nghiên cứu thiết kế dàn trải và mô phỏng máy hàn mig

Năm: 2023 Khoa: Cơ khí 2.2.1 Giới thiệu về nguyên lý hàn MIG/MAG Phương pháp hàn MIG/MAG còn có tên gọi là hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ hoặc tên thông thường là hàn

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

*******

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÀN TRẢI VÀ MÔ PHỎNG MÁY HÀN MIG/MAG 300A

Sinh viên thực hiên : Lê Văn Dương Ngày sinh : 25/01/1999

Mã sinh viên : 187510202062

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Đào Quang kế TS Hoàng Minh Thuận

Bắc Ninh, Ngày Tháng 06 năm 2023

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐÔNG Á

*******

LÊ VĂN DƯƠNG

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÀN TRẢI VÀ MÔ PHỎNG MÁY HÀN MIG/MAG

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Đào Quang Kế TS Hoàng Minh Thuận

Trang 3

Năm: 2023 Khoa: Cơ khí

1.5 Phương pháp nghiên cứu: 10

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ HÀN TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ

2.8 Một số máy hàn MIG/MAG trên thị trường 47

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÀN CHẢI MÁY HÀN MIG/MAG 300A 50

3.1 Chọn máy tiêu chuẩn và yêu cầu thiết kế mô hình: 50

3.2 Thiết kế kết cấu bàn 51

3.3 Thiết kế bộ nguồn máy hàn(INVENTER) 53

3.4 Mỏ hàn ( súng hàn) 59

3.5 Bộ cấp dây hàn 61

Trang 4

2

3.6 Van giảm áp 65

3.7 Bảng thông số kỹ thuật máy hàn TD MIG/MAG 300A 69

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HÀN 72

4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng 72

4.2: Giới thiệu Modul Motion in solidwork 73

4.3 Thiết lập sơ đồ mô phỏng 78

4.4.Quy trình thiết lập mô phỏng được diễn giải như sau: 79

LỜI CẢM ƠN 82

PHỤ LỤC BẢN VẼ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 5

3 DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2: 2 Cấu tạo một số kiểu dây hàn lõi 24

Hình 2: 3 Chú thích ký hiệu tiêu chuẩn AWS 26

Hình 2: 10 Sự phụ thuộc chiều sâu nóng chảy và chất chuyển dịch 34

Hình 2: 11 Biểu đồ lựa chọn tóc độ dây hàn thép không dỉ 35

Hình 2: 12 Biểu đồ lựa chọn tốc độ đẩy dây khi hàn thép cacbon 36

Hình 2: 13 Phần nhô của điện cực Electrode Extension 38

Hình 2: 14 Bảng tra chế độ hàn thép Cacbon và HK thấp 39

Hình 2: 15 Biểu đồ thông số chế độ hàn 40

Hình 2: 16 Máy hàn MIG/MAG Felix Mig 350 47

Hình 2: 17 Máy hàn MIG/MAG HK250a 48

Hình 2: 18 Máy hàn MIG/MAG OMEGA 500C 49

Hình 3: 1 Sơ đồ thiết bị máy hàn TD MIG/MAG 300A 51

Hình 3: 2 Kết cấu thép mô hình bàn dàn trải 52

Hình 3: 3 Mô hình sao bàn 52

Hình 3: 4 Sơ đồ khối bộ nguồn INVETER máy hàn TD MIG/MAG300A 53

Hình 3: 5 Sơ đồ điện bộ điều khiển máy hàn MIG/MAG TD 300A 56

Hình 3: 6 Sơ đồ bo mạch điều khiển của máy hàn MIG/MAG trên thực tế 58

Hình 3: 7 Sơ đồ bo mạch động lực máy hàn MIG/MAG TD 300A trên thực tế 59

Hình 3: 8 Cấu tạo mỏ hàn MIG/MAG TD 300A 60

Hình 3: 9 Mỏ hàn TD MIG/MAG 300A trên 3D 61

Hình 3: 10 Cấu tạo bộ phận cấp dây hàn của máy hàn TD MIG/MAG 300A 62

Hình 3: 11 Hình ảnh 3D bộ cấp dây hàn 4 con lăn của máy Hàn td mig/mag 300A 64

Hình 3: 12 Bộ cấp dây rời 4 con lăn( ảnh thực tế) 65

Hình 3: 13 Cấu tạo của van giảm áp máy hàn TD MIG/MAG 300A 66

Hình 3: 14 3D van giảm áp 68

Hình 3: 15 Các loại đồng hồ hiển thị 69

Hình 3: 16 Mô hình 3D dàn chải máy hàn TD MIG/MAG 300A 71

Hình 4: 1 Giao diện home của phần mềm solidwork 2021 73

Trang 6

4

Hình 4: 2 Giao diện chứa modul motion 73

Hình 4: 3 Giao diện bắt đầu cho quá trình mô phỏng 79

Hình 4: 4 Giao diện thiết lập motor 80

Hình 4: 5 Giao diện thiết lập thuật toán mô phỏng 81

Trang 7

5 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2: 1 Thành phần khí Argon ( GOS 10157) % khối lượng 16

Bảng 2: 2 Thành phần khí heli (MPTY51 77 - 66) % khối lượng 16

Bảng 2: 3 Một số loại khí thường dùng để hàn MIG và hàn MAG (Theo tiêu chuẩn DIN) 20

Bảng 2: 4 Một số loại khí thường dùng để hàn MIG và hàn MAG (Theo tiêu chuẩn DIN) 21

Bảng 2: 5 Cơ tính của một số dây hàn 26

Bảng 2: 6 Thành phần hóa học của một số dây hàn 27

Bảng 2: 8 Bảng tra giá trị số N 37

Bảng 2: 9 Bảng tra trị số N(tiếp) 37

Bảng 2: 10 Bảng tổng kết so sánh khác nhau giữa hàn MIG và MAG 41

Bảng 2: 11 Bảng thông số máy hàn Flix Mig 350 47

Bảng 2: 12 Bảng thông số máy hàn HK250a 48

Bảng 2: 13 Bảng thông số kỹ thuật máy hàn OMEGA 500c 49

Bảng 2: 14 Bảng ký chú thích ký tự linh kiện trong mạch 56

Bảng 3: 1 Bảng thông số kỹ thuật máy hàn TD MIG/MAG 300A 69

Trang 8

6 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Stt Tên Giải thích

1 MIG Metal Inert Gas Arc

2 MAG Metal Active Gas

3 GMAW Gas Metal Arc Welding

4 AWS American- Welding- Sytems

5 CAM Computer Aided Manufacturing

6 CNC Computer Numerical Control

Trang 9

7 LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đã bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (Công nghiệp 4.0) với những tiến bộ vượt bậc của công nghệ, đặc biệt là công nghệ sản xuất máy móc thay thế cho con người, hay còn được gọi với các tên khác như công nghiệp hóa -hiện đại hóa Theo các nhà nghiên cứu, việc nắm bắt và ứng dụng công nghệ hàn vào sản xuất công nghiệp đang là mấu chốt, là chìa khóa giúp các doanh nghiệp rút ngắn một cách đáng kể thời gian gia công, chế thử các nguyên mẫu trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt từ đó giảm chi phí và giá thành một cách đáng kể Không chỉ dừng ở việc chế thử, với sự phát triển mạnh mẽ của mình, công nghệ hàn đã dần vươn tầm, giờ đây ta có thể hàn inox, hàn các chi tiết máy Hiện nay, việc nắm bắt và ứng dụng công nghệ hàn trong thực tế đối với sinh viên đang là một vấn đề quan trọng trong sự phát triển của khoa học công nghệ nước nhà

Với mong muốn nâng cao sự hiểu biết về công nghệ hàn Với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế mô hình dàn trải và mô phỏng máy hàn MIG/MAG 300A” đem lại sự hiểu biết thực tiễn đối với các bạn sinh viên ngay khi đang còn ngồi trên ghế nhà trường

Tuy nhóm chúng em đã cố gắng hết sức, những chắc sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong quý thầy cô thông cảm Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp tận tình của quý thầy và các bạn để đề tài này được hoàn thiện một cách chu đáo nhất Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô và các bạn Nội dung nghiên cứu được phân chia thành 04 chương như sau :

- Chương 1 : Nghiên cứu tổng quan về đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ - Chương 3:Thiết kế mô hình dàn trải máy hàn MIG/MAG 300A

- Chương 4: Mô phỏng quá hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ

Trang 10

8 CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt lý do chọn đề tài:

Đối với xã hội , hiện nay nhu cầu về máy hàn phục vụ công nghiệp và các ngành sản xuất, chế tạo là rất lớn, doanh nghiệp thiết kế máy trong nước ngày càng phát triển rầm rộ điều đó càng chứng minh thêm cho chúng ta biết rằng tính thiết yếu và cấp bách của lĩnh vực thiết kế máy trong đó máy hàn là một trong những máy móc không thể nào thiếu

Máy hàn MIG/MAG hiện nay có phạm vi ứng dụng rộng rãi, phù hợp với rất nhiều nhu cầu công việc của xã hội hiện đại Máy hàn không chỉ hàn được các loại thép thông thường mà có thể hàn được nhiều loại thép không gỉ, thép chịu nhiệt, hợp kim, inox… khác nhau

Hàn MIG/MAG có thể áp dụng trong nhiều vị trí không gian khác nhau Vị trí hàn xa cũng có thể được áp dụng mà không hề gây đứt quãng Nhìn chung, phương pháp hàn này được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm như bàn ghế, khung xe đạp, đóng thùng ô tô, đóng tàu, cơ khí, dây chuyền sản xuất,…

Thực tế rằng chúng ta nhìn thấy trên thị trường Việt Nam nói riêng và Quốc tế nói chung có rất nhiều chủng loại máy hàn MIG/MAG khác nhau Nhưng ở Việt Nam mong muốn cần một chiếc máy hàn cỡ lớn để phục vụ cho công trình, quá trình sản xuất cơ khí với cường độ dòng điện lên tới 300A đang rất cần Máy hàn MIG/ MAG 300A đây là dòng máy hàn công nghiệp công suất vừa đủ lớn, sở hữu dòng hàn dài, cho phép hàn với hiệu suất cao trong thời gian dài, mang lại những giá trị và lợi nhuận cho doanh nghiệp, công xưởng Nhiều nhà sản xuất cơ khí hiện nay vẫn không tin tưởng thiết bị trong nước nên họ đã đặt thiết bị ở nhiều nhà sản xuất khác trên thế giới như : Đức, Ý, Hàn , Pháp…Với giá thành cực kỳ cao vì

Trang 11

9

do nhiều yếu tố khi nhập về Việt Nam như các loại thuế, ước tính một sản phẩm được nhập từ nước ngoài về cao hơn 0.5 đến 1 lần số tiền so với thiết bị được chế tạo trong nước

Trong tình hình hội nhập với nền kinh tế thế giới cùng với sự cạnh tranh gắt gao từ các nhà sản xuất nước ngoài Điều này đòi hỏi các nhà sản xuất trong nước cần phải nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm hơn bằng cách cải tiến và đầu tư máy móc, trang thiết bị an toàn, bảo vệ sức khoẻ công nhân để phục vụ sản xuất Đặc biệt là trong tình hình lao động hiện nay, nguồn lao động trong ngành cơ khí đang thiếu hụt trầm trọng Chính vì điều này mà hiện nay vấn đề đặt ra là: để phát triển nghành sản xuất cơ khí trong nước thì việc quan trọng là cần phải trang bị các máy móc hiện đại trong quá trình sản xuất , chế tạo là vô cùng quan trọng

Việc sử dụng các sản phẩm trong nước như vậy sẽ làm cho ngành sản xuất , gia công thiết bị cơ khí trong nước ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn, mặt khác nó còn nhằm mục đích hưởng ứng thúc đẩy, vận động sử dụng các thiết bị sản xuất trong nước

Đối với sinh viên, việc tiếp cận một mô hình dàn trải máy hàn đang còn rất nhiều bất cặp Nên rất cần một mô hình dàn trải để giúp cho các bạn nắm bắt hiểu rõ hơn về các bộ phận trong máy và hiểu rõ quy trình hàn Em nhận thấy đây là một vấn đề có tính rất thiết thực, thực tiễn và mang tính khoa học cao

Chính vì những lý do đó mà em đã chọn đề tài “ nghiên cứu , thiết kế, dàn trải

và mô phỏng máy hàn MIG/MAG 300A” 1.2 Ưu điểm của đề tài:

Đối với đề tài “nghiên cứu , thiết kế, dàn trải và mô phỏng máy hàn MIG/MAG

300A” sẽ trình bày và phô diễn được cấu tạo bên trong của máy hàn Điều

Trang 12

10

này nó mang tính thiết thực và tính khoa học rất cao Nên sẽ mang lại cho các bạn sinh viên tiếp cận nó một cách rất là dễ dàng và hiệu rất cao

1.3 Giới hạn đề tài:

Do thời gian nghiên cứu và điều kiện vật chất có hạn nên em chỉ nghiên cứu, thiết kế mô hình dàn trải và mô phỏng trên phần mềm chưa có thể chế tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh và chạy thực nghiệm

1.4 Mục đích nghiên cứu

Với đề tài “ nghiên cứu , thiết kế mô hình dàn trải và mô phỏng máy hàn

MIG/MAG 300A” em nghiên cứu thể hiện với mục đích sau:

Hoàn thiện một lượng lớn kiến thức về chế tạo cơ khí – điện tử nói chung và phần mềm hỗ trợ 3D nói riêng

Mang lại cho các bạn sinh viên, người học sẽ hiểu rõ hơn về máy hàn

Đây cũng là cơ sở để khóa sau sẽ thực hiện bước cải tiến, chế tạo thành một mô hình dàn trải và tiến hành chạy

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp tham khảo tài liệu: Với các tài liệu về máy hàn, phương pháp hàn, sửa chữa máy hàn công nghiệp, các tài liệu của các trang bán máy hàn trên thị trường Việt Nam và Quốc tế…

Tham khảo các máy có sẵn trên thị trường trong nhà máy hay công trường khi đi thưc tập tại nhà máy Polyco

Nghiên cứu kết cấu và cấu tạo của một máy hàn MIG/MAG trên thị trường có tính năng tương tự, cải tiến những khuyết điểm

Tham khảo tài liệu về mạch, bộ điều khiển máy hàn đặc biệt bộ nguồn Inventer

Trang 13

11

Tham khảo ý kiến của thầy cô trong nhà trường, luôn luôn tìm tòi mọi thứ trên internet và sách báo

Trang 14

2.2.1 Giới thiệu về nguyên lý hàn MIG/MAG

Phương pháp hàn MIG/MAG còn có tên gọi là hàn hồ quang kim loại

trong môi trường khí bảo vệ hoặc tên thông thường là hàn dây, hàn

CO2.Tên quốc tế là GMAW (Gas Metal Arc), GMAW sử dụng hồ quang được tạo bởi vật hàn và dây điện cực nóng chảy cấp vào chi tiết hàn [2] Hồ quang này sẽ được bảo vệ bằng dòng khí trơ hoặc khí có tính khử Sự cháy của hồ quang được duy trì nhờ các hiệu chỉnh đặc tính của hồ quang Chiều dài hồ quang và cường độ dòng điện hàn được duy trì tự động trong khi tốc độ hàn và góc điện cực được duy trì bởi thợ hàn

Trang 15

13

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG/MAG

a) Nguyên lý hàn MIG

Hàn MIG là chữ viết tắt của “ Metal Inert Gas Arc” nghĩa là “ Hàn hồ quang trong môi trường khí trơ với điện cực nóng chảy” Hàn MIG là phương pháp tạo hồ quang giữa kim loại hàn và dây hàn trong môi trường khí trơ như khí Argon (Ar) hoặc Hêli (He) Đây là phương pháp hàn bán tự động, dây hàn được đưa vào vũng hàn liên tục nhờ một bộ phận đẩy dây (cấp dây), dây hàn là loại dây đặc có chất lượng và thành phần tương tự như kim loại hàn và không cần thêm chất khử, khí trơ không phản ứng với kim loại nóng chẩy và bảo vệ vùng hàn khỏi không khí rất tốt Khi hàn các kim loại dễ bị ôxy hoá như nhôm và hợp kim nhôm, nên sử dụng khí trơ Khi hàn thép không gỉ, dùng hỗn hợp khí Argon với 2% ôxy sẽ làm cho hồ quang cháy ổn định và vẫn giữ được hoạt động làm sạch của khí trơ (nếu sử dụng Ar nguyên chất, hồ quang cháy không ổn định) Khi hàn thép hợp kim thấp có thể sử dụng hỗn hợp khí CO2 và Ar Dây hàn nóng chẩy và chuyển dịch dạng tia ở dòng điện hàn cao, hình dạng mối hàn đẹp với độ ngấu sâu dạng “ngón tay” và bắn toé kim loại ít Tuy nhiên ở dòng điện hàn thấp, chuyển dịch kim loại lỏng là chuyển dịch dạng cầu, mức độ bắn toé nhiều

Trang 16

14

hơn Do đó, do đó phương pháp hàn MIG xung được phát triển, cho phép dòng điện hàn tăng định kỳ với hệ thống chuyển dịch tia thậm chí ngay cả khi hàn với dòng điện thấp

b) Nguyên lý hàn MAG

Tương tự như hàn MIG Hàn MAG được viết tắt từ cụn từ tiếng Anh Metal Active Gas

Metal: Kim loại Active: Hoạt tính Gas: Khí

Trong phương pháp hàn này dây hàn (điện cực) liên tục được đẩy vào vũng hàn nhờ cơ cấu cấp dây hàn, trong khi đó dòng điện hàn truyền từ nguồn điện hàn qua bép hàn để làm nóng chảy dây hàn và kim loại cơ bản Để tránh bị ôxy hoá và Nitơ hoá kim loại mối hàn, dùng khí CO2 hoặc hỗn hợp khí Argon và CO2 cung cấp xung quanh vùng hàn để bao bọc và bảo vệ ngăn không cho không khí bên ngoài xâm nhập vào kim loại mối hàn Phương pháp này được gọi là phương pháp hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ và là phương pháp hàn bán tự động Tuỳ theo từng loại khí bảo vệ như 100 % CO2 , hỗn hợp khí Ar + CO2 > 5% được dùng (thông thường dùng 80% Ar + 20% CO2) Khi dùng 100% CO2 thi gọi là phương pháp hàn hồ quang CO2, nếu dùng Ar + CO2 thì được gọi là phương pháp hàn hồ quang khí bảo vệ hỗn hợp, có tác động tăng chất lượng mối hàn và giảm sự bắn toé kim loại lỏng Khi tốc độ gió ≥ 2m/ sec sẽ gây ra sự sâm nhập của không khí vào vũng hàn

c) Phạm vi sử dụng

Trang 17

15

Hàn MIG, MAG được sử dụng với phạm vi rất rộng để hàn các lọai vật liệu như thép cácbon thấp, thép có độ bền cao, thép hợp kim thấp, thép không gỉ Phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ không chỉ áp dụng trong công nghiệp sản xuất ô tô mà còn được áp dụng trong sản xuất kết cấu thép xây dụng, chế tạo máy công nghiệp, đóng tầu và các ngành công nghiệp khác…

2.3 Vật liệu hàn MIG/MAG

2.3.1 Khí bảo vệ a) Khí trơ

Khí trơ là khí “không tác động đối với các phản ứng hoá học và hầu như không hoà tan trong kim loại” Đó là khí đơn nguyên tử mà các nguyên tử của chúng được bao bọc bởi các màng điện tử, nhờ vậy tính trơ hoá của chúng càng được đảm bảo Argon (Ar), Heli (He) và hỗn hợp của chúng là những khí trơ dùng cho hàn

- Argon

Argon là khí không cháy và không gây nổ Nhờ nặng hơn không khí, Argon bảo tốt bể hàn Theo tiêu chuẩn của các nước SNG (GOST 10157-62) Argon tinh khiết có 3 loại: A, B và C ( bảng 2.1) Độ ẩm đối với Argon dạng khí của 3 loại không được quá 0.03 g/m3

Argon loại A: dùng cho hàn và nấu luyện các kim loại hoạt tính và

hiếm ( Titan, Zirconi, Noibi) và các hợp kim của chúng, và cho hàn các sản phẩm đặc biệt quan trọng trong giai đoạn kết thúc của sự chế tạo

Argon loại B: dùng cho hàn và nấu luyện các hợp kim cơ sở nhôm và

mage, và các hợp kim khác nhạy với các tạp chất của các khí hoà tan trong kim loại, bằng điên cực nóng chảy và điện cực Wonfram không nóng chảy

Trang 18

16

Argon loại C: dùng cho hàn và nấu luyện các hợp kim crom, niken

chống gỉ và bền nhiệt, các thép hợp kim và nhôm sạch Bảng 2: 1 Thành phần khí Argon ( GOS 10157) % khối lượng

Argon được bảo quản và vận chuyển trong các bình liền khối Trong bình dưới áp suất 150 at chứa khoảng 6m3 Argon dạng khí Bình chứa Argon được sơn đen ở phần dưới và sơn trắng ở phần trên -Heli

Cũng như Argon, Heli là khí trơ, nhưng khác Argon ở chỗ Heli nhẹ hơn nhiều và nhẹ hơn cả không khí Vì vậy việc bảo vệ vùng hàn bằng Heli khó khăn hơn và đỏi hỏi lượng khí tiêu thụ lớn So với Argon, Heli đảm báo sự đốt nóng vùng hàn mạnh hơn nhờ građien sụt áp trong hồ quang Theo tiêu chuẩn MPTY51 -77 - 66 Heli được bảo quản và vận chuyển trong các bình liền khối dưới áp suất 150 at Các bình Heli được sơn màu nâu và in chữ trắng “Heli” Heli có trong không khí nhưng với lượng nhỏ

Heli có nhiều trong các khí thiên nhiên

Heli được chia làm hai loại: Hêli độ sạch cao và Heli kỹ thuật Bảng 2: 2 Thành phần khí heli (MPTY51 77 - 66) % khối lượng

Lượng khí Heli độ sạch cao Heli kỹ thuật

Trang 19

Các khí hoạt tính là các khí có khả năng bào vệ vùng hàn khỏi sự sâm nhập của không khí và tác dụng hoá học với kim loại hàn hoặc hoà tan lý học trong nó

Cacbonic (đioxit cacbon - CO2)

Là khí không mầu, độc, nặng hơn không khí Dưới áp suất 760mm Hg và ở nhiệt độ 00C tỷ trọng của khí cacbonic bằng 1,97686 G/l, lớn hơn tỷ trọng không khí 1,5 lần Khí cacbonic hoà tan tốt trong nước Khí cacbonic có tỷ trọng thay đổi mạnh khi nhiệt độ thay đổi Do vậy nó được tính theo khối lượng chứ không phải theo thể tích Khi hoá hơi 1

Trang 20

18

kg cacbonic lỏng trong các điều bình thường (760 mmHg, 00C), tạo được 509 lít khí cacbonic

Khí cacbonic được bảo quản và vận chuyển ở trạng thái lỏng trong các bình thép hoặc thùng chứa cách nhiệt Trong các bình thép khí cacboníc ở áp lực tới 150 at Bình cacbonic được sơn màu đen và in chữ “CO2” màu vàng Mỗi bình tiêu chuẩn với dung tích 40 lít chứa được 25 kg khí cacbonic lỏng; khi bay hơi lượng cacbonic lỏng này tạo 12600 lít Rỗ bọng trong mối hàn là trở ngại đầu tiên khi sử dụng khí cacbonic làm môi trường bảo vệ Rỗ xuất hiện bởi sự sôi của kim loại bể hàn khi đông đặc do sự thoát oxit cacbon (CO) Nhược điểm này được khắc phục khi sử dụng dây hàn chứa lượng lớn Silic, nhờ vậy khí cacbonic được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất hàn

Lưu ý:

Khí cacbonic không được chứa dầu khoáng, glixerin, hyđrrosunfua, các axit clohyđric, sunfuaric và nitric ancol, ete, các axit hữu cơ và amoniac Ngoài ra, trong các bình khí cacbonic hàn không được chứa hơi nước Hơi khí có trong khí cacbonic có thể gây rỗ và làm giảm tính dẻo của mối hàn

Độ ẩn của khí tăng ở các giai đoạn đầu và cuối của quá trình sử dụng khí trong bình, có thể gây các khuyết tật của mối hàn Để giảm độ ẩm trong khí, trên đường đi tới vùng hàn khí cacbonic cần được sấy Để gom khí ẩm thiết bị sấy được chứa đầy clorua canxi, silicagen hoặc các chất hút ẩm khác

Khi xả khí từ bình, do sự tiết lưu và hấp thụ nhiệt của khí cacbonic lỏng, khí bị nguội và có thể đóng băng làm tắc van giảm áp CO2 dùng để hàn phải đạt yêu cầu sau:

Lượng khí không dưới 99,5%

Trang 21

19

Trạng thái tự do không chứa hơi nước

Lượng hơi nước không vượt quá 0,18 g/1m3 khí

c) Hỗn hợp khí

Hỗn hợp khí ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn vì chúng có những ưu điển nhất định

Hỗn hợp khí cacbonic và oxy có ứng dụng rông rãi trong công nghiệp

khi hàn thép xây dựng cacbon thấp và hợp kim thấp

Các hỗn hợp khí trơ bao gồm các khí Argon và Hêli Nhờ có tỷ trọng lớn hơn heli các hỗn hợp này bảo vệ bể hàn tốt hơn hêli Đặc biệt hỗn hợp chứa 70% Ar và 30% He có các tính chất bảo vệ rất tốt Tỉ trọng của nó gần bằng tỉ trọng không khí

Để hàn các kim loại hoạt tính người ta sử dụng hỗn hợp chứa 60-65% He còn lại là Ar

Mặc dù các hỗn hộp khí trơ đắt hơn nhiều so với khí argon nhưng vẫn được sử dụng nhiều bởi cường độ toả nhiệt lớn của hồ quang trong vùng hàn

Các hỗn hợp khí với thành phần yêu cầu thông thường được sản xuất bằng cách trộn các khí từ trong các bình chứa riêng nhờ các máy trộn đặc biệt

Các hỗn hợp khí trơ và khí hoạt tính ngày càng có ứng dụng rộng rãi trong sự hàn với điện cực nóng chẩy các thép bởi tính ưu việt của chúng: tốc độ phản ứng hoá học đối với kim loại bể hàn nhỏ hơn so với các khí hoạt tính; tính ổn định của hổ quang cao hơn; sự di chuyển kim loại điện cực qua hồ quang thuận lợi hơn So với khí Ar sạch, các hỗn hợp khí trơ và khí hoạt tính có ưu điểm hơn khi hàn các thép xây dựng Khi hàn thép xây dựng trong khí Argon vị trí vết catôt trên mặt chi tiết không ổn định , kết quả mối hàn hình thành xấu

Trang 22

20

Trộn vào argon một lượng không lớn ôxy hoặc khí ôxy hoá khác cải thiện rõ rệt tính ổn định của hồ quang và chất lượng tạo hình của mối hàn Sự có mặt của oxy trong môi trường hồ quang tạo sự di chuyển giọt nhỏ hơn của kim loại điện cực Điều này có được là nhờ sự tác dụng bề mặt linh hoạt của oxy đối với sắt và hợp kim của nó Oxy chủ yếu chỉ hoà tan trên bề mặt và làm giảm đáng kể sức căng bề mặt của nó Kết quả các giọt kim loại riêng lẻ được tạo thành dễ dàng hơn và kích thước của chúng giảm Vì vậy khi hàn thép người ta không sử dụng argon mà sử dụng các hỗn hợp của argon với oxy và khí cacbonic: Ar - O2, Ar - CO2, Ar - CO2 - O2

Hỗn hợp argon-hyđrô (tới 20 % H2) được sử dụng khi hàn microplasma Sự có mặt của hyđro trong hỗn hợp đảm bảo sự nén của hồ quang plasma, làm cho nó nhọn hơn, tập trung hơn Ngoài ra trong một số trường hợp hiđrro tạo trong vùng hàn môi trường hoàn nguyên cần thiết

Bảng 2: 3 Một số loại khí thường dùng để hàn MIG và hàn MAG (Theo tiêu chuẩn DIN)

Trang 23

21

Bảng 2: 4 Một số loại khí thường dùng để hàn MIG và hàn MAG (Theo tiêu chuẩn DIN)

2.3.2 Dây hàn

Trong hàn bán tự động dây hàn là phần kim loại bổ sung vào mối hàn đồng thời đóng vai trò điện cực để gây hồ quang và duy trì sự cháy hồ quang

Trang 24

22

Theo tiêu chuẩn của GOST 2246- 60 (của Liên bang Nga), các dây hàn kéo nguội dùng để hàn có đường kính (0,3-12) mm Chúng được quấn thành cuộn có đường kính trong (100 - 200) mm tương ứng với khối lượng (5 - 80) kg Trong đó dây dùng để hàn bán tự động có đường kính (0,3 - 2,0) mm với khối lượng (5 - 25) kg

Các cuộn dây hàn được bảo quản, bao gói để chống gỉ và được tráng một lớp đồng Dây hàn gồm hai nhóm: Dây hàn bột (dây hàn lõi thuốc) và dây hàn đặc

a) Dây hàn đặc

Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ, sự hợp kim hoá kim loại mối hàn

cũng như các tính chất yêu cầu của mối hàn thực hiện chỉ thông qua dây hàn Do vậy những những đặc tính của quá trình công nghệ hàn phụ thuộc vào rất nhiều vào tình trạng và chất lượng của dây hàn Khi hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 thường sử dụng dây hàn có đường kính 0,3 - 2,0 mm

Sự ổn định của quá trình hàn cũng như chất lượng của liên kết hàn phụ thuộc nhiều vào tình trạng bề mặt dây hàn Để đảm bảo các yêu cầu kinh tế, kỹ thuật cho công việc hàn, người ta chú ý nhiều đến phương pháp làm sạch dây hàn Một trong những cách để giải quyết là sử dụng dây hàn có mạ đồng

Dây hàn có mạ đồng sẽ nâng cao chất lượng bề mặt và khả năng chống gỉ, đồng thời nâng cao tính ổn định trong quá trình hàn

Theo GOST 2246 - 70 được phân thành các dây hàn thép cacbon thấp, hơp kim thấp, hợp kim cao với 77 chủng loại đường kímh 0,3 - 12 mm Dây hàn thép cacbon thấp khác nhau chủ yếu về thành phần mangan, lưu huỳnh và photpho

Trang 25

23

Dây hàn hợp kim có thể chứa tới 6 nguyên tố hợp kim và tổng thành phần của chúng có thể lên tới 6% Dây hàn này để hàn thép cacbon và thép hợp kim Dây hợp kim mangan- silic (HS- 08G2S, HS- 08GS) dùng cho hàn thép xây dựng trong khí CO2 Khi hàn thép hợp kim thấp độ bên cao dùng dây HS- 08CMN, HS- 08CN2M, HS- 08MFA, HS- 08CGSMFA Các loại dây khác dùng cho hàn thép có thành phần tương đương

Dây với lượng các nguyên tố hợp kim hoá trên 6% thuộc dây hàn hợp kim cao Các dây ferit và austenit hợp kim cao dùng để hàn thép không gỉ, thép bền nhiệt và các thép đặc biệt khác Sự hàn hồ quang trong khí bảo vệ CO2 với dây đặc HS - 08 G2S cho năng xuất cao, rẻ, đơn giản, có thể thực hiện được ở mọi vị trí trong không gian với tính chất cơ học tốt của mối hàn, song có nhiều nhược điểm như bắn toé, bảo vệ kém khi sử dụng dòng hàn lớn, độ dẻo của kim loại mối hàn không cao

b) Dây hàn bột Khái niệm chung:

Dây hàn bột (dây hàn lõi thuốc) là dây điện cực liên tục gồm vỏ bọc kim loại và ruột thuốc Vỏ đóng vai trò dẫn điện và bổ xung kim loại cho mối hàn, còn ruột hợp kim hoá mối hàn và bảo vệ kim loại lỏng (trường hợp dây tự bảo vệ) khỏi tác động xấu từ môi trường Dây hàn bột cho phép dùng mật độ dòng điện cao do vậy năng suất nóng chẩy cao

Các kiểu cấu tạo của dây hàn:

Theo GOST 9467- 75 (của Liên bang Nga), dây hàn bột chia tương ứng như các loại dây hàn E42; E42A; E46: E50A

Trang 26

24

Căn cứ theo tính chất công việc hàn, dây hàn bột được dùng dưới hai hình thức sau:

Với chức năng tự bảo vệ (dùng trong hàn hồ quang hở)

Với chức năng được bảo vệ bằng môi trường bổ sung khác (hàn trong môi trường khí CO2)

Theo thành phần của hỗn hợp bột trong dây, dây hàn bột được chia làm 4 nhóm: rutil- hữu cơ; rutil; cacbonat florui; rutil- fluori

Hình 2: 1 Cấu tạo một số kiểu dây hàn lõi

Ruột dây hàn là hỗn hợp các quặng, muối kim loại và fero hợp kim và bột kim loại khác Dây hàn bột có vai trò giông như que hàn vỏ bọc, tức làm ổn định hồ quang, bảo vệ kim loại mối hàn khỏi tác dụng của không khí, khử oxy và hợp kim hoá kim loại mối hàn, chuyển kim loại nỏng chẩy của điện cực vào vũng hàn

Thành phần ruột theo chức năng được phân thành một số nhóm Sự phân chia này cũng chỉ là tương đối, bởi phần lớn vật liệu thực hiện nhiều chức năng trong quá trình hàn

Các vật liệu tạo khí dùng để tạo môi trường khí bảo vệ tại vùng nóng chảy Chúng gồm các chất hữu cơ (tinh bột, xenlulô), muối - phần lớn là đất hiếm và kim loại hiếm (macmo, magezit ), florua với nhiệt độ khuếch tán thấp (floruasilicat natri, floruaziconat kali) Các vật liệu gốc khoáng cũng là chất tạo xỉ

Trang 27

25

Các chất tạo xỉ dùng để tạo xỉ hàn Chúng vừa đóng vai trò luyện kim vừa đóng vai trò đảm bảo tính công nghệ vì xỉ có chức năng tạo dáng mối hàn Các chất tạo xỉ gồm muối đơn và phức của kim loại, các oxit kim loại, florua cacbonat và hỗn hợp của chúng (rutin, oxit nhôm, oxit silic, fenspat, florit, macmo, magezit) Các florit (huỳnh thạch) và oxit kim loại hiếm làm các chất chảy

Các chất oxy hoá khử là những chất có ái lực mạnh với oxy được đưa vào ruột, gồm các fero hợp kim và bột kim loại (FeMn, FeSi, FeTi, nhôm , magie)

Các chất hợp kim đưa vào ruột để đảm bảo các tính chất cần thiết của kim loại mối hàn Vai trò hợp kim hoá có thể thực hiện nhờ các chất oxy hoá khử và các kim loại và hợp kim khác (FeCr, FeMo, Ni, FeW) Các chất ổn định hồ quang dùng để duy trì tính ổn định hồ quang với phạm vi rộng của chế độ hàn Các muối của các nguyên tố với thế ion hoá thấp được dùng vào mục đích này thường không được đưa vào dưới dạng tinh mà là những chất tạo xỉ và khí chứa khá cao nguyên tố này (fenspat, disilicat natri, nephelin)

Bột sắt chiếm phần lớn trong đa số các dây hàn bột góp phần tạo mối hàn và tăng hiệu suất của điện cực

Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản để phân biệt các loại dây hàn bột là ứng dụng của chúng Ứng dụng của dây hàn bột được quyết định bởi loại sản phẩm cần hàn Dây hàn bột để hàn thép cacbon và thép hợp kim thấp ngày càng được sử dụng rộng rãi Còn dây hàn bột để hàn thép hợp kim, gang, kim loại mầu tới nay mới được sử dụng ít

Phần lớn các dây hàn bột được dùng cho hàn tự động và bán tự động Trong thực tế tỉ lệ dây bột dùng cho hàn bán tự động vượt hàn tự động nhưng có một số loại dây bột chỉ dùng cho hàn tự động mà thôi

Trang 28

26

Dây hàn bột được dùng cho cả hàn hồ quang không bảo vệ và hồ quang bảo vệ khí và bảo vệ thuốc Dây không cần bảo vệ thêm gọi là dây tự bảo vệ Khi sử dụng dây tự bảo vệ thì khí và xỉ bảo vệ kim loại được thực hiện nhờ kết quả của sự khuếch tán vật liệu dây tạo khí và làm nõng chảy các chất tạo xỉ Dây dùng thêm khí bảo vệ gọi là dây bảo vệ khí Khí thường dùng là khí CO2, được cung cấp vào vùng hồ quang qua chụp khí tương tự như hàn hồ quang khí với dây đặc Nói chung, ruột của tất cả các loại dây hàn bột đều chứa bột sắt

Tỉ lệ ruột và dây là đại lượng đặc trưng cho sự điền đầy của dây: 𝐾đ = 𝐺𝑏

𝐺𝑑 = 𝐺𝑏

𝐺𝑑+𝐺𝑣

Ở đây: Kđ - hệ số điền đầy, %;Gb - khối lượng bột điền đầy; Gd - tổng khối lượng dây; Gv - khối lượng vỏ Giá trị Kđ thường không vượt quá

40%

Ký hiệu dây hàn Thép Cacbon, thành phần và cơ tính theo tiêu chuẩn AWS (American- Welding- Sytems)

Theo hệ thống tiêu chuẩn AWS, ký hiệu cho thép cacbon như sau :

Hình 2: 2 Chú thích ký hiệu tiêu chuẩn AWS

Giới thiệu một số loại dây hàn thông dụng theo AWS

Bảng 2: 5 Cơ tính của một số dây hàn

Trang 29

DCEP là dây hàn nối với cực dương của nguồn điện (đấu nghịch)

Bảng 2: 6 Thành phần hóa học của một số dây hàn

Trang 30

Trong hàn MIG/MAG thường dùng một số dụng cụ sau: Kìm bấm dây hàn, bàn trải sắt, Clê, mỏ lết, kính hàn, kính bảo hộ, tạp dề da, ủng da, găng tay da, đe, búa nguội, dũa

Trang 31

Trang 32

30

Mật độ dòng điện trong hàn MIG/MAG rất cao, do vậy nhiệt độ hồ quang làm nóng chảy mặt mút dây hàn thành các giọt kim loại rơi vào vũng hàn Sự chuyển dịch các giọt kim loại này có khác nhau, bao gồm 4 loại sau:

Dòng điện từ 60 ÷ 180 A: Trong giai đoạn giọt kim loại bắt đầu hình thành

và đạt tới giọt lớn nhất, ở giai đoạn đoản mạch với vật hàn, mật độ dòng điện tăng đột ngột giọt kim loại được thắt lại làm cho giọt kim loại tách ra rơi vào vũng hàn Quá trình tách giọt thô ít gây bắn toé, vũng hàn lỏng quánh mỗi giây xuống khoảng 70 giọt Hồ quang ngắn với cường độ dòng điện trên được ứng dụng để hàn các chi tiết có bề dày mỏng ở tất cả các vị trí hàn

Hình 2: 4 Sự chuyển dịch dạng giọt

Chuyển dịch phun, hồ quang dài : Loại dịch chuyển này được thực

hiện khi điện áp và dòng điện hàn lớn hồ quang tương đối dài, các hạt kim loại rất nhỏ, đều và nhanh chóng rơi vào vũng hàn Quá trình tách giọt thô nhanh, không hoàn toàn tách khỏi đoản mạch, vũng hàn chảy loãng mỗi giây xuống khoảng 100 giọt Phương pháp này ứng dụng khi hàn các vật hàn chiều dầy 2 mm, thông dụng nhất là ở các vị trí hàn bằng, hàn đứng từ trên xuống

Trang 33

31

Hình 2: 5 Sự chuyển dịch dạng phun

Chuyển dịch giọt lớn: Chuyển dịch này thuộc dạng đoản mạch giữa

chuyển dịch đoản mạch và chuyển dịch phun Đặc điểm của nó là kết hợp đặc tính của hai loại trên Giọt kim loại hình thành chậm trên mặt mút giây hàn và lưu lại ở đây lâu, nếu kích thước giọt lớn hơn khoảng cách từ đầu dây hàn tới bề mặt vật hàn sẽ chuyển vào vũng hàn ở dạng đoản mạch, nếu kích thước giọt nhỏ hơn, không gây đoản mạch, ứng dụng khi hàn vị trí bằng

Hình 2: 6 Chuyển dịch dạng giọt lớn

Chuyển dịch mạch xung: Các mạch xung được điều chỉnh theo thời gian

và tần số tăng tỷ lệ với đường kính dây hàn, tạo ra những giọt kim loại rơi vào vũng hàn

Trang 34

32

Hình 2: 7 Chuyển dịch dạng xung 2.5.2 Chế độ hàn MIG/MAG

Chế độ hàn MIG/MAG gồm các thông số: Đường kính dây hàn, điện thế hồ quang, dòng điện hàn, tốc độ hàn, dạng xung, lưu lượng khí bảo vệ, độ nhô của điện cực

a) Đường kính dây hàn:

Là yếu tố quyết định để xác định chế độ hàn như: Điện thế hồ quang (Uh), dòng điện hàn (Ih), chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất chất lượng hiệu quả quá trình hàn Nó phụ thuộc vào chiều dày vật hàn, dạng liên kết, vị trí mối hàn trong không gian

Đường kính dây hàn có thể tính theo công thức: d =2(I/𝜋 𝑗)0.5 (1) [9]

Trong đó:

d - đường kính dây hàn (mm) I - cường độ dòng điện hàn (A)

j - mật độ dòng điện trong dây hàn (A/mm2)

Mật độ dòng điện cho phép khi hàn tự động và bán tự động các liên kết không, vát mép phụ thuộc vào đường kính dây hàn có thể lập trong bảng

Bảng 2: 6 Bảng tra mật đồ dòng điện

j (A/mm2) 30- 60 20-55 20-50 15- 40 10- 30

Trang 35

33

Bảng 2.7 Đường kính dây hàn

b) Điện thế hồ quang (điện áp hàn)

Hình 2: 8 Khoảng cách hồ quang

Đây là thông số rất quan trọng trong hàn MAG nó quyết định dạng truyền (chuyển dịch) kim loại lỏng Điện áp hàn sử dụng phụ thuộc vào chiều dây của chi tiết hàn, kiểu hàn, kiểu liên kết, kích cỡ và thành phần điện cực, thành phần khí bảo vệ, vị trí hàn… Để có giá trị điện

Trang 36

34

áp hàn hợp lý cần phải tính toán hay tra bảng, sau đó tăng hoặc giảm theo quan sát đường hàn để chọn giá trị điện áp thích hợp

Theo đường kính dây hàn và cường độ dòng điện hàn đã xác định, có thể tích điện áp hàn như sau:

Dòng điện hàn được chọn phụ thuộc vào đường kính điện cực (Dây hàn) Dạng truyền kim loại lỏng của liên kết hàn Khi dòng điện hàn của mối hàn quá thấp sẽ không đảm bảo ngấu hết chiều dày liên kết dẫn đến giảm độ bền của mối hàn Khi dòng điện quá cao sẽ làm tăng sự bắn toé kim loại, gây ra rỗ khí, biến dạng, mối hàn không ổn định

Trang 37

35

Căn cứ vào chiều dày vật liệu để chọn sơ bộ đường kính dây hàn, rồi dựa vào bảng 2:7 để xác định hệ số khác, sau đó tính cường độ dòng điện hàn theo công thức sau:

I =(80÷100)Hi (3) [9]

ở đây: Hi - chiều sâu chảy, tính theo công thức : Hi= 𝑠

2+ 2 ÷ 3 (*) [9] Trong đó s là chiều dài và rộng vũng hàn

Hình 2: 10 Biểu đồ lựa chọn tóc độ dây hàn thép không dỉ

Trang 38

36

Hình 2: 11 Biểu đồ lựa chọn tốc độ đẩy dây khi hàn thép cacbon

e) Tốc độ hàn :

Tốc độ hàn phụ thuộc rất nhiều vào trình độ tay nghề của thợ hàn, nó quyết định chiều sâu ngấu của mối hàn Nếu tốc độ hàn thấp kích thước vũng hàn sẽ lớn và ngấu sâu Khi tăng tốc độ hàn, tốc độ cấp nhiệt của hồ quang sẽ giảm dẫn đến làm giảm độ ngấu và thu hẹp đường hàn

Để giữ cho hình dạng hình học của vùng hàn luôn luôn không thay đổi trong quá trình hàn, tạo điều kiện cho sự kết tinh của kim loại lỏng tốt nhất, cần phải bảo đảm hệ số hình dạng vùng hàn bằng hằng số này được xác định theo

Trang 39

37

Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, dễ nhận được mối hàn có hình dạng yêu cầu và có chất lượng tốt, trị số A trong công thức (4) có thể lấy trong bảng 2:9 và

Trang 40

38

Hình 2: 12 Phần nhô của điện cực Electrode Extension

Đó là khoảng cách giữa đầu điện cực và mép bép tiếp điện Khi tăng chiều dày phần nhô, nhiệt nung nóng đoạn dây hàn sẽ tăng lên dẫn đến làm giảm cường độ dòng điện hàn cần thiết để nóng chảy điện cực theo tốc độ cấp dây nhất định Khoảng cách này rất quan trọng khi hàn thép không gỉ sự biến thiên nhỏ cũng có thể làm tăng sự biến thiên dòng điện một cách rõ rệt Chiều dài phần nhô quá lớn sẽ làm dư kim loại nóng chảy ở mối hàn , làm giảm độ ngấu và lãng phí kim loại hàn, tính ổn định của hồ quang cũng bị ảnh hưởng Ngược lại nếu giảm chiều dài phần nhô quá nhỏ sẽ gây ra sự bắn tóe kim loại lỏng dính vào mỏ hàn, chụp khí, làm cản trở dòng khí bảo vệ gây ra rỗ khí cho mối hàn

g) Lưu lượng khí bảo vệ:

nghiên cứu thiết kế dàn trải và mô phỏng máy hàn mig

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan