Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn trong môi trường khí bảo vệ để hàn mối ghép khe hở hẹp

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

PHẠM ĐĂNG LỘC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN TRONG MÔI
TRƯỜNG KHÍ BẢO VỆ ĐỂ HÀN MỐI GHÉP KHE HỞ
HẸP
Chuyên ngành:

Kỹ thuật cơ khí

Mã số:

60.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS. Đào Quang Kế
TS. Tống Ngọc Tuấn

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tn trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Phạm Đăng Lộc

i

năm 2016


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành quá trình thực tập tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi
đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các tập thể, cá nhân trong và
ngoài
trường.
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo Khoa Cơ
Điện, Viện đào tạo sau đại học trường Học Viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi
hoàn thành quá trình thực tập tốt nghiệp.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cám ơn đến Thầy giáo PGS. TS. Đào Quang Kế đã
tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt
quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo,
Bộ môn Công nghệ Cơ khí, Khoa Cơ Điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận
tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cám ơn Ban giám đốc, các Trưởng phòng và các bạn bè đồng
nghiệp của Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt – Viện
Nghiên cứu Cơ khí, nơi tôi đang làm việc, đã tạo điều kiện về thời gian, các trang thiết
bị để tôi được học tập và tến hành các thí nghiệm cho luận văn của mình.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới gia đình, người thân và bạn bè

đã khích lệ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận văn

Phạm Đăng Lộc

ii

năm 2016


MỤC LỤC

Lời cam đoan .....................................................................................................................
i Lời cảm ơn ........................................................................................................................
ii Mục lục
iii

.........................................................................................................................
Danh

mục

viết

tắt

............................................................................................................. vi Danh mục bảng
biểu ........................................................................................................ ix Danh mục hình
ảnh ........................................................................................................... x Trích yếu luận
văn

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

xii

Thesis

Abstract .............................................................................................................. xiii Phần
1. Mở đầu ............................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1

1.2.

Giả thuyết khoa học.......................................................................................... 2

1.3.

Mục têu nghiên cứu......................................................................................... 2

1.4.
2

Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................

1.5.

Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học hoặc thực tễn .................................. 3

1.6.

Kết luận phần 1 ................................................................................................ 3

Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 4
2.1.
4

Tình hình nghiên cứu trong nước .....................................................................

2.2.

Tình hình nghiên cứu ngoài nước .................................................................... 7

2.3.
8

Sơ đồ nguyên lý hàn khe hở hẹp ......................................................................

2.3.1.
8

Sơ đồ cấu tạo thiết bị hàn khe hở hẹp trong khí bảo vệ ...................................

2.3.2.
9

Nguyên lý hàn khe hở hẹp trong môi trường khí bảo vệ..................................

2.3.3.
9

Đặc điểm, ưu nhược điểm của hàn khe hở hẹp ................................................

2.4.
11

Các phương pháp hàn khe hở hẹp trong môi trường khí bảo vệ ....................
3


2.4.1.

Hàn TIG.......................................................................................................... 11

2.4.2.

Hàn MIG, Hàn MAG ..................................................................................... 12

2.4.3.
14

Lựa chọn phương pháp hàn để hàn khe hở hẹp..............................................

2.5.
15

Các thông số cơ bản của hàn khe hở hẹp .......................................................

2.5.1.
15

Dòng hàn ........................................................................................................

4


2.5.2.

Điện áp hàn..................................................................................................... 16

2.5.3.

Tốc độ hàn ...................................................................................................... 16

2.5.4.

Tốc độ cấp dây ............................................................................................... 17

2.5.5.

Tốc độ dịch chuyển các chuyển động của đồ gá hàn ..................................... 18

2.6.

Ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn đến hình dạng, chất lượng
mối hàn ........................................................................................................... 19

2.6.1.

Dòng hàn ........................................................................................................ 19

2.6.2.

Điện áp hàn..................................................................................................... 19

2.6.3.

Tốc độ hàn ...................................................................................................... 19

2.6.4.

Tốc độ cấp dây hàn......................................................................................... 20

2.6.5.

Đồ gá hàn ....................................................................................................... 20

2.7.

Lựa chọn các thông số trong hàn khe hở hẹp ................................................. 21

2.8.

Kết luận phần 2 .............................................................................................. 22

Phần 3: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ............................................................ 23
3.1.

Địa điểm nghiên cứu ...................................................................................... 23

3.2.

Thời gian nghiên cứu ..................................................................................... 23

3.3.

Đối tượng, vật liệu nghiên cứu ....................................................................... 23

3.3.1.

Đối tượng nghiên cứu..................................................................................... 23

3.3.2.

Vật liệu nghiên cứu ........................................................................................ 23

3.4.

Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 23

3.5.

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 24

3.5.1.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết................................................................. 24

3.5.2.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn
khe hở hẹp ...................................................................................................... 24

3.6.

Kết luận phần 3 .............................................................................................. 37

Phần 4. Kết quả và thảo luận....................................................................................... 38
4.1.

Kết quả của luận văn ........................................................................................ 38

4.2.

Tiến hành hàn thử nghiệm ................................................................................ 38

4.2.1.

Thử nghiệm lần 1 .............................................................................................. 38

4.2.2.

Qua nhiều lần thử nghiệm................................................................................. 38

4.2.3.

Các lần thử nghiệm tếp theo ............................................................................ 39
4


4.3.

Kết quả các mẫu thử ......................................................................................... 39

4.3.1.

Kết quả đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức tế vi.................................................. 39

4.3.2.

Kết quả thử nghiệm kéo.................................................................................... 45

4.3.3.

Kết quả thử độ dai va đập ................................................................................. 47

4.4.

Kết luận phần 4 ................................................................................................. 48

Phần 5. Kết luận và kiến nghị ...................................................................................... 49
5.1.

Kết luận............................................................................................................. 49

5.2.

Kiến nghị .......................................................................................................... 49

Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 50
Phụ lục .......................................................................................................................... 51

5


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng việt TIG

(Tungsten inert gas welding)

Công nghệ hàn TIG MIG

(Metal inert gas)

Công nghệ hàn MIG MAG

(Metal actve gas)

Công nghệ hàn MAG NGW

(Narrow Groove Welding)

Hàn khe hở hẹp

GTAW (Gas tungsten arc welding)

Hàn điện cực không nóng chảy

GMAW (Gas metal arc welding)

Hàn điện cực nóng chảy v

Vận tốc
h (mm)

Chiều cao mối hàn (mm)

b (mm)

Bể rộng mối hàn (mm) U

(V)

Điện áp (Vol)

I (A)

Dòng điện (Ampe)
2

J (A/mm )

2

Năng lượng (A/mm ) Al

Nhôm
Mg

Magie

Ar

Khí Argon He

Khí Heli O2

Khí

oxy
CO2
Cu

Khí cacbonic
Đồng Zn

Kẽm

Sn

Thiếc

Ti

Titan

6


Ni

Nikel Si

Silic Cr
Crôm Fe

Sắt

C45

Thép cacbon C45

Φ (mm)

Đường kính (mm)

v/p

Vòng/phút

m/h

Met/giờ KVA

Công suất mm
Milimet
mm
cm

2

2

Milimet vuông
Centmet vuông

l

Đơn vị ký hiệu chiều dài

ASTM

Tiêu chuẩn Mỹ TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam at
Đơn vị áp suất
bar

Đơn vị áp suất Pa

Đơn vị pascal MPa
Mega pascal
%

Phần trăm

HB

Đơn vị đo độ cứng

PLC

Programmable Logic Controller
(Bộ điều khiển lập trình logic)

σb

Ứng suất bền σch

Ứng suất chảy σk
Ứng suất kéo

vii


σkn

Ứng suất kéo nén σy

Độ bền dẻo

lo

Bán kính cong yt

Độ võng
G

Trọng lực

E

Mô đun đàn hồi

Ix

Mô men quán tính

Wx

Mô men chống uốn với trục x xk

Tọa độ chịu kéo
N

Công suất truyền

kW

Kilo oát (Đơn vị đo công suất)

n

Số vòng quay m

Khối lượng
a

Gia tốc

g

Gia tốc trọng trường

F

Lực

Fmax

Lực lớn nhất

M

Mômen

Mxoắn

Mômen xoắn

R

Bán kính

DC

Động cơ 1 chiều

i1, i2

Tỷ số truyền thứ nhất, thứ 2

cos Φ

Hệ số công suất

o

Nhiệt độ

NXB

Nhà xuất bản

C

8


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. So sánh phương pháp hàn MAG với hàn TIG................................................ 14

Bảng 2.2. So sánh phương pháp hàn MAG với hàn điện xỉ ........................................... 15
Bảng 2.3. Các thông số hàn khe hở hẹp.......................................................................... 21
Bảng 3.1. Thành phần vật liệu hợp kim nhôm 6061 của Hàn Quốc ............................... 39
Bảng 4.1. Kết quả đo độ cứng ........................................................................................ 46
Bảng 4.2. Kết quả thử lực kéo ........................................................................................ 46
Bảng 4.3. Kết quả đo độ dai va đập ................................................................................
48

9


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Thiết bị hàn khe hở hẹp của Nga ................................................................. 18
Hình 2.2. Đầu hàn khe hở hẹp của Mỹ ........................................................................ 19
Hình 2.3. Mối hàn khe hở hẹp khi hàn xong................................................................ 20
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hàn khe hở hẹp ..................................................................
21
Hình 2.5. Hàn khe hở hẹp với nhiều lượt hàn ..............................................................
22
Hình 2.6. Mối hàn khe hở hẹp ..................................................................................... 23
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý của hàn TIG trong hàn khe hở hẹp ................................... 24
Hình 2.8. Ngọn lửa hồ quang trong hàn TIG ............................................................... 25
Hình 2.9. Hàn hồ quang bằng điện cực nóng chảy ...................................................... 26
Hình 2.10. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện hàn .........................................................
28
Hình 2.11. Ảnh hưởng của điện áp hàn ......................................................................... 29
Hình 2.12. Ảnh hưởng của tốc độ hàn ...........................................................................
30
Hình 2.13. Ảnh hưởng của tốc độ cấp dây hàn ..............................................................
18

Hình 2.14. Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của cường độ dòng điện hàn..................
19
Hỉnh 2.15. Hình dạng mối hàn ảnh của điện áp hàn ......................................................
19
Hình 2.16. Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc độ hàn ........................................
20
Hình 2.17. Hình dạng mối hàn và ảnh hưởng của tốc độ cấp dây .................................
20
Hình 3.1. Hệ thống thiết bị hàn khe hở hẹp .................................................................
37
Hình 3.2. Sơ đồ khối quá trình thiết kế ........................................................................
40
Hình 3.3. Bản vẽ ray hàn ............................................................................................. 31
Hình 3.4. Sơ đồ kết cấu ................................................................................................ 47

10


Hình 3.5. Sơ đồ trục .....................................................................................................
48
Hình 3.6. Sơ đồ biểu diễn lực trên trục ........................................................................
50
Hình 4.1. Mẫu hàn thử nghiệm lần 1 ...........................................................................
52
Hình 4.2. Mẫu thử nghiệm qua nhiều lần ....................................................................
38
Hình 4.3. Mẫu hàn thử nghiệm hàn xong .................................................................... 39
Hình 4.4. Các vùng đo độ cứng và chụp ảnh tổ chức tế vi .......................................... 40
Hình 4.5. Ảnh tổ chức tế vi vùng 1, a) 100 lần; b) 500 lần.......................................... 40

11


Hình 4.6. Ảnh tổ chức tế vi vùng 2, a) 100 lần; b) 500 lần.......................................... 41
Hình 4.7. Ảnh tổ chức tế vi vùng 3, a) 100 lần; b) 500 lần.......................................... 41
Hình 4.8. Tổ chức kim loại của khu vực ảnh hưởng nhiệt........................................... 56
Hình 4.9. Tổ chức các vùng của vùng mối hàn............................................................ 58
Hình 4.10. Mẫu thử bền kéo .......................................................................................... 59
Hình 4.11. Biểu đồ kéo .................................................................................................. 60
Hình 4.12. Mẫu thử độ dai va đập.................................................................................. 47

12


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Phạm Đăng Lộc.
Tên luận văn: “Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn trong môi trường khí bảo vệ để
hàn mối ghép khe hở hẹp”.
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số: 60.52.01.03

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ hàn khe hở hẹp;
- Phân tch ảnh hưởng của các thông số, đồng thời lựa chọn các thông số hàn
phù hợp cho hàn khe hở hẹp;
- Từ các thông số hàn cho khe hở hẹp => thiết kế, chế tạo đồ gá hàn phù hợp
cho hàn khe hở hẹp sử dụng khí bảo vệ.
Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
- Phương pháp thu thập và xử lý số liệu thí nghiệm.
- Phương pháp đo đạc, cách xác định các thông số, chỉ têu nghiên cứu.
Kết quả nghiên cứu
- Đã xác định được các dải thông hàn phù hợp với hàn khe hở hẹp;
- 01 bản vẽ thiết kế, chế tạo cụm đồ gá hàn phù hợp với hàn khe hở hẹp;
- 01 quy trình công nghệ hàn;
- 01 báo cáo tổng kết.
Kết luận
- Việc chế tạo ra cụm đồ gá hàn sử dụng cho hàn khe hở hẹp để nối các tấm
thép dày đã phần nào đem lại hiệu quả về tnh kinh tế như:
+ Giảm kim loại đắp vào mối hàn;
+ Giảm chi phí nhân công;
+ Thuận lợi cho việc hàn các tấm thép dày.
- Trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết đã xác định được các dải thông số
phù hợp cho hàn khe hở hẹp:
+ Tốc độ ngoáy đầu hàn: 0 ÷ 40 vòng/phút;
+ Tốc độ di chuyển: 0 ÷10 m/h.

xii


THESIS ABSTRACT
Master candidate: Pham Dang Loc
Thesis ttle: “Design, fabricaton welding fxtures in protective gas atmosphere
to a narrow gap welding joints”.
Major: Mechanical techniques

Code: 60.52.01.03

Educatonal organizaton: Vietnam Natonal University of Agriculture (VNUA)
Research purposes
- Research overview narrow gap welding technology.
- Analyze the impact of the parameters, and selecton of appropriate
welding parameters for narrow gap welding.
- From the welding parameters for narrow gap => design, fabricaton welding
fxtures suitable for narrow gap welding using protective gas.
Research Methods
- Theoretcal research methods.
- Empirical research methods.
- Methods of collecting and processing experimental data.
- Methods of measuring, specifying the parameters, criteria for research.
Research results
- Have determined the parameter ranges welding parameters for narrow
gap welding.
- 01 design drawings, manufacturing cluster welding fixtures ft the narrow gap
welding.
- 01 process welding technology
- 01 Final Report
Conclusion
- The creation of clusters welding jigs used for narrow gap welding to connect
the thick steel plate was partly brought about economic effciency as:
+ Reduced metal covered to welding.
+ Reduced labor costs.
+ Advantages for welding of thick steel plates.
- On the basis of theoretcal research results have identified some
suitable parameter ranges for narrow gap welding:
+ welded Picking head speed: 0 ÷ 40 cycles /minute.
+ Cruising Speed: 0 ÷10 m/h.

xiii


PHẦN 1. MỞ ĐẦU

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong thời đại công nghiệp hoá diễn ra trên toàn thế giới, việc nghiên cứu
ứng dụng phổ biến công nghệ được phát triển ở tất cả các quốc gia, đặc biệt là
ở các nước công nghiệp phát triển; Anh, Pháp, Mỹ, Nga, Italia, Thụy Điển, Nhật
Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc…
Trong ngành công nghiệp cơ khí được đánh giá là có tốc độ nhanh, công
nghệ ngày càng đổi mới, vì vậy một số lượng lớn trang thiết bị, công nghệ được
nhập khẩu từ nước ngoài, trong đó có thiết bị hàn khe hở hẹp nối các tấm thép
có chiều dày lớn.
Trong công nghệ hàn khe hở hẹp có thể sử dụng nhiều phương pháp hàn
khác nhau để áp dụng, điển hình là các phương pháp hàn TIG (Tungsten inert gas
welding), hàn MIG (metal inert gas) và hàn MAG (metal actve gas) [1].
Đây là 3 phương pháp hàn chủ yếu để thực hiện hàn khe hở hẹp với các
tấm thép có chiều dày lớn mà yêu cầu không cần vát mép.
Từ việc lựa chọn phương pháp hàn phù hợp sau đó thiết kế, chế tạo đồ
gá hàn tch hợp được các chuyển động để hàn nối các tấm thép có chiều dày
lớn bằng phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ với mối ghép không vát
mép.
Hàn khe hở hẹp nối các tấm thép có chiều dày lớn và không vát mép việc
hàn là rất khó khăn chính vì thế đòi hỏi phải có thiết bị đồ gá hàn chuyên dụng
để thuận tện cho quá trình hàn.
Đồ gá hàn phải đảm bảo sự cứng vững trong quá trình hàn và được tch
hợp được các chuyển động khác nhau như: chuyển động quay bép hàn, chuyển
động dọc mối hàn, chuyển động lên xuống.

Với đề tài: “Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn trong môi trường khí bảo vệ để
hàn mối ghép khe hở hẹp”. Trong giới hạn của luận văn, tác giả đã thiết kế chế
tạo đồ gá hàn được tch hợp với nhau giữa các chuyển động để có thể ứng dụng
hàn các tấm thép dày với khe hở hẹp.
1


1.2. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Dựa trên những công trình đã nghiên cứu và các tài liệu đã công bố, tác
giả tến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo cụm đồ gá hàn trong môi trường
khí bảo vệ để hàn mối ghép khe hở hẹp không vát mép.
Để xác định các giải thông số hàn phù hợp tới quá trình hàn mối ghép khe
hở hẹp, tác giả tến hành thí nghiệm hàn thử trên nhiều mẫu từ đó rút ra được
giải thông số cơ bản và các chuyển động của đồ gá hàn ảnh hưởng đến quá trình
hàn.
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu công nghệ hàn khe hở hẹp không vát mép để nối các tấm
thép có chiều dày lớn.
- Thiết kế, chế tạo thiết bị và đồ gá hàn sử dụng phương pháp hàn
trong khí bảo vệ để hàn các tấm thép có chiều dày lớn không vát mép.
1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
 Phạm vi nghiên cứu:
Trong giới hạn của luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu những nội dung sau:
1 – Nghiên cứu tổng quan về phương pháp hàn khe hở hẹp không vát
mép để nối tấm thép có chiều dày lớn.
2 – Nghiên cứu đặc tnh của thiết bị và vật liệu hàn.
3 – Phân tch, lựa chọn các thông số chế độ công nghệ hàn phù hợp.
4 – Thiết kế, chế tạo thiết bị và đồ gá hàn sử dụng phương pháp hàn
trong khí bảo vệ để hàn các mối ghép khe hở hẹp.
5 – Xây dựng quy trình công nghệ hàn để hàn thử nghiệm.

6 – Hàn thử nghiệm mẫu và có đánh giá của các cơ quan chức năng.
 Đối tượng nghiên
cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết: nhằm chuẩn bị cơ sở lý thuyết cho việc nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo, ứng dụng.
- Nghiên cứu thực nghiệm: dựa trên các kết quả nghiên cứu thực
nghiệm để xác đinh dải thông số phù hợp với đồ gá hàn đang nghiên cứu.

2


 Thời gian nghiên
cứu:
Từ tháng 06 năm 2015 đến tháng 06 năm 2016.

3


 Địa điểm nghiên cứu:
- Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt – Viện
nghiên cứu Cơ khí.
- Khoa Cơ Điện trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
1.5. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC HOẶC THỰC TIỄN
Về công nghệ và thiết bị hàn khe hở hẹp bằng phương pháp hàn trong khí
bảo vệ ứng dụng để hàn các tấm thép có chiều dày lớn không vát mép đến nay
đã có một số công bố: Đề tài cấp Bộ Công Thương năm 2014, mã
số
105.14.RĐ/HĐ-KHCN: “Nghiên cứu, ứng dụng Công nghệ Hàn khe hở hẹp nối
các tấm thép có chiều dày lớn bằng phương pháp hàn khe hở hẹp trong
môi trường khí bảo vệ”, việc chế tạo ứng dụng thành công đồ gá hàn sẽ giúp các

nhà sản xuất hàn được các tấm thép dày và không cần vát mép đem lại hiệu
quả cao về kinh tế: đỡ tốn nhân công, giảm têu hao vật tư, năng suất cao.
1.6. KẾT LUẬN PHẦN 1
Trong phần 1 tác giả đã đưa ra:
Các giả thuyết khoa học;
Các luận giải;
Mục têu nghiên cứu;
Phạm vi nghiên cứu;
Những đóng góp mới và ý nghĩa khoa học của luận văn.

4


PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
Mặc dù công nghệ hàn khe hở hẹp (NGW) đã tạo ra mối quan tâm lớn
trong công nghệ hàn nói chung và đã là chủ đề của nhiều công trình nghiên cứu
trong hơn hai mươi năm qua, vẫn còn một số ý kiến khác nhau xung quanh một
định nghĩa thích hợp cho kỹ thuật hàn này. Hầu hết các tác giả đồng ý rằng công
nghệ hàn khe hở hẹp được thực hiện cho các chi tết dày sử dụng một mép hàn
được chuẩn bị là góc vuông với khe hở nhỏ (Henderson năm 1978, Baxter năm
1979, Nazarchuk và Sterenbogen 1984). Các tác giả Bicknell và Patchett (1985)
cho rằng một tỉ lệ chung (giữa chiều dày chi tiết và chiều rộng khe hở) gấp 5 lần
sẽ được coi là một quá trình hàn "khe hở hẹp" [1].
NGW có liên quan chỉ với các quá trình hàn hồ quang, ví dụ, hàn hồ
quang khe hở hẹp với khí bảo vệ (GMAW-NG) hoặc hàn hồ quang tự động khe
hở hẹp dưới lớp thuốc (SAW-NG).
Hàn hồ quang kim loại với khí bảo vệ là quá trình đầu tiên được sử dụng
trong hàn khe hở hẹp.
NGW và nó vẫn là một trong những công nghệ phổ biến nhất liên quan

đến kỹ thuật này. Ưu điểm là quá trình này có liên quan đến việc hồ quang dễ
dàng quan sát được, rãnh hàn tương đối hẹp, chất lượng hàn cao, năng suất
cao và hiệu quả chi phí thấp (Malin 1987). Tuy nhiên, khi hàn GMAW-NG dễ
bị hình thành khuyết tật ở thành mối hàn, lượng bắn tóe lớn và hay bị thiếu hụt
khí bảo vệ. Những vấn đề này, trong đó có liên quan đến khó khăn trong việc
cấp dây hàn và cung cấp một vùng phủ khí bảo vệ thích hợp vào một đường
rãnh mép hàn hẹp và sâu, để có được sự nung nóng cân bằng giữa hồ quang các
thành bên và bên dưới của mối nối là nguyên nhân để công nghệ hàn khe hở
hẹp không được ứng dụng rộng rãi. Để khắc phục những hạn chế này, một số
biện pháp cấp dây hàn và thiết kế đầu hàn kiểu mới đã được đề xuất, phát triển
và đã được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp từ khi áp dụng công nghệ
hàn khe hở hẹp. Dưới đây là thiết bị hàn khe hở hẹp của Nga (Hình 2.1).
5


Hình 2.1. Thiết bị hàn khe hở hẹp của Nga
Hàn khe hở hẹp (còn gọi là hàn rãnh hẹp) đã được nghiên cứu và cấp
bằng sáng chế tại Mỹ và được phát triển tại Viện hàn Paton, Kiev, Ukraina để
hàn các tấm thép có chiều dày lớn bằng phương pháp hàn điện xỉ từ năm 1940.
Đến năm
1959, phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi trong ngành đóng tàu,
xây dựng cầu và các ngành công nghiệp sử dụng thép có chiều dày lớn. Tuy
nhiên, phương pháp hàn điện xỉ có những nhược điểm nhất định: thiết bị, đồ gá
cồng kềnh, không linh hoạt, chi phí cho mối hàn cao…[1].
Vì vậy, bằng nhiều công trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát minh
kỹ thuật hàn khe hở hẹp được áp dụng bởi phương pháp hàn hồ quang chìm
(SAW), trong khí bảo vệ (MIG/ MAG, GMAW) và điện cực Vonfram trong khí trơ.
Dưới đây đầu hàn khe hở hẹp của Mỹ (Hình 2.2).

6

Hình 2.2. Đầu hàn khe hở hẹp của Mỹ
JW Nelson người Mỹ đã đăng ký đề tài nghiên cứu về qua trình khe hở
hẹp vào ngày 29 tháng 06 năm 1963 và được cấp bằng sáng chế ngày 27 tháng
06 năm 1967.
Tuy nhiên, hàn khe hở hẹp đòi hỏi phải có thiết bị chuyên dùng. Kỹ thuật
hàn này đem lại lợi ích kinh tế tốt hơn cho hàn các vật liệu kim loại dày (thường
với chiều dày hơn 50 mm). Vì vậy, ở các nước công nghiệp phát triển, hiện nay
đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đóng tàu, cầu
đường, xây dựng và các ngành công nghiệp sử dụng kết cấu thép có chiều dày
lớn [1].
Có thể nói, công nghệ hàn khe hở hẹp đã đáp ứng được các têu
chuẩn chất lượng và năng suất trong nhiều ngành công nghiệp có sử dụng
thép chiều dày lớn. Hàn khe hở hẹp có những lợi thế đáng kể, bao gồm tốc độ
hàn tăng và biến dạng hàn thấp. Dưới đây là mối hàn khe hở hẹp (Hình 2.3).

7


Hình 2.3. Mối hàn khe hở hẹp khi hàn xong
 ịnh nghĩa hàn khe hở hẹp
Đ
Các tác giả Bicknell and Patchet (1985) cho rằng một tỉ lệ giữa chiều
dày chi tết và chiều rộng khe hở gấp 5 lần sẽ được coi là một quá trình
hàn "khe hở hẹp".
2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
Việt Nam là một nước đang quá trình phát triển, tuy công nghệ và
thiết bị trong những năm qua đã có chuyển biến về chất lượng cũng như số
lượng tuy nhiên đa phần là nhập ngoại từ các nước, trong khi đó nền công

nghiệp đóng tàu, xây dựng đang phát triển khá mạnh chúng ta cần nâng
cao công nghệ, để đẩy nhanh tiến độ. Công nghệ hàn khe hở hẹp là một công
nghệ hoàn toàn mới ở nước ta, chúng ta cần nghiên cứu để đưa công nghệ
này vào sử dụng. Tuy nhiên, việc chế tạo ra đồ gá hàn để tch hợp các chuyển
động trong hàn khe hở hẹp là tính cấp thiết của việc ứng dụng hàn khe hở hẹp
vào thử nghiệm, sản xuất [1].
8


2.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HÀN KHE HỞ HẸP
2.3.1. Sơ đồ cấu tạo thiết bị hàn khe hở hẹp trong khí bảo vệ

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hàn khe hở hẹp

Sơ đồ hàn khe hở hẹp gồm các bộ phận chính sau:
1- Động cơ quay cụm đầu hàn;

5- Bép hàn;

2- Bộ phận đưa dây;

6- Kim loại vũng hàn;

3- Ống dẫn dây;

7- Kim loại cơ bản.

4- Chụp khí;

9