Thiết kế, chế tạo cụm cấp dây tự động cho quy trình hàn TIG tự động theo quỹ đạo có bù dây.

Báo cáo tổng kết.
Đề tài nghiên cứu khoa học của sinh viên:

Thiết kế, chế tạo cụm cấp dây tự động
cho quy trình hàn TIG tự động theo quỹ
đạo có bù dây.
SVTH:
Trần Minh Khôi
- 20143350
Nguyễn Tây
- 20143387
Nguyễn Văn Hưng - 20143342
GVHD:
Th. S Trần Ngọc Thiện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO


NỘI DUNG
I . MỞ ĐẦU

IV. THỰC NGHIỆM

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

V. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

III. TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ
CHẾ TẠO

VI. KẾT LUẬN

0
1

MỞ
ĐẦU


I. Mở đầu

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 trong công nghiệp hiện đại 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.


I. Mở đầu
Ưu điểm:
• Tạo ra mối hàn có độ tinh
khiết cao
• Chất lượng mối hàn tốt, năng
suất cao
• Dễ kiểm sốt quy trình hàn, tự
động hóa, robot hóa

Hạn chế:
• Nhiệt lượng để làm nóng chảy
kim loại bù vào cao
• Tiêu tốn năng lượng, giảm
năng suất do các ống có bề
dày lớn và yêu cầu độ bền
kéo

 Mục tiêu:
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.


02

Cơ sở lý
thuyết


2.1. Phương pháp hàn TIG.

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.


1. Phương pháp hàn TIG.
Ưu điểm:

Nhược điểm:

•

•

•
•
•
•
•

Có khả năng tập trung nhiệt
lượng cao.
Khơng có tia lửu điện và văng
tóe.
Tạo ra ít khói và khí hàn.
Hàn được nhiều vật liệu hàn
như thép khơng gỉ, titan, nhơm,
đồng,...
Phù hợp cho phơi hàn mỏng.
Có thể hàn hai kim loại khơng

đồng chất.

•
•
•
•
•

Tốc độ hàn chậm, năng suất
thấp.
Yêu cầu tay nghề người thợ phải
cao.
Khả năng điềm đầy thấp.
Cường dộ hồ quang hàn trong
hàn TIG rất mạnh.
Chi phí ban đầu cao.
Dễ xảy ra hiện tượng ngạt khí.


2.2 Tổng quát về
hàn TIG tự động
theo quỹ đạo


2.2 Hàn TIG tự động theo quỹ đạo

Hàn quỹ đạo
Là một quy trình hàn
mà biên dạng di
chuyển là hình

trịn . Gồm 2 kiểu
hàn: ống được gá
cố định và các
thiết bị cố định.

Ứng dụng
• Hàng khơng vũ trụ.
• Trong các ngành cơng nghiệp
thực phẩm, hàn các ống dẫn
dung dịch thực phẩm.
• Trong lĩnh vực y tế và y sinh.
• Chế tạo linh kiện bán dẫn.
• Cơng nghiệp hóa học, ống dẫn
dầu và các ống hạt nhân.
Lợi ích
• Năng suất.
• Chất lượng.
• Tính nhất

• Cấp độ kỹ
năng.
• Mơi trường và
khơng gian.


2.3 Bộ cấp dây
Gồm 2 dạng cơ bản: hệ thống đẩy, hệ thống kéo và hệ thống
đảy kéo.
Hệ thống kéo:
• Sử dụng một tập hợp các cuộn dây

trong tay cầm của mỏ hàn để kéo
dây ra khỏi cuộn dây.
• Ưu điểm: Làm cho thiết bị nhỏ gọn
hơn.
• Nhược điểm: tăng trọng lượng đầu
hàn.

Hệ thống đẩy:
• Dây được đẩy bởi bộ truyền động
cấp dây đi dọc theo ống dẫn đến mỏ
hàn.
• Ưu điểm: giảm trọng lượng cho đầu
hàn.
• Nhược điểm: dây mắc kẹt trong ống
dẫn.


2.3 Bộ cấp dây
Để khắc phục các nhược điểm:
• Sửa đổi thiết bị cấp dây phụ MIG bằng
cách thêm điều khiển tốc độ động cơ
để đùn dây hàn. Người dùng có thể
điểu khiển kim loại bù.
• Thiết bị gồm: đầu bánh răng, động cơ
và bộ điều khiển tốc độ theo tần số.

Hình ảnh minh họa thiết bị cấp dây phụ


2.4 Que hàn phụ

Theo tiêu chuẩn AWS A5.9/A5.9M
Loại

Đặc điểm

ER218

17Cr, 8.5Ni, 8Mn, 4Si và 0.13N

ER240

18Cr, 5Ni, 12Mn và 0.2N

ER308

21Cr, 10Ni

ER309

24Cr, 13Ni

ER309Mo

Bổ sung 2,0 đến 3,0% denum molyb
để tăng khả năng chống ăn mịn rỗ
của nó trong mơi trường chứa
halogenua.

2.5 Vật liệu SS304

Thành phần thép SS 304 (%)
C, ≤
Si ≤
Mn ≤
P≤
0.08
0.75
2
0.04

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,...
• Sản xuất linh kiện ô tô hoặc linh kiện của ngành
hàng khơng vũ trụ.
• Làm dụng cụ trong lĩnh vực y tế hoặc y sinh.

S≤
0.03

Cr
18-20

Ni
8-12

Fe
Balanc
e


2.6 Tiêu chuẩn AWS

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 khơng chỉ quy trình
phê duyệt tiêu chuẩn mà cịn chi phối tất cả các ủy ban kỹ thuật chịu
trách nhiệm duy trì chúng.


2.7 Nhiệt lượng đầu vào
Được tính theo cơng thức:

Trong đó:
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.


2.8 Điện trở sấy( thanh gia nhiệt)

Cơng suất thiết kế:
• Loại A: 5W – 12W / cm2
• Loại AA: 12W – 15W / cm2

• Loại AAA: 15W – 20W / cm2

Lựa chọn vật liệu:
• Nhiệt độ làm việc 100 – 300 độ 
thép khơng gỉ 304.
• Nhiệt độ làm việc 400 – 500 độ 
thép khơng gỉ 321.
• Nhiệt độ làm việc 600 – 700 độ 
thép không gỉ 310S.

Khoảng cách giữa đường
kính của thanh gia nhiệt
và lỗ của khn mẫu:
Thông thường khoảng cách
là 0,1 -0,2 là tối ưu nhất.


2.9 Truyền nhiệt kim loại

Nhiệt lượng
truyền vào

Nhiệt truyền từ
phân tử có
nhiệt độ cao
đến phân tử
có nhiệt độ
thấp

03

Tính tốn,
mơ phỏng
và chế tạo


3.1 Tính tốn nhiệt lượng đầu vào cho dây bù hàn
Từ thơng số của cơng trình nghiên cứu:

Theo bài báo ‘On mechanical and
morphological investigations of tungsten
inert gas welded SS 304 thin pipe joints’

• Dịng điện hàn 60 – 90A và tốc độ hàn là
2 – 3 mm/s.
• Vật liệu làm ống là SS 304.
• Đường kính ngồi 84,22 mm, đường kính
trong 80 mm và độ dày 2,11 mm.

Từ cơng thức ta có U = 9,6V


3.1 Tính tốn nhiệt lượng đầu vào cho dây bù hàn
Sử dụng các cơng thức tính tốn:
Ta xét khối lượng của SS304 là 1kg
• Nhiệt độ nóng chảy của SS304 l
1400 ữ 1450 = 1673.15 ữ
1273.15.
ã

ã

Nhit phũng ca SS304 là 30�� ÷
40�� = 303.15�� ÷ 313.15��.

Q1 = m. c. ∆t = 1kg × 0.5 Kg. K ×
(1673.15 − 303.15)K = 685 KJ.
• Q2 = m. c. ∆t = 1kg × 0.5 Kg. K ×
(1723.15 − 303.15)K = 705 KJ.
≫≫ nhiệt lượng để nung chảy 1Kg SS304
là Q = 685 KJ ÷ 705KJ


3.1 Tính tốn nhiệt lượng đầu vào cho dây bù hàn
Nhiệt lượng cần bù:

Để đạt mục đích bù ít nhất 25% nhiệt lượng đầu vào tức ta cần gia
nhiệt cho dây bù ít nhất 400 độ C

Với 400 độ C


3.2 Mô phỏng trên phầm mềm ansys
TH một thanh gia nhiệt:

Với 1 thanh
thì nhiệt độ
đầu ra của
dây bù từ
112,99 –

154,52 độ C

TH hai thanh gia nhiệt:

Với 2 thanh
thì nhiệt độ
đầu ra của
dây bù từ
154,29 –
195,74 độ C


3.2 Mô phỏng trên phầm mềm ansys
TH ba thanh gia nhiệt:

Với 3 thanh
thì nhiệt độ
đầu ra của
dây bù từ
154,21 –
195,62 độ C

TH bốn thanh gia nhiệt:

Với 4 thanh
thì nhiệt độ
đầu ra của
dây bù từ
195,57 –
236,97 độ C

Tổng quan kết quả mô phỏng
 

10 mm

20 mm

4
pins
3
pins

195,57 236,97độ
C
154.21 –
195.62 độ C

2
pins
1 pin

30 mm

40 mm

50 mm

195.56195.57236.96 độ C 236.97 độ

C
154.22154.22 –
195.62 độ C
195.65 độ C

195.56236.96 độ C

195.56236.96 độ C

154.22195.62 độ C

154.21195.62 độ C

154.29 –
195.74 độ C

154.31195.74 độ C

154.3 195.73 độ C

154.3195.75 độ C

154.3195.75độ C

112.99 –
154.52 độ C

112.86154.34 độ C

113.05 154.57 độ C

112.86153.34 độ C

112.86154.34 độ C

Nhận xét:
Trường hợp 4 thanh gia nhiệt là tối ưu nhất.