Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Thiết Bị Di Chuyển Đầu Hàn Để Hàn Hồ Quang Chìm Dưới Lớp Thuốc

i


ii
TR

NG

I H C THÁI NGUYÊN
I H C K THU T CÔNG NGHI P

NGUY N VI T DU N

Nghiên c u thi t k ch t o thi t b di chuy n đ u hàn
đ hàn h quang chìm d

THÁI NGUYÊN 2016

i l p thu c


iii
L I CAM OAN
H và tên: Nguy n Vi t Du n
H c viên l p cao h c: K16
Tr

ng

i h c K thu t công nghi p Thái Nguyên.

N i công tác: Tr

ng Trung c p ngh Hà T nh.

tài lu n v n Th c s : ắNghiên c u thi t k ch t o thi t b di chuy n đ u hàn
đ hàn h quang chìm d

i l p thu c”.

Chuyên ngành: K thu t c khí
Mã s : 60520103
Sau hai n m h c t p, nghiên c u, em đư l a ch n đ tài ắNghiên c u thi t k
ch t o thi t b di chuy n đ u hàn đ hàn h quang chìm d
hi n lu n v n t t nghi p, v i s giúp đ , h

i l p thu c” đ th c

ng d n t n tình c a PGS.TS. Nguy n Qu c

Tu n và s n l c c a b n thân, đ tài đư hoàn thành, n i dung c a đ tài đư đáp ng
đ

c các yêu c u đ t ra đ i v i chuyên ngành k thu t c khí.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng cá nhân em. Các s li u,

k t qu có trong đ tài nghiên c u là trung th c và ch a đ

c công b

b tk m tt p

chí hay công trình nghiên c u khoa h c nào, tr công b c a chính tác gi ./.

Thái Nguyên, ngày 05 tháng 05 n m 2016
H c viên

Nguy n Vi t Du n


iv
L IC M

N

Trong th i gian h c t p và nghiên c u t i Tr

ng

i h c công nghi p Thái

Nguyên, c ng nh trong su t quá trình th c hi n đ tài, em đư đ
d y t n tình c a t p th s ph m Nhà tr

cs h

ng d n, ch

ng, tr c ti p là t p th các b giáo viên khoa

c khí, quý th y cô giáo cùng b n bè đ ng nghi p.

L i đ u tiên em xin trân tr ng c m n đ n Ban giám hi u Nhà tr
sau đ i h c ậ Phòng đào t o Tr

ng

i h c công nghi p Thái Nguyên, quý th y cô

giáo thu c các b môn tham gia gi ng d y và h
lý, h

ng, t đào t o

ng d n đ tài, quý th y cô giáo qu n

ng d n thu c trung tâm thí nghi m v t li u Tr

ng

i h c công nghi p Thái

Nguyên.
Em c ng xin trân tr ng c m n và bày t lòng bi t n sâu s c đ n PGS.TS.
Nguy n Qu c Tu n ng

i đư t n tình trao đ i, ch d y, h

ng d n đ em th c hi n t t

n i dung c a đ tài khoa h c này.
Cu i cùng em xin chân thành c m n t p th s ph m, Ban giám hi u Nhà tr

khoa c khí và b n bè đ ng nghi p Tr
tác.

ng,

ng trung c p ngh Hà T nh, n i em đang công

ư t o đi u ki n thu n l i v c s v t ch t, trang thi t b và th i gian trong su t

th i gian em tham gia h c t p và nghiên c u đ tài.
Trong quá trình h c t p nghiên c u đ tài , m c dù b n thân đư h t s c c g ng,
song du kinh nghi m nghiên c u khoa h c còn h n ch , kinh nghi m chuyên môn ch a
sâu vì v y n i dung c a đ tài không tránh kh i nh ng h n ch , thi u sót, r t mong đ

c

s trao đ i, đóng góp ý ki n c a quý th y cô giáo, b n bè đ ng nghi p đ đ tài ngày
càng đ

c hoàn thi n h n.
Xin trân tr ng c m n!

H c viên


v
M CL C
Trang
DANH M C CỄC Kụ HI U VẨ CH

VI T T T .............................................. viii

DANH M C CỄC HỊNH V .......................................................................................x
L I NịI
CH

U ................................................................................................................1

NG 1: T NG QUAN V HẨN H

QUANG .................................................3

1.1. S phát tri n c a ngành hàn và vai trò c a nó trong công nghi p ...........................3
1.1.1. L ch s phát tri n c a ngành hàn ...........................................................................3
1.1.2. Vai trò c a công ngh hàn trong các ngành công nghi p ......................................4
1.2. Phân lo i các ph

ng pháp hàn ................................................................................4

1.2.1. Theo tr ng thái hàn ................................................................................................4
1.2.2. Theo n ng l

ng s d ng .....................................................................................5

1.2.3. Theo m c đ t đ ng hóa .....................................................................................5
1.3. Ph

ng pháp hàn nóng ch y ....................................................................................6

1.3.1 Hàn h quang tay ....................................................................................................6

1.3.2. Hàn đi n x .............................................................................................................6
1.3.3. Hàn h quang đi n c c nóng ch y (MIG/MAG) trong môi tr
1.3.4. Hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr

ng khí b o v ....7

ng khí tr (hàn TIG) ....9

1.3.5. Hàn h quang t đ ng và bán t đ ng ................................................................10
1.3.6. Hàn h quang chìm d

i l p thu c b o v (Submerged Arc Welding - SAW) .11

1.4. Tình hình nghiên c u v hàn SAW ........................................................................12
1.4.1. Trong n

c ..........................................................................................................12

1.4.2. Ngoài n

c ..........................................................................................................14

1.5. V n đ n nghiên c u ................................................................................................14
1.5.1. Lý do ch n đ tài .................................................................................................14
1.5.2. M c tiêu c a nghiên c u .....................................................................................16


vi
1.5.3. D ki n k t qu đ t đ

c.....................................................................................17

1.5.4. Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a đ tài.............................................................17
1.5.5. Ph

ng pháp và ph

1.6. K t lu n ch
CH

ng pháp lu n .....................................................................17

ng 1 ..................................................................................................18

NG 2: NGHIểN C U Lụ THUY T V HẨN MAG VẨ HẨN H

QUANG CHỊM D

I L P THU C .......................................................................19

2.1. Quá trình hàn MIG/MAG .......................................................................................19
2.1.1. B n ch t ...............................................................................................................19
2.1.2.

c đi m, ng d ng c a hàn MAG .....................................................................20

2.1.3. Thi t b , v t li u ...................................................................................................21
2.1.4. Công ngh hàn MAG...........................................................................................25
2.2. Quá trình hàn h quang chìm d

i l p thu c b o v (SAW).................................28

2.2.1. B n ch t ...............................................................................................................28
2.2.2. Kh n ng ng d ng..............................................................................................29
2.3.4. Kích th

c l p thu c ph ....................................................................................34

2.3.5. Lo i dòng và c c tính. .........................................................................................34
2.2.6. V t li u hàn h quang d
2.2.7. Hình d ng kích th

i l p thu c .................................................................35

c m i hàn ............................................................................40

2.2.8. nh h

ng c a các y u t công ngh ..................................................................44

2.2.9. nh h

ng c a các y u t k t c u .......................................................................45

2.2.10. Xác đ nh ch đ hàn ..........................................................................................46
2.2.11. Liên k t hàn và chu n b liên k t tr

c khi hàn ................................................49

2.2.12. K thu t hàn ......................................................................................................51

2.2.13. K thu t hàn t đ ng t m ph ng .......................................................................52
2.2.14. Các lo i khuy t t t m i hàn ...............................................................................53
2.3. K t lu n ch

ng 2 ..................................................................................................55


vii
CH

NG 3: THI T K C I TI N H TH NG THI T B ...............................56

3.1 Thi t b hàn MAG tr

c c i ti n .............................................................................56

3.2. Thi t b hàn sau thi t k c i ti n .............................................................................56
3.2. 1. Xe hàn .................................................................................................................58
3.2.2. M hàn .................................................................................................................59
3.2.3. C c u c p dây hàn ..............................................................................................60
3.2.4. B ph n đi u ch nh ch đ hàn và đi u khi n quá trình hàn ...............................61
3.2.5. B ph n c p và ch a thu c hàn ...........................................................................62
3.2.6. C c u đi u ch nh đ u hàn (m hàn) ...................................................................63
3.2.7. C c u đ nh v biên d ng R .................................................................................64
3.3. Quy trình k thu t v n hành và hàn h quang chìm d
đ

i l p thu c trên thi t b đư

c c i ti n ..................................................................................................................65

3.3.1. Công tác an toàn khi v n hành thi t b ................................................................65
3.3.2. Ki m tra tình tr ng c a thi t b ............................................................................66
3.3.3. Quy trình v n hành thi t b ..................................................................................66
3.4. K t lu n ch
CH

ng 3 ..................................................................................................67

NG 4.TH C NGHI M VẨ K T QU .........................................................68

4.1. Th c nghi m ...........................................................................................................68
4.1.1. Ki m tra ngo i d ng m i hàn MAG ....................................................................68
4.1.2. Ki m tra ngo i d ng m i hàn SAW ....................................................................71
4.1.3. C u trúc t vi m i hàn MAG và m i hàn SAW ..................................................75
4.2. K t lu n ch

ng 4 ..................................................................................................81

1. K t lu n chung ...........................................................................................................83
2. H

ng nghiên c u ti p theo ......................................................................................83

TẨI LI U THAM KH O...........................................................................................84


viii
DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH
nv

VI T T T

Gi i ngh a

Ký
hi u
Dd

mm

Ih
Uh
Vh
Pco2

A
V
(mm/phút)
(lít/phút)

C

Le
Vd
J

mm
Kg/phút
A/mm2

T m v i đi n c c
Kh i l ng thu c b o v
M t đ dòng đi n hàn

Fd

mm

T ng di n tích ti t di n ngang kim lo i đ p c a m i hàn

Fx

mm

Di n tích ti t di n ngang kim lo i đ p c a toàn b các l p

ng kính dây hàn (đi n c c hàn)
ng đ dòng đi n hàn
i n áp hàn
V n t c hàn
L u l ng khí CO2

hàn t l p th hai tr đi.
F d1

mm

n
h1

Di n tích ti t di n ngang kim lo i đ p c a l p th nh t.
S l p hàn ti p theo là n = F x/ F n

mm

Chi u sâu ch y l p th nh t v i phía hàn th nh t
Gi i ngh a

Ký hi u
Ar (He)

Khí argon ho c khí heli

Ar + 1% O2
Ar + 2% O2

Khí argon ch a 1% khí ôxy
Khí argon ch a 2% khí ôxy

Ar + 5% O2
Ar + 20% CO2

Khí argon ch a 5% khí ôxy
Khí argon ch a 20% khí ôxy

Ar + 15% CO2+ 5% O2 Khí argon ch a 5% khí ôxy và 15% khí
CO2
MAG

Khí carbonic
Hàn h quang đi n c c nóng ch y trong môi tr
ho t tính.

MIG
SAW

Hàn h quang đi n c c nóng ch y trong môi tr
Hàn h quang chìm d i l p thu c b o v

TIG

Hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr
khí tr
H s hình d ng bên trong.

n = b/h
m= b/c
j

H s hình d ng bên ngoài
M t đ dòng đi n hàn

ng khí
ng khí tr .
ng


ix
Fd

Di n tích ti t di n ngang l p đ p

f

Chi u sâu vát mép
Góc mép hàn (1/2 góc rãnh hàn)



Chi u cao toàn b m i hàn
Khe h đáy
Chi u r ng m i hàn

H
a
b
1F
2F
2FR

Hàn góc ch T v trí b ng
Hàn góc ch T v trí ngang
Hàn góc ch T v trí ngang có bán kính cong.

1G
2G

Hàn giáp m i v trí b ng.
Hàn giáp m i v trí ngang.

x

Hình 1-1: Các ph

DANH M C CÁC HÌNH V
ng pháp hàn. .................................................................................4

Hình1 ậ 2:Nguyên lý hƠn h quang tay. ......................................................................6
Hình 1 ậ 3:Phơn lo i hƠn trong môi tr

ng khí b o v . ............................................7

Hình1 ậ 4:S đ hƠn h quang đi n c c nóng ch y ...................................................8
trong môi tr

ng khí b o v . ........................................................................................8

Hình 1- 5:S đ nguyên lý hƠn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi
tr ng khí tr . ...............................................................................................................9
Hình 1- 6: Vùng h quang vƠ v ng hƠn h quang nóng ch y .................................10
trong môi tr

ng khí tr .............................................................................................10

Hình 1-7:S đ hƠn d

i l p thu c b o v ................................................................11

Hình 1- 8: Máy hƠn d

i l p thu c b o v . ..............................................................12

Hình1 - 9: K t c u hƠn v trí 2FR. .............................................................................16
Hình 2 ậ 1: S đ nguyên lý hƠn h quang nóng ch y .............................................19
trong môi tr

ng khí b o v . ......................................................................................19

Hình 2 ậ 2: H th ng thi t b hƠn. ..............................................................................21
Hình 2 ậ 3: B c p dơy hƠn MAG. .............................................................................21
Hình 2 ậ 4: M hƠn MAG. ..........................................................................................22
Hình 2 ậ 5:

ng h , van gi m áp vƠ b s y khí CO2. .............................................22

Hình 2 ậ 6: Dây hàn MAG. .........................................................................................23
Hình 2 ậ 7: Khí b o v hƠn MAG. .............................................................................24
Hình 2-8 Liên k t tr

c khi hƠn. ...............................................................................25

Hình 2 ậ 9:a) T m v i đi n c ; b) quan h gi a t m v i đi n c c vƠ dòng đi n. ..26
Hình 2-10: L u l
Hình 2 -11: Ph

ng khí CO2 ...................................................................................27
ng pháp hàn d

i l p thu c SAW. ...............................................28

Hình 2 ậ 13: Th hi n s

nh h

t i hình dáng và kích th

c m i. ...............................................................................30

Hình 2 ậ 14: Hình v mô t

nh h

ng c a đ

ng kính đi n c c ..............................30

ng c a đi n áp đ n hình dáng, ......................30

ti t di n và b m t m i hàn .........................................................................................30
Hình 2 ậ 15: Hình v mô t các v t n t khi t ng đi n áp hàn .................................31
Hình 2 - 16: Th hi n c
t i hình dáng và kích th

ng đ dòng đi n hàn nh h

ng .....................................32

c m i ................................................................................32

xi
Hình 2- 17: Th hi n s
hình dáng kích th

nh h

ng c a v n t c hàn đ n ........................................32

c c a m i hàn. ............................................................................32

Hình 2- 18: Th hi n s

nh h

ng c a v n t c đ n m c đ ..................................33

khuy t c nh c a m i hàn. ...........................................................................................33
Hình 2- 19: Th hi n t m v i c a đi n c c. ..............................................................33
Hình 2 ậ 20: C c tính d

ng DC+đ

c s d ng. .....................................................34

Hình 2ậ 21: Các kích th

c đ c tr ng c a m i hƠn ................................................40

Hình 2ậ 22: S thay đ i hình d ng m i hƠn theo c

ng đ dòng đi n hƠn. ..........41

Hình 2ậ 23: S thay đ i hình d ng m i hƠn vƠ m c ................................................41
tiêu th thu c hƠn theo đi n áp hƠn...........................................................................41
Hình 2ậ 24: S thay đ i hình d ng ............................................................................42
m i hƠn theo ti t di n đi n c c ...................................................................................42
Hình 2ậ 25: nh h ng c a t c đ hƠn lên s phơn b l c trong h quang a),
hình d ng m i hƠn b), vƠ m c đ tiêu th thu c hƠn c). .........................................43
Hình 2- 26: Góc nghiêng dơy hƠn vƠ nh h
nghiêng v phía tr

ng c a góc ........................................43

c lên hình d ng m i hƠn ..........................................................43

Hình 2ậ 27: Góc nghiêng v t hƠn vƠ hình d ng m i hƠn .........................................44
Hình 2 ậ 28: V trí dơy hƠn khi hƠn các m i hƠn vòng ............................................45
đ

ng kính nh vƠ c

Hình 2 ậ 29: nh h

ng đ dòng đi n hƠn t i đa. .................................................45
ng c a góc rưnh hƠn vƠ ..........................................................45

khe đáy lên hình d ng m i hƠn ..................................................................................45
Hình 2ậ 30: Kích th

c m i hƠn giáp ........................................................................47

m i có vát mép hƠn t hai phía ..................................................................................47
Hình 2ậ 31: Kích th

c m i hƠn giáp m i ................................................................48

có rưnh hƠn, hƠn nhi u l p. ........................................................................................48
Hình 2ậ 32: Yêu c u đ i v i đ chính xác l p ráp....................................................49
đ i v i hƠn d

i l p thu c. .........................................................................................49

Hình 2ậ 33: B n d n đ b t đ u vƠ k t thúc .............................................................50
m i hƠn đ

ng th ng. .................................................................................................50

Hình 2ậ34: Các k thu t lót đáy. ...............................................................................50
Hình 2ậ 35:Hình nh gơy h quang b ng phoi thép. ...............................................51
Hình 2ậ 36:Hình nh gơy h quang b ng ph

ng pháp..........................................51


xii
c t vát nh n đi n c c hƠn. ..........................................................................................51
Hình 2 ậ 37: Liên k t hƠn giáp m i. ...........................................................................52
Hình 3 -2: Hính nh thi t b hƠn MIG/MAG tr

c c i ti n. ...................................56

Hình 3 -3: H th ng thi t b hƠn h quang chìm d

i l p thu c. ...........................56

Hình 3 ậ 4: Mô hình thi t b hƠn h quang chìm d i l p thu c(SAW) đ c thi t
k c i ti n trên c s thi t b hƠn MIG/MAG DRAGON 350 .................................57
Hình 3 ậ 6: Hình nh m hƠn MIG/MAG DRAGON. .............................................59
Hình 3 ậ 5: Hình nh k t c u xe hƠn sau khi đ

c c i ti n. ....................................59

Hình 3 ậ 7: Hình nh m hƠn h quang chìm d i l p thu c(SAW) đ c thi t k
c i ti n trên c s m hƠn MIG/MAG DRAGON 350. ............................................60
Hình 3 ậ 8: Hình nh c c u c p dơy hƠn MIG/MAG DRAGON. .........................60
Hình 3 ậ 9: Hình nh c c u c p dơy hƠn h quang chìm d i l p thu c(SAW)
đ c thi t k c i ti n trên c s c c u c p dơy hƠn MIG/MAG DRAGON 350. 61
Hình 3 ậ 10: Hình nh c c u đi u khi n ch hƠn MIG/MAG 350. ........................61
Hình 3 ậ 11: Hình nh b ph n đi u ch nh ch đ hƠn h quang chìm d i l p
thu c(SAW) đ c thi t k ch t o m i......................................................................62
Hình 3 ậ 12: Hình nh B ph n ch a vƠ c p thu c hƠn đ c thi t k ch t o m i.
.......................................................................................................................................63
Hình 3 ậ 13: Hình nh c c u đi u ch nh m hƠn (đ u hƠn) h quang chìm d i
l p thu c(SAW) đ c thi t k ch t o m i. ..............................................................63
Hình 3 ậ 14: Hình nh c c u đ nh v biên d ng đ

ng hƠn đ

c .........................64

thi t k ch t o m i. .....................................................................................................64
Hình 3 ậ 15: Hình nh h th ng thi t b hƠn h quang chìm d i l p thu c(SAW)
sau khi thi t k c i ti n. ...............................................................................................65
Hình 4 ậ 1: Hình nh chu n b phôi hƠn. ..................................................................69
Hình 4 ậ 4: Hình nh m u 01a, 02a, 03a sau khi đư hƠn hoƠn ................................69
Hình 4 -5: Hình m i hƠn s 01a. .................................................................................70
Hình 4 ậ 9. Hình nh chu n b k t c u hƠn. ..............................................................72
Hình 4 ậ 10: Hình nh chu n b k t c u hƠn vƠ s li u đ u vƠo. ............................73
Hình 4 ậ 11: Hình nh m i hƠn khi ch a bóc x hƠn. ..............................................73
Hình 4 ậ 12: Hình nh m u 01a, 02a, 03a sau khi đư hƠn hoƠn. .............................73
Hình 4 - 13: Hình m i hƠn s 01b. .............................................................................74
Hình 4 - 14: Hình m i hƠn s 02b. .............................................................................74
Hình 4 - 15: Hình m i hƠn s 03b. .............................................................................75


xiii

DANH M C B NG BI U
B ng 2 ậ 1: Gi i thi u m t s lo i dơy hƠn thép các bon thông d ng theo AWS. ..23
B ng 2 ậ 2: ThƠnh ph n hoá h c c a m t s lo i dơy hƠn thông d ng theo AWS.
.......................................................................................................................................24
B ng 2 ậ 3: Gi i thi u ng d ng m t s lo i khí vƠ h n h p khí b o v . ..............24
B ng 2 ậ 4: B ng tra ch đ hƠn thép cac bon vƠ h p kim th p - ki u hƠn s p. ...27
B ng 3 ậ 1: Thông s c a thi t b sau khi đ

c c i ti n. ..........................................66

B ng 4 ậ 1: B ng thông s ch đ hƠn c a các c p m u. .........................................68

B ng 4 ậ 2: B ng so sánh k t qu ngo i d ng m i hƠn c a các c p m u. ..............79
B ng 4 ậ 3: B ng so sánh k t qu c u trúc t vi m i hƠn c a các c p m u. ..........80


1
L I NịI
U
Công ngh hàn đóng vai trò r t quan tr ng. Do nó có nh ng u đi m n i b t so
v i các ph ng pháp ch t o c khí khác. Vì công ngh đ n gi n d th c hi n, không
c n ph i thi t b hi n đ i, m i hàn b n, c tính t t, đ m b o đ kín t t, công ngh hàn
có th n i đ c nh ng kim lo i khác nhau, công ngh hàn d c khí hoá, t đ ng hoá,
giá thành ch t o r , tính kinh t cao. Do công ngh hàn có nhi u u đi m nh v y nên
nó đ c ng d ng r ng rãi trong các ngành công nghi p nh : Ngành đóng tàu, ch t o
thi t b c khí, Ngành l p máy, Ngành xây d ng, Ngành công nghi p ô tô vv...Nh có
công ngh hàn mà các ngành công nghi p khác c ng đ

c phát tri n và công ngh hàn

đư đóng vai trò không th thi u đ c trong các ngành công nghi p.
Trong đó công ngh hàn h quang chìm d i l p thu c hi n nay đang đ

c ng

d ng r ng r i. Trong nh ng n m qua vi c ng d ng công ngh hàn h quang chìm d i
l p thu c b o v vào s n xu t n c ta đang có nh ng b c phát tri n m i, nh n
th cđ c nh ng u đi m v t tr i c a công ngh hàn h quang chìm, nên nhi u Công
ty, Xí nghi p, Nhà máy đư m nh d n đ u t , đ i m i công ngh , mua s m thi t b hàn
h quang chìm đ s n xu t các k t c u hàn có yêu c u cao v ch t l ng và n ng su t
hàn, nh hàn các k t c u nhà thép ti n ch , hàn các b n ch a nhiên li u, hóa ch t t i
m t s công trình tr ng đi m. Tuy nhiên, các Tr ng Cao đ ng ngh , Trung c p ngh

và các Trung tâm d y ngh ch a đ c đ u t t ng x ng đ đáp ng v i nhu c u đòi
h i c a các doanh nghi p tuy n d ng th hàn. Vì v y, h c sinh, sinh viên sau khi t t
nghi p ch a đáp ng đ c nhu c u c a doanh nghi p trong l nh v c công ngh hàn h
quang chìm d i l p thu c b o v . Do thi t b hàn có giá thành cao v t ngoài kh n ng
đ u t c a các đ n v đào t o ngh .
Tr c yêu c u b c thi t nêu trên và xu t phát t ý t ng nghiên c u em đư ch n
đ tài “Nghiên c u thi t k ch t o thi t b di chuy n đ u hàn đ hàn h quang chìm
d

i l p thu c”

M c tiêu c a nghiên c u
Thi t k ch t o thành công thi t b di chuy n đ u hàn đ hàn h quang chìm d
l p thu c.

i

Xác đ nh ch đ hàn h quang chìm d i l p thu c h p lý đ hàn thép CT3 v trí 2FR
có bán kính R > 2 mét, v i chi u dày v t li u 8 (mm), m i hàn đ m b o ch t l ng và
yêu c u k thu t.
D ki n k t qu đ t đ c
- Nghiên c u thi t k ch t o thành công thi t b di chuy n đ u hàn d ch chuy n theo
biên d ng xác đ nh.
- Xác đ nh đ c b ng ch đ hàn h quang chìm d
k t c u góc

i l p thu c b o v h p lý khi hàn

v trí 2FR, v t li u ch t o là thép CT3, chi u dày 8 (mm)

2
Ph

ng pháp nghiên c u
tài thu c d ng nghiên c u ậ tri n khai ậ th c nghi m.
*Nghiên c u
- Thi t k ch t o thi t b di chuy n đ u hàn theo qu đ o xác đ nh
- Ch n đ c ch đ hàn h quang chìm d i l p thu c SAW h p lý
*Vi c tri n khai
Ngu n hàn (bi n áp hàn) MIG/MAG 350 k t h p v i thi t b di chuy n đ u hàn s
t o thành h th ng thi t b hàn t đ ng d i l p thu c b o v (SAW) đ hàn k t c u góc
v trí 2FR. Máy sau khi thi t k ch t o hoàn ch nh s v n hành đ ki m ch ng các gi
thi t khoa h c tr c đó.
* Th c nghi m
Hàn k t c u góc v trí 2FR, v t li u là thép CT3 chi u dày 8 (mm) b ng công
ngh hàn SAW, đ ch n ch đ hàn phù h p (3 m u). Hàn k t c u góc v trí 2FR, v t
li u là thép CT3 chi u dày 8 (mm) b ng công ngh MAG, đ so sánh ch t l ng m i
hàn v i công ngh hàn SAW (3 M u).
Ph ng pháp nghiên c u
*Ph ng pháp lu n s d ng trong đ tài là h th ng lý lu n
Lý thuy t hàn MIG/MAG và lý thuy t hàn t đ ng d i l p thu c, v n đ này thu c
chuyên ngành hàn nóng ch y.
Ph ng pháp lu n còn là h th ng lý lu n v ki m tra ch t l ng m i hàn b ng ph ng
pháp: Ki m tra trúc c u t vi c a m i hàn; ki m tra ngo i d ng m i hàn.
N i dung nghiên c u
N i dung chính c a đ tài bao g m:
Ch ng 1. T ng quan v hàn h quang
Ch ng 2. Nghiên c u lý thuy t v hàn MAG và hàn h quang chìm d i l p thu c b o
v (SAW)

Ch ng 3. Thi t k c i ti n h th ng thi t b
Ch ng 4. Th c nghi m và k t qu
ụ ngh a th c ti n
ng d ng công ngh hàn h quang chim d i l p không ch nâng cao đ c n ng
su t lao đ ng mà còn nâng cao ch t l ng s n ph m, giá thành s n ph m gi m so v i s
d ng các các công ngh hàn khác.
Hàn h quang chìm d i l p thu c b o v , h quang hàn s đ c che kín b ng l p
thu c b o v , vì th nó s nâng cao h s an toàn cho công nhân v n hành thi t b , gi m
thi u ô nhi m do h quang hàn gây ra cho công nhân và môi tr ng xung quanh.
Do quá trình thi t k ch t o s tính đ n các tình hu ng khác nhau trong s n xu t.
Nên thi t b sau khi ch t o có th hàn đ c các m i hàn các v trí 1G, 1F, 2F, 2FR.


3
CH
NG 1: T NG QUAN V HÀN H QUANG
1.1. S phát tri n c a ngành hàn và vai trò c a nó trong công nghi p
1.1.1. L ch s phát tri n c a ngành hàn
N m 1802, vi n s Nga V.V Pê-t -r p đư tìm ra hi n t ng h quang đi n và ch
rõ kh n ng s d ng nhi t n ng c a nó đ làm nóng ch y kim lo i, m ra th i k hàn h
quang.
N m 1888, N.G Sla-vi-a-n p đư áp d ng đi n c c nóng ch y - đi n c c kim lo i
vào h quang đi n, đ n n m 1907, k s Th y i n Kenbbécg đư phát hi n ra ph ng
pháp n đ nh quá trình phóng h quang và b o v vùng hàn kh i tác đ ng c a không khí
xung quanh b ng cách b c lên đi n c c kim lo i m t l p thu c. Vi c ng d ng que hàn
có b c thu c đư b o đ m ch t l ng c a m i hàn trong ngành công nghi p lúc b y gi .
N m 1928, Alecxanđer (M ) tìm ra ph ng pháp hàn h quang trong khí b o
v và đ a vào s n xu t. Hàn trong khí b o v làm t ng v t ch t l ng m i hàn và hi n
nay là m t trong nh ng ph ng pháp hàn đ c s d ng r ng rãi v i nh ng u đi m v
ch t l ng m i hàn và đ c bi t là kh n ng s d ng d dàng m i t th hàn và m i v

trí hàn khác nhau.
N m 1929, ng i ta đư tìm ra ph ng pháp hàn t đ ng d i l p thu c trong
đi u ki n thí nghi m. Th i k phát tri n cao c a công ngh hàn tàu đư đ c m ra vào
nh ng n m cu i th p k 30 và đ u th p k 40 sau nh ng công trình n i ti ng c a vi n
s E.O.Pa-ton v hàn d i l p thu c. Ph ng pháp hàn này đ c ng d ng r ng rãi trong
ngành công nghi p đóng tàu, đó là thành t u vô cùng to l n c a k thu t hàn hi n đ i.
Cho đ n nay, hàn d i thu c v n là ph ng pháp c khí hoá c b n trong k thu t hàn
trong ngành công nghi p v i nh ng u đi m v
m i hàn.

t tr i v hi u su t và ch t l

ng c a

N m 1949 đư ra đ i ph ng pháp hàn nóng ch y đ c bi t - hàn đi n x . ó là m t
phát minh n i ti ng n a c a t p th Vi n hàn đi n B.O Pa-tô. Hàn đi n x đ c nghiên
c u và đ a vào s n xu t trong ngành công nghi p t nh ng n m 50 đ ch t o các thi t
b n ng nh lò h i, tua bin, máy t i…
Các ph ng pháp hàn ngày càng đ c nghiên c u và c i ti n đ nâng cao n ng
su t, hi u qu và ch t l ng m i hàn c ng nh nâng cao kh n ng t đ ng hóa. T cu i
đ i chi n th gi i l n th II, ng i ta đư tìm ra hai ph ng pháp công ngh hàn trong
khí b o v : MIG (Metal - Iner - Gas) và TIG (Tungsten - Iner - Gas). c tr ng c a hai
ph ng pháp hàn MIG và TIG là trong quá trình hàn, h quang và b hàn đ c b o v
b ng khí tr (Ar, He). TIG là hàn b ng đi n c c không nóng ch y (volfram ho c grafit).
MIG là hàn b ng đi n c c nóng ch y (dây kim lo i). Khí b o v (khí tr ) công ngh s n
xu t r t ph c t p, nên cu c tìm ki m khí b o v r h n đ thay th đư thu hút nhi u tác
gi quan tâm nghiên c u. Thành t u c a nhi u công trình nghiên c u đư cho ra đ i


4

ph

ng pháp hàn MAG (Metal - Active - Gas). Công cu c tìm ki m c a các nhà nghiên

c u khoa h c v n ti p t c và h đư đ t đ c nh ng thành t u to l n đó là ph ng pháp
hàn MAG có th dùng 100% khí CO2 làm khí b o v trong quá trình hàn đi n c c nóng
ch y. T n m 1953 Liên Xô đư chính th c ng d ng công ngh hàn trong môi tr ng
khí b o v là CO2 và sau đó l n l t n m 1955 - 1956 các n c ph ng Tây, M ,
Canada, Anh,
c... c ng đư ng d ng thành công và r t hi u qu c a công ngh hàn
trong môi tr ng khí b o v là CO2. Công ngh hàn MAG đ i v i th gi i là m t quá
trình nghiên c u, ng d ng và d n hoàn thi n t ng b c, đ n nay đư phát tri n đ n m c
đ cao, ng d ng r t r ng rãi và hi u qu trong các ngành công nghi p.
1.1.2. Vai trò c a công ngh hàn trong các ngành công nghi p
Công ngh hàn đóng vai trò r t quan tr ng. Do nó có nh ng u đi m n i b t so
v i các ph ng pháp ch t o c khí khác nh :
Công ngh đ n gi n d th c hi n, không c n ph i thi t b hi n đ i, m i hàn b n,
c tính t t, đ m b o đ kín t t, công ngh hàn có th n i đ c nh ng kim lo i khác
nhau, công ngh hàn d c khí hoá, t đ ng hoá, giá thành ch t o r , tính kinh t cao.
Do công ngh hàn có nhi u u đi m nh v y nên nó đ c ng d ng r ng rãi trong các
ngành công nghi p nh : Ngành đóng tàu, ch t o thi t b c khí, Ngành l p máy, Ngành
xây d ng, Ngành công nghi p ô - tô vv..... Nh có công ngh hàn mà các ngành công
nghi p khác c ng đ

c phát tri n và công ngh hàn đư đóng vai trò không th thi u đ

c

trong các ngành công nghi p.
1.2. Phân lo i các ph ng pháp hƠn

1.2.1. Theo tr ng thái hàn
Ngày nay hàn đư có hàng tr m ph

ng pháp khác nhau theo tr ng thái hàn có th

chia ra 2 nhóm:

Hình 1-1: Các ph
1. Hàn laser;

ng pháp hàn.
2. Hàn h quang plasma;


5
2. Hàn chùm tia đi n t ;

4. Hàn h quang đi n;

5. Hàn đi n x ;
7. Hàn nhi t nhôm;

6. Hàn khí;
8. Hàn h quang tay;

9. Hàn t đ ng và bán t đ ng d i l p 10. Hàn h quang trong môi tr ng
thu c;
12. Hàn h quang tay đi n c c không
11. Hàn h quang tay đi n c c nóng nóng ch y;
ch y;

13. Hàn trong môi tr
15. Hàn trong môi tr

ng khí Argon;
ng khí Nit ;

14. Hàn trong môi tr
16. Hàn trong môi tr
18. Hàn n ;

ng khí Hêli;
ng khí CO2;

17. Hàn siêu âm;
19 . Hàn ngu i;

20. Hàn đi n ti p xúc;
22.Hàn khu ch tán trong chân không;

21. Hàn ma sát;
23. Hàn cao t n;
25. Hàn giáp m i;

24. Hàn rèn;
26. Hàn đi m;
28. Hàn b ng đi n c c gi ;

27. Hàn đ ng;
29. Hàn đi m b ng t .
Ngoài ra, m t vài n m g n đây còn xu t hi n ph

+ Hàn nóng ch y.
Khi hàn nóng ch y, kim lo i mép hàn đ

ng pháp hàn nhi t.
c nung đ n tr ng thái nóng ch y k t

h p v i kim lo i b sung t ngoài vào đi n đ y khe h gi a hai chi ti t hàn, sau đó đông
đ c t o thành m i hàn. Khi hàn nóng ch y, các khí xung quanh ngu n nhi t có nh
h ng r t l n đ n quá trình luy n kim và hình thành m i hàn. Do đó, đ đi u ch nh quá
trình hàn theo chi u h ng t t thì ph i ng d ng các bi n pháp công ngh nh t đ nh:
dùng thu c b o v , khí b o v , hàn trong chân không,…
+ Hàn áp l c.
Khi hàn b ng áp l c kim lo i
đó hai chi ti t đ

vùng mép hàn đ

c nung nóng đ n tr ng thái d o, sau

c ép l i v i l c ép đ l n, t o ra m i hàn.

+ Hàn nhi t.
Hàn nhi t là s d ng nhi t c a các ph n ng hóa h c phát nhi t đ nung kim lo i mép
hàn đ n tr ng thái nóng ch y đ ng th i k t h p v i l c ép đ t o ra m i hàn.
1.2.2. Theo n ng l ng s d ng
- i n n ng: Hàn h quang, hàn đi n ti p xúc
- Hóa n ng: Hàn khí, hàn nhi t
- C n ng: Hàn ma sát, hàn ngu i
1.2.3. Theo m c đ t đ ng hóa
- Hàn b ng tay.

- Hàn bán t đ ng


6
- Hàn t đ ng
1.3. Ph ng pháp hƠn nóng ch y
Các ph ng pháp hàn nóng ch y đ c ng d ng r ng rãi trong ngành công
nghi p đóng tàu, c khí ch t o, s n xu t k t c u thép, xây d ng, giao thông v n t i…
Ph ng pháp hàn nóng ch y th
- Hàn h quang tay;

ng chia ra các lo i sau:

- Hàn đi n x ;
- Hàn h quang đi n c c nóng ch y (MIG/MAG) trong môi tr ng khí b o v ;
- Hàn h quang đi n c c không nóng ch y (TIG) trong môi tr ng khí tr ;
- Hàn h quang chìm t đ ng và bán t đ ng (hàn d

i l p thu c).

1.3.1 Hàn h quang tay
Là ph ng pháp hàn h quang có đi n c c là que hàn. Trong quá trình hàn các
chuy n đ ng nh gây h quang, d ch chuy n que, d ch chuy n h quang theo d c m i
hàn đ c th c hi n b ng tay. Ph ng pháp công ngh hàn này đ c s d ng r ng rãi
nh t hi n nay. M c dù đư có nh ng ph ng pháp m i có n ng su t, ch t l ng cao;
nh ng ph ng pháp hàn h quang tay v n không th thi u trong các d ng s n xu t s a
ch a, s n xu t lo t nh , đ c bi t nh ng qui trình công ngh hàn không th ti n hành
c khí hóa và t đ ng hóa. Ch t l ng c a m i hàn ph thu c ch y u vào tay ngh c a
ng

i th

c ng nh dòng đi n hàn.

Hình1 – 2:Nguyên lý hàn h quang tay.
1.3.2. HƠn đi n x
Ph ng pháp hàn đi n x là m t ph

ng pháp có nhi u u vi t nh t trong các

ph ng pháp hàn đi n vì nó không gây bi n d ng góc, không c n vát mép hàn, khe h
gi a hai mép hàn 12 mm t o đi u ki n thu n l i cho l p ráp, gi m tiêu hao n ng l ng
đi n, tiêu hao x hàn… do đó ngày càng đ

c s d ng r ng rãi.


7
1.3.3. Hàn h quang đi n c c nóng ch y (MIG/MAG) trong môi tr ng khí b o
v
Hàn h quang trong môi tr ng khí b o v là ph ng pháp hàn thích ng v i m i
k t c u hàn và cho n ng su t và ch t l
phân lo i thành các ph

ng hàn cao. Ph

ng pháp sau (Hình 1 ậ 3).

Hình 1 – 3:Phân lo i hàn trong môi tr
các ph

ng pháp hàn này, b hàn đ

bên ngoài (ch y u là ôxy và nit ). Môi tr
tr . Môi tr

ng pháp công ngh này có th

ng khí b o v

c b o v kh i s tác d ng c a môi tr

ng

ng b o v có th là khí ho t tính ho c khí

ng khí tr không có ph n ng hóa h c v i b hàn. Môi tr

có ph n ng hóa h c v i b hàn; nh ng tác đ ng x u đó l i đ

ng khí ho t tính

c kh c ph c b ng thành

ph n hóa h c thích h p c a v t li u hàn (dây hàn).
Hàn h quang đi n c c nóng ch y trong môi tr
nóng ch y trong đó ngu n nhi t hàn đ

ng khí b o v là quá trình hàn

c cung c p b i h quang t o ra gi a đi n c c

nóng ch y (dây hàn) và v t hàn; h quang và kim lo i nóng ch y đ
tác d ng c a ôxy và nit trong môi tr
h p khí. Ti ng Anh ph

c b o v kh i s

ng xung quanh b i m t lo i khí ho c m t h n

ng pháp này g i là GMAW (Gas Metal Arc Welding).


8

Hình1 – 4:S đ hàn h quang đi n c c nóng ch y
trong môi tr
a. S đ nguyên lý;

ng khí b o v .

b. S đ thi t b ;

c. Vùng hàn và h quang hàn


9
Khi đi n c c hàn hay dây hàn đ

c c p t đ ng vào vùng h quang thông qua c

c u c p dây, còn s d ch chuy n h quang d c theo m i hàn đ
g i là hàn h quang bán t đ ng trong môi tr
c b nđ

ng khí b o v . N u t t c chuy n đ ng

c c khí hóa thì g i là hàn h quang t đ ng trong môi tr

Hàn h quang b ng đi n c c nóng ch y trong môi tr
là ph

c thao tác b ng tay thì

ng khí b o v .

ng khí tr (Ar; He) ti ng Anh g i

ng pháp hàn MIG (Metal Inert Gas). Vì các lo i khí tr có giá thành cao nên

không đ

c ng d ng r ng rãi ch dùng đ hàn kim lo i màu và thép h p kim. Hàn h

quang b ng đi n c c nóng ch y trong môi tr
Anh g i là ph

ng khí ho t tính (CO2; CO2+O2) ti ng

ng pháp hàn MAG (Metal Active Gas).Ph

khí b o v CO2 đ

ng pháp hàn MAG s d ng

c phát tri n r ng rãi.

1.3.4. Hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr ng khí tr (hƠn TIG)
i n c c không nóng ch y th ng dùng là Volfram và ph ng pháp hàn này
ti ng Anh g i là TIG (Tungsten Inert Gas).
hàn đ

ây là ph

ng pháp hàn v n n ng: có th

c tay ho c hàn t đ ng c ng nh hàn đ p. Công ngh này phù h p cho hàn nhôm

và h p kim nhôm, thép không g , thép h p kim cao, gang, đ ng. H quang trong hàn
TIG có nhi t đ r t cao, có th đ t t i h n 6.1000C. Kim lo i m i hàn có th t o thành
ch t kim lo i c b n khi hàn nh ng chi ti t m ng v i liên k t g p mép, ho c đ
sung t que hàn ph . Toàn b v ng hàn đ

cb

c bao b c b i khí tr th i t ch p khí.

Hình 1- 5:S đ nguyên lý hàn h quang đi n c c không nóng ch y trong môi tr
khí tr .

ng


10

Hình 1- 6: Vùng h quang và v ng hàn h quang nóng ch y
trong môi tr ng khí tr .
1.3.5. Hàn h quang t đ ng và bán t đ ng
a) Nguyên lý vƠ đ c đi m
- Nguyên lý
Hàn h quang t đ ng là quá trình hàn trong đó các khâu c a quá trình hàn đ c
ti n hành t đ ng b i máy hàn, bao g m: gây h quang, chuy n d ch đi n c c hàn xu ng
v ng hàn đ duy trì h quang cháy n đ nh, d ch chuy n đi m hàn d c m i hàn, c p
thu c hàn ho c khí b o v . Khi ch m t s khâu trong quá trình hàn đ c t đ ng hóa
ng i ta g i là hàn bán t đ ng. Th ng khi hàn bán t đ ng ng i ta ch t đ ng hóa
khâu c p đi n c c hàn vào v ng hàn còn di chuy n đi n c c th c hi n b ng tay.
- c đi m
+ N ng su t hàn cao (Th

ng g p 5÷10 so v i hàn h quang tay) nh s d ng dòng đi n

hàn cao.
+ Ch t l ng m i hàn t t và n đ nh.
+ Ti t ki m kim lo i nh h s đ p cao.
+ Ti t ki m n ng l ng vì s d ng chi t đ ngu n nhi t.
+ C i thi n đi u ki n lao đ ng.
+ Thi t b hàn t đ ng và bán t đ ng đ t, không hàn đ c các k t c u hàn và v trí hàn
ph c t p.

11
1.3.6. Hàn h quang chìm d i l p thu c b o v (Submerged Arc Welding - SAW)
Hàn h quang d i l p thu c b o v còn g i là hàn h quang chìm, ti ng Anh
vi t t t là SAW (Submerged Arc Welding), là quá trình hàn nóng ch y mà h quang
cháy gi a dây hàn ( i n c c hàn) và v t hàn d i m t l p thu c b o v . D i tác d ng
nhi t c a h quang, mép hàn, dây hàn và m t ph n c a thu c hàn g n h quang b nóng
ch y t o thành v ng hàn. Dây hàn đ c đ y vào v ng hàn b ng m t c c u đ c bi t v i
t c đ phù h p v i t c đ cháy c a nó (Hình 1-7a). Theo đ chuy n d ch c a ngu n
nhi t (H quang) mà kim lo i v ng hàn s ngu i và k t tinh t o thành m i hàn (Hình 17b). Trên m t v ng hàn và ph n m i hàn đó đông đ c hình thành m t l p x có tác d ng
tham gia vào các qúa trình luy n kim khi hàn, b o v và gi nhi t cho m i hàn, và s
tách kh i m i hàn sau khi hàn. Ph n thu c hàn ch a đ c nóng ch y có th s d ng cho
các l n hàn ti p theo. Hàn h quang d i l p thu c b o v có th đ c t đ ng c hai
khâu c p dây vào vùng h quang và di chuy n h quang d c theo tr c m i hàn. Tr ng
h p này đ c g i là “Hàn h quang chìm t đ ng d i l p thu c b o v ”. N u ch t
đ ng hóa khâu c p dây hàn vào vùng h quang c ng không chuy n đ ng h quang
d c theo tr c m i hàn đ c thao tác b ng tay thì g i là “Hàn h quang chìm bán t đ ng
d i l p thu c b o v ”.

Hình 1-7:S đ hàn d i l p thu c b o v .
a. S đ nguyên lý;
b. C t d c theo tr c m i hàn


12

Hình 1- 8: Máy hàn d i l p thu c b o v
Hàn h quang d i l p thu c b o v có ng d ng r ng rãi trong nhi u l nh v c
c khí ch t o nh trong s n xu t: các k t c u thép d ng t m v kích th c l n, các d m
thép có kh u đ và chi u cao, các ng thép có đ ng kính l n, các b n, b ch a, bình
ch u áp l c và trong công ngh đóng tàu…

Tuy nhiên, ph ng pháp này ch y u đ c ng d ng đ hàn các m i hàn

v trí hàn

b ng, hàn ngang, các m i hàn có chi u dài l n và có qu đ o không ph c t p. Ph ng
pháp hàn h quang d i l p thu c b o v có th hàn đ c các chi ti t có chi u dày t
vài mm đ n hàng tr m mm.
Trong khuôn kh c a đ tài ch y u nghiên c u v ph ng pháp hàn MAG (hàn
đi n c c nóng ch y trong môi tr ng khí b o v là khí ho t tính (Khí CO2). hàn MAG,
đ c vi t t t t ti ng Anh, Metal Active Gas) và hàn h quang chìm d i l p thu c
b o v còn g i là hàn h quang chìm, ti ng Anh vi t t t là SAW (Submerged Arc
Welding), là quá trình hàn nóng ch y mà h quang cháy gi a dây hàn (đi n c c hàn) và
v t hàn d

i m t l p thu c b o v

1.4. Tình hình nghiên c u v hàn SAW
1.4.1. Trong n c
Công ngh hàn SAW n c ta đư tr i qua m t quá trình nghiên c u ng d ng,
v i nh ng đ c đi m riêng liên quan đ n đ c thù n n kinh t , trình đ s n xu t công
nghi p và quá trình xu t nh p kh u các m t hàng c khí c a Vi t Nam. Th c t quá trình
nghiên c u và ng d ng công ngh hàn SAW ch a đáp ng đ c nhu c u c a s n xu t
công nghi p, nh n th y t m quan tr ng và ý ngh a c a ph ng pháp Công ngh này
trong n n s n xu t công nghi p, t nh ng n m 1985 c a th k 20, các c quan nghiên
c u và các ngành qu n lý s n xu t công nghi p đư quan tâm đ n l nh v c công ngh
hàn SAW. n nh ng n m 1990 c a th k 20 đư có nhi u đ tài nghiên c u v công