Nghiên cứu, tính toán, thiết kế kết cấu và mô phỏng hệ tự động máy hàn điểm đồ gá hàn nhiều điểm tuần tự, đồng thời

PHẠM VĂN ĐƯỢC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Họ và tên: Phạm Văn Được

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU
CÔNG NGHỆ HÀN

VÀ MÔ PHỎNG HỆ TỰ ĐỘNG: MÁY HÀN ĐIỂM - ĐỒ
GÁ HÀN NHIỀU ĐIỂM TUẦN TỰ, ĐỒNG THỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ HÀN

KHOÁ: 2008 –2010

Hà Nội – Năm 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Phạm Văn Được

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ KẾT CẤU
VÀ MÔ PHỎNG HỆ TỰ ĐỘNG: MÁY HÀN ĐIỂM - ĐỒ GÁ HÀN NHIỀU
ĐIỂM TUẦN TỰ, ĐỒNG THỜI

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÀN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ HÀN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GVC. TS. Nguyễn Ngọc Thành

Hà Nội – Năm 2010
2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực bằng khảo sát, tính toán thực tế và chưa từng ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Phạm Văn Được

3


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ …………………………………….….3
Bảng 1.1- Chế độ hàn thép các bon thấp (máy hàn tự động, chế độ hàn cứng).
Bảng 1.2- Chế độ hàn thép các bon thấp (chế độ hàn cứng, chế độ hàn mềm).
Bảng 1.3- Chế độ hàn điểm tiếp xúc thép 12Cr18Ni9.
Bảng 1.4- Chế độ hàn thép 2Cr25Ni20 (TCVN).
Bảng 1.5- Chế độ hàn điểm hợp kim nhôm.

Bảng 1.6- Thông số kỹ thuật của 03 loại máy hàn HANVIET
Bảng 1.7- Thông số kỹ thuật của máy hàn điểm cố định DN 10-16-25-35.
Bảng 2.1- Chế độ hàn thực tế.
Bảng 4.4- Tính năng kỹ thuật của một số máy hàn điện tiếp xúc bán tự động.
Bảng 4.5- Thông số máy hàn YR-JM2
Bảng 4.6- Thành phần của vật liệu điện cực.
Bảng 4.7- Cơ tính của vật liệu.
Bảng 4.8- Tính chất của vật liệu ở nhiệt độ 200C.
Bảng 4.9- Cụm đôg gá chi tiết
Bảng 4.10- Bảng kích thước các chi tiết trong cụm xi lanh [mm].

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………………4
Hình 1.1- Các điểm hàn của cụm nắp bình xăng xe máy.
Hình 1.2- Các điểm hàn của cốc dầu cụm ly hợp xe máy.
Hình 1.3- Các điểm hàn của chắn bùn ôtô.
Hình 1.4- Các điểm hàn của sàn ôtô
Hình 1.5- Hàn vỏ tên lửa.
Hình 1.6- Hàn vỏ thùng máy tính.
Hình 1.7- Các điểm hàn trên thân súng bộ binh.
Hình 1.8- Các điểm của hộp tiếp đạn.
Hình 1.9- Cụm chi tiết TĐ.
Hình 1.10- Các phương pháp hàn điện trở tiếp xúc.
Hình1.11- Thông số điểm hàn.
Hình 1.12- Chu trình hàn điểm.
Hình 1.13- Điện trở trong trình hàn điểm.
Hình 1.14- Sơ đồ dòng mạch rẽ.
Hình 1.15- Sơ đồ thay thế.

Hình 1.16- Hình biểu diễn hàn hợp kim nhẹ.
Hình1.17- Máy hàn điểm HANVIET.
Hình 1.18- Máy hàn YR500JM2.
Hình 1.19- Thông số kỹ thuật máy hàn YR500JM2
Hình 2.1- Hộp TĐ.
Hình 2.2- Số lượng và vị trí điểm hàn trên hộp TĐ
Hình 2.3a- Hình dạng mặt bụng chi tiết thành trái (thành phải).
Hình 2.3b- Hình dạng mặt chính, mặt lưng chi tiết thành trái (thành phải).
Hình 2.4a- Má táp trái (phải)
Hình 2.4b-Vấu trước
Hình 2.5- Hình dạng vấu sau
Hình 2.6- Bản vẽ chi tiết TĐ01-01.
5


Hình 2.7- Bản vẽ chi tiết TĐ01-02.
Hình 2.8- Bản vẽ chi tiết TĐ02-01.
Hình 2.9- Bản vẽ chi tiết TĐ02-02.
Hình 2.10- Bản vẽ chi tiết TĐ03-01.
Hình 2.11- Bản vẽ chi tiết TĐ03-02.
Hình 2.12- Cụm chi tiết.
Hình 2.13- Biểu đồ chu trình hàn.
Hình 2.14- Mô tả vị trí, kích thước điểm hàn
Hình 2.15- Các nguyên công trong dây chuyên hàn hộp TĐ
Hình 2.16- Vị trí và thứ tự các điểm hàn trên má táp.
Hình 2.17a- Vị trí các điểm hàn trên má táp.
Hình 2.17b- Thứ tự các điểm hàn trên má táp.
Hình 2.18- Vị trí và thứ tự các điểm hàn trên má táp.
Hình 2.19a- Vị trí các điểm hàn trên má táp.
Hình 2.19b- Thứ tự các điểm hàn trên má táp

Hình 2.20- Vị trí 2 điểm hàn đính trên mặt bụng.
Hình 2.21a- Vị trí 04 điểm hàn đính trên phần lưng.
Hình 2.21b- Thứ tự hàn khi hàn đính.
Hình 2.22a- Vị trí các điểm hàn trên phần bụng.
Hình 2.22b- Thứ tự các điểm hàn trên phần bụng.
Hình 2.23a- Thứ tự các điểm hàn trên phần lưng.
Hình 2.23b- Vị trí các điểm hàn trên phần lưng.
Hình 2.24- Vị trí trên các điểm hàn vấu trước.
Hình 2.25- Vị trí trên các điểm hàn vấu sau.
Hình 2.26- Biểu đổ Grafcet nhiệm vụ, hành động và điều khiển.
Hình 2.26a- Quy trình công nghệ bán tự động 13 điểm tuần tự.
Hình 2.26b- Quy trình công nghệ bán tự động 06 điểm đồng thời.
Hình 3.1- Vị trí và thứ tự các điểm hàn.
6


Hình 3.2- Biểu đồ chu trình hàn điểm.
Hình 3.3- Kích thước và vị trí mối hàn.
Hình 3.4- Quy trình công nghệ bán tự động 13 điểm tuần tự
Hình 3.5- Trình thự động tác hàn 13 điểm.
Hình 3.6- Bản vẽ lắp kết cấu đồ gá hàn.
Hình 3.7a- Giá gá cố định.
Hình 3.7b- Giá gá quay.
Hình 3.7c- Tấm dưới.
Hình 3.8a- Tấm nối.
Hình 3.8b- Áo trục.
Hình 3.9a-Trục quay.
Hình 3.9b-Vòng bi.
Hình 3.10a- Bánh răng.
Hình 3.10b- Thanh răng.

Hình 3.11- Thanh đẩy.
Hình 3.12- Tấm gá phôi.
Hình 3.13- Một số chi tiết trong đồ gá hàn điểm tuần tự.
Hình 3.14- Phôi hàn.
Hình 3.15- Lắp ghép cụm đồ gá hàn.
Hình 3.16- Mô hình chạy mô phỏng của đồ gá hàn.
Hình 4.1a- Các bước, động tác của nguyên công hàn 06 điểm đồng thời.
Hình 4.1b- Vị trí và thứ tự các điểm hàn trên má táp.
Hình 4.3- Quy trình công nghệ bán tự động 06 điểm đồng thời.
Hình 4.4- Biểu đổ Grafcet nhiệm vụ, hành động và điều khiển.
Hình4.5- Đế điện cực.
Hình 4.6- Vòng giữ có ren.
Hình 4.7- Nắp điện cực.
Hình 4.8- Đế điện cực.
7


Hình 4.9- Hình dạng điện cực dưới.
Hình 4.10- Nguyên lý làm việc của hệ thống nước làm mát điện cực.
Hình 4.11- Tiết diện nguy hiểm trên điện cực.
Hình 4.12- Cụm kẹp đã được lắp trên máy hàn.
Hình 4.13- Cụm định vị.
Hình 4.14- Cụm giã đỡ.
Hình 4.15 - Cụm TĐ.
Hình 4.16-Thành trái và má táp trái.
Hình 4.17- Cụm TĐ nhìn từ phía trước vào.
Hình 4.18- Cụm TĐ nhìn từ phía bên phải, sau vào.
Hình 4.19- Cụm đồ gá nhìn từ trên xuống.
Hình 4.20- Cụm đồ gá nhìn từ bên phải, phía sau.
Hình 4.21- Cụm đồ gá nhìn từ bên trái, phía trước.

Hình 4.22- Cụm đồ gá nhìn hướng ngang.
Hình 5.1- Tổng hợp chu trình hoạt động của hệ thống máy hàn và đồ gá hàn.
Hình 5.2- Sơ đồ nguyên lý truyền dẫn và điều khiển tự động khí nén.
Hình 5.3- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động.
Hình 5.4- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động.
Hình 5.5- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động.
Hình 5.6- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động.
Hình 5.7- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động.
Hình 5.8- Mô hình thử nghiệm hệ thống hàn điểm bán tự động.

8


MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………...11
CHƯƠNG 1-TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN
ĐIỂM, NHIỆM VỤ ĐẶT RA …………………………………………………...12
1.1- Một số dạng sản phẩm chế tạo từ công nghệ hàn điểm ……………………..12
1.1.1- Sản phẩm dạng cốc, vỏ bao che ………………………………………..12
1.1.2- Sản phẩm dạng hộp …………………………………………………….14
1.2- Những vấn đề cơ bản của công nghệ và thiết bị hàn điểm ………………….16
1.2.1- Kỹ thuật và công nghệ hàn điểm ……………………………………….16
1.2.2- Thiết bị hàn điểm ……………………………………………………….16
1.3- Nhiệm vụ đặt ra ………………………………………………………….....33
1.3.1- Lựa chọn sản phẩm, các số liệu, yêu cầu ban đầu .…………………….33
1.3.2- Mức độ cơ khí hóa, tự động hóa của hệ thống bán tự động .……….…..33
CHƯƠNG 2- XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỂM BÁN TỰ
ĐỘNG …………………………………………………………………………...34
2.1- Khảo sát, phân tích sản phẩm lựa chọn ……………………………………..34
2.1.1- Khảo sát cụm chi tiết dạng hộp ……………………………………...34
2.1.2- Thiết lập lại bản vẽ kết cấu hàn hộp TĐ ……………………………….38

2.1.3- Khảo sát dây chuyền công nghệ hàn điểm hiện tại …………………….47
2.1.3.1- Khảo sát quá trình hàn điểm ……………………………………....47
2.1.3.2- Khảo sát chế độ hàn và các yêu cầu kỹ thuật ……………………..48
2.2- Xây dựng quy trình công nghệ hàn điểm bán tự động ……………………..49
2.2.1- Mô tả trình tự thao tác công nghệ hàn ………………………………....49
2.2.2- Tính toán chế độ hàn tại các bước tương ứng ………………………….64
2.2.3- Quy trình công nghệ hàn bán tự động ………………………………….68
2.3- Thuật toán điều khiển quy trình công nghệ hàn bán tự động ……….............67
2.4- Kết luận …………………………………………………………………......71
9


2.4.1- Những vấn đề tồn tại …………………………………………………...71
2.4.2- Hướng giải quyết ……………………………………………………….71
CHƯƠNG 3-THIẾT KẾ ĐỒ GÁ HÀN QUAY
3.1- Đặt vấn đề …………………………………………………………………...72
3.1.1- Khảo sát nguyên công 8 …………………………………………..........73
3.1.2- Xây dựng quy trình công nghệ bán tự động nguyên công 8 …………...76
3.1.2.1- Trình tự bước trong nguyên công …………………………………76
3.1.2.2- Xác định thứ tự hàn 13 điểm cho nguyên công bán tự động ……...77
3.2- Thiết kế đồ gá quay …………………………………………………………79
3.2.1- Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá …………………………………………….79
3.2.2- Nguyên lý động học của đồ gá …………………………………………80
3.2.3- Kết cấu đồ gá …………………………………………………………..80
3.3- Thiết kế mô phỏng kết cấu đồ gá hàn ………………………………………82
3.3.1- Mô phỏng các chi tiết của đồ gá………………………………………..82
3.3.2- Mô phỏng hoạt động của đồ gá…………………………………………86
3.3.3- Thiết kế mô phỏng hoạt động của đồ gá………………………………..87
3.4- Kết luận……………………………………………………………………..90
3.4.1- Kết quả đạt được……………………………………………………….90

3.4.2- Hướng nghiên cứu, phát triến………………………………………….90
CHƯƠNG 4- THIẾT KẾ ĐỒ GÁ HÀN ĐỒNG THỜI……………………………90
4.1- Đặt vấn đề…………………………………………………………………...90
4.1.1- Khảo sát nguyên công hàn 06 điểm ……………………………………91
4.1.2- Phương án dự kiến……………………………………………………...92
4.1.3- Chế độ hàn……………………………………………………………...93
4.1.4- Lựa chọn thiết bị………………………………………………………..94
4.1.5- Thiết kế mô đun hàn bán tự động………………………………………95
10


4.2- Thiết kế Đồ gá hàn đồng thời……………………………………………….97
4.2.1- Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá.……………………………………………….97
4.2.2- Nguyên lý động học đồ gá………………………………………………...97
4.2.3- Thiết kế điện cực………………………………………………………..97
4.2.4- Thiết kế các chi tiết của đồ gá………………………………………….103
4.2.4.1- Cụm kẹp…………………………………………………………..104
4.2.4.2- Cụm định vị……………………………………………………….105
4.2.4.3- Cụm giá đỡ……………………………………………………..…106
4.2.5- Kết cấu đồ gá ghép nối với máy hàn bán tự động……………………..107
4.3- Thiết kế mô phỏng hoạt động của đồ gá hàn trên Solidworks…………….107
4.3.1- Thiết kế các chi tiết mô phỏng của đồ gá……………………………...107
4.3.2- Thiết kế mô phỏng tháo, lắp các chi tiết của đồ gá……………………109
4.3.3- Thiết kế mô phỏng hoạt động của đồ gá………………………………113
4.4- Kết luận…………………………………………………………………….115
4.4.1- Kết quả đạt được……………………………………………………….115
4.4.2- Hướng nghiên cứu, phát triến…………………………………………..115
CHƯƠNG 5- THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY HÀN – ĐỒ GÁ
HÀN………………………………………………………….…….116
5.1- Mở đầu……………………………………………………………………..116

5.2- Thiết kế lựa chọn các phần tử của hệ thống điều khiển……………………116
5.2.1- Tổng hợp chu trình làm việc của hệ thống…………………………….116
5.2.2- Lựa chọn các phần tử truyền dẫn và điều khiển khí nén………………118
5.2.3- Lắp ghép các phần tử của hệ thống điều khiển Máy hàn - Đồ gá hàn..119
KẾT LUẬN………………………………………………………………………..123
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………124
PHỤ LỤC
11


MỞ ĐẦU
Luận văn thạc sĩ là phần quan trọng nhất trong quá trình học tập, Luận văn thạc sĩ là
phần tổng hợp những kiến thức cơ bản, cụ thể nhất trong suốt quá trình học tập tại trường
và nó có mối quan hệ lôgic biện chứng giữa thực tế sản xuất bên ngoài và việc tiếp thu, lĩnh
hội những kiến thức đã được các thầy cô trang bị trong nhà trường, giúp mỗi chúng ta tổng
hợp và tìm hiểu sâu hơn những kiến thức đã được học, định hướng cụ thể về chuyên ngành
và lĩnh vực trọng tâm mình tìm hiểu nghiên cứu sâu để sau khi ra trường mỗi chúng ta có
thể áp dụng vào trong sản xuất thực tế.
Cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật, từ khi ra đời đến nay kỹ
thuật cơ khí nói chung và ngành hàn nói riêng đã đạt được những thành tựu rực rỡ góp phần
quan trọng trong nền kinh tế. Nó được ứng dụng ngày càng sâu rộng trong nhiều ngành
công nghiệp như ngành chế tạo máy, ngành xây dựng, ngành dầu khí, ngành đóng tàu,
ngành thực phẩm .v.v. Do vậy, ngành hàn đang đóng một vai trò hết sức quan trọng trong
việc phát triển công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước.
Để hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ chuyên ngành Công nghệ Hàn của Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội, được sự đồng ý của Viện Cơ Khí, Bộ môn Hàn - CNKL và
thầy giáo GVC. TS. Nguyễn Ngọc Thành, em được nhận đề tài:
Nghiên cứu, tính toán, thiết kế kết cấu và mô phỏng hệ thống tự động: Máy hàn
điểm - Đồ gá hàn nhiều điểm tuần tự, đồng thời.
Đề hoàn thành đề tài em đã vận dụng những kiến thức đã học và tìm hiểu các tài liệu

chuyên ngành liên quan. Do những hạn chế về mặt kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên
quá trình hoàn thiện không tránh khỏi những sai xót, em mong nhận được những ý kiến
đóng góp của các thầy, cô và mọi người.
Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô Bộ môn Hàn - Công nghệ Kim loại, Khoa
Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em trong quá trình hoàn thiện đề tài.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn GVC.TS Nguyễn Ngọc Thành đã trực tiếp hướng
dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tận tình để có thể hoàn thiện được đề tài.
Hà Nội, tháng 10 năm 2010
Học viên
Phạm Văn Được

12


CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ
HÀN ĐIỂM, NHIỆM VỤ ĐẶT RA
1.1- Một số dạng sản phẩm chế tạo từ công nghệ hàn điểm
1.1.1- Sản phẩm dạng ống
Công nghệ hàn điểm là phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp chế tạo ô tô
- xe máy, nó đóng vai trò rất lớn trong chế tạo khung vỏ ô tô và các chi tiết ở xe máy.
Dưới đây là một vài hình ảnh của việc ứng dụng công nghệ hàn điểm trong công
nghiệp ô tô - xe máy.

Hình 1.1- Các điểm hàn của cụm nắp Hình 1.2- Các điểm hàn của cốc dầu
bình xăng xe máy.

Hình 1.3- Các điểm hàn của chắn bùn
ôtô.

cụm ly hợp xe máy.

Hình 1.4- Các điểm hàn của sàn ôtô.

13


Hình 1.1, hình 1.2 là cụm chi tiết nắp bình xăng xe máy và cốc dầu cụm ly hợp xe
máy của hãng Hon Da Việt Nam. Hai cụm chi tiết trên được hàn với nhau bằng công
nghệ hàn điểm tiếp xúc hai phía. Các cụm chi tiết đều được hàn từ những vật liệu có
chiều dày khác nhau, cụm nắp bình xăng được hàn bởi chi tiết nắp trên là thép C45
(TCVN) có chiều dày là 1,2 mm, chi tiết nắp dưới là thép 08Cr13 (TCVN) có chiều
dày là 3,2 mm. Vật liệu hai chi tiết của cốc dầu cụm ly hợp xe máy là thép C45
(TCVN), chiều dày hai chi tiết là 1,5 mm và 2 mm. Thao tác hàn các cụm chi tiết
trên được thực hiện bằng tay nên năng suất rất thấp.
Vỏ và sàn xe ô tô thường là các loại thép có chiều dày nhỏ, nên công nghệ hàn
điểm rất thích hợp để liên kết chúng lại với nhau. Như hình 1.3, hình 1.4 là sử dụng
công nghệ hàn điểm để sửa chữa vỏ, sàn xe (phần chắn bùn, sàn lót).
Không chỉ được ứng dụng trong các ngành công nghiệp dân dụng mà công nghệ
điểm đóng góp rất lớn vào ngành công nghiệp có kỹ thuật và đòi hỏi cơ tính cao.
Như hình 1.5 là công nghệ hàn điểm được ứng dụng trong chế tạo vỏ tên lửa.

Hình 1.5- Hàn vỏ tên lửa.

Hình 1.6- Hàn vỏ thùng máy tính.

14


1.1.2- Sản phẩm dạng hộp
Công nghệ hàn điểm không chỉ được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp ôtô - xe

máy mà còn được ứng dụng rất nhiều trong các nghành công nghiệp khác. Như một
vài hình ảnh dưới đây.

Hình 1.7- Các điểm hàn trên thân súng Hình 1.8- Các điểm của hộp tiếp đạn.
bộ binh.
Hình 1.7, hình 1.8 là ứng dụng công nghệ hàn điểm trong chế tạo thân và hộp tiếp
đạn của súng bộ binh. Hộp tiếp đạn được hàn từ nhiều chi tiết có chiều dày khác
nhau. Không chỉ được ứng dụng trong các ngành công nghiệp dân dụng mà công
nghệ hàn điểm đóng góp rất lớn vào ngành công nghiệp có kỹ thuật và đòi hỏi cơ
tính cao.
- Về hình dạng, kích thước và vật liệu.
Cụm chi tiết dạng hộp (ký hiệu là TĐ) theo thiết kế của Nhà máy được thể hiện
trên bản vẽ dưới đây (hình 1.9):

15


Hình 1.9- Cụm chi tiết TĐ.
Cụm TĐ có những đặc điểm sau đây:
- Hình dạng phức tạp, gồm nhiều mặt phẳng, mặt cong, gân, gờ .v.v.
- Các kích thước được thể hiện trên hình 1.9, chi tiết mỏng nhất là 0,7 mm; dày
nhất là 1,6 mm.
- Kết cấu cụm TĐ có 06 chi tiết lắp ghép với nhau bằng liên kết hàn (hàn điện tiếp
xúc). Trong đó, có má táp trái/phải (dày 1,6 mm) hàn với thành trái/phải (dày 0,7
mm) và hàn các vấu trước, vấu sau vào hộp có độ dày khác nhau. Các vị trí hàn còn
lại trên Bụng và lưng của cụm TĐ có độ dày như nhau.
- Vật liệu các chi tiết của TĐ là thép C45. Là loại thép có tính hàn trung bình với
thành phần %C là 0,45%.
Cụm TĐ được tạo bởi 06 chi tiết, gồm có:
16

• Thành trái, thành phải.
• Má táp trái, má táp phải.
• Vấu trước, vấu sau.
Chúng được hàn lại với nhau theo phương pháp hàn điểm.
Trên thực tế, chúng tôi không được cung cấp đầy đủ các bản vẽ thiết kế chi tiết mà
chỉ một số bản vẽ và khảo sát, tự đo đạc trực tiếp các các chi tiết này. Vì vậy công
việc tiếp theo là phải hoàn chỉnh thiết kế vẽ lại các chi tiết này.
1.2- Những vấn đề cơ bản của công nghệ và thiết bị hàn điểm
1.2.1- Kỹ thuật và công nghệ hàn điểm
Phương pháp hàn điện trở ra đời từ rất lâu. Cùng với sự phát triển của nhiều
ngành công nghiệp, hàn điện trở tiếp xúc đóng một vai trò quan trọng trong việc chế
tạo ra các sản phẩm công nghiệp và dân dụng, do đó công nghệ hàn điện trở tiếp xúc
đã được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Chẳng hạn: trong ngành chế tạo khung, vỏ và
một số chi tiết máy của ôtô, ngành kỹ thuật điện và gia công chính xác, đặt biệt còn
ứng dụng để hàn một số hợp kim màu.

Hình 1.10- Các phương pháp hàn điện trở tiếp xúc.

17


Ngày nay, kỹ thuật và công nghệ hàn điện trở đã có những bước tiến nhảy vọt với
các phương pháp hàn đa dạng. Hình 1.10 cho ta thấy một cách hệ thống về sự phát
triển và các phương pháp hàn điện trở. Trong mục này, tìm hiểu một số nội dung cơ
bản của kỹ thuật và công nghệ hàn điểm.
Quá trình tạo điểm hàn gồm các giai đoạn sau:
• Tạo lực ép sơ bộ các chi tiết hàn: Lực ép sơ bộ (Psb) lên vật hàn nhằm đảm bảo
sự tiếp xúc hoàn toàn giữa hai chi tiết, để đạt tới điện trở tiếp (Rtx) xúc yêu cầu.

• Nung nóng chi tiết ở chỗ hàn đến nhiệt độ cần thiết: Dòng điện hàn được cấp để
nung nóng chỗ hàn đến trạng thái hàn (trạng thái chảy hoặc dẻo).
• Duy trì (hoặc tăng Psb): Kim loại chỗ hàn khi đạt được trạng thái hàn thì việc
duy trì hoặc tăng lực ép sẽ làm cho kim loại ở hai chi tiết khuếch tán với nhau, sau
quá trình kết tinh sẽ hình thành mối hàn.
dm- Đường kính lõi nóng chảy [mm], theo
[1], Chương 4, trang 1, ta có :
dm = 2δ + 3
hay: dm = (0,9 - 1,4)de

(1.1)
(1.2)

δ1,δ2- Chiều dày hai chi tiết hàn [mm].
de- Đường kính điện cực [mm], theo [1],
Chương 4, trang 1, ta có :
de = (5 − 10) δ
(1.3)
r- Độ lún [mm].
Chú ý: δ trong công thức (1-1) là chi tiết có
chiều dày nhỏ hơn.
Hình1.11- Thông số điểm hàn.

Theo hình 1.12, thông số quan trọng là thời gian nghỉ (tng), khi tng > 0,2 [s] sẽ
không có lợi. Khi ép quá sớm (tng < 0) kim loại sẽ bắn tóe ra ngoài, tạo ba via. Nhiều
18


trường hợp (khi hàn thép) chế độ nguội sau hàn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng
mối hàn, khi làm nguội giữa các điện cực hàn áp lực thì thời gian làm nguội tng dài

đáng kể có thể dẫn tới tôi điểm hàn, gây dòn không có lợi cho mối hàn.

Hình 1.12- Chu trình hàn điểm.
Trong đó :
Ih- Dòng điện hàn.
Psb, Pe- Lực ép sơ bộ và lực ép chồn.
t1- Thời gian tăng lực ép tới Psb.
t2- Thời gian duy trì dòng hàn.
tch- Thời gian duy trì lực ép Psb hoặc Pe.
t3- Thời gian chi tiết nguội.
tng- Thời gian nghỉ.
a- Điện trở khi hàn tiếp xúc
Nhiệt sinh ra cung cấp cho vũng hàn được sinh ra do dòng điện đi qua vũng hàn
và được xác định theo định luật Jun-Lenxơ:
Q = 0, 24.R.I 2 .t

Trong đó:
19

(1-4)


Q- Nhiệt lượng cung cấp cho vũng hàn [cal].
I- Cường độ dòng hàn [A].
R- Điện trở của điểm hàn [Ω].
t- Thời gian hàn [s].
Các thông số I, t được xác định
theo yêu cầu từng vật liệu, yêu cầu
công nghệ và chiều dày vật hàn.
Điện trở của hàn điểm tiếp xúc

(hình 1.13), theo [1], Chương 2, ta
có:
R∑ = Rct1 + Rct2 + Rk +2.Rdc + 2.Re
(1-5)
Trong đó:
RΣ- Điện trở tổng cộng.
Rk- Điện trở tiếp xúc giũa
hai chi tiết, theo [1], Chương 2,

Hình 1.13- Điện trở trong quá

trang 6, ta có:

trình hàn điểm.

Rk=

rk
Pα

(1-6)

rk- Điện trở tiếp xúc đơn vị (khi P = 1KG).
P- Lực ép, [KG].
α- Hệ số ảnh hưởng của lực ép đến điện trở tiếp xúc (α= 0,5 ÷ 1, tùy thuộc từng
vật liệu).
Rct1- Điện trở chi tiết trên.
Re- Điện trở tiếp xúc giữa điện cực và chi tiết. Với chi tiết hàn bằng thép, được
làm sạch, điện cực đồng hoặc hợp kim đồng lấy gần đúng Re = 0,5.Rk.
20

Rdc- Điện trở của điện cực, điện trở này thường nhỏ.
Rct2- Điện trở chi tiết dưới.
Điện trở RΣ sẽ phụ thuộc và các điện trở thành phần và phụ thuộc vào bản chất
vật liệu, lực ép, nhiệt độ và trạng thái bề mặt tiếp xúc.
b- Các thông số ảnh hưởng chất lượng mối hàn
b1 - Ảnh hưởng của dòng mạch rẽ
Mạch rẽ ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và chất lượng mối hàn. Ảnh hưởng
của mạch rẽ đến độ bền mối hàn tăng nhanh cùng với việc tăng số điểm hàn. Độ bền
của điểm thứ 2 chỉ bằng 80- 90% độ bền điểm 1.
Tính toán dòng mạch rẽ để khống chế mức thấp nhất ảnh hưởng của nó. Xây
dựng nên được phương pháp hàn thích hợp . Đặc biệt khi thực hiện hàn chi tiết dạng
vòng (dòng mạch rẽ cả hai phía của điểm hàn). Sơ đồ mạch rẽ được thể hiện như
hình 1.14 và hình 1.15.

Hình 1.15- Sơ đồ thay thế.

Hình 1.14- Sơ đồ dòng mạch rẽ.
Trong đó:
P- Lực ép, [KG].
l- Khoảng cách giữa các điểm hàn, [mm].
21


Ir- Cường độ dòng mạch rẽ, [A].
Ih- Cường độ dòng điện hàn, [A].
δ1, δ2- Chiều dày hai chi tiết, [mm].
Dòng điện tổng, theo [1], Chương 2, trang 9, ta có:
(1-7)

I = Ih + Ir

Khi đó điện trở mạch hàn và điện trở mạch nhánh song song với nhau, do đó:
I h .Rh = I r .Z r ⇒ I r = I h .

Zr
Rh

(1-8)

Trong đó :
Zr- Điện trở mạch rẽ [Ω], theo [1], Chương 2, trang 9, ta có:
Z r = mRr2 + X r2

(1-9)

m- Hệ số ảnh hưởng hiệu ứng bề mặt, phụ thuộc đường kính điểm hàn, vật liệu,
chiều dày vật hàn.
Xr- Trở kháng của mạch rẽ, [Ω].
Trong thực tế từ điểm hàn thứ hai ta phải tính toán ảnh hưởng của dòng mạch rẽ
và xác định dòng điện hàn.
b2- Ảnh hưởng của dòng điện hàn
Từ công thức (1-4) ta thấy dòng hàn I có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng nhiệt
cho quá trình hàn. Dòng hàn được xác định cho từng trường hợp để đảm bảo cho mối
hàn đạt chất lượng cao nhất. Nếu dòng hàn không đủ lớn sẽ dẫn tới chỗ hàn không có
đủ nhiệt để đạt tới trạng thái hàn do đó không hình thành được mối hàn, ngược lại
khi dòng hàn quá lớn làm chảy hoàn toàn điểm hàn, thêm vào đó là lực ép hàn sẽ làm
cho mối hàn cháy thủng không đảm bảo yêu cầu chất lượng mối hàn.
b3- Ảnh hưởng của thời gian hàn

Lượng nhiệt cần cho quá trình hàn là do dòng điện cung cấp với hàn điện tiếp xúc
vũng hàn rất nhỏ so với vùng kim loại bao quanh vùng hàn. Do vậy thời gian hàn có
quan hệ chặt chẽ với quá trình mất mát nhiệt ra xung quanh vũng hàn (hay tạo ra
vùng ảnh hưởng nhiệt lớn) ngoài ra lượng nhiệt còn bị tổn hao vào không khí và điện
22


cực. Do vậy với từng vật liệu hàn, chiều dày vật hàn ta có thời gian hàn hợp lý để
đảm bảo chất lượng mối hàn.
b4- Ảnh hưởng của lực ép
Lực ép ảnh hưởng rất lớn tạo điều kiện tiếp xúc bề mặt của chi tiết trước khi cấp
dòng, nó ép các chi tiết đến trạng thái tiếp xúc tốt nhất trước khi dòng hàn được cung
cấp để làm nóng điểm hàn tới trạng thái hàn. Khi đạt tới trạng thái hàn, lực ép có tác
dụng tăng sự khuyếc tán, sau thời gian kết tinh hình thành mối hàn.
b5- Ảnh hưởng của hình dạng đầu điện cực
Hình dạng đầu điện cực có ảnh hưởng trực tiếp đến bề mặt tiếp xúc trong quá
trình hàn giữa hai chi tiết với nhau. Thông thường hình dạng đầu điện cực có hình
côn, trụ, chỏm cầu .v.v.
b6- Ảnh hưởng của điều kiện tiếp xúc giữa hai bề mặt
Khi gia công các bề mặt phôi phải đảm bảo độ bóng, làm cho sự tiếp xúc giữa hai
bề mặt là tốt nhất, giúp quá trình hàn đạt được chất lượng tốt nhất.
b7- Ảnh hưởng của vật liệu
Vật liệu hàn ảnh hưởng là cơ sở chính cho quá trình tính toán thông số chế độ
hàn. Các chi tiết muốn hàn được phải biết rõ vật liệu và trên cơ sở đó người ta sẽ áp
quy trình hàn hợp lý đạt chất lượng mối hàn cao nhất.
c- Hàn thép các bon chiều dày nhỏ và trung bình
Trong công nghiệp thường hàn thép các bon với chiều dày S ≤ 6 mm, Với chiều
dày lớn hơn đòi hỏi công suất máy lớn hơn và phải ứng dụng công nghệ đặc biệt.
Hàn điểm có thể tiến hành với cả thép cán nóng và cán nguội.
• Thép cán nóng có lớp vảy ôxyt sắt (thậm chí cả xỉ) nên phải làm sạch cẩn thận

trước khi hàn.
• Thép cán nguội không đòi hỏi phải làm sạch.
• Thép ít các bon được hàn theo chu trình đơn giản như hình 1.12.
Đặc điểm:
• Lực ép duy trì không đổi trong suốt quá trình hàn.
23


• Nhạy cảm nhỏ với nhiệt .
• Khi chiều dày đến 6mm có thể hàn với cả tốc độ nung nóng lớn (chế độ hàn
cứng) và nhỏ (chế độ hàn mềm), máy hàn phải có công suất lớn.
Chế độ hàn:
Thời gian hàn và cường độ dòng điện hàn
• Chế độ hàn cứng:
Theo [1], Chương 4, trang 6, ta có thời gian hàn:
th = (0,1-0,2).δ

(1-10)

δ- chiều dày vật hàn, [mm].
th- Thời gian cấp dòng, [s].
Theo [1], Chương 4, trang 6, mật độ dòng điện hàn j = 120 ÷ 360 [A/mm2].
• Chế độ hàn mềm:
Theo [1], Chương 4, trang 6, ta có thời gian hàn và mật độ dòng điện hàn:
th = (0,8 ÷ 3) [s]; J = 80 ÷ 160 [A/mm2].
Lực ép P
Hàn thép các bon thấp, chiều dày ≤ 6mm, thép cán nóng, theo[1], Chương 4,
trang 7, ta có:
P = (60 ÷ 200).δ
Trong đó:

δ-chiều dày tấm [mm].
P- lực ép [KG].

24

(1-11)


Bảng 1.1- Chế độ hàn thép các bon thấp (máy hàn tự động, chế độ hàn cứng).
Chiều dày

Đường kính dm

Lực ép

Thời gian duy

Cường độ

δ mỗi tấm,

tiếp xúc của

P, [KG]

trì dòng điện th,

dòng hàn

[mm]

điện cực, [mm]

[s]

Ih .103, [A]

0,5

5–6

30 – 40

0,2 – 0,3

4-5

1,0

5–6

80 – 120

0,2 – 0,35

6–7

1,5

6–8

120 – 160

0,25 – 0,35

7–8

2,2

6–8

180 - 300

0,25 – 0,35

9 – 10

3,0

10 – 12

500 – 600

0,6 – 1,0

12 – 16

4,0

12 - 14

600 – 800

0,8 – 1,1

14 – 18

5,0

12 – 14

700 – 900

0,9 – 1,2

17 – 22

6,0

14 – 16

1000 – 1200

1,1 – 1,5

20 – 25

Bảng 1.2- Chế độ hàn thép các bon thấp (chế độ hàn cứng, chế độ hàn mềm).
Chiều dày δ Đường kính dm tiếp

Lực ép

Thời gian

Cường độ

P, [KG]

duy trì dòng

dòng hàn

điện th, [s]

Ih.103, [A]

mỗi tấm,

xúc của điện cực,

[mm]

[mm]

1

6–7

80 – 100

0,6 – 1

4–5

1,5

7–9

100 – 140

0,8 – 1,2

5–6

2

8 – 10

140 – 180

1,5 – 2,0

6 – 7,5

3

9 – 11

180 – 250

2,0 – 3,0

7,5 - 9

Đường kính điện cực chỗ tiếp xúc dm
Theo (1-1) ta có: d m = 2δ + 3 [mm], trong quá trình điện cực mòn làm tăng dm
nhưng không vượt quá (15 ÷ 20)%. Điện cực bằng đồng hoặc hợp kim khác nhưng
phải đảm bảo độ cứng, dẫn điện tốt. Tỷ lệ đồng phải đảm bảo ≥ 75%.
Kích thước thực tế của điểm hàn
25