Thiết kế, chế tạo bộ gia nhiệt cho dây hàn trong quy trình hàn TIG tự động có bù dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ GIA NHIỆT CHO DÂY HÀN
TRONG QUY TRÌNH HÀN TIG TỰ ĐỘNG CĨ BÙ DÂY
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: SV2022 - 181
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TRÀ ẤN DƯƠNG

S KC 0 0 7 7 0 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6/2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ GIA NHIỆT CHO DÂY HÀN
TRONG QUY TRÌNH HÀN TIG TỰ ĐỘNG CĨ BÙ DÂY
SV2022-181
Thuộc nhóm nhành khoa học: Kỹ thuật - Ứng dụng
SV thực hiện: Trà Ấn Dương.

Nam, Nữ: Nam

Dân tộc: Kinh
Lớp: 18143CLA3.

Năm thứ: 4/Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công Nghệ Chế Tạo Máy
Người hướng dẫn: Th.S Trần Ngọc Thiện

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ......................................................................................1
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực. ......................................... 1

1.2 Lý do chọn đề tài. ..........................................................................................3
1.3 Mục tiêu của đề tài. .......................................................................................3
1.4 Cách tiếp cận ................................................................................................. 3
1.5 Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 4
1.6 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu. ................................................4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. .................................................................. 5
2.1. Tổng quát Hàn TIG ......................................................................................5
2.1.1

Phương pháp hàn TIG .................................................................5

2.1.2

Ứng dụng .....................................................................................6

2.1.3

Ưu điểm .......................................................................................6

2.2. Tổng quát về hàn TIG tự động theo quỹ đạo .............................................. 7
2.2.1. Khái niệm .......................................................................................7
2.2.2 Ứng dụng ........................................................................................ 7
2.2.3 Những lợi ích của hàn TIG tự động theo quỹ đạo ......................... 7
2.3. Bộ cấp dây ....................................................................................................8
2.4. Que hàn phụ. ................................................................................................ 9
2.5. Vật liệu SS304. .......................................................................................... 10
2.6. Tiêu chuẩn AWS. .......................................................................................11
2.7. Quy trình vận hành máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo. ......................... 12
2.8. Nhiệt lượng đầu vào. ..................................................................................14
2.9. Điện trở sấy (thanh gia nhiệt) .................................................................... 14

2.10. Truyền nhiệt kim loại ..............................................................................16
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO ............................18
3.1 Tính tốn niệt lượng đầu vào cho dây bù hàn ............................................ 18
3.1.1 Từ thơng số của cơng trình nghiên cứu: .......................................18
3.1.2 Sử dụng các cơng thức tính tốn: ................................................. 19
3.1.3 Nhiệt lượng cần bù ....................................................................... 21


3.2 Mô phỏng trên phầm mềm Ansys ...............................................................22
3.2.1. Mô phỏng trường hợp sử dụng một thanh gia nhiệt ................... 22
3.2.2 Trường hợp mô phỏng 2 thanh gia nhiệt ......................................23
3.2.3 Trường hợp mô phỏng 3 thanh gia nhiệt ......................................24
3.2.4 Trường hợp mô phỏng 4 thanh gia nhiệt ......................................25
3.2.5 Tổng quan kết quả mô phỏng bằng phần mềm Ansys .................26
3.2 Sơ đồ nguyên lý .......................................................................................... 27
3.3 Thanh gia nhiệt ............................................................................................28
3.4. Bộ gia nhiệt ................................................................................................ 29
3.4.1 Nhu cầu thiết kế bộ gia nhiệt ........................................................29
3.5. Bộ điều khiển nhiệt độ ............................................................................... 31
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM. .......................................................................32
4.1 Các bước tiếng hành thực nghiệm .............................................................. 32
4.2. Vật liệu gia nhiệt . ......................................................................................33
4.3. Thông số thực nghiệm . ............................................................................. 33
4.4. Kết quả đạt được ........................................................................................ 34
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................... 36
5.1. Mô phỏng Ansys ........................................................................................ 36
5.2. Thực nghiệm thực tế .................................................................................. 37
5.3. So sánh kết quả thực nghiệm và mô phỏng .......................................38
5.4. Đánh giá kết quả ....................................................................................... 38
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN. ................................................................................ 39

6.1. Kiến thức. ...................................................................................................39
6.2. Ứng dụng thực tế của bộ gia nhiệt .............................................................39
6.3. Đánh giá mặt hạn chế của bộ gia nhiệt ......................................................39
6.4. Kết quả đạt được ........................................................................................ 39
6.5. Hướng phát triển. ....................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ................................................................................ 41


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.
Từ viết tắt
AC
ANSI
API

Ý nghĩa
Alternative Current
American National Standards Institute
Amarican Petroleum Institute

ASME

American
Engineers

AWS

American Welding Society

DC

Society

of

Mechanical

Direct Current

DCEN

Direct Current Electrode Negative

DCEP

Direct Current Electrode Positive

DIN
GTAW
HAZ

Deutschs Institute for Normung
Gas Tungsten Arc Welding
Heat Affect Zone

HI

Heat Input

ISO

International
Standarization

Organization

MIG/MAG Metal Inert Gas/Metal Active Gas
SS

Stanless Steel

TIG

Tungsten Inert Gas

for


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.5 Thành phần của thép không gỉ SS304 ..................................................11
Bảng 7.1 Kí hiệu và ý nghĩa của các thiết bị trên bộ hàn ....................................12
Bảng 1.7 Giải thích chu trình làm việc của máy hàn TIG tự động theo quỹ
đạo. [3] ..................................................................................................................13
Bảng 3.1.5. Kết quả mô phỏng phần mềm ansys ................................................ 26
Bảng 3.2. Thành phần của vật liệu SS304. .......................................................... 33
Bảng 4.1. Mô phỏng ansys ...................................................................................36
Bảng 4.2. Thông số gia nhiệt. .............................................................................. 37


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.1 Mơ phỏng hàn TIG ..............................................................................5

Hình 1.7- Quy trình làm việc của máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo.[3] ........12
Hình 1.9.1 Điện trở mẫu ..................................................................................... 15
Hình 2.1 Thanh gia nhiệt phi 10 (que điện trở sấy phi) ..................................... 28
Hình 2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ AX4-1a ........................................................... 31
Hình 3.1.1Mơ phỏng trường hợp sử dụng một thanh gia nhiệt ..........................22
Hình 3.1.2 Trường hợp mơ phỏng 2 thanh gia nhiệt .......................................... 23
Hình 3.1.3 Trường hợp mơ phỏng 3 thanh gia nhiệt .......................................... 24
Hình 3.1.4 Trường hợp mơ phỏng 4 thanh gia nhiệt .......................................... 25
Hình 3.5.1 Mã mẫu S4 ........................................................................................ 34
Hình 3.5.2 Mã mẩu S3 ........................................................................................ 34
Hình 3.5.3 Mã mẫu S3 ........................................................................................ 35
Hình 3.5.4 Mã mẫu S1 ........................................................................................ 35


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo bộ gia nhiệt cho dây hàn trong quy trình hàn
TIG tự động có bù dây.
- Chủ nhiệm đề tài: Trà Ấn Dương
- Lớp: 18143CLA3

Mã số SV: 1814305
Khoa: Đào Tạo Chất Lượng Cao

- Thành viên đề tài:
Stt

Họ và tên

MSSV

Lớp

Khoa

1

Trà Ấn Dương

18143005 18143CLA3 Đào Tạo Chất Lượng Cao

2

Nguyễn Văn Hưng

20143342 20143CL3B Đào Tạo Chất Lượng Cao

3

Nguyễn Tây

20143387 20143CL3B Đào Tạo Chất Lượng Cao

4

Trần Minh Khôi

20143350 20143CL3B Đào Tạo Chất Lượng Cao

- Người hướng dẫn: Th.S Trần Ngọc Thiện
2. Mục tiêu đề tài:
-Tìm hiểu về phương pháp hàn TIG tự động theo quỹ đạo có bù dây.
-Tính tốn, thiết kế và chế tạo bộ gia nhiệt dây kim loại bù.
-Thực nghiệm các mức gia nhiệt dây khác nhau.


3. Tính mới và sáng tạo:
Ứng dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu. Để chế tạo lên bộ gia nhiệt
cho dây hàn TIG vật liệu SS304
Tạo được bộ gia nhiệt cho dây bù hàn TIG.
Đặt mục tiêu gia nhiệt được trong quá trình hàn và cả thiện cơ tính mối hàn
tig.
4. Kết quả nghiên cứu:
Hồn thành chế tạo bộ gia nhiệt.
Thực nghiệm và tìm ra sự ảnh hưởng của mơi trường truyền nhiệt lên giây
hàn.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc
phòng và khả năng áp dụng của đề tài:
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ
tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết
quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày

tháng

năm

SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)


Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV
thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày

tháng

năm

Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực.
Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy (TIG: Tungsten Inert Gas/
hoặc GTAW: Gas Tungsten Arc Welding) là một trong các công nghệ
hàn hồ quang điện được sử dụng rất rộng rãi hiện nay. Trong nền công
nghiệp hiện đại, hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy chiếm một vị
trí rất quan trọng với khả năng tạo các liên kết giữa các loại thép kết cấu
thông thường, các loại thép hợp kim cao, kim loại màu và hợp kim của
chúng. Ngồi ra phương pháp hàn này khơng những có thể thao tác
bằng tay mà cịn có thể tự động hóa, robot hố, có thể điều khiển và
kiểm sốt được nguồn năng lượng hồ quang để tạo mối hàn có chất
lượng cao đối với hầu hết các kim loại và hợp kim.

Trong những năm gần đây kỹ thuật Hàn đã có những bước phát triển
mạnh mẽ, đáp ứng được các yêu cầu ngày cao về công nghệ và vật liệu.
Nhiều phương pháp Hàn mới đã xuất hiện, các công nghệ mới đã được
áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật Hàn. Hiện nay, có khoảng hơn 200
phương pháp hàn khác nhau được sử dụng rộng rãi. Với các phương
pháp hàn khác nhau, các bộ tiêu chuẩn hàn đã được nghiên cứu và đề
xuất. Thơng dụng nhất hiện nay có thể kể đến các tiêu chuẩn như:
ASME, AWS, API, ISO, DIN,…
Hiện nay các đường ống vi sinh, vận chuyển hóa chất, thực phẩm
trong cơng nghiệp đang có nhu cầu thay thế, bảo trì bảo dưỡng cũng như
lắp đặt hệ thống mới khá nhiều. Việc này cần phải thiết kế theo từng hệ
thống và yêu cầu của các nhà máy khác nhau dẫn đến cần phải có những
kết cấu hàn riêng biệt cho từng nhà máy/hệ thống. Các kết cấu hàn này
có u cầu cực kì nghiêm ngặt về kỹ thuật, địi hỏi người thợ hàn phải
có tay nghề cao và các thiế bị chun dùng mới có thể hồn thành các
liên kết hàn này. Vì là con người hàn nên đơi khi cũng có một vài kết
cấu hàn bị lỗi từ đó đặt ra yêu cầu thiết kế máy có thể hàn các kết cấu
này với độ tin cậy và tính ổn định cao. Thiết bị có thể được vận hành dễ
dàng không yêu cầu cao về kinh nghiệm và tay nghề.
1


Hàn các chi tiết dạng ống cho các dây chuyền cơng nghiệp là một q
trình tốn nhiều cơng sức, địi hỏi thợ hàn có tay nghề cao. Tuy nhiên, để
có thể tạo mối hàn chất lượng cao và chính xác bằng phương pháp hàn
thủ công, kể cả khi người thợ hàn có nhiều kinh nghiệm, thì việc hàn
các đường ống vẫn khó khăn và tốn nhiều thời gian. Có nhiều yếu tố
ảnh hưởng đến chất lượng của liên kết hàn các đường ống. Ví dụ: các
kích thước khác nhau của vật thể được hàn, vị trí của vật thể và sự giới
hạn về khơng gian hàn, …

Từ các khó khăn trên, công nghệ và thiết bị hàn ống theo quỹ đạo được
phát triển để giải quyết vấn đề lỗi vận hành trong các quá trình hàn hồ
quang TIG. Trong hàn quỹ đạo, quá trình điều khiển được vận hành bởi
bộ điều khiển với ít sự can thiệp từ người thợ. Quá trình này được sử
dụng đặc biệt để hàn lặp lại nhiều mối hàn chất lượng cao.
Hàn TIG tự động hay còn gọi là hàn quỹ đạo là một lĩnh vực chuyên
sâu của ngành hàn hồ quang với mức độ tự động hóa được nâng lên một
mức mới. Theo đó, điện cực hàn vonfram sẽ được quay 360 ° xung
quanh liên kết hàn, đồng thời trong quá trình quay điện cực sẽ phóng ra
hồ quang và tạo thành mối hàn [3].

Hình 1. Thiết bị hàn TIG tự động theo quỹ đạo.
(Nguồn: allaboutpiping.com).

2


1.2 Lý do chọn đề tài.
Phương pháp hàn TIG tự động theo quỹ đạo là một quy trình hàn
ống tự động và được ứng dụng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực có sử dụng đường ống để vận chuyển chất lỏng hoặc khí như
y sinh, thực phẩm, đồ uống, dầu khí,…Ưu điểm của phương pháp hàn
này là tạo ra mối hàn có độ tinh khuyết cao, chất lượng mối hàn tốt,
năng suất cao, dễ kiểm sốt quy trình hàn, dễ tự động hố, robot
hố,…Cũng giống như quy trình hàn TIG thủ cơng, quy trình hàn TIG
tự động theo quỹ đạo đều sử dụng kim loại bù vào hoặc không, điều
này phụ thuộc vào yêu cầu về độ bền kéo, độ ngấu của mối hàn.
Đối với các ống có bề dày lớn, yêu cầu về độ bền kéo và độ ngấu
cao thì việc bù kim loại cần được nghiên cứu sử dụng. Nhưng điều
này dẫn đến việc tăng nhiệt lượng đầu vào để làm nóng chảy kim loại

được bù trong quá trình hàn. Điều này gây ra sự tiêu tốn năng lượng,
giảm năng suất do tốc độ lặng đọng kim loại thấp, làm tăng vùng ảnh
hưởng nhiệt, góp phần làm tăng ứng suất và biến dạng vật hàn.
Để khắc phục những thách thức trên, việc gia nhiệt dây kim loại
bù vào quá trình hàn TIG tự động theo quỹ đạo là một hướng nghiên
cứu tiếp theo trong việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị hàn
ống tự động nhằm tối ưu chất lượng đường hàn. Vì thế, trong nghiên
cứu này sẽ tập trung vào việc tính toán, thiết kế và chế tạo bộ gia nhiệt
với các mức nhiệt độ khác nhau cho dây kim loại trước khi vào vũng
hàn được thực hàn bằng mơ hình thiết bị hàn TIG tự động theo quỹ
đạo.
1.3 Mục tiêu của đề tài.
- Tìm hiểu về phương pháp hàn TIG tự động theo quỹ đạo có bù dây.
- Tính tốn, thiết kế và chế tạo bộ gia nhiệt dây kim loại bù.
Thực nghiệm các mức gia nhiệt dây khác nhau.
1.4 Cách tiếp cận
Thực tiễn, tổng hợp, phát triển.
Giải pháp:
3


- Tiếp cận thực tiễn công nghệ hàn ống, hàn tư động và vật liệu được
dùng trong y sinh ngành công nghiệp thực phẩm.
- Tổng hợp các nội dung liên môn: công nghệ kim loại, thực tập kỹ thuật
hàn, kiểm tra đánh giá vật liệu, vật liệu học.
- Tổng hợp các nghiên cứu, sản phẩm hiện có trong và ngồi nước.
- Đưa ra giải pháp thiết kế, chế tạo và thực nghiệm.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
a) Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu:
Thu thập, phân tích và biên dich những tài liệu liên quan đến gia công

tiện: đảm bảo tính đa dạng, đa chiều và tận dụng được các kết quả của
các nghiên cứu mới nhất, phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài.
b) Phương pháp phân tích thực nghiệm:
Dựa trên các kết quả và thất bại trên thực nghiệm, lựa chọn được thiết
bị cấu hình thiết kế phù hợp, tối ưu hóa được quy trình thu thập kết quả thí
nghiệm.
1.6 Đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ nghiên cứu dựa trên vật liệu dây
bù hàn TIG thép không gỉ SS304 có đường kính ngồi là 1mm.
Ứng dụng truyền nhiệt của thanh gia nhiệt thanh gia nhiệt phi 10 ( que
điện trở sấy phi 10 )
Vì lý do thời gian mà thí nghiệm chỉ được thực hiện trên 5 mẫu.

4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
2.1. Tổng quát Hàn TIG
2.1.1 Phương pháp hàn TIG
Hàn hồ quang điện cực khơng nóng chảy hay cịn gọi là hàn TIG là
một quy trình sử dụng nhiệt của hồ quang điện được sinh ra giữa một
điện cực Wonfram khơng nóng chảy và vật hàn. Vùng ảnh hưởng nhiệt,
vũng hàn và điện cực bằng Tungsten được bao bọc và bảo vệ bởi cột khí
trơ. Khí trơ (như Argon, Heli...) khơng tác dụng hóa học với kim loại
nóng chảy, khơng cháy, khơng mùi, và trong suốt giúp cho thợ hàn có
thể quan sát rõ q trình hàn. Có thể thêm vào một lượng nhỏ khí khác
như Hydro để tăng vận tốc hàn.

Hình 1.1.1 Mơ phỏng hàn TIG
(Nguồn: Internet).

Quy trình hàn TIG có thể sinh ra nhiệt độ lên đến 19.000°C. Nguồn
nhiệt trong quá trình hàn TIG chỉ dùng để nung chảy kim loại nền nên
nếu mối hàn cần bổ sung thêm kim loại thì ta phải sử dụng que hàn phụ
với kỹ thuật vào que

5


2.1.2 Ứng dụng
Được dùng để hàn các vật liệu như hợp kim nhôm, thép không gỉ, hợp
kim Niken,...
Hàn các kim loại hoặc hợp kim như hàn Titan, Đồng đỏ, Magie,...
Hàn các tấm kim loại mỏng hoặc các tấm kim loại khác nhau.
2.1.3 Ưu điểm
Có khả năng tập trung nhiệt lượng cao, vì thế có thể kiểm sốt tốt
nhiệt lượng đầu vào vật hàn. Qua đó, tạo được độ ngấu cao và vùng ảnh
hưởng nhiệt (HAZ) nhỏ.
Khơng có xỉ hàn vì hàn TIG khơng dùng thuốc bảo vệ, thay vào đó là
khí trơ được đưa vào trong q trình hàn. Vì khơng có thuốc bảo vệ nên có
thể khắc phục được các khuyết tật từ thuốc vào vệ như lẫn xỉ,... Ngồi ra, vì
khơng có xỉ nên cũng khơng cần gõ vì thế tiết kiệm được thời gian.
Khơng có tia lửa điện và văng tóe vì phương pháp hàn này sử dụng
điện cực khơng nóng chảy nên khơng có hiện tượng chuyển kim loại từ
điện cực sáng vật hàn.
Tạo ra ít khói và khí hàn. Hàn được nhiều vật liệu hàn như thép không
gỉ, titan, nhôm, đồng,... Là sự lựa chọn phù hợp cho phơi hàn mỏng. Có thể
ứng dụng để hàn 2 kim loại không đồng chất. Tốc độ hàn chậm, năng suất
thấp. Yêu cầu tay nghề người thợ phải cao. Khả năng điền đầy thấp nên
phải sử dụng thêm que kim loại bù.
Cường độ hồ quang hàn trong hàn TIG rất mạnh làm tăng lượng tia

cực tím, và từ đó tạo nên ozone và nitơ dioxide gây tổn hại cho mắt và da.
Chi phí ban đầu cao. (Chi phí cho các thiết bị)
Dễ xảy ra hiện tượng ngạt khí của cơng nhân nếu thực hiện quy trình
hàn trong mơi trường kín vì lúc này khí bảo vệ có thể nhiều hơn lượng oxi
trong khơng khí.
Ngồi ra, việc bù kim loại trong hàn TIG cũng góp phần làm tăng độ
khó cho việc vận hàn quy trình hàn này vì nó địi hỏi sự đồng bộ giữa đơi
tay của thợ hàn. Qua đó, khơng thể đảm bảo được việc kim loại sẽ được bù
đúng tốc độ và đồng nhất.
6


2.2. Tổng quát về hàn TIG tự động theo quỹ đạo
2.2.1. Khái niệm
Hàn quỹ đạo là một quy trình hàn mà biên dạng di chuyển của chúng
là hình trịn. Có hai kiểu hàn quỹ đạo. Thứ nhất là ống được gá cố định lên
máy và các thiết bị đầu hàn quay 360 độ để thực hiện quy trình hàn. Thứ
hai là các thiết bị đầu hàn cố định và ống hàn sẽ được gá trên một motor
quay 360 độ để thực hiện hàn. Với thí nghiệm này chúng ta sử dụng loại
thứ nhất.
Hàn quỹ đạo tự động là một điều kiện lý tưởng cho việc lặp lại một
quy trình hàn với cùng một thông số nhiều lần. Điều này phù hợp cho môi
trường làm việc ở nhà máy khi họ u cầu nhiều mối hàn có cùng một
thơng số và chất lượng như nhau. Chất lượng của một mối hàn TIG có độ
xun thấu rất cao. Vì quy trình hàn này được sử dụng trong một mối
trường tự động nên sẽ hạn chế được các rủi ro như mối hàn khơng liên tục,
kiểm sốt khoảng cách từ điện cực đến bề mặt vật hàn,... Ngồi ra, với quy
trình này thì chúng an toàn hơn cho người vận hành và chi phí bảo trì thấp.
2.2.2 Ứng dụng
- Ứng dụng của hàn hàn quỹ đạo được dùng trong lĩnh vực hàng

không vũ trụ.
- Dùng trong ngành công nghiệp thực phẩn, hàn các ống đẫn dung
dịch thực phẩm.
- Dùng trong lĩnh vực y tế và công nghiệp y sinh.
- Chế tạo linh kiện bán dẫn.
- Cơng nghiệp hóa học.
- Ống dẫn dầu và các ống hạt nhân.
2.2.3 Những lợi ích của hàn TIG tự động theo quỹ đạo
Với các thiết bị được phát triển phục vụ cho công nghiệp hàn ống y
sinh, các ưu điểm nổi bậc của hệ thống này như sau:
Năng suất: Một hệ thống hàn quỹ đạo sẽ hàn nhanh hơn rất nhiều so
với các thợ hàn thủ công, phải trả cho chi phí cho thợ hàn nhiều lần cịn với
thiết bị hàn quỹ đạo thì trả cho lần đầu tư ban đầu.
7


Chất lượng: Chất lượng của mối hàn được tạo ra bởi một hệ thống hàn
quỹ đạo với chương trình hàn chính xác sẽ cao hơn so với hàn thủ
cơng. Trong các ứng dụng như hàn ống vi sinh hoặc hàn ống dược phẩm,
hàn quỹ đạo là phương tiện duy nhất để đạt được các yêu cầu về chất lượng
mối hàn.
Tính nhất quán: Một khi chương trình hàn đã được thiết lập, hệ thống
hàn quỹ đạo có thể liên tục thực hiện cùng một yêu cầu mối hàn hàng trăm
lần, loại bỏ sự sai sót, khơng đồng nhất và khuyết tật của hàn thủ công.
Cấp độ kỹ năng: Các thợ hàn có tay nghề cao ngày càng khó tìm. Với
thiết bị hàn quỹ đạo, qui trình hàn khơng cần một người thợ hàn có tay
nghề cao. Tất cả chỉ cần là một thợ cơ khí lành nghề với một khóa đào tạo
sử dụng thiết bị.
Có thể sử dụng hàn quỹ đạo trong các ứng dụng mà không thể xoay
ống hoặc ống hàn đặt trong khơng gian chật hẹp.

Có thể sử dụng hàn quỹ đạo trong các ứng dụng mà không gian làm
việc giới hạn kích thước vật lý của thiết bị hàn. Các đầu mối hàn có thể
được sử dụng trong các hàng ống dẫn lị hơi, nơthợ hàn thủ cơng sẽ khó sử
dụng một ngọn đuốc hàn.
2.3. Bộ cấp dây
Có được một bộ cấp dây phù hợp cho công việc là rất quan trọng. Nó
khơng chỉ có thể giúp cải thiện chất lượng mối hàn mà cịn có thể hạ giá
thành và tăng năng suất. Bộ cấp dây phù hợp đảm bảo rằng người vận
hành hàn dành nhiều thời gian hàn hơn thay vì chỉ để giải quyết các vấn
đề liên quan đến cấp dây, điều này chắc chắn dẫn đến thời gian ngừng
hoạt động không mong muốn.
Yếu tố đầu tiên cần xem xét khi chọn bộ cấp dây là tần suất sẽ sử
dụng chúng, vì bộ cấp dây cần phải đủ bền để xử lý công việc. Điều
quan trọng không kém là yếu tố về loại và chiều dài súng hàn, cũng như
loại và kích thước dây mà người vận hành hàn dự định sử dụng.
Ngồi ra, có ba dạng cơ bản của bộ cấp dây là hệ thống "đẩy", hệ
thống "kéo" và hệ thống "đẩy-kéo". Trong hệ thống đẩy, dây được đẩy
bởi bộ truyền động cấp dây, dây sẽ đi dọc theo ống dẫn đến mỏ hàn. Đối
8


với dây nhơm có thể bị mắc kẹt bên trong ống dẫn, dẫn đến việc cấp dây
không đều ở mỏ hàn và trong những trường hợp nghiêm trọng, có một
đoạn dây bị rối tại bộ phận cấp dây.
Hệ thống kéo sử dụng một tập hợp các cuộn dây trong tay cầm của
mỏ hàn để kéo dây ra khỏi cuộn dây. Sự sắp xếp này làm tăng trọng
lượng của ngọn đuốc và khơng làm tăng khoảng cách mà dây có thể
được cấp, điều này vẫn bị giới hạn trong khoảng 3,5 m, mặc dù tính
nhất quán của nguồn cấp dây được cải thiện và có thể sử dụng đường
kính dây xuống 0,8 mm.

Có ba loại bộ cấp dây chính để lựa chọn: cơ bản, trung cấp và nâng
cao.
Trong đề tài này, chúng tôi đã sửa đổi thiết bị cấp dây phụ MIG bằng
cách thêm hộp điều khiển tốc độ động cơ để thay đổi tốc độ của động cơ
để đùn dây hàn. Khi động cơ quay, ống cuộn dây sẽ quay và đưa kim
loại bù ra ngoài với sự điều khiển của người dùng.
Thiết bị của do chúng tôi chế tạo bao gồm 3 bộ phận chính là: đầu
bánh răng, động cơ và bộ điều khiển tốc độ theo tần số.
2.4. Que hàn phụ.
Cuộn dây được sử dụng trong đề tài có đường kính của dây là 1mm.
Các kiến thức về phần này được sử dụng trong bộ tiêu chuẩn AWS
A5.9/A5.9M.
ER218: Thành phần gồm (tính theo %) 17Cr, 8.5Ni, 8Mn, 4Si và
0.13N. Chủ yếu để hàn các kim loại cơ bản UNS S21800. Chúng là thép
không gỉ Austenit được tăng cường nito để thê hiện độ bền cao và độ
dẻo dai trong một phạm vi nhiệt độ rộng.
ER240: Thành phần gồm (tính theo %) 18Cr, 5Ni, 12Mn và 0.2N.
Chủ yếu dùng để hàn các kim loại cơ bản UNS S24000 và UNS S24100.
Các hợp kim này là thép không gỉ Austenit được tăng cường nitơ có độ
bền cao và độ dẻo dai tốt trong một loạt các nhiệt độ.
ER308: Thành phần gồm (tính theo %) 21Cr, 10Ni. Các thơng số
kỹ thuật thương mại cho kim loại phụ và kim loại cơ bản khác nhau
9


trong các yêu cầu tái tạo hợp kim tối thiểu; do đó, các tên 18-8, 19-9 và
20-10 thường được liên kết với các kim loại phụ của loại này. Loại này
thường được sử dụng để hàn các kim loại cơ bản có thành phần tương tự,
đặc biệt là Loại 304.
ER309: Thành phần gồm (tính theo %) 24Cr, 13Ni. Các kim loại

phụ thuộc phân loại này thường được sử dụng để hàn các hợp kim tương
tự ở dạng rèn hoặc đúc. Đôi khi, chúng được sử dụng để hàn loại 304 và
các kim loại cơ bản tương tự, nơi có điều kiện ăn mòn nghiêm trọng đòi
hỏi kim loại hàn hợp kim cao hơn. Chúng cũng được sử dụng trong các
mối hàn kim loại khác nhau, chẳng hạn như nối Loại 304 với thép
cacbon, hàn mặt phủ của thép phủ loại 304 và áp dụng lớp lót tấm thép
khơng gỉ cho vỏ thép cacbon.
ER309Mo: Phân loại này giống với ER309, ngoại trừ việc bổ sung
2,0 đến 3,0% denum molyb để tăng khả năng chống ăn mịn rỗ của nó
trong mơi trường chứa halogenua. Ứng dụng chính cho kim loại phụ này
là phủ bề mặt các kim loại cơ bản để cải thiện khả năng chống ăn mòn
của chúng. ER309Mo được sử dụng để đạt được lớp phủ một lớp bằng
vật liệu tổng hợp hóa học tương tự như của thép khơng gỉ 316. Nó cũng
được sử dụng cho lớp đầu tiên của lớp phủ nhiều lớp với kim loại phụ
như thép khơng gỉ ER316 hoặc ER317. Nếu khơng có lớp 309Mo đầu
tiên, các nguyên tố như crom và molypden có thể bị giảm đến mức
không thể chấp nhận được trong các lớp liên tiếp bằng cách pha loãng từ
kim loại cơ bản. Các ứng dụng khác bao gồm hàn các lớp lót bằng thép
khơng gỉ có chứa molypden với vỏ thép cacbon, nối các kim loại cơ bản
bằng thép cacbon đã được phủ với thép không gỉ chứa molypden và nối
các kim loại cơ bản khác nhau như thép cacbon thành loại thép không gỉ
304.
2.5. Vật liệu SS304.
Vật liệu SS304 là loại thép không gỉ thông dụng nhất. Thép chứa cả
crom (từ 18% đến 20%) và niken (từ 8% đến 10,5%). Là một loại thép
khơng gỉ Austenit. Chúng có tính dẫn điện và dẫn nhiệt kém hơn thép
cacbon. Điều đặc biệt của loại thép này là khả năng chống ăn mòn rất lơn
và được sử dụng rộng rãi vì dễ dàng tạo thành các hình dạng khác nhau.
10

Thành phần thép SS 304 (%)
C, ≤
0.08

Si ≤
0.75

Mn ≤
2

P≤

0.04

S≤

0.03

Cr

Ni

Fe

18-20

8-12

Balance

Bang 1.5 Thành phần của thép khơng gỉ SS304
Vì vật liệu SS304 là một loại thép không gỉ nên chúng được sử dụng
nhiều các lĩnh lực như chậu rửa chén nhà bếp, đồ gia dụng như dao; hộp
đựng hóa chất để dự chữ hoặc vận chuyển; thiết bị chế biến thực phẩm
trong nhà máy như bia, sữa,...; dùng để sản xuất linh kiện ô tô hoặc linh
kiện của ngành hàng không vũ trụ; sử dụng để làm dụng cụ trong lĩnh vực y
tế hoặc y sinh, v.v
2.6. Tiêu chuẩn AWS.
Ngày nay, ngành công nghiệp hàn đang ngày một phát triển với tốc độ
rất lớn. Vì thế nhu cầu cấp bách là phải có một bộ tiêu chuẩn chung để
đồng bộ hóa các tiêu chuẩn.
Tất cả các tiêu chuẩn AWS đều được phê duyệt bởi Viện Tiêu chuẩn
Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI). Khi phát triển tiêu chuẩn, AWS tuân theo một
bộ quy tắc và yêu cầu nghiêm ngặt nhằm chi phối không chỉ quy trình phê
duyệt tiêu chuẩn mà cịn chi phối tất cả các ủy ban kỹ thuật chịu trách
nhiệm duy trì chúng. Các tiêu chuẩn AWS được hỗ trợ bởi các tình nguyện
viên chuyên về các chuyên ngành khác nhau như kết cấu, hàng không vũ
trụ, đường sắt, ô tô, robot, đóng tàu và hàng hải, cầu, thiết bị nặng, đường
ống và ống, kim loại tấm, hàn, hàn, nhựa, phun nhiệt, các nhà sản xuất sản
phẩm hàn và các ứng dụng chung.
AWS cũng xuất bản nhiều tiêu chuẩn và tài liệu về an toàn và sức
khỏe trong lĩnh vực hàn.

11


2.7. Quy trình vận hành máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo.

Hình 1.7- Quy trình làm việc của máy hàn TIG tự động theo quỹ đạo.[3]

Với sơ đồ quy trình trên với trục hồnh là mốc thời gian của chu trình
và trục tung là các yêu tố trong quá trình vận hành.

Van khí
Cường độ dịng
hàn
Đầu hàn
Bộ cấp dây.
Bang 7.1 Kí hiệu và ý nghĩa của các thiết bị trên bộ hàn

12


1
1 to 2

2

Bắt đầu chu trình hàn
Che chắn dịng khí trong thời gian lập trình trước dịng chảy trước
khi đánh lửa hồ quang
Sự bốc cháy của hồ quang và sự bắt đầu của dòng điện hàn xung.

2 to 3

Độ trễ của việc cấp dây

2 to 4

Độ trễ của vòng quay

3

Bắt đầu cấp dây

4

Bắt đầu quay ngọn đuốc

5

Bắt đầu một khu vực mới nơi dòng điện hàn được sửa đổi

6

Kết thúc cấp dây. Nói chung, điểm cuối cấp dây được đặt ở vị trí
gần đúng 3600

7

Bắt đầu giảm dịng điện mối hàn trước khi hồ quang cuối cùng
được tắt. Nói chung, dây xuống được đặt ở vị trí 3600 + 50 đến
100 của chồng chéo để làm nóng chảy lại phần đầu của đường hàn
và để đảm bảo mối nối hoàn hảo ở cuối mối hàn

7 to 8

Thời gian giảm dòng hàn để hồn thành mối hàn mà khơng có vết
nứt và hình thành miệng núi lửa

8
8 to 9

9

Dập tắt hồ quang và dừng quay
Khoảng thời gian sau dịng khí để bảo vệ vùng hàn của chi tiết gia
công cho đến khi đạt đến nhiệt độ đủ thấp và để bảo vệ điện cực
vonfram nóng chống lại oxy của khí quyển.
Che chắn khí dừng và kết thúc chu trình hàn.

Bang 1.7 Giai thích chu trình làm việc của máy hàn TIG tự động theo quỹ
đạo.[3]

13


2.8. Nhiệt lượng đầu vào.
Chúng ta không thể đo được nhiệt lượng đầu vào, thay vào đó chúng
ta chỉ có thể tính tốn được chúng. Nhiệt lượng đầu vào ảnh hưởng nhiều
đến tốc độ làm mát và vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Theo một số tài liệu
nghiên cứu nhận định. Nhiệt lượng đầu vào nhỏ sẽ làm giảm thời gian làm
nguội hay nói cách khác là đơng đặc nhanh. Qua đó tránh được việc cấu
trúc tế vi của vật liệu hàn bị thay đổi nên tránh được việc độ bền cơ học bị
thay đổi.
Trong các phương pháp hàn thủ công, thì việc tính tốn được nhiệt
lượng đầu vào thực sự rất khó. Tại nó yêu cầu tay nghề người thợ ở một
mức độ rất cao để đảm bảo chiều dài hồ quang ở mức ổn định và liên tục.
Ngoài ra, tốc độ di chuyển cũng ảnh hưởng rất lớn đến giá trị nhiệt lượng
đầu vào.

Để đánh giá chất lượng mối hàn, ta giựa vào nhiệt lượng đầu vào để
tìm kiếm sự ảnh hưởng của nó đến chất lượng mối hàn.
Nhiệt lượng đầu vào được tính theo cơng thức. [3]

Trong đó:

HI (J/mm) =

U(V) × I (A)
S (mm/s)

HI: nhiệt lượng đầu vào.
U: Điện áp hàn.
S: tốc độ hàn hay tốc độ quay của đầu hàn.
I: Cường độ dòng hàn.
2.9. Điện trở sấy (thanh gia nhiệt)
Thanh gia nhiệt (Điện trở một đầu) là thiết bị được ứng dụng nhiều
trong máy ép nhựa, ngành cơng nghiệp nhựa, bao bì, dây, khn đúc - Làm
nóng dao cắt giúp việc cắt dễ dàng hơn: Cắt dây điện, dây thừng, bao bì, cắt
bên đẹp lấy ngay - Đun nóng nước, dung dịch - Tỏa nhiệt, làm khơ vật liệu,
sản phẩm khác.
14


Hình 1.9.1 Điện trở mẫu
(Nguồn: Internet).
Cơng suất thiết kế
Cơng suất được xác định theo tải trọng bề mặt và kích thước. Tải trọng bề
mặt chung là:
Loại A: 5W-12W / cm2;

Loại AA: 12W-15W / cm2;
Loại AAA: 15W-20W / cm2;
Vượt quá tiêu chuẩn này, tải trọng bề mặt của ống gia nhiệt càng lớn,
tuổi thọ càng ngắn.
Lựa chọn vật liệu
Các vật liệu khác nhau được lựa chọn theo môi trường làm việc và
nhiệt độ làm việc.
- Nhiệt độ làm việc khoảng 100-300 độ, và ống gia nhiệt có thể
được làm bằng thép không gỉ 304.
- Nhiệt độ làm việc khoảng 400-500 độ, và vật liệu ống gia
nhiệt có thể là thép khơng gỉ 321.
- Nhiệt độ làm việc khoảng 600-700 độ, và ống gia nhiệt có thể
được làm bằng thép khơng gỉ 310S.
Lựa chọn hợp lý vật liệu làm thanh gia nhiệt có thể kiểm sốt hiệu
quả tuổi thọ của thanh gia nhiệt. (Lưu ý: Nung khn có rung hay khơng,
nếu có rung thì nên dùng dây niken-crom có độ mềm dẻo tốt
hơn)
15