Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn TIG bằng robot “research on automation of TIG welding by robot

Luận văn Thạc sỹ

i

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tác giả dƣới
sự hƣớng dẫn của PGS.TS Bùi Văn Hạnh và chỉ tham khảo các tài liệu đã đƣợc liệt
kê, ngoại trừ các số liệu, các bảng, biểu đồ, đồ thị, công thức... đã đƣợc trích dẫn từ
tài liệu tham khảo, nội dung công bố còn lại trong luận văn là của chính tác giả đƣa
ra và chƣa đƣợc công bố ở trong bất kỳ tài liệu nào. Nếu sai, tác giả xin hoàn toàn
chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2015
Học viên

Nguyễn Hải Duy

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

ii

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................i
MỤC LỤC .............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ v
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .........................................................................................1
2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..........................................2
3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................2
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..........................................................................2

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HÀN TIG ..................................................... 3
1.1. Tổng quan về hàn TIG [1] ...................................................................................3
1.1.1. Nguyên lý hàn TIG........................................................................................... 3
1.1.2. Đặc điểm của quá trình hàn ..............................................................................3
1.1.3. Phạm vi ứng dụng ............................................................................................4
1.2. Công nghệ hàn TIG [1] ....................................................................................... 5
1.2.1. Chuẩn bị trƣớc khi hàn .....................................................................................5
1.2.2. Chế độ hàn ........................................................................................................8
1.2.3. Chế độ hàn xung .............................................................................................11
1.2.4. Kỹ thuật hàn ...................................................................................................13
1.2.5. Chống biến dạng và cải thiện tạo dáng mối hàn ............................................21
1.3. Thiết bị hàn TIG [1] ..........................................................................................24
1.3.1. Phân loại ........................................................................................................ 24
1.3.2. Sơ đồ cấu tạo ..................................................................................................25
1.4. Vật liệu hàn TIG ............................................................................................... 29
1.4.1. Khí bảo vệ ......................................................................................................29
1.4.2. Điện cực wolfram (Tungstene) ......................................................................30
1.4.3. Que hàn TIG ...................................................................................................39
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

iii

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

1.5. Ứng dụng đặc biệt của hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng
khí trơ [1] ..................................................................................................................42

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU CẤP DÂY TỰ ĐỘNG CHO MÁY
HÀN TIG ............................................................................................................... 45
2.1. Thiết kế kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây [7] ............................................45
2.1.1. Yêu cầu của kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây ........................................45
2.1.2. Thiết kế ...........................................................................................................45
2.2. Thiết kế mạch điều khiển ..................................................................................48
2.2.1. Phân tích chọn loại động cơ ...........................................................................48
2.2.2. Thiết kế mạch điều khiển ...............................................................................53

CHƢƠNG 3: TÍCH HỢP HỆ THỐNG HÀN TIG TỰ ĐỘNG CẤP DÂY
BẰNG RÔ BỐT .................................................................................................... 55
3.1. Lựa chọn thiết bị ...............................................................................................55
3.1.1. Lựa chọn thiết bị hàn TIG [5,6,8] ..................................................................55
3.1.2. Lựa chọn Robot hàn [2,3,9] ...........................................................................60
3.2. Tích hợp hệ thống hàn TIG tự động cấp dây trên Robot AX-V6 .....................73
3.2.1. Thiết kế đồ gá mỏ hàn TIG tự động trên Robot .............................................73
3.2.2. Kết nối máy hàn, bộ cấp dây và robot [6,8,9] ................................................75

CHƢƠNG IV: CHẾ TẠO VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM .............................. 76
4.1. Chế tạo và kết nối ..............................................................................................76
4.1.1. Chế tạo cơ cấu kẹp chặt ..................................................................................76
4.1.2. Chế tạo kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây ................................................76
4.1.3. Chế tạo đồ gá mỏ hàn TIG tự động ................................................................79
4.1.4. Kết nối mạch điều khiển tốc độ bộ cấp dây tự động ......................................79
4.1.5. Kết nối máy hàn, bộ cấp dây và Robot ..........................................................80
4.2. Chạy thử nghiệm hệ thống mỏ hàn TIG tự động cấp dây trên máy hàn
ACCUTIG 300P và Robot AX-V6 ..........................................................................81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 85
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

iv

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký

Đơn

hiệu

vị

CO2

Ý nghĩa
Khí cácbonic

Ar

Khí Argon

He

Khí Helli

N2

Khí Nitơ

DC

Nguồn một chiều

AC

Nguồn xoay chiều

MIG

Hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ

MAG

Hàn bằng điện cực nóng chảy trong môi trƣờng khí hoạt tính

GTAW

Hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo
vệ

ThO2

Tungstene Thorium

ZrO2

Tungstene Zirconium

CeO2

Tungstene Cerium

La2O3

Tungstene Lathanum

W
Ce2O3

CT3

Điện cực không nóng chảy Wonfram
Ôxyt Xêri
Thép các bon

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

v

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Chế độ hàn bằng dòng một chiều sử dụng điện cực WC20 (có pha CeO)
...................................................................................................................................10
Bảng 1.2: Chế độ hàn bằng dòng xoay chiều ...........................................................11
Bảng 1.3: Chế độ hàn 2 nhịp (2T) và 4 nhịp (4T) 15
Bảng 1.4: Độ lệch mép cho phép theo chiều dày tấm ..............................................21
Bảng 1.5: Khoảng cách L giữa các má ép ................................................................22
Bảng 1.6: Các loại mỏ hàn TIG ...............................................................................27
Bảng 1.7: Đƣờng kính tròn của mỏ phun .................................................................27
Bảng 1.8: Mã màu điện cực .....................................................................................31
Bảng 1.9: Thành phần điện cực hàn TIG .................................................................32
Bảng 1.10: Một số loại điện cực thông dụng ...........................................................35

Bảng 1.11: Thông số khi mài điện cực ....................................................................36
Bảng 1.12: Thông số hàn TIG ..................................................................................39
Bảng 1.13a: Tiêu chuẩn kỹ thuật AWS kim loại hàn TIG .......................................40
Bảng 1.13b: Cơ tính của một số loại dây hàn thông dụng .......................................41
Bảng 1.13c: Tiêu chuẩn và thành phần của kim loại phụ .......................................41
Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật nguồn hàn ACCUTIG-300P ..............................56
Bảng 3.2: Các thiết bị chuẩn kèm theo. ...................................................................58
Bảng 3.3: Dạng điều khiển tƣơng tự ........................................................................59
Bảng 3.4: Dạng điều khiển số ..................................................................................59
Bảng 3.5: Thiết bị tiếp xúc cho mỏ hàn ................................................................... 59
Bảng 3.6: Các loại cáp hàn .......................................................................................59
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

vi

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của tay máy ................................................................66
Bảng 3.8: Chức năng bộ điều khiển .........................................................................67
Bảng 3.9: Đặc điểm bộ điều khiển AX-C ................................................................68

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy

Luận văn Thạc sỹ

vii

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy ........................3
trong môi trƣờng khí bảo vệ .......................................................................................3
Hình 1.2: Một số hình ảnh về phạm vi ứng dụng của hàn TIG .................................5
Hình 1.3: Liên kết hàn giáp mối .................................................................................6
Hình 1.4: Liên kết hàn chồng .....................................................................................6
Hình 1.5: Liên kết hàn góc .........................................................................................6
Hình 1.6: Liên kết hàn chữ T .....................................................................................7
Hình 1.7: Liên kết hàn mép ........................................................................................7
Hình 1.8: Lót đáy mối hàn .........................................................................................7
Hình 1.9: Chế độ hàn bằng điện cực không nóng chảy tiêu biểu ..............................9
Hình 1.10: Cách chọn cỡ chụp khí ...........................................................................10
Hình 1.11: Chế độ hàn xung ....................................................................................11
Hình 1.12: Kỹ thuật gây hồ quang tiếp xúc ............................................................13
Hình 1.13: Kỹ thuật hàn mối hàn giáp mối ..............................................................14
Hình 1.14: Kỹ thuật hàn giáp mối trên bề mặt thẳng đứng ......................................17
Hình 1.15: Kỹ thuật hàn mối hàn góc của liên kết chồng ........................................17
Hình 1.16: Bảo vệ đáy mối hàn khi hàn ống ............................................................18
Hình 1.17: Chuẩn bị mép hàn ống ...........................................................................19
Hình 1.18: Vị trí đầu điện cực khi hàn ống ..............................................................19
Hình 1.19: Trình tự hàn ống ở vị trí cố định nằm ngang .........................................20
Hình 1.20: Sơ đồ ép mép hàn ...................................................................................22
Hình 1.21: Sơ đồ lắp giáp có biến dạng định hƣớng mép hàn .................................22

Hình 1.22: Sơ đồ hàn liên kết gấp mép cố định .......................................................23
Hình 1.23: Sơ đồ hàn có biến dạng liên tục .............................................................24
Hình 1.24: Sơ đồ cấu tạo chung của thiết bị hàn TIG đang sử dụng hiện nay
……….. .....................................................................................................................25
Hình 1.25: Bình khí và van điều áp ..........................................................................25
Hình 1.26: Cấu tạo mỏ hàn TIG ...............................................................................26
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

viii

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.27: Nguồn điện hàn ......................................................................................28
Hình 1.28: Đặc điểm của khí bảo vệ ........................................................................ 29
Hình 1.29: Quan hệ U-I và khí hàn ..........................................................................30
Hình 1.30: Hình dạng và cách mài điện cực ............................................................37
Hình 1.31: Ký hiệu dây hàn .....................................................................................41
Hình 1.32: Sơ đồ hàn TIG tự động cấp dây .............................................................43
Hình 1.33: Một số hình ảnh hàn TIG tự động cấp dây ............................................44
Hình 2.1: Bản vẽ kỹ thuật kết cấu kẹp chặt bộ cấp dây tự động trên mỏ hàn TIG ..46
Hình 2.2: Bản vẽ kỹ thuật kết cấu kẹp chặt bộ dẫn hƣớng dây hàn tự động trên mỏ
hàn TIG ....................................................................................................................46
Hình 2.3: Bản vẽ kỹ thuật cơ cấu dẫn hƣớng dây hàn cho mỏ hàn TIG tự động ....48
Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo của động cơ 1 chiều ...........................................................49
Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của động cơ xoay chiều .....................................................50

Hình 2.6: Động cơ servo ..........................................................................................51
Hình 2.7: Nguồn điện DC 24V ................................................................................53
Hình 2.8: Nguyên lý của mạch cầu H ......................................................................53
Hình 2.9: Nguyên lý hoạt động của IR2184 ............................................................54
Hình 3.1: Nguồn hàn TIG DC ACCUTIG 300P .....................................................55
Hình 3.2: Bộ cấp dây CMXL-2320 (của hãng OTC DAIHEN). .............................55
Hình 3.3: Bộ điều khiển ...........................................................................................56
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối nguồn hàn-bộ cấp dây- khí bảo vệ. ....................................56
Hình 3.5: Cấu hình cơ bản của hệ thống robot hàn ..................................................61
Hình 3.6: Robot hàn MIG/MAG AII-V6 và AII-V6L của hãng OTC-DAIHEN .... 63
Hình 3.7: Robot hàn MIG/MAG OiC-170 của hãng FANUC .................................63
Hình 3.8: Robot hàn MIG/MAG TA-1400 của hãng Panasonic .............................64
Hình 3.9: Robot hàn MIG/MAG MA-1400 của hãng Motoman .............................64
Hình 3.10: Một số hình ảnh về robot hàn TIG đang đƣợc ứng dụng rộng rãi hiện nay
...................................................................................................................................65
Hình 3.11: Cơ cấu tay máy và chiều di chuyển các trục ..........................................66
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

ix

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 3.13: Nguồn hàn kỹ thuật số DM350 ..............................................................73
Hình 3.14: Bản vẽ kỹ thuật đồ gá mỏ hàn TIG tự động ............................................73
Hình 3.15: Sơ đồ kết nối máy hàn, bộ cấp dây và Robot .........................................75

Hình 4.1: Kết cấu kẹp chặt sau khi chế tạo ..............................................................76
Hình 4.2: Ống trụ .....................................................................................................77
Hình 4.3: Ống cong ..................................................................................................77
Hình 4.4: Pép tiếp xúc dây hàn ................................................................................ 78
Hình 4.5: Kết cấu mỏ hàn TIG tự động cấp dây ......................................................79
Hình 4.6: Đồ gá mỏ hàn TIG tự động ......................................................................79
Hình 4.7: Mạch điều khiển tốc độ bộ cấp dây tự động ............................................ 80
Hình 4.8: Kết nối máy hàn, bộ cấp dây trên Robot AX-V6 .....................................81
Hình 4.9: Mối hàn giáp mối sau khi hàn ..................................................................82
Hình 4.10: Mối hàn góc chữ T sau khi hàn ..............................................................82

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

1

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
- Trong sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nƣớc thì ngành cơ
khí nói chung và ngành hàn nói riêng có một vai trò hết sức to lớn bởi muốn phát
triển các ngành nhƣ công nghiệp đóng tàu, giao thông vận tải, xây dựng, lắp máy,
dầu khí và hoá chất...thì không thiếu sự đóng góp của ngành hàn.
- Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật hàng loạt các
vật liệu mới ra đời, cho đến nay vật liệu đƣợc sử dụng trong các ngành là rất đa

dạng về chủng loại và tính công nghệ. Hơn nữa nhu cầu của con ngƣời là năng xuất,
chất lƣợng và thẩm mỹ của sản phẩm. Vì vậy ngành hàn cũng phải nghiên cứu để
tìm ra những công nghệ nhằm đáp ứng thực tế đó. Kết quả là hàng loạt công nghệ
hàn ra đời, trong đó có công nghệ hàn TIG.
- Song để đào tạo đƣợc một ngƣời thợ hàn TIG có trình độ cao thì mất rất
nhiều thời gian và phụ thuộc vào năng khiếu của ngƣời đó. Hơn nữa hàn TIG hoàn
toàn thủ công thì năng suất thấp, chất lƣợng mối hàn không đồng đều và gây lãng
phí nguyên, nhiên vật liệu.
- Để công nghệ hàn TIG đƣợc sử dụng rộng rãi thì phải hạn chế đƣợc các
nhƣợc điểm nhƣ nói trên. Cụ thể là phải nâng cao đƣợc năng suất, cải thiện đƣợc
chất lƣợng mối hàn và tiết kiệm đƣợc nguyên nhiên vật liệu... Thì phải tiến hành tự
động hoá từng phần hoặc tự động hoá toàn bộ quá trình hàn.
- Thực tế hiện nay tại Việt Nam chƣa sản xuất đƣợc bộ cấp dây tự động cho
máy hàn TIG, nhập khẩu rất đắt. Bởi vậy việc nghiên cứu để chế tạo ra một bộ cấp
dây tự động cho mỏ hàn TIG và tích hợp hệ thống hàn TIG tự động cấp dây bằng
Robot là hết sức cần thiết và cấp bách.
- Đƣợc sự đồng ý của Viện Cơ Khí - Bộ môn Hàn và Công Nghệ Kim
Loại Trường Đại Học Bách Khoa - Hà Nội đặc biệt là PGS.TS. Bùi Văn Hạnh tác
giả thực hiện luận văn với tên sau:
Nghiên cứu tự động hóa quá trình hàn TIG bằng robot “Research on
automation of TIG welding by robot”.
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

2

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài đi sâu nghiên cứu, thiết kế thành công hệ thống hàn TIG tự động cấp
dây với nguồn hàn TIG bất kỳ. Tích hợp hệ thống hàn TIG tự động cấp dây trên
Robot từ đó thiết kế hoàn chỉnh hệ thống hàn TIG tự động bằng Robot nhằm ứng
dụng trong công nghiệp.
3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Thiết kế thành công hệ thống hàn TIG tự động cấp dây và kết nối đƣợc hệ
thống hàn TIG tự động cấp dây trên Robot AX-V6.
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết, thực tế và phân tích tổng hợp.

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

3

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HÀN TIG
1.1. Tổng quan về hàn TIG [1]
1.1.1. Nguyên lý hàn TIG
Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí bảo vệ
của khí trơ (còn gọi là hàn TIG, hàn GTAW) đƣợc mô tả về mặt nguyên lý trên hình
1.1.

Khi hàn, khí bảo vệ chảy liên tục từ thân mỏ hàn và chụp khí vào vùng hàn hồ
quang. Nhiệt của hồ quang làm nung chảy kim loại cơ bản và dây hàn phụ (nếu có).
Kim loại nóng chảy tại vũng hàn kết tinh tạo thành mối hàn. Khí bảo vệ có thể là
Argon, Hêli, hoặc hỗn hợp khí (Ar+He, Ar+CO2). Khí bảo vệ có thể đƣợc đƣa vào
vùng hàn từ một phía bên điện cực hoặc từ xung quanh nó.

Hình 1.1: Nguyên lý hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy
trong môi trường khí bảo vệ
1.1.2. Đặc điểm của quá trình hàn
* Ưu điểm:
- Có thể đạt đƣợc mối hàn có cùng tính chất hóa lý, luyện kim nhƣ kim loại cơ bản.
- Không cần phải làm sạch mối hàn sau khi hàn (không có kim loại bắn tóe, xỉ hàn).
- Có thể hàn hầu hết kim loại thông dụng trong công nghiệp.
- Còn có thể dùng để hàn kim loại không đồng nhất, và hàn đắp.
- Thích hợp cho hàn các tấm mỏng.
* Nhược điểm:
- Năng xuất thấp.
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

4

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

- Đòi hỏi thợ có tay nghề cao.
- Giá thành tƣơng đối cao do năng xuất thấp.

1.1.3. Phạm vi ứng dụng
Hình 1.2 thể hiện một số ứng dụng của công nghệ hàn TIG, áp dụng để hàn
các loại thép nhƣ thép không gỉ, thép hợp kim, kim loại màu: Hợp kim nhôm, titan
nhằm đảm bảo cho kim loại mối hàn có chất lƣợng tốt. Kim loại cơ bản đƣợc nóng
chảy do nhiệt độ hồ quang sinh ra giữa điện cực không nóng chảy Vonfram và kim
loại cơ bản, que hàn phụ đƣợc đƣa vào vùng hàn bị nóng chảy đi vào bể hàn tạo
thành mối hàn. Hầu hết các kim loại đều có thể hàn bằng phƣơng pháp này. Tuỳ
thuộc vào từng kim loại hàn, có thể dùng DC TIG Welding là phƣơng pháp hàn TIG
dùng dòng điện một chiều (nếu hàn phƣơng pháp này là điện cực nối với cực âm)
hoặc AC TIG Welding là phƣơng pháp hàn TIG dùng dòng điện xoay chiều. Sử
dụng dòng một chiều để hàn các kim loại nhƣ: Thép các bon, thép không gỉ, đồng
đỏ, đồng thau, titan. Khi dùng dòng xoay chiều có thuận lợi cho việc tẩy sạch lớp
ôxyt trên bề mặt vật hàn vì vậy sử dụng dòng xoay chiều để hàn nhôm và hợp kim
của nhôm là rất thuận lợi.
- Do việc sử dụng khí để bảo vệ vùng hàn nên phƣơng pháp hàn TIG cũng bị ảnh
hƣởng của gió. Hình dạng và góc độ của đầu điện cực Vonfram ảnh hƣởng đến bề
rộng và độ ngấu sâu của mối hàn.
- Có nhiều loại điện cực đƣợc sử dụng cho phƣơng pháp hàn TIG nhƣ điện cực
Vonfram nguyên chất, Vonfram chứa Thoria. Gần đây ngƣời ta sử dụng oxyt Xêri
(Ce2O3) thấm lên điện cực làm giảm sự tiêu hao và biến dạng của đầu điện cực
trong quá trình hàn.
→ Thƣờng đƣợc dùng hàn lớp lót trong quy trình hàn ống áp lực.
→ Sử dụng để hàn các kim loại khó hàn nhƣ Titan, đồng đỏ.
→ Hàn các kết cấu thép dạng bình chứa, dạng tấm vỏ.

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy

Luận văn Thạc sỹ

5

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.2: Một số hình ảnh về phạm vi ứng dụng của hàn TIG
1.2. Công nghệ hàn TIG [1]
1.2.1. Chuẩn bị trƣớc khi hàn
Công tác chuẩn bị trƣớc khi hàn ảnh hƣởng đáng kể đến chất lƣợng mối hàn
và thƣờng bao gồm các công việc sau:
+ Chọn dạng liên kết: Việc lựa chọn dạng liên kết cho từng trƣờng hợp cụ thể phụ
thuộc vào tính chất cần có của mối hàn, chi phí chuẩn bị, chi phí hàn và loại kim
loại cơ bản, hình dạng và kích thƣớc kết cấu cần hàn.

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

6

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Các dạng liên kết phổ biến là
liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn
chồng, liên kết hàn góc, liên kết hàn
chữ T, liên kết hàn mép. Trên

hình1.3 là các loại liên kết hàn giáp
mối phổ biến.
Hình 1.3: Liên kết hàn giáp mối
Liên kết giáp mối dạng chữ I dễ chuẩn bị nhất (chiều dày tấm có thể lên đến
6mm) và khi hàn có thể sử dụng hoặc không cần sử dụng kim loại bổ sung, tuỳ theo
chiều dày của tấm hàn (hình 1.3a). Khi cần hàn tấm rất mỏng (1,6÷2)mm có thể sử
dụng phƣơng pháp gấp mép (hình 1.3c). Nếu chiều dày vật hàn từ (6÷12)mm thì ta
vát mép chữ V (hình 1.3b). Liên kết vát mép chữ X dùng cho tấm dày từ 12mm trở
lên (hình 1.3d). Góc rãnh hàn thƣờng là từ (600÷700).
Liên kết hàn chồng (hình 1.4) là loại
liên kết loại bỏ hoàn toàn nhu cầu chuẩn bị
mép hàn. Tuy nhiên cần chú ý để các tấm
cần hàn tiếp xúc với nhau trên toàn bộ
chiều dài mối hàn. Khi chiều dày tấm hàn
không vƣợt quá 6mm, có thể hàn với dây
hàn phụ hoặc không. Loại liên kết này

Hình 1.4: Liên kết hàn chồng

thƣờng không đƣợc ƣu tiên sử dụng khi
chiều dày tấm vƣợt quá 6mm.
Liên kết hàn góc (hình 1.5) thƣờng sử
dụng trong chế tạo các chi tiết dạng hộp
hay thùng chứa, liên kết ở (hình 1.5a) dùng
cho chiều dày tấm đến 3mm và không dùng
dây hàn phụ. Loại liên kết ở hình (1.5b)
dùng cho tấm hàn dày hơn và cần sử dụng
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Hình 1.5: Liên kết hàn góc

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

7

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

dây hàn phụ. Loại liên kết ở (hình1.5c)
dùng cho hàn tấm rất dày và góc vát mép
thƣờng là 500 và mặt đáy là 3mm.
Liên kết hàn chữ T (hình1.6) cần sử
dụng dây hàn phụ. Số lớp hàn phụ thuộc
vào chiều dày tấm và kích thƣớc cần có của
mối hàn.

Hình 1.6: Liên kết hàn chữ T

Liên kết hàn gấp mép (hình 1.7) chỉ
dùng cho tấm mỏng và không cần sử dụng
dây hàn phụ. Tuy nhiên nó không thích hợp
khi mối hàn chịu kéo hoặc uốn.
+ Chọn dạng lót đáy mối hàn:
Lót đáy (hình 1.8) có tác dụng bảo vệ mặt

Hình 1.7: Liên kết hàn mép

sau khi hàn tấm mỏng khỏi ảnh hƣởng của
không khí, ngăn kim loại nóng chảy khỏi bị chảy sụt khỏi mối hàn (có tác dụng đỡ

vùng hàn). Có thể lót đáy bằng tấm kim loại, sử dụng đệm thuốc hàn đƣa khí trơ
vào mặt sau mối hàn, cũng có thể phối hợp cả hai phƣơng pháp trên.

Hình 1.8: Lót đáy mối hàn
+ Kiểm tra thiết bị trước khi hàn:
• Kiểm tra độ kín của mọi mối nối đƣờng dẫn khí bảo vệ.
• Kiểm tra dòng điện hàn và lƣu lƣợng khí đã đƣợc đặt trƣớc.
• Chọn cỡ chụp khí và đƣờng kính điện cực thích hợp.
• Kiểm tra lƣu lƣợng nƣớc làm mát (nếu có).
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

8

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

• Kiểm tra việc đấu dây của vật hàn.
+ Chuẩn bị khí bảo vệ:
Hình dạng của các bộ phận bên trong mỏ hàn và chụp khí bảo vệ đƣợc thiết
kế để dòng chảy của khí là chảy tầng không bị chảy rối. Điều này đạt đƣợc thông
qua các ống hội tụ đồng tâm, cho phép tăng khoảng cách bảo vệ lẫn độ nhô ra của
đầu điện cực khỏi chụp khí (thích hợp cho hàn ở vị trí khó tiếp cận). Thông thƣờng
thì các hãng bán thiết bị hàn dành cho khách hàng tuỳ chọn khi mua. Khách hàng có
thể mua thiết bị chỉ có mỏ hàn tiêu chuẩn (không có ống hội tụ) hoặc có thể mua
thiết bị với mỏ hàn kèm theo ống hội tụ.
Ngoài ra công tác làm sạch bề mặt chi tiết trƣớc khi hàn cũng rất quan trọng.

Có thể làm sạch mép hàn bằng phƣơng pháp cơ học hoặc hoá chất. Lƣu ý vấn đề khi
sử dụng hoá chất. Làm sạch về mỗi bên mối hàn khoảng từ (30÷50)mm. Sau khi vát
mép nếu có và gá lắp, có thể thực hiện hàn đính. Kích thƣớc và số lƣợng mối hàn
đính phụ thuộc vào chiều dày và kích thƣớc của chi tiết.
1.2.2. Chế độ hàn
Chế độ hàn liên quan đến việc chọn các thông số như:
• Cƣờng độ dòng điện hàn cho tƣ thế hàn đã chọn.
• Thời gian tăng dòng diện hàn lên giá trị đã chọn.
• Thời gian giảm cƣờng độ dòng điện hàn khi tắt hồ quang (để điền đầy miệng hàn).
• Đƣờng kính điện cực.
• Đƣờng kính dây hàn phụ (nếu có).
• Tốc độ hàn.
• Lƣu lƣợng khí bảo vệ và cỡ chụp khí (đƣờng kính miệng phun của chụp khí).
• Thời gian tác động của khí bảo vệ trƣớc và sau khi hồ quang hoạt động.
Trên (hình 1.9) là chế độ tiêu biểu đối với dòng điện hàn và thời gian tác động
của khí bảo vệ.

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

9

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.9: Chế độ hàn bằng điện cực không nóng chảy tiêu biểu
I - Cƣờng độ dòng điện hàn (giá trị làm việc).

A - Thời gian tác động của khí bảo vệ trƣớc khi gây hồ quang.
B - Thời gian tăng dòng điện hàn lên giá trị làm việc.
C - Thời gian giảm dòng điện hàn từ giá trị làm việc (để điền miệng hàn).
D - Thời gian tác động của khí bảo vệ sau khi tắt hồ quang.
Cơ sở cho lựa chọn chế độ hàn là loại kim loại cơ bản, loại liên kết hàn,
chiều dày tấm, và tƣ thế hàn. Các giá trị của chế độ hàn thƣờng đƣợc chọn theo
bảng. Cƣờng độ dòng điện hàn, đƣờng kính điện cực, đƣờng kính dây hàn phụ (nếu
cần), tốc độ hàn, kích thƣớc chụp khí bảo vệ, và lƣu lƣợng khí bảo vệ. Có các bảng
cho nhôm và hợp kim nhôm, thép hợp kim cao, hợp kim ma nhê, đồng và hợp kim
đồng, thép các bon và thép hợp kim thấp, các hợp kim niken.
Biểu đồ trên hình 1.10 cho thấy cách chọn cỡ chụp khí theo lƣu lƣợng khí
bảo vệ, tuỳ thuộc vào kim loại cơ bản và chiều dày cần hàn.

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

10

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hình 1.10: Cách chọn cỡ chụp khí
Dƣới đây là một số chế độ hàn tiêu biểu cho hàn bằng dòng một chiều (bảng
1.1) và xoay chiều (bảng 1.2).
Bảng 1.1: Chế độ hàn bằng dòng một chiều sử dụng điện cực WC20 (có pha CeO)
I[A]

Đƣờng kính

Cỡ

Đƣờng kính

Lƣu lƣợng

điện cực d [mm]

chụp khí

trong của chụp

Ar, [l/min]

khí [mm]
5÷80

1,0

4/5

6,5/8,0

5÷6

70÷140

1,6

4/5/6

6,5/8,0/9,5

6÷7

140÷230

2,4

6/7

9,5/11,0

7÷8

225÷350

3,2

7/8

11,0/12,5

8÷10

330÷350

4,0

10

16

10÷12

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

11

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bảng 1.2: Chế độ hàn bằng dòng xoay chiều
Đƣờng
I1[A]

I2[A]

min

min

I[A] max

kính
điện cực
d [mm]

Cỡ
chụp
khí

Đƣờng kính

Lƣu

trong của

lƣợng

chụp khí

Ar,

[mm]

[l/min]

15

25

90

1,6

4/5/6

6,5/8,0/9,5

6÷7

20

30

150

2,4

6/7

9,5/11,0

7÷8

30

45

200

3,2

7/8/10

11,0/12,5/16

8÷10

40

60

350

4,0

10/11

16/17,5

10÷12

Chú thích: I1 là giá trị dòng tối thiểu khi dùng điện cực WC20, I2 là giá trị
dòng tối thiểu khi dùng điện cực W nguyên chất. I là giá trị dòng tối đa cho
cả 2 loại điện cực.
1.2.3. Chế độ hàn xung
Ngoài chế độ hàn thông thƣờng nhƣ (hình 1.9), các thiết bị hàn bằng điện
cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí trơ ngày nay còn có thể đƣợc trang bị bộ
tạo xung. Trên (hình 1.11) là sơ đồ chế độ hàn có xung.

Hình 1.11: Chế độ hàn xung
Ip - Cƣờng độ dòng hàn xung (giá trị làm việc).

Ib - Cƣờng độ dòng hàn cơ bản (giá trị duy trì hồ quang).
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

12

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

A - Thời gian tác động của khí bảo vệ trƣớc khi gây hồ quang.
B - Thời gian tác động của 1 xung hàn.
C - Thời gian không có xung hàn (giữa hai xung liên tiếp).
D - Thời gian tác động của khí bảo vệ sau khi tắt hồ quang.
Có thể điều chỉnh thời gian và biên độ dòng xung (B, Ip), dòng cơ bản (C, Ib) cho
phù hợp với ứng dụng hàn cụ thể.
* Đặc điểm của hàn xung là:
• Không đòi hỏi chặt chẽ về dung sai gá lắp nhƣ khi hàn không có xung.
• Cho phép hàn các tấm mỏng dƣới 1mm (chiều dày này khó hàn khi không có
xung ).
• Giảm biến dạng do khống chế đƣợc năng lƣợng đƣờng.
• Dễ hàn ở mọi tƣ thế.
• Không đòi hỏi tay nghề cao nhƣ khi hàn không có xung.
• Chất lƣợng mối hàn đƣợc cải thiện đáng kể.
• Thích hợp cho việc cơ giới hóa tự động hóa.
• Thích hợp cho chi tiết quan trọng: Đƣờng kính hàn đáy mối hàn ống nhiều
lớp, hàn các chiều dày không đồng nhất.
• Với lực điện tử mạnh của hồ quang, hạn chế đƣợc rỗ khí và tăng chiều sâu

ngấu.
* Các loại xung hàn hay sử dụng là:
• Xung có tần số thấp từ (0,1÷20)Hz. Đây có thể là xung một chiều hoặc xung
xoay chiều. Chúng đƣợc hàn cho các tấm có chiều dày 1mm (ngấu hết), hàn các kim
loại cơ bản khác nhau.
• Xung có tần số trung bình từ (100÷500)Hz đây là loại xung một chiều.
Chúng đƣợc dùng cho hàn tấm mỏng, hàn ống có chiều dày đến 0,3mm (tốc độ hàn
3m/min), hàn các kim loại cơ bản không đồng nhất.
• Xung có tần số cao từ (1÷20)kHz. Đây là loại xung một chiều dùng cho hàn
các tấm cực mỏng (đến 0,1mm) và đòi hỏi độ chính xác cao, hàn ống mỏng.

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

13

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Các ứng dụng tiêu biểu của hàn xung là hàn tự động ở mọi tư thế các ống
mỏng hoặc hàn lớp hàn đáy của mối hàn ống dày ở tư thế 5G (nằm ngang cố định).
1.2.4. Kỹ thuật hàn
Kỹ thuật hàn bao gồm việc gây và kết thúc hồ quang, thao tác mỏ hàn và dây
hàn phụ ở các tƣ thế hàn khác nhau. Kỹ thuật hàn của thợ hàn có thể hơi khác nhau
tuỳ theo tập quán của từng nơi, tuy nhiên đều nhằm đảm bảo mối hàn có chất lƣợng.
+ Kỹ thuật gây hồ quang:
Có hai cách gây hồ quang là không tiếp xúc (bằng cao tần) và tiếp xúc.

• Kỹ thuật gây hồ quang không tiếp xúc nhƣ sau:
- Bật dòng hàn sau đó giữ mỏ hàn ở tƣ thế nằm ngang cách bề mặt vật hàn
khoảng 50mm.
- Quay nhanh đầu điện cực trên mỏ hàn về phía vật hàn cho tới khoảng cách
3mm, tạo thành một góc 750, hồ quang sẽ tự hình thành do hoạt động của bộ gây hồ
quang có tần số và điện áp cao sẵn có trong thiết bị hàn.
Sóng phát ra khi gây hồ quang cao tần có thể gây nhiễu các thiết bị điện tử
nhạy cảm, kỹ thuật gây hồ quang tiếp xúc đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp trong nhà
máy có thiết bị điện tử nhạy cảm ví dụ thiết bị điều khiển dây truyền công nghệ.
Hình (1.12) cho thấy các bƣớc gây hồ quang tiếp xúc:

Hình 1.12: Kỹ thuật gây hồ quang tiếp xúc
- Chạm nhẹ đầu điện cực vào vật hàn (1) ấn công tắc mỏ hàn. Dòng khí bảo vệ
trƣớc khi hàn đƣợc mở và dòng điện nhỏ chạy qua điện cực.
- Nâng dần điện cực lên bằng cách xoay chụp khí theo hình mũi tên (2 và 3).

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

14

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

- Hồ quang hình thành và dòng điện hàn tự động tăng tới mức dòng hàn trong
khoảng thời gian tăng dòng (4).
Hầu hết thiết bị hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trƣờng khí

bảo vệ hiện đại đều có mạch điều khiển tự động chế độ gây hồ quang tiếp xúc.
+ Kỹ thuật kết thúc hồ quang:
Để kết thúc hồ quang, có thể đƣa điện cực về tƣ thế nằm ngang. Thiết bị hàn
cũng có thể đƣợc trang bị điều khiển từ xa (bằng tay hoặc chân) để gây hồ quang,
thay đổi cƣờng độ dòng điện hàn và kết thúc hồ quang mà không cần thông qua
chuyển động của mỏ hàn.
+ Chế độ làm việc 2 nhịp và 4 nhịp (2T/4T) của mỏ hàn:
Chế độ làm việc 2 nhịp (2T, tức là chỉ ấn công tắc có 2 lần trong một lƣợt
hàn) của mỏ hàn thích hợp cho hàn các đƣờng hàn ngắn hoặc các đƣờng hàn thƣờng
xuyên gián đoạn. Chế độ làm việc 4 nhịp (4T, tức là phải ấn công tắc 4 lần trong
một lƣợt hàn) của mỏ hàn thích hợp cho hàn các đƣờng hàn dài. Trên bảng 1.3 cho
thấy cách thao tác mỏ hàn khi hàn ở chế độ làm việc 2 nhịp và 4 nhịp.
+ Kỹ thuật hàn mối hàn giáp mối:
- Sau khi gây hồ quang, giữ mỏ hàn ở góc 750 so với bề mặt vật hàn (hình 1.13).

Hình 1.13: Kỹ thuật hàn mối hàn giáp mối

GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

15

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

- Nung điểm bắt đầu hàn bằng cách cho mỏ hàn xoay tròn cho đến khi thấy xuất
hiện vũng hàn (hình 1.13A). Đầu của điện cực cần đƣợc giữ ở khoảng cách 3mm so

với bề mặt vật hàn.
- Khi vũng hàn sáng và lỏng, dịch chuyển chậm và đều mỏ hàn với tốc độ đủ tạo
mối hàn có chiều rộng cần thiết. Trƣờng hợp không sử dụng dây hàn phụ: Không
cần dao động ngang mỏ hàn khi dịch chuyển theo chiều dài mối hàn.
Khi sử dụng dây hàn phụ, dây hàn đƣợc giữ ở góc 150 so với bề mặt vật hàn,
và cách điểm bắt đầu hàn khoảng 25mm. Trƣớc hết nung điểm khởi đầu để tạo vũng
hàn giống nhƣ khi hàn không có dây hàn phụ. Khi vũng hàn sáng và lỏng, dịch
chuyển hồ quang về mép sau vũng hàn (hình 1.13B) và bổ sung kim loại dây hàn
bằng cách chạm nhanh đầu dây hàn vào mép trƣớc vũng hàn (hình 1.13C). Rút dây
hàn lại (hình 1.13D) và đƣa hồ quang quay trở về mép trƣớc của vũng hàn (hình
1.13E). Khi vũng hàn lại sáng và lỏng, ta lại lặp lại các bƣớc nêu trên trên toàn bộ
chiều dài mối hàn. Tốc độ hàn và lƣợng dây hàn đƣợc bổ sung phụ thuộc vào chiều
rộng và chiều cao cần thiết của mối hàn.
Bảng 1.3: Chế độ hàn 2 nhịp (2T) và 4 nhịp (4T)

E R 70 S - X

Chức năng 2T kết hợp với gây hồ

Chức năng 2T kết hợp với gây hồ

quang cao tần:

quang tiếp xúc:

• Ấn phím 4T/2T để chọn loại thao tác 1. Chạm nhẹ đầu điện cực vào vật hàn.
công tắc mỏ hàn

2. Ấn công tắc mỏ hàn.

1. Ấn công tắc mỏ hàn. Khí bảo vệ bắt 3. Nâng dần đầu điện cực lên khỏi vật
đầu chảy. Sau khoảng thời gian ra khí hàn. Hồ quang hình thành và dòng điện
trƣớc hàn sẽ xuất hiện hồ quang. Sau sẽ tăng tới mức dòng hàn trong khoảng
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

Học viên: Nguyễn Hải Duy


Luận văn Thạc sỹ

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

16

đó dòng điện tăng trong khoảng thời thời gian tăng dòng.
gian tăng dòng tới giá trị cƣờng độ 4. Nhả công tắc mỏ hàn. Dòng hàn sẽ
dòng hàn đặt trƣớc.

giảm trong khoảng thời gian giảm

2. Nhả công tắc mỏ hàn. Dòng hàn dòng. Sau khi hồ quang tắt, khí bảo vệ
giảm trong khoảng thời gian giảm tiếp tục chảy trong thời gian ra khí sau
dòng. Sau khi hồ quang tắt, khí bảo vệ hàn.
tiếp tục chảy trong khoảng thời gian ra
khí sau hàn.

Chức năng 4T kết hợp với gây hồ

Chức năng 4T kết hợp với gây hồ

quang cao tần:

quang tiếp xúc:

1. Ấn công tắc mỏ hàn. Khí bảo vệ bắt 1. Chạm nhẹ đầu điện cực vào vật hàn.
đầu chảy ra.

2. Ấn và nhả nhanh công tắc mỏ hàn.

2. Nhả công tắc mỏ hàn. Hồ quang 3. Nâng dần đầu điện cực ra khỏi vật
hình thành. Dòng điện tăng tới giá trị hàn. Hồ quang hình thành và dòng điện
dòng hàn trong khoảng thời gian tăng sẽ tăng tới giá trị dòng hàn trong
dòng.

khoảng thời gian tăng dòng.

3. Ấn công tắc mỏ hàn. Việc hàn tiếp 4. Ấn công tắc mỏ hàn. Việc hàn tiếp
tục

tục.

4. Nhả công tắc mỏ hàn. Dòng hàn 5. Nhả công tắc mỏ hàn. Dòng hàn sẽ
giảm trong khoảng thời gian giảm giảm trong khoảng thời gian giảm dòng
dòng, cho đến khi hồ quang tắt. Sau cho đến khi hồ quang tắt. Sau đó khí
đó, khí bảo vệ tiếp tục chảy trong bảo vệ chảy tiếp trong khoảng thời gian
khoảng thời gian ra khí sau hàn.
GVHD: PGS.TS: Bùi Văn Hạnh

ra khí sau hàn.
Học viên: Nguyễn Hải Duy