Nghiên cứu phương pháp lập trình cho robot hàn để gia công một số bề mặt phức tạp

TỔNG QUAN VỀ RÔBỐT CÔNG NGHIỆP

Khái niệm về rôbốt

Rôbốt hàn là thiết bị tự động linh hoạt, có khả năng thay thế các hoạt động cơ bắp và trí tuệ của con người Sản phẩm này được tạo ra từ sự kết hợp hoàn hảo giữa kỹ thuật cơ khí, điện tử và tin học.

Các thiết bị như máy biến áp hàn, mỏ hàn, bộ phận đẩy dây hàn và bộ phận cấp khí bảo vệ được kết nối chặt chẽ với cơ cấu chấp hành, tạo thành một rôbốt hàn hoàn chỉnh để thực hiện các nhiệm vụ trong quá trình hàn.

Cơ cấu chấp hành chủ yếu là rôbốt công nghiệp, và việc lựa chọn thiết bị hàn phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu sản xuất và độ phức tạp của công việc Chẳng hạn, rôbốt công nghiệp có thể kết hợp với thiết bị hàn trong môi trường khí bảo vệ để thực hiện hàn tự động, hoặc có thể kết hợp với thiết bị hàn điểm để thực hiện hàn điểm hiệu quả.

Tổ chức kỹ thuật của rôbốt

Rôbốt hàn có cấu trúc gồm bốn khối cơ bản, mỗi khối đảm nhiệm một chức năng riêng biệt Các khối này được liên kết chặt chẽ, tạo thành một hệ thống hoạt động đồng bộ và hiệu quả trong quá trình điều khiển.

Khối A là phần thu thập và chuyển giao dữ liệu đầu vào cho hệ thống Cụm Teach pendant được sử dụng để thực hiện quá trình dạy học cho rôbốt, trong khi cụm Record button giúp lưu trữ và chuyển giao các dữ liệu cảm nhận vật lý trong quá trình học Bộ dữ liệu cảm nhận vật lý này bao gồm các tọa độ dịch chuyển và tọa độ góc tại vị trí ban đầu, vị trí cuối cùng cũng như các vị trí trung gian trên một động trình [(θ o ,ho):(θ f ,hf)].

Khối B - Bộ não của rôbốt với trung tâm là bộ vi xử lý

Cụm Forward kinematic: Có nhiệm vụ thiết lập và giải các bài toán động học trên cơ sở bộ thông số đầu vào (θ s ,hs)

Cụm Cartesian point storage: Có nhiệm vụ lưu, nhớ và chuyển giao các toạ

Thiết lập & giải bài toán động học Lưu nhớ kết quả giải bài toán động học thuận

Giải bài toán động học ngược Xây dựng quỹ đạo chuyển động cơ cấu chấp hành

Bảng nhập dữ liệu điều khiển

Lưu trữ Σ Trung tâm điều khiển động lực Nguồn Cơ cấu chấp hành (Rôbốt)

Các thông số vật lý

Hình 1.1 Sơ đồ tổ chức kỹ thuật của rôbốt hàn

[Máy công cụ CNC và rôbốt công nghiệp]

Khối C Khối D Động cơ servo Điểm báo lỗi

Bài viết đề cập đến việc xác định vị trí theo 15 độ trên từng điểm, nhằm giải quyết các bài toán động học thuận Cụm này được gọi là bộ dữ liệu hình học, bao gồm các tọa độ [(Xo, Yo); (Xf, Yf)].

Cụm Trajectory planer có vai trò quan trọng trong việc lập trình quỹ đạo di chuyển của các điểm hình học, cả đã được dạy và chưa dạy, nhằm tạo ra quỹ đạo chuyển động cần thiết cho cơ cấu chấp hành cuối (Tool – Center – Point) với tọa độ [Xđ(t), Yđ(t)].

Cụm Invers kinematic đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các bài toán động học ngược nhằm xác định các thông số cần thiết Bộ dữ liệu điều khiển được biểu diễn dưới dạng [θd (t), hd (t)] giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển.

Khối C - Khối điều khiển bao gồm bộ so sánh giá trị “Cần” và “Thực”, các bộ biến đổi D/A, bộ khuyếch đại công suất, và phát tín hiệu điều khiển theo nguyên tắc điều khiển CNC.

Khối D là khối cơ cấu chấp hành, bao gồm nguồn động lực (Motor dynamic), các cơ cấu chấp hành (Robot dynamic) và các bộ cảm nhận vật lý được cài đặt trên chúng (Physical position).

Qua phân tích, mô phỏng tổ chức kỹ thuật của rôbốt có thể nhận thấy các bộ thông số kỹ thuật chủ yếu của chúng gồm:

- Bộ thông số cảm nhận vật lý

- Bộ thông số vị trí hình học

Bộ thông số điều khiển của rôbốt hàn cho phép tiếp cận dễ dàng hơn với cấu trúc kỹ thuật của nó Ví dụ, một rôbốt hàn có nhiệm vụ thực hiện một đường hàn ở góc của tấm thép, với vận tốc hàn V = const được xác định từ chế độ công nghệ tối ưu Trường công tác của rôbốt này được giới hạn bởi nhiều yếu tố khác nhau.

Hình 1.2 Sơ đồ biểu diện rôbốt thực hiện hàn tự động đoạn AB

Các biến số được chia thành hai nhóm:

Nhóm dữ liệu hình học được xác định bởi đoạn [x0,y0);(xr,yr], trong khi nhóm dữ liệu cảm nhận vật lý bao gồm các giá trị trong khoảng [(θ o ,h o );(θ f ,h f )] Quá trình bắt đầu bằng việc dạy học điều khiển tay để đưa cơ cấu chấp hành (Tool – Center – Point) đến các điểm A(x0,y0) và B(xr,yr) Các bộ phận cảm nhận vật lý thu thập dữ liệu thông qua cảm biến và đo lường, lưu trữ các giá trị tương ứng (θ o ,h o );(θ f ,h f ) Thông qua các phương trình động học thuận, bộ thông số này được chuyển đổi thành bộ thông số hình học, và các giá trị (θ o ,h o );(θ f ,h f ) cũng được tính toán lại.

Phương trình động học thuận được suy ra từ nguyên lý kết cấu [Máy công cụ

CNC và rôbốt công nghiệp] x=dcosθ −hsinθ (1.1) y =dsinθ +hcosθ (1.2)

Giải hệ phương trình (1.1), (1.2) để tính toán các giá trị bằng số đối với

(θ o ,h o );(θ f ,h f ) và cả các giá trị tức thời liên tục trên quỹ đạo xđ(t), yđ(t)

Thay Th bởi (1.3) được: xđ(t) = x0+ ( )

Các giá trị của bộ dữ liệu hình học được lưu trữ trong cụm Cartesiar point storage, phục vụ cho các bài toán động học, mà chỉ giải quyết mối quan hệ giữa các thông số hình học theo thời gian mà không xem xét ảnh hưởng của lực và mômen Phương trình động học thuận mô tả mối quan hệ hình học giữa các khâu chấp hành của rôbốt, trong khi phương trình động học ngược nhằm xác định các thông số điều khiển mong muốn Đặc tính phi tuyến được thể hiện qua các phương trình do sự tồn tại của môđun khớp quay, đặt ra yêu cầu cho quá trình điều khiển rôbốt Mặc dù đoạn thẳng AB tồn tại, khâu chấp hành cuối không chỉ di chuyển vị trí mà còn cần định hướng chính xác để thực hiện các nhiệm vụ công nghệ.

Ứng dụng của rôbốt trong sản xuất cơ khí

Từ khi ra đời, rôbốt hàn đã dần thay thế con người trong nhiều lĩnh vực, dẫn đến việc tổ chức lại dây chuyền sản xuất và cơ cấu lao động Năng suất và hiệu quả sản xuất được cải thiện rõ rệt, giá thành sản phẩm giảm, trong khi chất lượng và tính thẩm mỹ ngày càng tăng cao Phạm vi ứng dụng rôbốt hàn ngày càng đa dạng và phổ biến, biến việc ứng dụng công nghệ này thành cuộc cạnh tranh khốc liệt trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật.

Trong sản xuất và chế tạo cơ khí, rôbốt đóng vai trò quan trọng trong các công việc như hàn, cắt, sơn, phun phủ kim loại, lắp ráp và vận chuyển phôi Những lĩnh vực này thường yêu cầu độ chính xác cao và phải đối mặt với môi trường làm việc độc hại, nguy hiểm Rôbốt chuyên dụng, với tính linh hoạt cao và khả năng tích hợp nhiều chức năng, được sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi khác, nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu sản xuất thực tế.

Hình 1.3 Hàn kết cấu thép dạng tấm bằng rôbốt AII –V6

Rôbốt hàn AII – V6 đang được ứng dụng trong quá trình hàn khung xe máy, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật cho ngành hàn, bao gồm tăng năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu rủi ro cho công nhân.

- Khả năng tự động hoá cao

- Tăng năng suất và hiệu quả kinh tế.

- Hình dáng kích thước và chất lượng mối hàn ổn định

- Ứng suất và biến dạng sau khi hàn nhỏ

- Thực hiện các đường hàn có độ phức tạp với độ chính xác cao

- Làm việc trong môi trường không thuận lợi thay thế con người

GIỚI THIỆU VỀ ROBOT HÀN AII-V6

Cấu trúc động học và vùng hoạt động của rôbốt hàn AII -V6

2.1.1 Cấu trúc động học của rôbốt hàn AII -V6

Rôbốt hàn AII-V6 được trang bị 6 khâu liên kết chặt chẽ, hoạt động nhờ vào các động cơ servo mạnh mẽ Một số đặc tính kỹ thuật nổi bật của rôbốt hàn AII-V6 bao gồm khả năng linh hoạt và chính xác trong quá trình hàn.

- Số trục quay của rôbốt: 06

- Vị trí giữa hai điểm hàn liên liếp: ± 0,08mm

- Dẫn động điều khiển: Động cơ điện servo

- Khối lượng của rôbốt: 160 kg

Hình 2.5 Sơ đồ động học của rôbốt hàn AII -V6

Trong hệ trục tọa độ cố định Oxyz, góc quay giới hạn của các khâu như sau:

- Khâu 1 quay quanh trục Oz với góc quay giới hạn φ1 = ±170 0

- Khâu 2 quay quanh trục Ox với góc quay giới hạn φ2 = (+155 0 ; -90 0 )

- Khâu 3 quay quanh trục Ox với góc quay giới hạn φ3 = (+190 0 ; -170 0 )

- Khâu 4 quay quanh trục Oy với góc quay giới hạn φ4 = ±180 0

- Khâu 5 quay quanh trục Ox với góc quay giới hạn φ5 = (+230 0 ; -50 0 )

- Khâu 6 quay quanh trục Oz với góc quay giới hạn φ6 = ±360 0

2.1.2 Vùng hoạt động của rôbốt hàn AII -V6

Vùng hoạt động của rôbốt là không gian giới hạn mà rôbốt có thể vận hành, phản ánh tính khoa học trong thiết kế và tính linh hoạt trong quá trình hoạt động của nó.

Vùng hoạt động cực đại ứng với các thông số hình động học và số bậc tự do của rôbốt được giới hạn bằng đường màu xanh trên hình 2.6

Hình 2.6 Vùng hoạt động của rôbốt hàn AII -V6

Cấu tạo của rôbốt hàn AII – V6

Rôbốt hàn AII – V6 là một loại rôbốt công nghiệp thuộc dòng Almega AII –

C của hãng Daihen Corporation sản xuất năm 2009 Rôbốt hàn AII – V6 được trang bị những tính năng vượt trội so với các dòng rôbốt khác được sản xuất ở cùng

21 thời điểm nổi bật với tính linh hoạt cao trong vận hành, khả năng ứng dụng rộng rãi trong dạy học và sản xuất công nghiệp Thiết bị này đảm bảo độ ổn định và chính xác cao trong quá trình làm việc, có khả năng kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi, đồng thời hỗ trợ lưu trữ dữ liệu bằng thẻ nhớ trong và ngoài Hơn nữa, thiết kế của nó không chỉ khoa học mà còn có tính thẩm mỹ cao.

Hình 2.7 Các bộ phận chính của rôbốt hàn AII – V6:

Hình 2.8 Trung tâm điều khiển

1 - Cơ cấu đẩy dây hàn; 2 – Rôbốt hàn; 3 – Cuộn dây hàn; 4 – Bình khí CO 2

5 – Hộp thao tác; 6 – Trung tâm điều khiển; 7 – Ổn áp nguồn;8 – Nguồn hàn

Trung tâm điều khiển là bộ phận thiết yếu của rôbốt hàn AII – V6, chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ quá trình hoạt động của thiết bị Nó tiếp nhận dữ liệu và thông số đầu vào, tiến hành xử lý và phân tích thông tin, sau đó phát tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành thực hiện lệnh chức năng.

2.2.2 Bảng điều khiển (Teach Pedant)

Hình 2.9 Bảng điều khiển cầm tay

2.2.3 Hộp thao tác (Operation Panel)

Hộp thao tác là thiết bị quan trọng giúp điều khiển hoạt động của rôbốt hàn Với thiết kế nhỏ gọn và bố trí phím hợp lý, hộp thao tác mang lại sự thuận tiện trong quá trình quan sát, điều khiển và vận hành rôbốt.

Hộp thao tác được thiết kế với các phím chức năng cơ bản, bao gồm việc cấp nguồn cho rôbốt, khởi động quá trình chạy tự động, tạm dừng hoạt động và lựa chọn các chế độ khác nhau.

Bảng điều khiển là thiết bị quan trọng giúp nhập dữ liệu đầu vào cho rôbốt hàn, bao gồm lập trình, lựa chọn thông số và thực hiện các lệnh điều khiển cần thiết.

Bảng điều khiển nhỏ gọn, nhẹ và dễ quan sát, tạo thuận lợi cho việc thao tác và vận hành rôbốt hàn Với các chức năng giống như một máy tính xách tay, bảng điều khiển hỗ trợ người vận hành hiệu quả Màn hình tinh thể lỏng 12 inch có độ phân giải cao giúp quan sát dễ dàng Các phím thao tác được bố trí hợp lý và khoa học, giúp quá trình lập trình và vận hành trở nên đơn giản hơn Công tắc Deadman phía sau bảng điều khiển không chỉ thuận tiện trong điều khiển mà còn đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.

23 chọn phương thức vận hành bằng tay và tự động, dừng khẩn cấp nếu quá trình làm việc rôbốt gặp sự cố

Hình 2.10 Hộp thao tác Bảng 2.2 Các phím chức năng của hộp thao tác

Công tắc/nút ấn Chức năng

MOTOR ON Khi ấn công tắc này, các động cơ sẽ được cấp điện, rôbốt sẵn sàng làm việc

Khi cần chạy tự động một chương trình đã được lập trình, ấn nút START rôbốt sẽ chạy tự động chương trình đó

STOP Khi chương trình đang chạy tự động, ấn nút STOP thì rôbốt sẽ dừng lại

TEACH / PLAYBACK Công tắc này dùng để lựa chọn phương thức chạy tự động hay điều khiển bằng tay cho rôbốt

Trong quá trình làm việc, nếu gặp sự cố cần ngừng khẩn cấp, hãy ấn công tắc EMERGENCY – STOP để dừng ngay lập tức Để tiếp tục hoạt động, xoay nút theo chiều kim đồng hồ để khôi phục chức năng cho rôbốt.

2.2.4 Cơ cấu chấp hành (Tay máy)

Tay máy, hay còn gọi là cơ cấu chấp hành, là bộ phận thực hiện các lệnh điều khiển Nó nhận tín hiệu từ trung tâm điều khiển (Controller) và hoạt động để thực hiện các nhiệm vụ đã được lập trình sẵn.

Tay máy được thiết kế hoàn hảo để nâng cao tính linh hoạt và mở rộng vùng hoạt động của rôbốt Các khớp liên kết và được điều khiển bởi động cơ điện servo, cho phép tay máy thực hiện nhiều thao tác phức tạp và hàn ở hầu hết các vị trí trong không gian.

Hình 2.11: Ro bot thực hiện các vị trí hàn trong không gian

2.2.5 Hệ thống cung cấp khí

Hệ thống cung cấp khí bảo vệ trong quá trình hàn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ vũng hàn và mối hàn Ngoài ra, khí bảo vệ còn giúp làm mát mỏ hàn khi hoạt động liên tục trong thời gian dài, đảm bảo hiệu suất và chất lượng hàn.

Trong quá trình hàn, khí bảo vệ thường được sử dụng là khí hoạt tính như CO2 hoặc khí trơ như Argon và Helium Đặc biệt, khi hàn thép các bon, khí bảo vệ đóng vai trò quan trọng để đảm bảo chất lượng mối hàn.

25 là khí hoạt tính CO2 Còn khi hàn thép không gỉ (Stainless Steel) hoặc hàn nhôm thường sử dụng khí Argon hoặc Helium

Hệ thống cung cấp khí bao gồm các bộ phận như bình chứa khí (CO2, Ar hoặc He), van điều áp, van điện từ, ống dẫn khí

Trong quá trình hàn, khí từ bình chứa áp suất cao (p ≈ 150bar) được giảm xuống áp suất làm việc (p ≈ 3bar) qua hệ thống van điều áp và dẫn đến trung tâm điều khiển Khi nhận tín hiệu mở van điện từ, khí được cung cấp đến đầu mỏ hàn để bảo vệ vũng hàn và mối hàn Để đảm bảo chất lượng mối hàn, khí bảo vệ thường được mở trước khi hồ quang hình thành và đóng lại sau khi hồ quang kết thúc, với thời gian mở và đóng được điều chỉnh theo từng loại mối hàn, vị trí hàn, vật liệu hàn, và kinh nghiệm của thợ hàn.

2.2.6 Hệ thống cung cấp dây hàn

Hệ thống cung cấp dây hàn có vai trò quan trọng trong việc bổ sung kim loại để tạo ra mối hàn chất lượng trong quá trình hàn Cấu tạo của hệ thống này bao gồm các bộ phận chính như tang dây (cuộn dây hàn) với kích thước và khối lượng tiêu chuẩn, ống dẫn dây, và cơ cấu đẩy dây hàn, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong công việc hàn.

Cuộn dây hàn được cố định trên giá đỡ, trong khi cơ cấu đẩy dây được gắn trên rôbốt hàn Đường ống dẫn dây thường là ống mềm, giúp tăng tính linh hoạt cho rôbốt trong quá trình hàn.

Cơ cấu đẩy dây hàn có hai loại chính: loại 2 bánh đẩy và loại 4 bánh đẩy Loại 2 bánh thường được sử dụng cho hàn dây thép đặc, trong khi loại 4 bánh thích hợp cho hàn dây mềm như dây nhôm hoặc dây hàn có lõi thuốc Đặc biệt, để nâng cao hiệu quả và năng suất khi sử dụng rôbốt hàn, loại 4 bánh cũng có thể được áp dụng để đẩy dây hàn thép.

Hình 2.13 Cơ cấu đẩy dây hàn 4 bánh:

Các chuyển động cơ bản của rôbốt hàn AII – V6

Rôbốt hàn AII-V6 được thiết kế với khả năng chuyển động linh hoạt theo nhiều hệ trục tọa độ khác nhau, bao gồm cả chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Với 6 bậc tự do, rôbốt này cho phép thực hiện các chuyển động tịnh tiến và quay một cách hiệu quả, nâng cao khả năng hoạt động trong quá trình hàn.

1 – Van khí điện từ; 2 – Động cơ đẩy dây hàn;

3 – Núm điều chỉnh lực ép; 4 – Bánh tỳ;

5 – Ty dẫn dây hàn; 6 – Bánh răng trung gian; 7 – Bánh răng chủ động

27 quay theo từng trục độc lập hoặc có thể kết hợp chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay cùng một thời điểm

Tốc độ di chuyển của robot hàn AII – V6 được tùy chỉnh linh hoạt theo từng tình huống cụ thể, nhằm đảm bảo độ chính xác cao, đồng thời tối ưu hóa năng suất và hiệu quả làm việc.

Tốc độ chuyển động của các trục như sau:

Rôbốt chuyển động tịnh tiến theo trục X

Rôbốt chuyển động quay theo trục X

Rôbốt chuyển động tịnh tiến theo trục Y

Rôbốt chuyển động quay theo trục Y

Rôbốt chuyển động tịnh tiến theo trục Z

Rôbốt chuyển động quay theo trục Z Hình 2.14 Các chuyển động cơ bản của rôbốt hàn AII – V6

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HÀN

Lịch sử phát triển của ngành hàn

Thời kỳ đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại

Vào năm 1802, nhà bác học người Nga Petorop phát hiện ra hiện tượng hồ quang điện Đến năm 1882, kỹ sư Benadot đã ứng dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại Năm 1886, Tomson phát minh ra phương pháp hàn tiếp xúc giáp mối, và phương pháp này đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp từ năm 1903.

Năm 1887 Benadot đã tìm ra phương pháp hàn điểm

Năm 1888 Slavianop đã sử dụng điện cực kim loại để hàn

Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thuỵ Điển đã sử dụng điện cực có thuốc bọc (que hàn) để hàn kim loại

Cuối những năm 1930 và đầu 1940, viện sĩ E.O Paton từ Liên Xô cũ đã phát triển các phương pháp hàn dưới lớp thuốc, hàn tự động và bán tự động Đến cuối năm 1940, ông tiếp tục nghiên cứu và phát minh ra phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ, sử dụng các loại khí như Heli, Argon ở Mỹ và khí Carbon tại Liên Xô.

Năm 1941 B.O.Paton (Kiev, Liên Xô) tìm ra phương pháp hàn điện xỉ

Trong những năm gần đây, nhiều phương pháp hàn mới đã được phát triển, bao gồm hàn bằng tia điện tử, hàn siêu âm và hàn ma sát Hiện tại, trên toàn thế giới có khoảng 120 phương pháp hàn khác nhau.

Các phương pháp hàn ngày càng hoàn thiện và phát triển, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kinh tế quốc dân, kỹ thuật quốc phòng và ngành hàng không – vũ trụ Hàn được coi là phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại Tại Việt Nam, ngành hàn đã được chú trọng phát triển mạnh mẽ từ sau cách mạng tháng 8/1945, đặc biệt là sau năm 1954 và trong thời kỳ đổi mới Hiện nay, đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và công nhân hàn lành nghề ngày càng đông đảo, cùng với sự hợp tác khoa học quốc tế.

30 trên thế giới Chúng ta tin rằng ngành hàn ở Việt Nam ngày càng phát triển và được áp dụng ngày càng nhiều vào sản xuất.

Thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng của hàn kim loại

Hàn là quá trình công nghệ kết nối hai hoặc nhiều phần tử lại với nhau thành một khối vững chắc bằng cách sử dụng nhiệt để nung nóng vị trí cần hàn đến trạng thái lỏng hoặc dẻo Sau đó, kim loại lỏng sẽ tự kết tinh hoặc được ép lại với nhau để tạo thành mối hàn bền vững.

3.2.2 Đặc điểm a.Liên kết hàn: Là liên kết cứng không tháo rời ra được b.Tiết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc

-So với liên kết bằng bulong, đinh tán, hàn liên kết tiết kiệm từ 10-20% khối lượng kim loại

So với phương pháp đúc, hàn giúp tiết kiệm 50% khối lượng kim loại và cho phép chế tạo các kết cấu phức tạp từ những vật liệu có tính chất khác nhau, phù hợp với nhiều điều kiện làm việc Liên kết hàn có độ bền và độ kín cao, đáp ứng yêu cầu cho các cấu trúc quan trọng như vỏ tàu, nồi hơi và thiết bị chịu áp lực Ngoài ra, hàn có tính năng động và năng suất cao, dễ dàng cơ khí hóa và tự động hóa quy trình sản xuất Mặc dù mức đầu tư cho sản xuất thấp, nhưng do tác động của nguồn nhiệt lớn trong quá trình hàn, liên kết hàn có thể gặp một số nhược điểm nhất định.

Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể bị thay đổi, đặc biệt đối với những vật liệu khó hàn, dẫn đến giảm khả năng chịu lực của kết cấu Điều này trở nên nghiêm trọng hơn khi kết cấu phải chịu tác động của tải trọng động và tải trọng biến đổi theo chu kỳ.

Trong kết cấu hàn, thường xuất hiện trạng thái ứng suất và biến dạng dư, điều này có ảnh hưởng lớn đến hình dáng, kích thước, tính thẩm mỹ và khả năng làm việc của kết cấu.

Mặc dù vẫn tồn tại một số nhược điểm, công nghệ hàn đang ngày càng được chú trọng phát triển và hoàn thiện nhờ vào tính kinh tế kỹ thuật cao Công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp của nền kinh tế quốc dân.

Phân loại các phương pháp hàn

Có nhiều phương pháp hàn khác nhau, nhưng phổ biến nhất là hai cách phân loại chính: phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và phân loại theo trạng thái của kim loại mối hàn tại thời điểm hàn.

3.3.1 Phân loại theo dạng sử dụng năng lượng : a.Các phương pháp hàn điện: Bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc, hàn TIG, MIG/ MAG,…) b Các phương pháp hàn cơ học: bao gồm các phương pháp dùng cơ năng để làm biến dạng kim loại tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm,…) c Các phương pháp hàn hoá học: Bao gồm các phương pháp sử dụng năng lượng do các phản ứng hoá học tạo ra để nung nóng kim loại (hàn khí, hàn hoá nhiệt,…) d Các phương pháp hàn kết hợp: Bao gồm các phương pháp sử dụng kết hợp các phương pháp nêu trên (hàn điện cơ, hàn điện tiếp xúc,…)

3.3.2 Phân loại theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn

Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực

Hình 3-1: Phân loại các phương pháp hàn theo trạng thái hàn

Phân loại các liên kết hàn

3.4.1 Khái niệm Để tạo thành liên kết hàn với các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí xác định tương đối với nhau trong không gian Nghĩa là chúng phải được sắp xếp gần nhau, tiếp xúc với nhau theo một dạng nào đó (như tiếp xúc điểm đường, mặt) Sau khi hàn ra được một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn Trong thực tế các loại liên kết đó được phân loại như sau:

Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại a Liên kết hàn giáp mối b.Liên kết hàn góc c.Liên kết hàn chữ T d.Liên kết hàn chồng

Hình 3-2: Một số liên kết hàn thường gặp

Mối hàn và sự hình thành mối hàn

Liên kết hàn giáp mối là sự kết hợp giữa kim loại điện cực (que hàn) và kim loại cơ bản (vật hàn), tạo thành một khối đồng nhất sau khi nóng chảy và kết tinh Mặt cắt ngang của liên kết này bao gồm ba vùng khác nhau, thể hiện sự tương tác và cấu trúc của các thành phần trong quá trình hàn.

Hình 3-3: Các vùng quy ước trên mặt cắt ngang của liên kết hàn giáp mối

1- Vùng mối hàn; 2- Vùng ảnh hưởng nhiệt; 3- Vùng kim loại cơ bản 3.5.2 Chuyển dịch kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn

Khi hàn hồ quang, que hàn sẽ chuyển hóa thành các giọt nhỏ có kích thước khác nhau, chảy vào vũng hàn trong không gian kim loại lỏng Hiện tượng này xảy ra bất kể phương pháp hàn hay vị trí hàn, và được giải thích bởi nhiều nhân tố khác nhau.

34 a.Trọng lực của các giọt kim loại lỏng

Khi hàn, những giọt kim loại hình thành ở đầu que hàn và di chuyển theo chiều thẳng đứng do lực hấp dẫn Lực này chỉ giúp di chuyển giọt kim loại vào bể hàn khi hàn sấp, trong khi có tác dụng ngược lại khi hàn trần Đối với hàn đứng, chỉ một phần kim loại di chuyển từ trên xuống Sự dịch chuyển này cũng chịu ảnh hưởng của sức căng bề mặt.

Giọt kim loại hình thành do tác động của lực phân tử luôn có xu hướng tạo ra bề mặt chất lỏng với năng lượng tối thiểu, dẫn đến hình dạng cầu của chúng Khi những giọt này rơi vào bể hàn, sức căng bề mặt của bể hàn kéo chúng lại, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàn kim loại lỏng mà không bị rơi, từ đó hình thành mối hàn chắc chắn Cường độ điện trường cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.

Dòng điện qua khe hàn tạo ra lực điện trường tác động lên que hàn, làm giảm tiết diện ngang đến mức lực này cắt kim loại lỏng ở đầu que hàn thành giọt Sự giảm cường độ điện trường và sức căng bề mặt dẫn đến mật độ dòng điện tăng Đồng thời, điện trở cao sinh nhiệt lớn khiến kim loại lỏng sôi, tạo áp lực đẩy giọt kim loại vào vũng hàn Lực điện trường cũng giúp di chuyển kim loại lỏng từ que hàn vào vũng hàn cho mọi vị trí hàn.

Hình 3-4: Tác dụng nén của điện trường lên que hàn khi nóng chảy

Kim loại lỏng ở đầu que hàn dễ bị quá nhiệt, dẫn đến các phản ứng hóa học tạo ra khí CO2 Sự gia tăng thể tích diễn ra nhanh chóng, tạo áp lực mạnh khiến giọt kim loại lỏng tách khỏi que hàn và rơi vào vũng hàn.

3.5.3 Sự tạo thành vũng hàn a.Sự tạo thành vũng hàn

Trong hàn nóng chảy kim loại que hàn và mép kim loại vật hàn nóng chảy hoà trộn vào nhau tạo thành vũng hàn (bể hàn)

Trong quá trình hàn, vũng hàn di chuyển theo nguồn nhiệt với tốc độ hàn, khiến kim loại lỏng trong bể hàn luôn ở trạng thái chuyển động và xáo trộn Sự chuyển động này tạo ra áp suất từ dòng khí tác động lên bề mặt kim loại lỏng trong vùng tác dụng nhiệt (Vùng A) Đồng thời, các yếu tố khác như lực điện trường trong hồ quang cũng đẩy kim loại lỏng ra khỏi vùng tác dụng của nguồn nhiệt, tạo nên phần lõm trong bể hàn.

Người ra quy ước chia vùng hàn thành 2 vùng

Vùng A là khu vực đầu mối hàn, nơi diễn ra quá trình làm nóng chảy kim loại vật hàn Trong khi đó, Vùng B là phần đuôi mối hàn, nơi thực hiện quá trình kết tinh để hình thành mối hàn hoàn chỉnh.

Hình 3-5: Sơ đồ vũng hàn; A,B: Phần đầu và phần đuôi của vũng hàn; h,b,a: Chiều sâu, chiều rộng và chiều dài của vũng hàn; s: Chiều dày của chi tiết hàn

3.5.4 Tổ chức kim loại mối hàn

Sau khi hàn, kim loại que hàn và vật hàn nóng chảy kết tinh tạo thành mối hàn, có tổ chức và thành phần khác biệt, thường tốt hơn vùng kim loại xung quanh Vùng ảnh hưởng nhiệt, là phần kim loại lân cận mối hàn, trải qua sự thay đổi về tổ chức và tính chất do tác động nhiệt Kim loại nóng chảy khi nguội có tổ chức tương tự như thỏi đúc ở vùng sát kim loại cơ bản, với hạt nhỏ do tản nhiệt nhanh Vùng tiếp theo của kim loại kết tinh theo hướng vuông góc với mặt tản nhiệt, tạo thành hình dạng nhánh cây kéo dài, trong khi vùng trung tâm mối hàn nguội chậm, dẫn đến hạt lớn có tạp chất phi kim loại.

Hình 3-6: Sơ đồ kết tinh của kim loại mối hàn

3.5.5 Vùng ảnh hưởng nhiệt a Khái niệm

Sau khi kim loại trong vùng hàn nguội kết tinh thành mối hàn, vùng kim loại xung quanh sẽ bị ảnh hưởng nhiệt, dẫn đến sự thay đổi về tổ chức và tính chất, được gọi là vùng ảnh hưởng nhiệt Sự hình thành vùng ảnh hưởng nhiệt là điều không thể tránh khỏi trong quá trình hàn nóng chảy, và chiều rộng của vùng này phụ thuộc vào phương pháp hàn, chế độ hàn, cũng như thành phần và độ dày của kim loại vật hàn.

Hình 3-7: Tổ chức vùng ảnh hưởng nhiệt mối hàn giáp mối thép ít Cacbon

Vùng viền chảy là khu vực kim loại nóng chảy không hoàn toàn, nằm giữa kim loại mối hàn nóng chảy và kim loại vật hàn không nóng chảy Kích thước của vùng này thường nhỏ, với các hạt kim loại mịn, góp phần tích cực vào chất lượng của mối hàn.

Vùng quá nhiệt có nhiệt độ từ 1100 °C đến gần mức nóng chảy của kim loại, nơi mà hạt Austenit phát triển mạnh mẽ Trong khu vực này, hạt kim loại lớn có độ dẻo và độ dai kém, khiến cho đây trở thành vùng yếu nhất của mối hàn.

(3)- Vùng thường hoá: Là vùng kim loại bị nung nóng từ 900 0 C – 1100 0 C có tổ chức hạt Pecli, Ferit nhỏ vì thế nó có cơ tính tương đối cao

Vùng kết tinh không hoàn toàn nằm trong khoảng nhiệt độ từ 720°C đến 900°C, nơi có sự hiện diện của hạt Ferit thô và hạt Austenit nhỏ Sự không đồng đều về kích thước hạt trong vùng này dẫn đến việc giảm cơ tính của vật liệu.

(5)- Vùng kết tinh lại (vùng hoá giả): Vùng này kim loại bị nung nóng từ 500 0 C –

Khi đạt nhiệt độ 700 độ C, tinh thể nát vụn kết hợp trong trạng thái biến dạng dẻo, dẫn đến sự phát triển của các tinh thể mới Tuy nhiên, nếu duy trì nhiệt độ này quá lâu, quá trình phát triển tinh thể sẽ không diễn ra mạnh mẽ Trong hàn kim loại mà không có biến dạng dẻo, như trong hợp kim đúc, sẽ không xảy ra quá trình kết tinh lại Khu vực này cho thấy độ cứng giảm và tính dẻo tăng lên.

Vùng giòn xanh là khu vực kim loại được nung nóng trong khoảng từ 100°C đến 500°C trong quá trình hàn Mặc dù không có sự thay đổi rõ rệt về tổ chức, nhưng khu vực này vẫn tồn tại ứng suất dư do ảnh hưởng của nhiệt độ.

3.5.6 Phân loại mối hàn a.Phân loại mối hàn theo vị trí trong không gian (Hình 4-8)

(1)Hàn bằng (hàn sấp): Là những mối hàn phân bố trên mặt phẳng nằm trong góc từ 0 0 – 60 0

(2).Hàn đứng: Là những mối hàn phân bố trên những mặt phẳng nằm trong góc

(3) Hàn ngang: Là những mối hàn phân bố trên những mặt phẳng nằm trong góc 60 0 – 120 0

(4) Hàn trần (hàn ngửa): Là những mối hàn phân bố trên những mặt phẳng nằm trong góc từ 120 0 – 180 0

Hình 4-8: Phân loại mối hàn theo vị trí trong không gian a Phân loại mối hàn theo phương ngoại lực tác dụng (Hình 4-9)

(1)Mối hàn dọc: Là mối hàn có trục đối xứng song song với phương tác dụng của ngoại lực

(2)Mối hàn ngang: Là những mối hàn có trục đối sứng vuông góc với phương tác dụng của ngoại lực

(3)Mối hàn xiên: Là những mối hàn có trục đối sứng không vuông góc và không song song với phương tác dụng của ngoại lực

(4)Mối hàn hỗn hợp: Là tập hợp mối hàn trên và lực tác dụng theo phương bất kỳ

Hồ quang hàn

3.6.1 Khái niệm về hồ quang hàn

Hồ quang là hiện tượng phóng điện mạnh mẽ và liên tục trong môi trường đã được ion hóa giữa các điện cực, tạo ra nhiệt độ cao và ánh sáng rực rỡ Phương pháp hàn sử dụng nhiệt độ từ hồ quang được gọi là hồ quang hàn.

Hồ quang có đặc điểm chính là nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh

Hình 3-10: Cấu tạo của hồ quang

1- Khu vực cực âm; 2- Cột hồ quang; 3- Khu vực cực dương

3.6.2 Sự cháy và phân bố nhiệt của hồ quang a.Sự cháy của hồ quang

Để duy trì hồ quang ổn định, cần giữ khoảng cách từ 2 – 4 mm giữa que hàn và vật hàn Sự cháy của hồ quang phụ thuộc vào điện thế giữa hai điện cực khi máy chưa hoạt động, cường độ dòng điện hàn và khoảng cách giữa các điện cực Khi các yếu tố này được kiểm soát, hồ quang sẽ chảy đều và liên tục.

40 b.Sự phân bố nhiệt của hồ quang

Trong hồ quang điện cực Cacbon hàn bằng dòng một chiều, nhiệt độ tại cực âm đạt khoảng 3200°C, với 38% tổng nhiệt lượng phóng ra Tại cực dương, nhiệt độ khoảng 3400°C, chiếm 42% tổng nhiệt lượng Nhiệt độ trung tâm cột hồ quang lên tới 6000°C, nhưng nhiệt độ xung quanh lại thấp hơn, chỉ chiếm khoảng 20% tổng nhiệt lượng phóng ra.

Hình 3-11: Sự phân bố nhiệt của hồ quang

Ứng suất và biến dạng hàn

3.7.1 Khái niệm về ứng suất và biến hạng hàn a Khái niệm

Trong quá trình hàn, kim loại mối hàn được nung nóng cục bộ đến nhiệt độ nóng chảy và sau đó nguội nhanh chóng, dẫn đến sự thay đổi tổ chức, thể tích và tính chất của kim loại Sự chênh lệch nhiệt độ trong quá trình nguội gây ra co ngót và biến đổi tổ chức không đồng đều, tạo ra nội lực và ứng suất biến dạng bên trong mối hàn Ứng suất và biến dạng hàn luôn tồn tại song song, với các giá trị khác nhau, làm cho vật hàn dễ bị biến dạng và có nguy cơ nứt, đặc biệt là với những vật liệu có tính dẻo kém.

Để nâng cao chất lượng kết cấu hàn, việc tìm hiểu nguyên nhân gây ra biến dạng và ứng suất là rất quan trọng Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn cần được phân tích kỹ lưỡng.

Khi nung nóng kim loại hàn không đều, quá trình này dẫn đến việc chảy một khối lượng nhỏ kim loại tại vị trí hàn và sau đó nguội dần Sự phân bố nhiệt không đồng đều trong hướng hàn gây ra sự thay đổi tinh thể kim loại ở các vùng lân cận, tạo ra nội ứng suất trong mối hàn Điều này cũng ảnh hưởng đến độ ngót đúc của kim loại nóng chảy trong mối hàn.

Biến đổi cấu trúc bên trong của kim loại tại vùng mối hàn gây ra sự thay đổi về kích thước và vị trí sắp xếp các tinh thể kim loại, đồng thời làm thay đổi thể tích kim loại trong vùng ảnh hưởng nhiệt Sự thay đổi thể tích này dẫn đến sự hình thành nội ứng suất Ứng suất và biến dạng có thể được phân loại thành ứng suất và biến dạng dọc, cũng như ứng suất và biến dạng ngang.

Biến dạng góc và cục bộ

3.7.2 Ứng suất và biến dạng dọc a Khái niệm Ứng suất có phương song song với trục của mối hàn gọi là ứng suất dọc, nó xuất hiện do co dọc mối hàn b.Đặc điểm

Phân tích ứng suất dọc theo chiều dài mối hàn là rất quan trọng, đặc biệt đối với mối hàn giáp mối khi hàn hồ quang trên tấm dày 25mm, như được thể hiện trong Hình 2-12.

Hình 3-12: Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến đại lượng ứng suất dọc dư khi hàn giáp mối các tấm dày 25mm c.Phân bố ứng suất dọc

Khi chiều dài mối hàn Lmh dưới 500mm, ứng suất dọc đạt giá trị cực đại gần 350 N/mm² Ứng suất dọc này có sự phụ thuộc vào chiều dài mối hàn, trong đó giá trị ứng suất dọc sẽ giảm khi chiều dài Lmh giảm và ngược lại.

Khi hàn các kết cấu mà trọng tâm mặt cắt ngang không đối xứng với các trục mối hàn Độ co dọc sẽ gây nên biến dạng dọc

Nếu hàn đắp mối hàn trên một trong 2 mép của tấm thì nó sẽ bị uốn cong (Hình 3-

Khi hàn mối hàn chữ T một phía cũng bị biến dạng tương ứng (Hình 3-13b)

Khi hàn các kết cấu tấm mỏng sẽ làm cho kết cấu bị cong vênh (Hình 3-13c)

Hình 3-13: Các biến dạng dọc khi hàn a) Hàn đắp mối hàn trên mép tấm; b) Hàn chữ T một phía; c) Hàn giáp mối 2 tấm mỏng

3.7.3 Ứng suất và biến dạng ngang a Khái niệm Ứng suất và biến dạng có phương vuông góc với trục mối hàn gọi là ứng suất và biến dạng ngang b.Đặc điểm

Nó xuất hiện do có sự co ngang của mối hàn và độ kẹp chặt của chi tiết hàn

Khi thực hiện hàn giáp, ứng suất ngang sẽ xuất hiện đồng thời theo hướng biến dạng dọc của tấm, tương tự như quá trình hàn đắp mối hàn trên mép dọc Điều này dẫn đến sự phân bố ứng suất ngang không đồng đều trong kết cấu.

Cắt chi tiết theo trục mối hàn có thể dẫn đến hiện tượng cong vênh, đồng thời tạo ra ứng suất ngang cực đại (kéo) tập trung tại phần giữa của mối hàn.

Sự xuất hiện các ứng suất ngang trong mối hàn là kết quả của độ co dọc, thể hiện qua mẫu hàn và sự biến dạng khi cắt theo trục dọc của liên kết hàn Biểu đồ ứng suất trong mối hàn cho thấy rằng bề rộng tấm (h) và bề rộng vùng đốt nóng (d) ảnh hưởng đến lượng và sự phân bố của các ứng suất ngang Các yếu tố như bề dày kim loại, tính chất kẹp của chi tiết hàn, thứ tự thực hiện mối hàn, và sự tăng bề dày kim loại đều góp phần làm tăng ứng suất ngang.

Khi hàn các tấm tự do, quá trình hàn bắt đầu từ giữa và tiến ra hai đầu, dẫn đến sự phân bố ứng suất do co ngót ngang Hình 3-15a minh họa rằng hai đầu tấm chịu ứng suất kéo, trong khi phần giữa chịu ứng suất nén.

Khi hàn từ hai đầu vào, sẽ xuất hiện ứng suất kéo ở giữa mối hàn do sự co ngang, kết hợp với ứng suất kéo từ sự co dọc, điều này có thể dẫn đến hư hỏng cho mối hàn.

Hình 3-15: Ảnh hưởng trình tự hàn đến việc phân bố các ứng suất ngang a) Hàn từ giữa ra 2 đầu; b) Hàn từ 2 đầu vào giữa

3.7.4 Biến dạng góc và cục bộ a.Biến dạng góc

Hiện tượng co ngót không đều của kim loại trong quá trình hàn xảy ra tại các mối hàn giáp mối, vát cạnh chữ V hoặc mối hàn góc, dẫn đến sự xuất hiện của các vấn đề trong chất lượng mối hàn.

Hình 3-16: Các biến dạng góc a) Liên kết giáp mối; b) Liên kết chữ T b.Biến dạng cục bộ

Biến dạng cục bộ xảy ra khi hàn các gân tăng cứng và dầm chữ T, dẫn đến sự thay đổi hình dạng sản phẩm theo từng khu vực, như uốn dọc hoặc hình nấm, đặc biệt tại những nơi tập trung nhiều mối hàn.

Hình 3-17: Biến dạng chung (a) và biến dạng cục bộ (b) của dầm chữ T

Khuyết tật của mối hàn và phương pháp kiểm tra

3.8.1 Khuyết tật của mối hàn a Khái niệm:

Khuyết tật mối hàn là những sai lệch về hình dạng, kích thước và cấu trúc kim loại của kết cấu hàn so với tiêu chuẩn thiết kế kỹ thuật Những khuyết tật này có tác động tiêu cực, làm giảm độ bền và khả năng hoạt động của kết cấu Các khuyết tật hàn thường gặp bao gồm nứt, lỗ rỗng và không đủ độ thẩm thấu.

Nứt là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của mối hàn, và trong quá trình sử dụng, nó có thể phát triển mạnh mẽ, dẫn đến hư hỏng các cấu kiện.

2 loại nứt là nứt trong và nứt ngoài (có thể có ở vùng ảnh hưởng nhiệt, Hình

1- Nứt ngoài; 2- Nứt trong; 3- Nứt ở khu vực ảnh hưởng nhiệt

+ Hàm lượng C và S trong kim loại vật hàn và que hàn quá nhiều

+ Độ cứng của vật hàn lớn cộng thêm công ứng suất nhiệt sinh ra khi hàn cho mối hàn bị nứt

+ Dòng điện hàn quá lớn, rãnh hồ quang ở cuối mối hàn không đầy, khi nguội co ngót xuất hiện vết nứt

+ Chọn vật liệu có hàm lượng P, S thấp, chọn que hàn có tính chống nứt + Chọn trình tự và chế độ hàn hợp lý

+ Giảm tốc độ làm nguội vật hàn

Có nhiều thể hơi hoà trong kim loại nóng chảy không thoát khi vùng kim loại nóng chảy đông đặc tạo thành lỗ hơi (Hình 3-24)

1- Lổ hơi rải rác; 2- Lỗ hơi trên bề mặt; 3- Lỗ hơi đơn; 4- Lỗ hơi tập trung

+ Do hàm lượng Cacbon trong kim loại vật hàn và que hàn quá cao, khả năng tẩy oxy của que hàn quá kém.

+ Dùng que hàn ẩm, vật hàn ướt, có gỉ sắt, mỡ bẩn

+ Hồ quang dài, tốc độ hàn nhanh

+ Dùng que hàn có hàm lượng Cacbon tương đương thấp, khả năng tẩy oxy tốt

+ Sấy khô que hàn trước khi dùng

+ Giữ chiều dài hồ quang phù hợp (lhq = 2÷4mm)

+Không gõ sỉ ngay, kéo dài thời gian giữ nhiệt vật hàn

Mối hàn lẫn xỉ (hình 3-25)

Có tạp chất nằm trong mối hàn, nó nằm trong hoặc trên mặt mối hàn, nó xuất hiện khi hàn góc hoặc khe hở nhỏ

Hình 3-25: Lẫn xỉ hàn Nguyên nhân:

+ Dòng điện hàn nhỏ, không đủ nhiệt lượng cung cấp cho kim loại nóng chảy và cho xỉ nổi lên

+ Mép mối hàn bị bẩn, hàn nhiều đường, nhiều lớp, lớp trước không được làm sạch triệt để

+ Góc độ que hàn không phù hợp Tốc độ hàn nhanh

+ Chọn chế độ hàn phù hợp, hàn hồ quang ngắn, tốc độ đưa que hàn chậm + Làm sạch triệt để vật hàn trước khi hàn vào lớp hàn trước

+ Điều chỉnh góc độ que hàn và phương pháp đưa que hàn cho phù hợp Hàn chưa ngấu (Hình 3-26)

Là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất trong mối hàn, nó có nguy cơ bị nứt gây hỏng cấu kiện.

Hình 3-26: Hàn chưa ngấu a) Mối hàn giáp mối; b) Mối hàn góc; c) Mối hàn nhiều lớp

+ Do góc vát quá nhỏ nhiệt lượng không đủ làm nóng chảy hết kim loại vật hàn phía dưới

+ Chiều dài hồ quang lớn, tốc độ hàn nhanh, Ih nhỏ

+ Tăng khe hở của vật hàn, chọn chế độ hàn cho hợp lý

Là chỗ giao nhau của vật hàn và mối hàn có rảnh dọc hoặc lõm

Hình 3-27: Khuyết cạnh Nguyên nhân: Do dòng điện hàn quá lớn, hồ quang dài, góc độ que hàn và cách đưa que hàn không hợp lý

Biện pháp khắc phục: Chọn chế độ hàn và phương pháp đưa que hàn cho phù hợp

Trên bề mặt của mối hàn, có thể xuất hiện các cục kim loại không hòa trộn với kim loại hàn, điều này thường xảy ra trong quá trình hàn đứng, hàn ngang và hàn trần.

Nguyên nhân: que hàn nóng chảy nhanh, hồ quang dài, cách đưa que hàn không chính xác, Vh chậm

Biện pháp khắc phục: Chọn chế độ hàn chính xác, chú ý chiều dài hồ quang và phương pháp đưa que hàn thích hợp

3.8.2 Phương pháp kiểm tra khuyết tật mối hàn a Quan sát bằng mắt thường (Visual):

Sử dụng đề để phát hiện khuyết tật trên bề mặt mối hàn thông qua việc kiểm tra trực tiếp bằng mắt thường, kính lúp hoặc dụng cụ đo để xác định độ sai lệch về kích thước và hình dạng Ngoài ra, cần thực hiện kiểm tra phá hỏng (Destructive Testing) để đánh giá chất lượng mối hàn một cách chính xác hơn.

Kiểm tra cơ tính bao gồm các phương pháp như kéo, uốn nguội, nén xoắn và va đập, giúp xác định cường độ cực đại của đầu mối hàn cũng như tính dẻo dai của nó Tuy nhiên, các kiểm tra này chỉ mang tính cục bộ và thường được áp dụng trong sản xuất hàng loạt Ngoài ra, kiểm tra không phá hỏng (Non-destructive Testing) cũng là một phương pháp quan trọng trong việc đánh giá chất lượng sản phẩm mà không làm hư hại đến chúng.

 Chiếu xạ xuyên qua mối hàn (Radiographic Testing Procedure)

Chiếu tia X hoặc tia γ qua chiều dày kim loại lên tấm phim phía sau mối hàn giúp phát hiện các khuyết tật như rỗ khí, lẫn xỉ hoặc không ngấu Tia X có khả năng xuyên qua vật hàn dày tới 100mm, trong khi tia γ có thể kiểm tra mối hàn dày đến 300mm.

Hình 3-29: Kiểm tra bằng tia X Hình 3-30: Kiểm tra bằng tia γ

1-Đèn tia X; 2- Tia X; 3-Vật hàn; 4-

Hộp có nắp kín; 5-Phim cản quang;

1-Hộp chì; 2-Nguyên tố có tính phóng xạ; 3-Tia γ; 4-Vật hàn; 5-Hộp đựng

 Kiểm tra thẩm thấu bằng dầu hoả:

Phương pháp kiểm tra độ rỗ và rò rỉ của kim loại mối hàn có bề dày nhỏ hơn 10mm được thực hiện bằng cách quét dầu hoả lên một mặt của mối hàn, trong khi mặt kia được phủ một lớp phấn trắng hoặc vôi để khô Dầu hoả sẽ thẩm thấu qua các vùng khuyết tật và được phát hiện, cho phép xác định các khuyết tật có đường kính lên tới 0.1mm.

Dựa trên khả năng của chùm tia phản xạ lại theo hướng khác khi đi vào kim loại mối hàn có chứa khuyết tật

 Thử bằng thuỷ lực tĩnh và có áp suất

Phương pháp này được sử dụng để kiểm tra độ bền và độ kín của các bình, bể chứa và thiết bị chứa khí Quy trình bao gồm việc bơm đầy nước hoặc khí vào các thiết bị để đánh giá khả năng chịu áp lực và phát hiện sự rò rỉ.

Khi áp lực đạt 1,5 lần hoặc hơn so với áp lực làm việc, cần dừng lại và sử dụng búa tay gõ nhẹ quanh mối hàn để kiểm tra hiện tượng rò rỉ Sau khi kiểm tra, hãy xả nước hoặc khí ra ngoài từ từ để tránh tình trạng thiết bị bị co ngót đột ngột, gây hư hỏng.

 Kiểm tra bằng từ tính:

Để kiểm tra khuyết tật của mối hàn trong trường vật chất đồng nhất, người ta sử dụng tính chất truyền thẳng của đường sức từ Cụ thể, bề mặt mối hàn được rắc một lớp bột sắt và đặt trong từ trường, sau đó theo dõi sự thay đổi hướng của đường sức từ tại các vị trí khuyết tật.

Giới thiệu một số công nghệ hàn

3.9.1 Hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ, hay còn gọi là hàn hồ quang kín, là quá trình hàn nóng chảy diễn ra khi hồ quang cháy giữa dây hàn và vật hàn dưới lớp thuốc bảo vệ Khi hồ quang tỏa nhiệt, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn gần hồ quang sẽ nóng chảy, tạo thành vũng hàn Dây hàn được đẩy vào vũng hàn thông qua một cơ cấu đặc biệt, với tốc độ được điều chỉnh phù hợp với tốc độ cháy của nó.

Hình 3-31: Sơ đồ hàn dưới lớp thuốc

1- Dây hàn; 2- Vật hàn; 3-Khoảng trống; 4- Thuốc hàn; 5- Mối hàn; 6- Xỉ hàn

Hàn hồ quang nóng chảy là quá trình hàn diễn ra trong môi trường khí bảo vệ, trong đó nguồn nhiệt hàn được tạo ra từ hồ quang giữa điện cực nóng chảy, bao gồm dây hàn và vật hàn Quá trình này kết hợp hồ quang và kim loại nóng chảy để tạo ra mối hàn chắc chắn.

54 được bảo vệ khỏi tác dụng của khí O2 và N2 trong môi trường xung quanh bởi một loại khí hoặc hỗn hợp khí (Hình 2-32)

Hình 3-32: Sơ đồ hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ

Tuỳ theo loại khí hoặc hỗn hợp khí được sử dụng trong hàn hồ quang người ta phân thành:

Hàn MIG (Metal Inert Gas) sử dụng khí Argon hoặc Heli, là phương pháp phổ biến để hàn các vật liệu như thép không gỉ, nhôm, hợp kim nhôm, đồng và hợp kim đồng.

-Hàn MAG (Metal Active Gas) khí sử dụng là khí hoạt tính CO2, phương pháp này thường dùng để hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp

3.9.3 Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (hàn

Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ là một quy trình hàn nóng chảy, trong đó nhiệt được tạo ra từ hồ quang giữa điện cực không nóng chảy, thường là Volfram, và vũng hàn Vùng hồ quang được bảo vệ bởi khí trơ như Argon, Heli hoặc hỗn hợp Argon + Heli để ngăn chặn sự ảnh hưởng của O2 và N2 từ không khí Phương pháp hàn này có thể sử dụng cả dòng điện một chiều và xoay chiều, phù hợp cho việc hàn tất cả các loại vật liệu.

Hình 3-33: Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ (hàn TIG)

Hàn điện tiếp xúc là quá trình cho dòng điện cường độ lớn chạy qua hai vật hàn, làm cho điểm tiếp xúc có điện trở lớn bị nung nóng đến trạng thái hàn, có thể là chảy hoặc dẻo Nhờ vào lực ép tác động lên hai vật, chúng sẽ liên kết với nhau và tạo thành mối hàn chắc chắn.

Hình 3-34: Sơ đồ nguyên lý hàn điện tiếp xúc giáp mối

1-Chi tiết hàn; 2- Cực của máy tiếp xúc; 3- Biến thế hàn 1 pha; 4- Công tắc

Theo định luật Jun-Lenxo; khi cho một dòng điện đi qua một vật dẫn sẽ sinh ra nhiệt lượng Q:

I- Cường độ dòng điện hàn (A)

R- Điện trở vật dẫn (Ω) t- Thời gian dòng điện chạy qua (s)

Khi xem xét công thức, ta nhận thấy rằng bề mặt tiếp xúc của hai vật hàn có những điểm nhấp nhô và màng oxit kim loại, dẫn đến diện tích tiếp xúc nhỏ và điện trở lớn Điều này khiến mật độ dòng điện tăng cao, tạo ra nhiệt lượng lớn trên bề mặt tiếp xúc, làm nóng các vật liệu đến trạng thái hàn Sau đó, lực ép được sử dụng để khuếch tán nguyên tử, từ đó hình thành mối hàn chắc chắn.

ỨNG DỤNG RO BOT HÀN AII-V6 ĐỂ GIA CÔNG MỘT SỐ 57 BỀ MẶT PHỨC TẠP

Nghiên cứu, xây dựng phần mềm điều khiển rô bốt AII -V6 để gia công một số bề mặt phức tạp

công một số bề mặt phức tạp

Trước khi lập trình cho rôbốt hàn, cần chuyển phương thức lập trình về trạng thái chuẩn để đảm bảo quá trình thực hiện chương trình diễn ra suôn sẻ và không gặp lỗi.

Chọn phương thức lập trình bằng tay (Teach mode)

Công tắc xoay cho phép lựa chọn phương pháp lập trình, trong khi tốc độ dịch chuyển của rôbốt được điều chỉnh qua hộp thoại Modify speed Để đạt hiệu suất tối ưu, hãy chọn tốc độ dịch chuyển của rôbốt ở mức 100%.

Để lập trình cho robot hàn, trước tiên cần đặt tên cho chương trình nhằm quản lý một cách khoa học và thuận tiện trong quá trình sử dụng Để thực hiện việc này, bạn cần nhấn đồng thời tổ hợp phím [ENABLE] và [PROG/STEP] trên bảng điều khiển cầm tay Sau đó, cửa sổ chọn chương trình sẽ xuất hiện, cho phép bạn nhập mã số của chương trình cần lập.

Hình 4.3 Hộp thoại Program selection

Nhập mã số chương trình vào mục "Designated program" và nhấn phím Enter trên bảng điều khiển để hoàn tất Mã số chương trình có thể là bất kỳ số nào nhưng tối đa chỉ ba chữ số Ví dụ, nếu bạn chọn mã số 15, hãy nhấn Enter để xác nhận.

Hình 4.4 Nhập mã số chương trình cần lập

Nhấn phím chức năng FN trên bảng điều khiển cầm tay.Lúc đó, hộp thoại Function Record Status hiển thị các lệnh chức năng lậptrình cho rôbốt hàn

Hình 4.5 Hộp thoại Function Record Status Nhập số 15

Nhập số 99 và nhấn phím Enter trên bảng điều khiển để kích hoạt lệnh đặt tên cho chương trình (FN99) Hộp thoại Soft Keyboard sẽ xuất hiện Sử dụng các phím di chuyển (Arrow) trên bảng điều khiển để nhập ký tự cho tên chương trình và nhấn Complete hoặc phím F12 để hoàn tất việc đặt tên.

Ví dụ đặt tên của chương trình là “HAN BẰNG GIÁP MỐI ))

Hộp thoại Soft-Keyboard hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng của bảng điều khiển cầm tay các chức năng đã được lập trình, bao gồm mã số chương trình và tên chương trình.

Hình 4.7 Các thông tin được hiển thị trên bảng điều khiển cầm tay

Đến đây, quá trình đặt tên cho chương trình đã hoàn tất Việc đặt tên là bắt buộc trước khi tiến hành lập trình Tên chương trình mới không được trùng lặp với bất kỳ tên nào của các chương trình đã được lưu trữ trong bộ nhớ của rôbốt hàn.

Để đảm bảo rôbốt hàn nhận tín hiệu điều khiển chính xác, việc chọn hệ tọa độ và kiểu hoạt động là rất quan trọng Khi lập trình cho quá trình hàn, thường sử dụng hệ tọa độ của rôbốt và phương pháp hoạt động nội suy, giúp đầu mỏ hàn giữ nguyên vị trí đã xác định trong suốt quá trình di chuyển.

Kiểu nội suy là các dạng đã được xác định trước, mà đầu công cụ sẽ di chuyển theo khi được chọn Ba kiểu nội suy chính bao gồm nội suy điểm (JOINT), nội suy đường (LINE) và nội suy cung tròn (CIRCLE).

Bảng 3.8: Một số kiểu nội suy mặc định của rôbốt hàn AII – V6

Kiểu nội suy Hình vẽ minh hoạ

Để chọn hệ tọa độ cho rô-bốt, nhấn phím [INTERP/COORD] trên bảng điều khiển Có ba lựa chọn hệ tọa độ: Robot, Tool và Joint Để chọn kiểu nội suy, nhấn đồng thời tổ hợp phím [ENABLE].

[INTERP/COORD] trên bảng điều khiển để tìm kiểu nội suy theo yêu cầu Có ba kiểu nội suy được mặc định đó là Joint, Line và Circle

Các bước lập trình cơ bản

Sử dụng các phím di chuyển trên các trục x, y, z để đưa rôbốt hàn từ vị trí cân bằng ban đầu đến vị trí tối ưu cho hoạt động tiếp theo Sau đó, điều chỉnh góc độ mỏ hàn và chọn tốc độ di chuyển phù hợp, từ 1 đến 5, tùy thuộc vào kỹ năng và kinh nghiệm thao tác Cuối cùng, chọn hệ tọa độ rôbốt, kiểu nội suy điểm JOINT, độ chính xác cao nhất A8, và loại dụng cụ là đầu mỏ hàn T1.

Để ghi lại vị trí hiện tại của rôbốt hàn, hãy nhấn phím O.WRITE/REC trên bảng điều khiển Vị trí này sẽ được xác định là điểm gốc ban đầu của rôbốt hàn.

Hình 4.8 Thao tác dịch chuyển rôbốt hàn về bước số 1

Sử dụng các phím di chuyển để điều khiển rôbốt hàn theo các trục x, y, z, đưa rôbốt từ vị trí bắt đầu đến vị trí hàn Sau đó, điều chỉnh góc độ mỏ hàn cho phù hợp với vật hàn Tốc độ di chuyển của rôbốt cần được lựa chọn dựa trên kỹ năng thao tác và kinh nghiệm của người điều khiển, với tốc độ dao động từ số 1 trở lên.

5) Nhấn phím O.WRITE/REC trên bảng điều khiển để ghi lại vị trí hiện tại của rôbốt hàn

Hình 4.9 Thao tác dịch chuyển rôbốt hàn về bước số 2

(Điểm đí ch làm việc)

(Điểm đí ch làm việc)

Để di chuyển rôbốt hàn từ vị trí thứ hai đến vị trí thứ ba, sử dụng các phím di chuyển theo các trục x, y, z Đây thường là điểm bắt đầu của đường hàn Nhấn đồng thời phím [ENABLE] và [INTERP/COORD] để chọn kiểu nội suy đường thẳng (LINE) Tiếp theo, điều chỉnh góc độ mỏ hàn và lựa chọn tốc độ hàn phù hợp, từ số 1 đến 5, tùy theo kỹ năng và kinh nghiệm Cuối cùng, nhấn phím O.WRITE/REC để ghi lại vị trí hiện tại của rôbốt hàn.

Hình 4.10 Thao tác dịch chuyển rôbốt hàn về bước số 3

Hình 4.11 Thao tác dịch chuyển rôbốt hàn về bước số 4

Hình 4.12 Thao tác dịch chuyển rôbốt hàn về bước số 5

(Điểm đí ch làm việc)

(Điể m đí ch làm việ c)

(Điể m đí ch làm việ c)

Sử dụng các phím di chuyển rôbốt hàn theo các trục x, y, z để đưa rôbốt từ vị trí thứ ba đến vị trí thứ tư, điểm cuối của đường hàn Nhấn đồng thời tổ hợp phím [ENABLE] và [INTERP/COORD] trên bảng điều khiển để chọn kiểu nội suy theo điểm (JOINT) Sau đó, điều chỉnh góc độ mỏ hàn và lựa chọn tốc độ hàn phù hợp với kỹ năng thao tác và kinh nghiệm, chọn tốc độ dịch chuyển của rôbốt từ số 1 đến mức tối ưu.

5) Nhấn phím O.WRITE/REC trên bảng điều khiển để ghi lại vị trí hiện tại của rôbốt hàn

Sử dụng các phím di chuyển trên rôbốt hàn để di chuyển từ vị trí thứ tư đến vị trí thứ năm theo các trục x, y, z Sau khi hoàn thành đường hàn, rôbốt cần tách mỏ hàn khỏi vật hàn, điều chỉnh góc độ mỏ hàn và chọn tốc độ hàn phù hợp Tốc độ dịch chuyển của rôbốt hàn có thể được điều chỉnh từ 1 đến 5 tùy theo kỹ năng và kinh nghiệm thao tác Cuối cùng, nhấn phím O.WRITE/REC trên bảng điều khiển để ghi lại vị trí hiện tại của rôbốt hàn.

Để di chuyển rôbốt hàn từ vị trí thứ năm đến vị trí thứ sáu, sử dụng các phím di chuyển theo trục x, y, z Nếu chỉ thực hiện một đường hàn, vị trí số sáu nên trùng với vị trí số một để tạo chương trình khép kín Ngược lại, nếu có nhiều đường hàn liên tiếp, vị trí số sáu sẽ hướng tới đường hàn mới Sau khi di chuyển, điều chỉnh góc độ mỏ hàn và chọn tốc độ hàn phù hợp với kỹ năng và kinh nghiệm, với tốc độ dịch chuyển từ 1 đến 5 Cuối cùng, nhấn phím O.WRITE/REC trên bảng điều khiển để ghi lại vị trí hiện tại của rôbốt hàn.

Hình 4.13 Thao tác dịch chuyển rôbốt hàn về bước số 6

(Điểm đí ch làm việc)

Nhấn phím FN trên bảng điều khiển để mở hộp thoại Function Record Status Tiếp theo, nhập số 92 và nhấn Enter để kết thúc chương trình đã lập.

Sau khi hoàn thiện chương trình lập trình, màn hình bảng điều khiển hiển thị mã số, tên, các bước, thời gian và nội dung chương trình đã lập Một chương trình hàn mới với mã số “15” và tên “HÀN BẰNG GIÁP MỐI” đã được tạo ra Rôbốt có thể chạy tự động, nhưng chưa thực hiện quá trình hàn do đây chỉ là các bước lập trình cơ bản Các bước này thường bao gồm tám bước, từ khi bắt đầu đến khi kết thúc chương trình, mô phỏng cho một đường hàn.

Hình 4.15 Hộp thoại Robot Program hiển thị thông tin các bước lập trình

Xác định chế độ hàn

Chế độ hàn bao gồm các thông số quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất, hình dáng, kích thước và chất lượng của mối hàn.

Chế độ hàn tự động trong môi trường khí bảo vệ bao gồm nhiều thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hàn của rôbốt Các thông số này được chọn và nhập qua hộp thoại khởi động hồ quang (Arc Start) và kết thúc hồ quang (Arc End) Sau khi điều chỉnh, người dùng nhấn phím Enter trên bảng điều khiển để xác lập kết quả đã lựa chọn.

Hình 4.16 Nhập các thông số chế độ hàn đã xác định 4.3.1 Chon đường kính dây hàn (d d )

Đường kính dây hàn, hay còn gọi là đường kính điện cực hàn, là một thông số quan trọng trong quá trình hàn Nó ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn các thông số kỹ thuật khác và quyết định năng suất, hình dáng, kích thước cũng như chất lượng của mối hàn.

Trong công nghệ hàn tự động dưới khí bảo vệ, dây hàn được chọn theo tiêu chuẩn với đường kính từ 0,8mm đến 2,4mm Bề mặt dây hàn được mạ đồng mỏng nhằm chống oxi hóa và tăng ma sát khi kéo dây Dây hàn thường được cuốn thành cuộn với khối lượng tiêu chuẩn 10kg, 15kg, hoặc 20kg Trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất thêm các nguyên tố hóa học với tỷ lệ xác định vào dây hàn, nhằm cung cấp các nguyên tố hợp kim cho mối hàn.

Có nhiều loại dây hàn như dây hàn đặc, dây hàn có lõi thuốc, dây hàn thép, dây hàn thép không gỉ và dây hàn nhôm Việc lựa chọn loại dây hàn phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng của từng công việc.

Nhấn phím F8 trên bảng điều khiển để chọn loại dây hàn trong hộp thoại danh sách dữ liệu đặc trưng Sử dụng phím mũi tên để di chuyển đến loại dây hàn cần tìm Đối với công nghệ hàn tự động trong môi trường khí CO2, sử dụng rôbốt hàn AII – V6 để hàn thép các bon, chọn dây hàn thép loại lõi đặc với đường kính 1,2mm Nhấn phím F12 để hoàn tất lựa chọn.

Mã số phương pháp hàn

Vật liệu dây hàn Đường kính dây hàn

WTBD400 DC CO2 Dây hàn thép

WTBD401 DC CO2 Dây hàn thép

WTBD402 DC CO2 Dây hàn thép

WTBD403 DC CO2 Dây hàn 1.2 350A CO2 Φ1.2

Mã số phương pháp hàn

Vật liệu dây hàn Đường kính dây hàn thép

WTBD404 DC MAG Dây hàn thép

WTBD405 DC MAG Dây hàn thép

WTBD406 DC MAG Dây hàn thép

WTBD407 DC MAG Dây hàn thép

DC MIG Dây hàn thép không gỉ

DC MIG Dây hàn thép không gỉ

DC MIG Dây hàn thép không gỉ

DC MIG Dây hàn thép không gỉ

WTBD412 DC CO2 Dây hàn lõi thuốc

WTBD413 DC CO2 Dây hàn lõi thuốc

DC CO2 Dây hàn thép không gỉ

DC CO2 Dây hàn thép không gỉ

4.3.2 Chọn Cường độ dòng điện hàn (I h )

Cường độ dòng điện hàn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn, với cường độ quá nhỏ gây ra mối hàn không ngấu và cường độ quá lớn dẫn đến quá nhiệt và chảy thủng vũng hàn Điều này quyết định năng suất, hình dáng, kích thước và độ sâu ngấu của mối hàn Việc xác định chính xác cường độ dòng điện hàn cho từng loại vật liệu và vị trí hàn là rất cần thiết Để làm điều này, cần căn cứ vào đường kính dây hàn, vật liệu cơ bản và vật liệu hàn, độ dày của vật hàn, vị trí hàn trong không gian, và dạng liên kết hàn Có hai phương pháp để xác định cường độ dòng điện hàn: sử dụng công thức tính toán hoặc tra bảng và chọn theo kinh nghiệm thực tế.

Công thức tính toán xác định cường độ dòng điện hàn

Trong đó: Ih – Cường độ dòng điện hàn (A) dd – Đường kính dây hàn (mm)

Hình 4.18 Chọn cường độ dòng điện hàn để kết thúc đường hàn

Sau khi xác định cường độ dòng điện hàn, hãy nhập giá trị vào ô Welding Current trong hộp thoại khởi động và kết thúc hồ quang Cuối cùng, nhấn phím Enter trên bảng điều khiển để xác nhận kết quả đã chọn.

4.3.3 Chọn Điện áp hàn (U h ) Điện áp hàn là một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hàn Nếu điện áp hàn quá nhỏ sẽ khó gây hồ quang, nhiệt hồ quang không đủ gây ra hiện tượng mối hàn không ngấu Còn nếu điện áp hàn quá lớn làm tăng công suất nguồn nhiệt hồ quang hàn dẫn đến tăng tính chảy loãng của kim loại, tăng chiều rộng và giảm chiều sâu ngấu của mối hàn, bề mặt mối hàn bị lõm Đây là yếu tố cơ bản quyết định hình dáng, kích thước mối hàn Vì vậy việc xác định chính xác điện áp hàn đối với từng loại vật liệu hàn, từng vị trí hàn là rất quan trọng Để xác định điện áp hàn trước hết phải căn cứ vào đường kính dây hàn (dd), vật liệu cơ bản và vật liệu hàn, vị trí hàn trong không gian (P) Việc xác định điện áp hàn được thực hiện theo phương pháp tra bảng hoặc chọn theo kinh nghiệm thực tế

Sau khi xác định điện áp hàn, hãy nhập giá trị vào ô Welding Voltage trong hộp thoại khởi động và kết thúc hồ quang Tiếp theo, nhấn phím Enter trên bảng điều khiển để xác nhận kết quả đã chọn.

Vận tốc hàn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn Vận tốc hàn quá thấp có thể dẫn đến quá nhiệt và chảy thủng, trong khi vận tốc quá cao sẽ gây ra mối hàn không ngấu Điều này ảnh hưởng đến năng suất, hình dáng, kích thước và chất lượng của mối hàn Do đó, việc xác định chính xác vận tốc hàn cho từng loại vật liệu và vị trí hàn là rất cần thiết Để xác định vận tốc hàn, cần căn cứ vào đường kính dây hàn, vật liệu cơ bản và vật liệu hàn, vị trí hàn trong không gian, cùng với dạng liên kết hàn.

Hình 4.19 Chọn điện áp hàn để khởi động hồ quang hàn

Xác định vận tốc hàn được thực hiện theo phương pháp tra bảng hoặc chọn theo kinh nghiệm thực tế

Hình 4.20 Chọn vận tốc hàn để thực hiện quá trình hàn

Sau khi xác định vận tốc hàn, hãy nhập giá trị vào ô Welding Speed trong hộp thoại khởi động và kết thúc hồ quang Tiếp theo, nhấn phím Enter trên bảng điều khiển để xác nhận kết quả đã chọn.

4.3.5 Chọn Lưu lượng khí bảo vệ (V k )

Lưu lượng khí bảo vệ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn Lưu lượng khí quá nhỏ có thể dẫn đến mối hàn bị rỗ khí và ôxy hoá, trong khi lưu lượng quá lớn vừa lãng phí vừa gây ra luồng xoáy, làm mối hàn bị lõm và ôxy hoá Do đó, việc xác định chính xác lưu lượng khí bảo vệ cho từng loại vật liệu và vị trí hàn là rất cần thiết Để xác định lưu lượng khí bảo vệ, cần căn cứ vào đường kính dây hàn, vật liệu cơ bản, vật liệu hàn, vị trí hàn trong không gian và dạng liên kết hàn Có hai phương pháp để xác định lưu lượng khí bảo vệ: tính toán theo công thức hoặc tra bảng và chọn theo kinh nghiệm thực tế.

Công thức tính toán xác định lưu lượng khí bảo vệ

Để tính toán lưu lượng khí bảo vệ (Vk) cần thiết cho quá trình hàn, công thức sử dụng là Vk = 10.dd, trong đó dd là đường kính dây hàn tính bằng mm Sau khi xác định lượng khí cần thiết, điều chỉnh van điều áp để đạt được lưu lượng khí bảo vệ phù hợp Bộ điều áp có các vạch cho phép lựa chọn và điều chỉnh lượng khí theo yêu cầu Để kiểm tra khí ra bảo vệ mối hàn, nhấn phím F12 trên bảng điều khiển cầm tay, đồng thời cần điều chỉnh viên bi cầu trong bộ điều áp cho đúng với lượng khí đã xác định.

Hình 4.21 Bộ điều áp và bình cấp khí CO2 bảo vệ mối hàn

4.3.6 Chọn Tầm với điện cực (L c )

Tầm với điện cực là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hàn, quyết định hình dáng, kích thước và chất lượng mối hàn Nếu tầm với điện cực quá nhỏ, mối hàn sẽ bị lõm bề mặt và chảy thủng, trong khi nếu quá lớn, sẽ dẫn đến hiện tượng rỗ khí và ôxy hóa kim loại Việc xác định chính xác tầm với điện cực tùy thuộc vào đường kính dây hàn, vật liệu cơ bản, vật liệu hàn, vị trí hàn và dạng liên kết hàn Có hai phương pháp xác định tầm với điện cực: sử dụng công thức tính toán hoặc tra bảng kết hợp với kinh nghiệm thực tế.

Trong đó: Lc – Tầm với điện cực (mm) dd – Đường kính dây hàn (mm)

Hình 4.24 Tầm với điện cực khi hàn Hình 4.24 Tầm với điện cực khi hàn

Hình 4.22 Tầm với điện cực khi hàn Bảng 4.20: Ảnh hưởng của tầm với điện cực khi hàn

Tầm với điện cực Nhỏ Trung bình (≈ 10.d) Lớn

Công suất hồ quang Tăng Trung bình Giảm Độ sâu ngấu Tăng Trung bình Giảm

Mức độ bắn toé kim loại Giảm Trung bình Tăng

Lệnh chèn các thông số chế độ hàn

Sau khi lập trình xong chương trình cơ bản, cần chèn các thông số chế độ hàn vào chươngtrình đã lập

Nhấn tổ hợp phím [ENABLE] và [ARROW] trên bảng điều khiển cầm tay để di chuyển con trỏ đến bước số 4 trong chương trình đã lập

Để kích hoạt chế độ hàn, hãy nhấn tổ hợp phím [ENABLE] và [CLAMP/ARC] (hoặc phím chức năng F7) trên bảng điều khiển cầm tay Sau khi thực hiện, màn hình tinh thể lỏng của bảng điều khiển sẽ hiển thị các chức năng và lệnh liên quan đến chế độ hàn.

Hình 4.24 Các chức năng lệnh chèn chế độ hàn được hiển thị f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12

Để khởi động hồ quang trong quá trình hàn, nhấn phím chức năng F2 trên bảng điều khiển để mở hộp thoại Arc Start Tại đây, bạn có thể chọn và nhập các thông số hàn như đường kính dây hàn (Φ), dòng điện hàn một chiều cực nghịch (DC-), cường độ dòng điện (Ih), điện áp hàn (Uh), vận tốc hàn (Vh), khí bảo vệ và thời gian trễ Sau khi thiết lập xong, nhấn phím F12 (Complete) và phím [ENTER] để hoàn tất việc khởi động hồ quang.

Để khởi động chế độ hồ quang hàn, nhấn phím F4 trên bảng điều khiển để chèn lệnh bắt đầu dao động mỏ hàn (WFP) Hộp thoại Weaving condition sẽ xuất hiện, cho phép bạn chọn và nhập kiểu dao động như Linear, Sine wave hoặc Circle, cùng với biên độ, tần số, góc độ và thời gian dao động Sau khi hoàn tất, nhấn phím F12 (Complete) để xác nhận lệnh Tiếp theo, sử dụng tổ hợp phím [ENABLE] và [ARROW] trên bảng điều khiển cầm tay để di chuyển con trỏ đến bước số 7 trong chương trình đã lập.

Hình 4.26 Hộp thoại Weaving condition để bắt đầu dao động mỏ hàn

Để chèn lệnh kết thúc dao động mỏ hàn (ký hiệu WE), di chuyển con trỏ đến dòng lệnh số 7 và nhấn phím F3 trên bảng điều khiển Hộp thoại sẽ xuất hiện cho phép bạn lựa chọn thời gian kết thúc kiểu dao động Linear, Sine wave hoặc Circle, cùng với biên độ và tần số dao động Cuối cùng, nhấn phím F12 (Complete) để hoàn tất việc chèn lệnh kết thúc dao động mỏ hàn.

Hình 4.28 Hộp thoại Arc End để kết thúc đường hàn và ngắt hồ quang

Hình 4.29 Hộp thoại Weaving condition để kết thúc dao động mỏ hàn

Để chèn lệnh kết thúc hồ quang cuối đường hàn (ký hiệu AE), nhấn phím chức năng F5 trên bảng điều khiển Hộp thoại Arc End sẽ xuất hiện, cho phép bạn lựa chọn và nhập các thông số chế độ hàn như đường kính dây hàn (W1), dòng điện hàn một chiều cực nghịch (DC-), cường độ dòng điện hàn (Ih), điện áp hàn (Uh), vận tốc hàn (Vh) và thời gian trễ khí bảo vệ Sau khi thiết lập các thông số, nhấn phím F12 (Complete) và phím [ENTER] để hoàn tất việc chèn lệnh kết thúc hồ quang.

Nhấn tổ hợp phím [ENABLE] và [CLAMP/ARC] để màn hình bảng điều khiển cầm tay trở về trạng thái chuẩn

Trên màn hình tinh thể lỏng của bảng điều khiển cầm tay, chương trình “HAN BANG GIAP MOI” đã hoàn thành phần lập trình cơ bản và đã chèn đầy đủ các thông số chế độ hàn.

Hình 4.30 Chương trình HÀN BẰNG GIÁP MỐI đã hoàn thiện

Việc xác định và chèn các thông số chế độ hàn đã hoàn tất, tuy nhiên, thách thức lớn nhất là tính toán và lựa chọn chế độ hàn tối ưu cho từng loại vật liệu và vị trí hàn Điều này không chỉ yêu cầu kiến thức chuyên môn mà còn cần kinh nghiệm thực tế trong vận hành rôbốt hàn AII-V6.

Kiểm tra và hiệu chỉnh chương trình

Trước khi tiến hành hàn tự động, việc chọn lựa các thông số chế độ hàn là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác cao Trong quá trình lập trình, chế độ Teach mode cho phép người lập trình thực hiện các thao tác bằng tay với tốc độ thấp, giúp dễ dàng quan sát và vận hành Khi chuyển sang chế độ Playback, robot có thể hoạt động với tốc độ cao, giúp giảm thời gian và tăng năng suất Tuy nhiên, nếu các thông số không được chọn chính xác, có thể xảy ra va chạm, gây hư hỏng cho thiết bị hàn và robot.

Việc kiểm tra và hiệu chỉnh chương trình lập trình trước khi thực hiện hàn tự động là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác Để rôbốt hàn hoạt động hiệu quả, thao tác lập trình cần phải chính xác và lựa chọn tốc độ phù hợp Ngoài ra, cần nhấn công tắc DEADMAN ở phía sau bảng điều khiển cầm tay để cấp điện cho động cơ rôbốt trong quá trình hoạt động Quy trình kiểm tra và hiệu chỉnh chương trình được thực hiện theo trình tự từ bước đầu đến khi hoàn thành.

Nhấn tổ hợp phím [ENABLE] và [ARROW] trên bảng điều khiển để di chuyển con trỏ về bước đầu tiên [START] trong chương trình đã lập trình

Hình 4.31 Di chuyển con trỏ về vị trí xuất phát START

Nhấn phím [CHECK GO] hoặc [CHECK BACK] trên bảng điều khiển cầm tay để tiến hành kiểm tra từng bước đã được lập trình Khi con trỏ đang ở một vị trí nhất định, bạn có thể theo dõi quá trình kiểm tra một cách dễ dàng.

Để hiệu chỉnh nội dung trong 80 dòng lệnh, bạn chỉ cần nhấn phím [EDIT] trên bảng điều khiển, nhập số liệu cần thay đổi và nhấn phím [ENTER] để hoàn tất việc chỉnh sửa.

Quá trình kiểm tra và hiệu chỉnh cần được thực hiện từng bước cho đến khi hoàn thành chương trình đã lập trình Nếu phát hiện lỗi ở bất kỳ dòng lệnh hoặc vị trí nào, cần hiệu chỉnh cho phù hợp và ghi lại nội dung đã chỉnh sửa bằng cách nhấn tổ hợp phím [ENABLE] và [O.WRITE/REC].

Hàn tự động

Để đảm bảo an toàn khi rôbốt hàn hoạt động, cần tránh đặt các vật liệu dễ cháy hoặc nổ trong khu vực làm việc Ngoài ra, không nên đứng hoặc di chuyển trong vùng làm việc của rôbốt khi đã chuyển sang chế độ hàn tự động (Play back).

Sau khi hoàn thành lập trình, kiểm tra và điều chỉnh chương trình, tiến hành chuyển sang chế độ hàn tự động (Play back) để rôbốt thực hiện hàn tự động Quá trình này được thực hiện theo trình tự đã được quy định.

Bật công tắc nguồn và kiểm tra bộ phận cấp dây hàn

Mở van bình chứa và kiểm tra khí bảo vệ cho quá trình hàn

Nhấn phím [CHECK GO] hoặc [CHECK BACK] trên bảng điều khiển để di chuyển rôbốt hàn về vị trí xuất phát

Di chuyển con trỏ trên màn hình về bước [START]

Xoay công tắc trên bảng điều khiển cầm tay chuyển từ vị trí lập trình bằng tay (TEACH MODE) sang vị trí chạy tự động (PLAY BACK)

Xoay công tắc trên hộp thao tác chuyển từ vị trí lập trình bằng tay (TEACH MODE) sang vị trí chạy tự động (PLAY BACK)

Nhấn phím [START] trên hộp thao tác để rôbốt bắt đầu thực hiện quá trình hàn tự động.

Kết thúc chươ ng trình

Sau khi hoàn thành chương trình hàn, rôbốt sẽ tự động di chuyển về vị trí ban đầu đã được chỉ định Để đảm bảo an toàn, hãy nhớ xoay công tắc trên bảng điều khiển.

81 điều khiển và trên hộp thao tác chuyển từ vị trí chạy tự động (PLAY BACK) về vị trí lập trình bằng tay (TEACH MODE)

Khi tiếp cận Rôbốt hàn để quan sát sản phẩm hoặc làm sạch mỏ hàn, người dùng cần nhấn nút [EMERGENCY] trên bảng điều khiển hoặc hộp thao tác để đảm bảo an toàn tuyệt đối.

Hình 4.32 Mặt trước mối hàn giáp mối S = 8mm

Hình 4.33 Mặt sau mối hàn giáp mối S = 8mm

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Trong công trình nghiên cứu này, học viên đã thu nhận được các kết quả khoa học sau:

1 Trình bày khái quát về lịch sử phát triển và ứng dụng rôbốt hàn; hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về tổ chức kỹ thuật, cấu trúc động học và vùng hoạt động của rôbốt hàn nói chung; đặc biệt đã phân tích được các bộ phận và chuyển động cơ bản của rôbốt hàn AII – V6 phục vụ cho thí nghiệm đề tài luận văn

2 Trình bày cơ sở lý thuyết về ứng suất và biến dạng hàn; các nguyên nhân và biện pháp làm giảm thiểu ứng suất, biến dạng hàn

3 Hệ thống hóa được các dạng khuyết tật hàn; nguyên nhân và sự ảnh hưởng đến kết cấu hàn; phương pháp kiểm tra khuyết tật và đánh giá chất lượng mối hàn

4 Quy trình, phương pháp thực hiện các bước lập trình cho rôbốt hàn AII-V6; tính toán và xác định được chế độ hàn tự động trong môi trường khí hoạt tính bảo vệ; phương pháp kiểm tra và hiệu chỉnh dữ liệu trong các thí nghiệm

5 Kết quả nghiên cứu lý thuyết đã xác định được chế độ hàn thí nghiệm phù hợp với thiết bị, vật liệu ở trường Cao Đẳng nghề Bà Rịa Vũng Tàu thời gian thực hiện mối hàn được rút ngắn; chất lượng mối hàn được nâng cao hơn; việc điều khiển rôbốt hàn được thực hiện thuận lợi để hàn giáp mối với chiều dày từ 2mm đến 10mm ở các vị trí bằng, đứng, ngang và các đường cong phức tạp như hàn chữ, các mối hàn ống

Do thời gian hạn chế, các kết quả nghiên cứu hiện tại chỉ đạt được mức độ nhất định Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc ứng dụng rôbốt AII-V6 để hàn các loại vật liệu có độ dày khác nhau, với quỹ đạo phức tạp trong không gian ba chiều.