đồ án thiết kế máy hàn

§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

3

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Điểm đánh giá:

Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2008
Giáo viên hướng dẫn
(Họ tên và chữ ký)

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

4

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

...........................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

5

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
Điểm đánh giá:

Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2008
(Họ tên và chữ ký)

MỤC LỤC
Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng tải cũng đập mạch theo,
làm xấu đi chất lượng dòng điện một chiều. Do đó, sau bộ chỉnh lưu, người
ta mắc thêm cuộn kháng để lọc dòng điện chập mạch, ảnh hưởng đến chất
lượng mối hàn..............................................................................................57
4.3.2 Chỉnh lưu cầu ba pha ....................................................................78

6

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ hàn đang có những bước phát triển
mạnh mẽ. Nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá thì vai trò
của công nghệ hàn ngày càng quan trọng. Chúng ta có thể gặp công nghệ hàn từ
những vật dụng đơn giản như khung cửa sổ, khung xe đạp, xe máy…đến những chi

tiết lớn hơn, hiện đại hơn như tàu vận tải, máy bay, tàu vũ trụ…Để thiết kế được
những vật dụng ấy, vai trò của kỹ sư hàn là rất lớn. Nhằm tổng kết những kiến thức
đã học qua 5 năm, là sinh viên năm thứ 5 ngành công nghệ hàn, em được giao đồ
án tốt nghiệp: “ Thiết kế máy hàn bán tự động trong môi trường khí bảo vệ CO 2“.
Đồ án không chỉ đòi hỏi những kiến thức chuyên ngành hàn mà còn yêu cầu các
kiến thức cơ bản về điện. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Trịnh Duy Long,
em đã hoàn thành đồ án được giao. Trong đồ án, gồm các phần chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về sản xuất và sử dụng máy hàn trong môi trường khí bảo
vệ CO2
Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của biến áp và máy hàn.
Chương 3: Thiết kế nguồn điện hàn với các thông số đã cho.
Chương 4: Một số bộ chỉnh lưu.

7

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Chương 5: Thiết kế nguyên lý bộ điều chỉnh dòng điện và điện áp cho máy hàn
CO2
Chương 6: Các bộ phận khác của máy hàn trong khí bảo vệ CO2
Trong quá trình làm đồ án, chắc chắn em không tránh khỏi sơ sót, rất mong
nhận được ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn.

Em xin cảm ơn sự hướng dẫn giúp đỡ của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là
thầy Trịnh Duy Long – người đã hướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập và
làm đồ án tốt nghiệp.
Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2008
Sinh viên thực hiện:

Đào Văn Thái

8

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG MÁY HÀN
TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ CO2
Trong những năm gần đây, khi Việt Nam gia nhập tổ chức thương mại thế giới
(WTO) nền kinh tế của nước ta đã có những bước phát triển rõ rệt. Các ngành kinh
tế đều có những bước phát triển cả về số lượng và chất lượng. Đặc biệt ở Việt Nam
khi công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ, đóng góp tỉ trọng ngày càng lớn vào nền
kinh tế của nước nhà. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, công
nghệ hàn cũng ngày càng phát triển như một tất yếu. Công nghệ hàn ngày càng
được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo máy, xây lắp
công trình công nghiệp và dân dụng như nhà cửa, cầu đường…và trong giao thông
vận tải…Có thể nói, vai trò của công nghệ hàn là rất quan trọng: từ các vật dụng

đơn giản trong gia đình đến các chi tiết máy lớn, từ các phương tiện giao thông thô
sơ đến các tàu vũ trụ.
Trong công nghệ hàn, công nghệ hàn nóng chảy chiếm một vị trí quan trọng và
rất hay gặp trong thực tế. Với ưu điểm là:
- Có thể hàn được nhiều kim loại khác nhau với nhau.
- Hàn được nhiều tư thế hàn khác nhau.
- Khả năng hợp kim hoá mối hàn tốt.
trong đó đặc biệt là trang thiết bị đơn giản, dễ chế tạo. Đối với các kết cấu thông
thường hay gặp, người ta sử dụng chủ yếu là thiết bị hàn hồ quang, có thể là hàn hồ
quang tay, hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ, hay hàn hồ quang dưới lớp
thuốc.Trong phạm vi làm đồ án tốt nghiệp, tác giả được giao nhiệm vụ thiết kế
máy hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2.
9

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


Đồ án tôt nghiệp

Thiết kế máy hàn

Cụng ngh hn ra i cựng vi nhu cu ca con ngi trong thc tin cuc
sng. Nhiu phng phỏp hn khỏc nhau ó ra i nhm phc v nhng mc ớch
khỏc nhau ca con ngi. Mt s phng phỏp hn ph bin nh: hn h quang
tay, hn h quang di lp thuc, hn h quang trong mụi trng khớ bo v, hn
in x Trong ú hn h quang trong mụi trng khớ bo v chim mt v trớ
quan trng. Vỡ, so vi cỏc phng phỏp hn khỏc, hn CO 2 ỏp ng c cỏc yờu
cu c bn ca ngi s dng. Khi hn trong mụi trng khớ bo v thỡ khớ bo v

cú th l khớ hot tớnh hoc khớ tr. Nh u im l r tin nờn khớ hot tớnh (ch
yu l khớ CO2) ngy cng c ng dng rng rói hn. c im khi hn trong
mụi trng khớ bo v CO2 (cho hn thộp):
u im:

- Mc tp trung cao ca ngun nhit hn bo m chiu rng nh
ca vựng nh hng nhit
- Kh nng bin dn thp
- Chi phớ thp
- Cú kh nng iu chnh thnh phn hoỏ hc ca mi hn thụng
qua thay i thnh phn hoỏ hc ca dõy hn.
- Cú th hn c nhiu t th khỏc nhau.
Nhc im:

- H quang khụng ờm - bn túe nhiu,
- Khụng thun li cho dch chuyn dng tia.
Vai trũ ca ca khớ bo v CO 2 trong mi hn: khi chu nhit ca h quang, CO 2 b
phõn ly thnh ụxi nguyờn t v khớ CO nhit cao:
2CO2

nhiệt độ ca o

2CO

O2

Khi ú, h quang s b bóo ho ụxi (l cht cú in th ion hoỏ cao v ỏi lc mnh
vi in t). Cỏc nguyờn t ụxi cú th kt hp vi in t hỡnh thnh ion õm;
cỏc ion ny li kt hp vi ion dng. iu ny lm gim lng cỏc phn t tớch
in trong khong khụng h quang. Vic gim lng ion dng s lm gim giỏ tr

10

SV : Đào Văn Thái

Lớp Hàn & CNKL K48


Đồ án tôt nghiệp

Thiết kế máy hàn

in tớch dng gn catot, v cỏc in t s khụng cú c s gia tc cn thit ti
cựng catot. Mt khi ng nng yu, cỏc in t d b kt hp vo cỏc nguyờn t ụxi
v cỏc ion dng. Kt qu l mc ion hoỏ gim mnh. iu ny cũn trm trng
hn khi s dng dũng hn xoay chiu: mt phn cỏc ion õm tp trung gn anot s
lm tng in tớch th tớch õm ti ú, v khi dũng in i chiu, lỳc cỏc in tớch
th tớch vựng catot v anot hng vo nhau, s sy ra s kt hp ion thnh nguyờn
t. Do ú ngi ta khụng s dng dũng xoay chiu cho hn trong CO 2 m s dng
dũng mt chiu cc nghch [9].
Cu to thụng dng ca mỏy hn bỏn t ng CO2 nh hỡnh v 1.1:

Khí bảo vệ
Đồng hồ đo khí

ống khí hàn

Nguồn điện hàn
Cáp nguồn

Cuộn dây hàn

Chụp khí bảo vệ

Súng hàn

Bộ cấp dây hàn

Vật hàn

Cáp hàn

Hỡnh 1.1.Thit b hn h quang bỏn t ng bng in cc núng chy
trong mụi trng khớ bo v.
Thit b hn c bn bao gm:
+ Ngun in hn
+ B cp dõy hn
+ B phn iu chnh ch hn
+ Sỳng hn
+ B cp khớ bo v
+ Cỏp hn v ng dn khớ bo v.

11

SV : Đào Văn Thái

Lớp Hàn & CNKL K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

1. Nguồn điện hàn
Nguồn hàn điện phổ biến là loại một chiều nối cực dương vào súng hàn và cực âm
vào vật hàn (hồ quang ổn định, dịch chuyển kim loại êm, ít bắn tóe trên toàn bộ dải
dòng điện hàn). Trong thực tế, trong các loại đặc tuyến, nguồn điện hàn có đặc
tuyến thoải (dùng chung với bộ cấp dây hàn có tốc độ cấp dây cố định) cho chiều
dài hồ quang tự điều chỉnh thuận tiện cho thao tác, đặc biệt với hàn thép. Đặc tính
tự điều chỉnh của hồ quang khi sử dụng nguồn điện hàn với đặc tuyến thoải có tầm
quan trọng đặc biệt trong việc tạo ra điều kiện hàn ổn định. Nguồn một chiều cực
thuận hầu như không dùng do hồ quang không ổn định và bắn toé nhiều. Nguồn
xoay chiều loại cũ ít dùng do hồ quang không ổn định. Nguồn hàn xoay chiều loại
mới có chế độ xung cho hồ quang ổn định, ít bắn toé [9].
Tuy nhiên, để tạo điều kiện hàn thuận lợi nhất, cần có thêm điều chỉnh cần thiết
khác, đặc biệt cho hàn với chế độ ngắn mạch. Đó là:
- Điện áp hồ quang: giá trị của nó không nên chỉ đọc trực tiếp từ bảng điều khiển
của máy hàn vì còn có sự sụt giảm điện áp trong mạch điện hàn. Điện áp hồ quang
thay đổi theo tỉ lệ thuận với chiều dài hồ quang.
- Độ dốc của đặc tuyến của máy hàn là tỷ số giữa thay đổi điện áp và thay đổi
tương ứng của dòng điện hàn. Độ dốc này thường là một giá trị không đổi cho
nguồn điện hàn cụ thể. Khi mạch điện hàn bị tăng điện trở (thông qua cáp hàn, chỗ
nối cáp không hoàn thiện, mặt tiếp xúc bị bẩn) thì độ dốc của đặc tuyến sẽ tăng.
Dòng điện ngắn mạch là hàm số của độ dốc của đường đặc tuyến của nguồn điện
hàn. Độ dốc càng lớn thì dòng này càng nhỏ. Khi dòng ngắn mạch tối đa có giá trị
thích hợp, giọt kim loại nóng chảy sẽ dễ dàng tách ra khỏi điện cực và dịch chuyển
vào vũng hàn mà không đi cùng hiện tượng bắn toé.
- Độ tự cảm: khi thay đổi tải tức thời tại nguồn điện hàn, dòng điện hàn cần có
một thời gian nhất định để đạt được giá trị mới của nó. Độ tự cảm của mạch hàn là
đại lượng ảnh hưởng chủ yếu đến sự trễ về thời gian này. Với hàn hồ quang bằng
điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, các giọt kim loại tách khỏi điện

12

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

cực và dịch chuyển vào vũng hàn dưới tác động của hiệu ứng Pinch. Hiệu ứng
pinch tối đa do giá trị của dòng điện hàn quyết định. Dòng điện hàn này lại phụ
thuộc vào đặc điểm của nguồn điện hàn. Tốc độ gia tăng hiệu ứng Pinch phụ thuộc
vào tốc độ gia tăng dòng điện hàn. Độ tự cảm của nguồn điện hàn quyết định sự
tăng dòng điện hàn này (hình 1.2) [9]
.

I(A)
Kh«ng cã c¶m kh¸ng

Cã c¶m kh¸ng

0

t

Hình 1.2 Ảnh hưởng của cảm kháng đến mức độ tăng dòng điện
Nếu tạo nên hiệu ứng pinch một cách nhanh chóng, giọt kim loại nóng chảy sẽ bị
dịch chuyển một cách cưỡng bức ra khỏi đầu điện cực và gây ra hiện tượng bắn

toé. Độ tự cảm càng lớn thì tần suất dịch chuyển ngắn mạch của các giọt kim loại
vào vũng hàn sẽ càng nhỏ, làm cho thời gian có hồ quang tăng lên. Sự gia tăng thời
gian có hồ quang này sẽ làm cho vũng hàn có độ chảy loãng cao hơn, làm cho mối
hàn có chiều sâu chảy nhỏ và chiều rộng mối hàn tăng lên. Khi giảm độ tự cảm thì
sẽ xảy ra điều ngược lại. Với dạng dịch chuyển tia, việc bổ xung cảm kháng vào
nguồn điện hàn sẽ làm hồ quang êm hơn mà không làm giảm giá trị cuối cùng của
dòng điện hàn. Tuy nhiên độ tự cảm quá lớn sẽ làm cho đầu điện cực bị dính chặt
vào vật hàn khi gây hồ quang. Có thể giữ cho bắn toé ở mức tối thiểu khi có tốc độ
tăng dòng điện hàn và có giá trị dòng điện hàn đủ lớn [9].
2. Bộ cấp dây hàn
Bộ cấp dây có tốc độ cấp dây cố định được điều khiển bằng điện tử và bảo
đảm sự ổn định cần thiết cho các thông số của chế độ hàn. Các bộ phận của nó
13

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

thường được bố trí bên trong hộp cấp dây để bảo vệ các chi tiết chuyển động khỏi
tác động của thời tiết và bụi. Tốc độ cấp dây thường trong khoảng 1,9 ÷ 30,5
m/min [9].
3. Bộ phận điều khiển
Thông thường bộ phận điều khiển các thông số hàn thường đi kèm với nguồn
điện hàn. Chức năng chính của bộ phận điều khiển hàn là khống chế tốc độ cấp dây
hàn. Bộ phận điều khiển cũng khống chế việc bắt đầu và ngưng cấp dây hàn thông

qua tín hiệu nhận được từ súng hàn. Khí bảo vệ và dòng điện hàn thường được đưa
vào súng hàn thông qua bộ phận điều khiển. Các thiết bị hiện đại ngày nay dựa trên
cơ sở sử dụng kỹ thuật biến tần cho phép cải thiện đáng kể các đặc tính công nghệ
của hồ quang, đặc biệt trong môi trường CO 2 (gây hồ quang gần như tức thời, giảm
hiện tượng bắn toé khi hàn, sử dụng điều khiển dạng sang xung của dòng điện hàn)
[9].
4. Súng hàn và phụ kiện:
Theo cấu tạo, chụp khí bảo vệ có thể thẳng hoặc cong, được làm mát chủ yếu
bằng không khí.
Các phụ tùng cơ bản của súng hàn bao gồm:
- Bép hàn-ống tiếp điện nằm bên trong chụp khí bảo vệ, thường được chế tạo bằng
đồng hoặc hợp kim đồng, dùng để dẫn dòng điện hàn vào dây hàn. ống kẹp điện
cực được nối với nguồn điện hàn thông qua cáp hàn. Các ống kẹp có cỡ khác nhau,
tuỳ thuộc vào kích thước và kim loại dây hàn.
- Chụp khí bảo vệ có nhiệm vụ hướng cột khí bảo vệ vào vũng hàn. Tuỳ theo loại
khí và cường độ dòng điện hàn, cần chọn đúng cỡ chụp khí.
- Ống dẫn dây hàn được nối với bộ cấp dây hàn và có tác dụng đỡ và dẫn hướng
dây hàn tới ống kẹp điện cực. Chi tiết này quan trọng vì nó quyết định việc cấp dây
hàn không gián đoạn (không tắc). Bề mặt trong của ống dẫn điện cực có thể làm
bằng các loại vật liệu khác nhau tuỳ theo kim loại cơ bản cần hàn ( thép cho hàn
thép, hàn đồng; nylon cho hàn nhôm, hàn ma nhê). Ống dẫn điện cực có kích thước
phù hợp với kich thước dây hàn sử dụng [9].
14

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

- Ống dẫn khí bảo vệ
- Ống dẫn nước làm mát, để làm mát cho mỏ hàn có thể bằng khí CO 2 thổi ra
vũng hàn hoặc dùng nước lưu thông trong mỏ hàn, khi hàn trong môi trường khí
bảo vệ CO2 nếu dòng điện hàn lớn hơn 500 A, thì sử dụng làm mát bằng nước.
- Cáp hàn
- Công tắc điều khiển.
5. Van giảm áp cho khí bảo vệ
Van giảm áp có nhiệm vụ cung cấp liên tục khí bảo vệ đã giảm áp cho súng
hàn ở áp suất làm việc cố định. Van giảm áp có thể là một hoặc hai cấp (áp suất khí
ổn định hơn) và có thể kèm lưu lượng kế. Riêng với khí CO 2, còn có bộ nung nóng
chống đóng băng khí được cung cấp kèm theo van giảm áp [9].
Có thể thấy, so với các phương pháp hàn khác thì hàn trong môi trường khí
bảo vệ CO2 có nhiều ưu điểm, do đó hàn trong môi trường khí CO 2 ngày càng được
ứng dụng nhiều hơn trong sản xuất. Việc phát triển mạnh công nghệ hàn trong môi
trường khí CO2 kéo theo sự phát triển của các thiết bị hàn đi kèm, trong đó có máy
hàn CO2.
1. Tình hình phát triển máy hàn CO2 trên thế giới
Trên thế giới hiện nay, đã có rất nhiều phương pháp hàn đã được ứng dụng vào
sản xuất. Từ các phương pháp đã xuất hiện từ lâu đời như hàn hồ quang tay, hàn
dưới lớp thuốc, hàn điện xỉ … cho đến các phương pháp hàn đặc biệt như hàn siêu
âm, hàn lade, hàn ma sát…Các phương pháp hàn mới tỏ rõ những ưu điểm nổi bật
và đang dần thay thế các phương pháp hàn cổ điển. Tuy nhiên có một phương pháp
hàn hồ quang mà vai trò của chúng vẫn rất quan trọng đó là hàn hồ quang trong
môi trường khí bảo vệ. Nó có ưu điểm hơn ở các phương pháp hàn cổ điển là tính
cơ động, chất lượng và năng suất cao. Có thể hàn được nhiều vị trí khác nhau và
nhiều kim loại khác nhau. Chúng cũng thuận tiện cho hàn trong các nhà máy vì có
khả năng tự động hoá cao. Chúng có ưu điểm hơn ở các phương pháp hàn mới là

thiết bị đơn giản và rẻ tiền hơn. Chính vì thế mà hiện nay máy hàn trong môi
trường khí bảo vệ vẫn được sản xuất và sử dụng rộng rãi.
15

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Trong các máy hàn đó, máy hàn CO 2 chiếm một tỷ lệ tương đối lớn trong tổng
máy hàn được sản xuất. Các máy hàn mới ra đời được sử dụng nhiều các công
nghệ mới nên đáp ứng tốt hơn những yêu cầu của người tiêu dùng. Một số tính
năng của các máy hàn hiện nay đó là:
- Hồ quang cháy ổn định, rất ít bắn toé kim loại khi hàn.
- Dòng điện hàn và điện áp hàn có thể thay đổi bằng bộ điều khiển từ xa
đơn giản.
- Để tiết kiệm điện năng, máy hàn có bộ tự động ngắt điện nguồn vào
máy sau 7 phút không hàn ( không có tác động vào mỏ hàn). Khi hàn
chỉ cần bấm công tắc mỏ hàn, máy hàn lại làm việc bình thường.
- Có thể điều khiển dòng hàn, điện áp hàn và thời gian hàn cho phần
cuối đường hàn để tránh tạo ra vết lõm mối hàn ở phần cuối của mỗi
chu trình hàn như ở dưới đây:

- Máy hàn có thể dùng nhiều loại cỡ dây hàn
- Có chế độ chọn dây hàn hoặc dây hàn có lõi thuốc.
Nhiều hãng sản xuất lớn như ESAB - Thuỵ Điển; SAF - Pháp; LINCONL - Mỹ;

Panasonic - Nhật; Deawo - Hàn Quốc…Dưới đây là một số máy hàn của các hãng:
Hệ máy hàn do hãng Panasonic sản xuất được điều khiển bằng Tiristo, hệ thống
máy hàn bán tự động với bộ điều khiển từ xa.
Một số ưu điểm của hệ máy hàn trên là:
- Dễ dàng điều chỉnh bằng bộ điều khiển từ xa
- Hồ quang tự điều chỉnh khi thay đổi khoảng cách vùng nóng chảy

16

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Hình 1.3. Máy hàn bán tự động của hãng Panasonic
- Sử dụng 3 loại dây hàn có đường kính khác nhau
- Bảo vệ ngắn mạch là chức năng có sẵn trên máy
- Dòng hàn và điện áp hàn khi kết thúc dễ dàng điều chỉnh được
- Làm sạch bép hàn và điều chỉnh thời gian cháy sau
- Bảng điều khiển tích hợp các tính năng dễ quan sát và dễ vận hành
- Nhờ công nghệ độc đáo mà giảm được bắn toé và ổn định hồ quang.
Bảng thông số kỹ thuật (trang bên):
2. Tình hình phát triển máy hàn CO2 tại Việt Nam
Ở Việt Nam, các máy hàn CO 2 ngày càng được sản xuất và sử dụng rộng rãi.
Các công ty, nhà máy sản xuất lắp ráp máy hàn ngày càng nhiều. Trong đó có các
công ty như: Công ty TNHH Hoa Thịnh - đại lý phân phối độc quyền các sản phẩm

hàn, cắt kim loại của tập đoàn ITW - Mỹ. Công ty TNHH Nam Phát (Tp.HCM) nơi sản xuất máy hàn STARMIG NWM 03 250 sau 4 năm nghiên cứu và đã đưa
vào sản xuất. Thiết bị hàn Phong Dủ là đại lý chính thức, đầu tiên phân phối các
thiết bị hàn & cắt kỹ thuật cao của nhà sản xuất chuyên nghiệp và hàng đầu của
Malaysia - WIM (Welding Industries Malaysia Sdn. Bhd) & Đài Loan - HERO
(Hero Power Corporation tại thị trường Việt Nam. Ngoài ra còn có một số công ty
khác như Kim Đại Hưng, Tân An Phát…cũng đã và đang phát triển máy hàn CO 2.
Một số máy hàn của các hãng được giới thiệu dưới đây (hình 1.4).

17

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Loại máy

YM -200KR2

YM -350KR2

YM -500KR2

Nguồn hàn DC

YD -200KR2

YD -350KR2

YD -500KR2

Tiristo

Tiristo

3pha/380V

3pha/380V

Công suất định mức 7.6 ( 6.5kW)

18.1( 16.2kW)

31.9( 28.1kW)

(kVA)
Tần số ( Hz )

50/60

50/60

50/60

Dòng hàn ra (A)

50-200

60-350

60-500

Dòng Carter (A)

50-200

60-350

60-500

Điện áp ra (V)

15-25

16-36

16-46

Điện áp Carter (V)

15-25

16-36

16-46

Chu kỳ làm việc (%)

60

50

60

Loại dây hàn sử dụng

Đặc/ lõi thuốc

Đặc/ lõi thuốc

Đặc/ lõi thuốc

Bộ cấp dây

YW-35KB

YW-35KB

YW-50KB

Đường kính dây hàn 0.8/0.9/1.0/1.2

0.8/0.9/1.0/1.2

1.2/1.4/1.6

(mm)
Chiều dài cáp (m)

15

15

15

Loại mỏ hàn

YT-20CS3

YT-35CS3

YT-50CS3

3

3

Phương

pháp

điều Tiristo

khiển
Nguồn vào

3pha/380V

Chiều dài súng hàn (m) 3

18

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Hình 1.4 Máy hàn của công ty Tân Thành
Ngoài ra còn có nhiều loại máy hàn với các công suất khác nhau của nhiều hãng
khác nhau để phục vụ rộng rãi cho người tiêu dùng.
3. Lý do và xu hướng phát triển của máy hàn CO2 tại Việt Nam
Ngay từ khi mới du nhập vào Việt Nam, hàn trong môi trường khí bảo vệ CO 2
đã được tiếp nhận rộng rãi vì nhiều lý do khác nhau:
- Nó đảm bảo tính kinh tế, nhất là khi nền kinh tế của Việt Nam còn đang trong
quá trình tiến lên công nghiệp hoá, hiện đại hoá.
- Đảm bảo tính linh động khi có thể hàn được nhiều tư thế khác nhau, nhiều kim
loại khác nhau. Thuận tiện cho các cơ sở sản xuất có quy mô vừa và nhỏ.
- Đảm bảo được cơ tính đạt yêu cầu với người sử dụng.
- Có khả năng tự động hoá cao, nhằm nâng cao năng suất và quy mô sản suất.
Chính vì nhiều lý do trên mà công nghệ hàn khí CO 2 đang được phát triển rất
rộng rãi ở nước ta. Mặc dù hiện nay nhiều phương pháp hàn mới ra đời nhưng chắc
chắn phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 vẫn sẽ chiếm một vị trí

quan trọng trong các công nghệ hàn của nước ta. Tuy nhiên để có được điều đó
chắc chắn công nghệ hàn CO2 cần có nhiều thay đổi, đặc biệt là về máy hàn. Máy
19

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

hàn CO2 phải luôn được cải tiến, ứng dụng những thành tựu mới nhất của khoa học
công nghệ để nâng cao chất lượng máy, cải thiện chất lượng mối hàn. Trong thời
gian gần đây, một thế hệ mới thiết bị hàn điều khiển bằng kỹ thuật số đã có mặt
trên thị trường [9]. Các nguồn điện hàn như vậy mở ra những cơ hội mới để tăng
khả năng kết nối với một loại thiết bị ngoại vi (robot, bộ cấp dây hàn, bộ điều
khiển từ xa…), cải thiện quá trình gây và cháy của hồ quang cũng như đem lại
nhiều lợi thế về mặt tỷ lệ giá cả/tính năng.

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
CỦA BIẾN ÁP VÀ MÁY HÀN
20

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48

§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

2.1 Giới thiệu về biến áp một pha
2.1.1. Khái niệm
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lí cảm
ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành
một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay
đổi[10].
Đầu vào của biến áp được nối với lưới điện, được gọi là sơ cấp. Đầu ra của
biến áp được nối với tải gọi là thứ cấp.
Khi điện áp đầu ra thứ cấp lớn hơn điện áp vào sơ cấp ta có máy biến áp
tăng áp.
Khi điện áp đầu ra thứ cấp nhỏ hơn điện áp vào sơ cấp ta có máy biến áp hạ
áp.
Các đại lượng và thông số của máy biến áp

Hình 2.1. Máy biến áp
+ U1 : Điện áp sơ cấp (V).
+ I1 : Dòng điện qua cuộn sơ cấp (A)
+ W1 : Số vòng dây cuộn sơ cấp (vòng).
Các đại lượng và thông số của đầu thứ cấp.

21

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48

§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

+ U2 : Điện áp thứ cấp (V).
+ I2 : Dòng điện qua cuộn thứ cấp (A).
+ P2 : Công suất thứ cấp (W).
+ W2 : Số vòng dây cuộn thứ cấp (vòng).
2.1.2 Cấu tạo biến áp
Máy biến áp có 2 bộ phận chính đó là : Mạch từ và Dây quấn.
2.1.2.1 Mạch từ máy biến áp.
Mạch từ máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ
những vật liệu dẫn từ tốt như thép lá kĩ thuật điện. Ngày nay loại tôn cán lạnh được
sử dụng chủ yếu trong công nghệ chế tạo lõi sắt, do tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí
sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng, do đó suất
tổn hao giảm 2 đến 2,5 lần so với tôn cán nóng. Độ từ thẩm thay đổi rất ít theo
thời gian, dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi sắt lên tới 1,6
đến 1,65 T (Tesla), trong khi đó tôn cán nóng chỉ tăng được từ 1,3 đến 1,45T. từ đó
giảm được tổn hao trong máy, dẫn đến giảm được trọng lượng kích thước máy, đặc
biệt là rút bớt đáng kể chiều cao của máy biến áp, rất thuận tiện cho việc chuyên
chở. Tuy nhiên tôn cán lạnh giá thành có đắt hơn, nhưng do việc giảm được tổn
hao và trọng lượng máy nên người ta tính rằng những máy biến áp được chế tạo
bằng loại tôn này trong vận hành vẫn kinh tế hơn máy biến áp được làm bằng tôn
cán nóng [12].
Mạch từ gồm 2 bộ phận chính đó là trụ và gông.
Trụ là nơi để đặt dây quấn.
Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
Lá thép kĩ thuật điện được sử dụng thường có độ dày từ (0,30 tới 0,5) mm hai

mặt được sơn cách điện.
22

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Theo sự phân bố sắp xếp tương đối giữa trụ gông và dây quấn mà ta có các
loại mạch từ như sau : mạch từ kiểu trụ và mạch từ kiểu bọc [12]. Đối với máy
hàn, chủ yếu là dùng mạch từ kiểu trụ
* Mạch từ kiểu trụ (hình 2.2):
Dây quấn ôm lấy trụ sắt, gông từ chỉ giáp phía trên và phía dưới dây quấn mà
không bao lấy mặt ngoài của dây quấn, trụ sắt thường bố trí đứng, tiết diện trụ có
dạng gần hình tròn, kết cấu này đơn giản, làm việc bảo đảm, dùng ít vật liệu, vì
vậy hiện nay hầu hết các máy biến áp đều sử dụng kiểu mạch từ này [12].

Hình 2.2. Kết cấu mạch từ kiểu trụ.
2.1.2.2 Dây quấn máy biến áp
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng
vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có
thể bằng nhôm ( ít phổ biến).
Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ mạch từ giữa các vòng
dây, dây quấn có cách điện với nhau và các cuộn dây được cách điện với lõi.
Dây quấn máy biến áp gồm có 2 cuộn cuộn cao áp và cuộn hạ áp.
Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp, người ta chia ra hai loại dây

quấn chính đó là : Dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ [12]. Trong máy hàn
người ta chủ yếu dùng phương pháp nối dây quấn đồng tâm.

23

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

∗ Dây quấn đồng tâm: Cuộn cao áp và hạ áp là những hình ống đồng tâm ,bố trí

cuộn hạ áp đặt sát trụ còn cuộn cao áp đặt ngoài .Bố trí cuộn cao áp đặt ngoài sẽ
đơn giản đuợc việc rút đầu dây điều chỉnh điện áp cũng như giảm được kích
thước rãnh cách điện giữa các cuộn dây và giữa cuộn dây với trụ [12].

Hình 2.3. Dây quấn đồng tâm
2.1.3 Làm mát máy biến áp
2.1.3.1 Sự lão hoá cách điện
Khi biến áp làm việc, dòng điện chạy trong dây quấn, từ trường trong lõi thép
sinh các tổn hao công suất biến thành nhiệt làm nóng các chi tiết trong máy.
Sự tăng nhiệt làm giảm khả năng sử dụng vật liệu tác dụng, khi tăng nhiệt độ
thì vật liệu cách điện sẽ bị lão hoá [4].
Để vận hành hợp lý máy biến áp phải có quy định nhiệt độ cho phép lớn nhất.
Đối với các máy hàn nhiệt độ lớn nhất cho phép ≤ 850C.
2.1.3.2.Các phương thức truyền nhiệt

Nhiệt được truyền từ máy hàn ra môi trường qua các vật liệu thể rắn, lỏng,
khí. Truyền nhiệt qua thể rắn dưới dạng dẫn nhiệt, qua thể lỏng và khí ở dạng đối
lưu. Ở vỏ máy biến áp còn được truyền ra môi trường xung quanh dưới dạng bức
xạ [4]. Trong máy hàn người ta làm mát bằng phương pháp thổi gió nhân tạo.

24

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Có hai biện pháp giải quyết sau:
- Dùng một vài quạt lớn thổi gió qua hệ thống ống tới cánh tản nhiệt. Phương án
này có ưu điểm là động cơ quạt lớn, có hiệu suất cao, nhưng có nhược điểm là phải
thổi gió qua ống, gây tổn hao năng lượng.
- Dùng nhiều quạt nhỏ, mỗi quạt thông gió cho 2-4 cánh tản nhiệt. Phương pháp
này có ưu điểm là có thể tuỳ thuộc vào điều kiện mang tải của biến áp để quyết
định số lượng quạt làm việc.
Ở các máy hàn, người ta thường sử dụng một quạt gió để thổi từ đầu này sang
đầu kia để giảm nhiệt. Các thiết bị làm mát chủ yếu để làm mát cho hệ thống các
van bán dẫn.
Máy hàn thiết kế ứng với làm mát bằng thổi gió nhân cưỡng bức, khi vận
hành không thổi gió thì phải giảm công suất của máy theo điều kiện sau [4]:
1.Tỉ lệ tổn hao đồng và tổn hao sắt từ ứng với phụ tải định mức là:
a=

∆Pd .dm
∆Pst

(2.1)

2.Tỷ lệ nhiệt năng tiêu tán ( ∆ Pcb) có thổi gió ở công suất định mức và tiêu tán ( ∆
Ptn) khi không thổi gió mà vẫn đảm bảo không quá nhiệt là:
b=

∆Pcb
∆Ptn

(2.2)

3.Công suất tương ứng với tổn hao ở mục 2 là:
Scb 1
=
Stn x

(2.3)

Hay Stn = x.Scb , từ đó ta có ∆ Pd.tn= x2. ∆ Pd.dm
→ b=

∆Pd .dm + ∆Pst
a.∆Pst + ∆Pst
a +1
= 2
=

x .∆Pd .dm + ∆Pst x .a.∆Pst + ∆Pst a.x 2 + 1

(2.4)

→x =

1+ a − b
hoặc là Stn = Scb.
a.b

(2.5)

2

1+ a − b
a.b

25

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Ví dụ nếu a =5: b = 1,8 thì x = 0,68: nghĩa là khi máy biến áp làm việc không có
quạt gió thì sẽ giảm 68% công suất định mức.

Thiết bị làm mát quyết định trị số b lớn hay nhỏ, nếu b lớn tức là bề mặt cánh
tản nhiệt nhỏ, rẻ tiền hơn và thuận tiện trong khâu vận chuyển máy.
2.1.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử
dụng từ thông biến thiên của lõi thép sinh ra [10].
Các cuộn dấy sơ cấp và thứ cấp trong một máy biến áp không có liên hệ với nhau
về điện mà chỉ có liên hệ với nhau về từ.
Xét sơ dồ nguyên lý của một máy biến áp 1 pha có 2 dây quấn w 1 và w2 như hình
vẽ hình 2.4
Từ thông

I1

U1

Ø

I2

W1

W2

U2

tải

Hình 2.4. Nguyên lý làm việc của máy biến áp
Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây cuốn sơ cấp, sẽ có dòng điện i 1
chạy trong dây quấn w1. Dòng điện i1 sinh ra từ thông biến thiên chạy trong lõi

thép, từ thông này móc vòng (xuyên qua ) đồng thời cả 2 dây quấn w 1 và w2, được
gọi là từ thông chính.
Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ thông làm cảm ứng vào
dây quấn sơ cấp sức điện động là:
e1= - W1

dφ
,
dt

(2.6)

26

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48


§å ¸n t«t nghiÖp

ThiÕt kÕ m¸y hµn

Và cảm ứng vào dây quấn thứ cấp sức điện động là:
e2= - W2

dφ
,
dt

(2.7)

Trong đó: W1, W2 là số vòng của dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Khi máy biến áp
không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch, dòng điện thứ cấp I 2 = 0, từ thông chính
trong lõi thép chỉ do dòng sơ cấp I1 sinh ra.
Khi máy biến áp có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở Z t, dưới tác
động của sức điện động e2, có dòng điện thứ cấp i 2 cung cấp điện cho tải. Khi ấy từ
thông chính do đồng thời cả 2 dòng sơ cấp I1 và thứ cấp I2 sinh ra.
Điện áp U1 hình sin nên từ thông cũng biến thiên hình sin, ta có:
Φ = Φ max .sin ωt

e1 = -W1.

(2.8)

d (Φ max .sin ωt )
π
= 4,44.fW1. Φ max . 2.sin(ωt − )
dt
2

π
2

= E1. 2.sin(ωt − ) .
E2 = -W2.

(2.9)

d (Φ max .sin ωt )

π
= 4,44.fW2. Φ max . 2.sin(ωt − )
dt
2

π
2

= E2. 2.sin(ωt − ) .

(2.10)

Trong đó: E1 = 4, 44. f .W1.Φ max

(2.11)

E2 = 4, 44. f .W2 .Φ max

(2.12)

E1, E2 là trị số hiệu dụng sức điện động sơ cấp, thứ cấp.
Nhìn vào công thức (2.9) và (2.10) ta thấy: sức điện động thứ cấp và sơ cấp có
cùng tần số, nhưng trị số hiệu dụng khác nhau.
Nếu chia E1 cho E2, ta có:
k=

E1 W1
=
E2 W2

(2.13)

27

SV : §µo V¨n Th¸i

Líp Hµn & CNKL – K48