạng của mối hàn Đồng thời, tốc độ hàn cũng quyết định lượng thuốc hàn được tiêu thụ, ảnh hưởng đến hiệu quả và kinh tế của quá trình hàn.

Khi tăng tốc độ hàn, lượng nhiệt tạo ra không đủ để nung chảy cạnh hàn, dẫn đến giảm chiều sâu ngấu Ở tốc độ hàn rất lớn, hiện tượng hàn không ngấu hai bên mối hàn và hồ quang trở nên không ổn định.

2.6.2 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ:

1 Góc nghiêng của dây hàn

Hình 2.24 Góc nghiêng dây hàn và ảnh hưởng của góc nghiêng về phía trước lên hình dạng mối hàn

Khi nghiêng dây hàn ngược với hướng hàn, kim loại nóng chảy bị hồ quang đẩy, dẫn đến tăng chiều sâu ngấu, chiều cao mối hàn tăng và chiều rộng giảm, làm giảm hệ số ngấu Mối hàn này dễ gặp phải tình trạng nứt, rỗ khí và không đảm bảo độ ngấu Phương pháp này chỉ nên áp dụng hạn chế cho các mối hàn vòng có đường kính nhỏ.

Khi nghiêng dây hàn về phía trước trong quá trình hàn, hồ quang sẽ song song với trục của điện cực, khiến cho phần lớn hồ quang cháy dưới bề mặt kim loại cơ bản Việc này cải thiện quá trình nung trước bề mặt hàn, đồng thời tăng lượng kim loại nóng chảy phía dưới hồ quang, dẫn đến giảm lượng kim loại cơ bản nóng chảy Kết quả là chiều sâu ngấu của mối hàn giảm, trong khi chiều rộng mối hàn lại tăng lên.

2 Góc nghiêng của vật hàn:

Hình 2.25 Góc nghiêng vật hàn và hình dạng mối hàn

Góc nghiêng của vật hàn ảnh hưởng đến hình dạng mối hàn, với góc nghiêng lên phía tên tạo hình dạng tương tự như hàn với góc dây nghiêng về phía sau, trong khi góc nghiêng xuống dưới tương tự như hàn với góc dây nghiêng về phía trước Để đảm bảo mối hàn có hình dáng tốt, cần tránh hàn với góc nghiêng lớn hơn 80 độ so với mặt phẳng nằm ngang.

Hình 2.26 Vị trí dây hàn khi hàn các mối hàn vòng đường kính nhỏ và cường độ dòng điện hàn tối đa

Trên H 2.26 là thí dụ sử dụng góc nghiêng vật hàn là trường hợp hàn mối hàn vòng có đường kính nhỏ

Hình 2.27 Ảnh hưởng cực tính dòng hàn

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA ROBOT

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐẦU HÀN

BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT

THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Tiêu đề	Thiết Kế - Chế Tạo Thử Nghiệm Robot Hàn Tự Động Nhận Diện Mối Hàn
Tác giả	Phạm Mạnh Trường
Người hướng dẫn	TS. Lê Chí Cương
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cơ Khí Chế Tạo Máy
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	168
Dung lượng	13,16 MB