Nghiên cứu tính toán thiết kế mô phỏng động học và kết cấu cơ khí một số loại đồ gá hàn hồ quang bán tự động tự động dùng cho hàn ống và một số kết cấu hàn phức tạp

..

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong luận văn này là do sự tìm
hiểu và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng nh ý tởng của
các tác giả khác nếu có đều đợc trích dẫn đầy đủ.
Luận văn này cho đến nay vẫn cha hề đợc bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng
bảo vệ luận văn Thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng nh nớc ngoài và cho đến nay
cha hề đợc công bố trên bất kỳ phơng tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đà cam đoan trên đây.
Hải Dơng, ngày 27 tháng 02 năm 2012
Tác giả

Lê Vn Thun

1


LI CM N
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ti:
Thầy hớng dẫn: GVC. TS. Nguyễn Ngọc Thành đà tận tình chỉ dẫn, giúp
đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Bộ môn Hàn - CNKL, Viện Cơ Khí, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội,
Viện ào tạo Sau ại học đà tạo mọi điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu,
tiến hành luận văn của tác giả đợc hoàn thành đúng thời hạn.
Gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đà quan tâm, động viên,
giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Hải Dơng, ngày 27 tháng 02 năm 2012
Tác giả

Lê Vn Thuận

2


MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1- ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................. 12
1.1- Tổng quan về kết cấu hàn dạng ống và một số kết cấu hàn phức tạp .................12
1.1.1- Một số kết cấu hàn dạng ống ......................................................... 12
1.1.2- Một số kết cấu hàn phức tạp .......................................................... 23
1.2- Tổng quan về đồ gá hàn kết cấu dạng ống và một số kết cấu phức tạp .............24
1.2.1- Đồ gá hàn ống ................................................................................ 24
1.2.2- Đồ gá hàn kết cấu phức tạp ........................................................... 27
1.2.3- Kết luận .......................................................................................... 29
1.3- Phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 30
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ......................................................................... 32
CHƯƠNG 2 - ĐỒ GÁ HÀN TRONG HỆ THỐNG HÀN HỒ QUANG
BÁN TỰ ĐỘNG, TỰ ĐỘNG .............................................. 33
2.1- Khái niệm về hàn hồ quang bán tự động, tự động.......................... 33
2.1.1- Hàn hồ quang bán tự động ............................................................. 33
2.1.2- Hàn hồ quang tự động ................................................................... 34
2.2- Kỹ thuật, công nghệ hàn hồ quang bán tự động, tự động ............. 37
2.2.1- Các thông số chế độ hàn ................................................................ 37
2.2.2- Một số đặc điểm động hình học cần lưu ý .................................... 40
2.3- Đồ gá hàn trong hệ thống hàn hồ quang bán tự động, tự động .... 40
2.3.1- Vai trò và một số đặc trưng cơ bản của ĐGH trong hệ thống ....... 40
2.3.2- Lựa chọn dạng ĐGH thiết kế mô phỏng kết cấu động học ........... 47
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ......................................................................... 47
CHƯƠNG 3- NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ PHỎNG KẾT CẤU VÀ
ĐỘNG HỌC ĐGH ............................................................... 48

3.1- Yêu cầu chung .................................................................................... 48
3


3.2- Nghiên cứu thiết kế mô phỏng kết cấu và động học ĐGH chuyển
động thẳng liên tục ............................................................................ 48
3.2.1- Quy trình cơng nghệ hàn đường thẳng .......................................... 48
3.2.2- Thuật tốn và chương trình ........................................................... 50
3.2.3- Kết quả mơ phỏng ......................................................................... 53
3.3- Nghiên cứu thiết kế mô phỏng kết cấu động học ĐGH chuyển động
quay liên tục ...................................................................................... 55
3.3.1- Công nghệ hàn đường trịn ............................................................ 55
3.3.2- Thuật tốn và chương trình ........................................................... 57
3.3.3 - Kết quả mô phỏng ........................................................................ 60
3.4- Nghiên cứu thiết kế mô phỏng kết cấu và động học ĐGH chuyển
động thẳng hàn kết cấu hộp ............................................................. 64
3.4.1- Công nghệ hàn các đoạn thẳng ...................................................... 64
3.4.2- Thuật toán và chương trình ........................................................... 66
3.4.3-Kết quả mơ phỏng .......................................................................... 76
3.5- Một số kết quả nghiên cứu thiết kế mô phỏng kết cấu và động học
ĐGH hàn kết cấu phức tạp .............................................................. 77
3.5.1- Công nghệ hàn kết cấu phức tạp .................................................... 77
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ......................................................................... 79
KẾT LUẬN .................................................................................................. 80
HƯỚNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN TIẾP THEO .......................... 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO
--------------------***---------------------

4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ĐGH - Đồ gá hàn.
VN - Vạn năng.
CD - Chuyên dùng.
TĐ - Tự động.
BTĐ - Bán tự động.
MĐRP - Hệ thống: Máy hàn - Đồ gá - Rô bốt - Phôi.
MĐTP - Hệ thống: Máy hàn - Đồ gá - Tay hàn - Phôi

5


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1- Liên kết hàn giáp mối ............................................................................ 12
Hình 1.2- Liên kết hàn giáp mối ............................................................................ 13
Hình 1.3- Liên kết hàn giáp mối ............................................................................ 13
Hình 1.4- Liên kết hàn giáp góc ............................................................................. 13
Hình 1.5- Liên kết hàn giáp góc ............................................................................. 14
Hình 1.6- Liên kết hàn giáp góc ............................................................................. 14
Hình 1.7- Liên kết hàn giáp góc, giáp mối ............................................................. 14
Hình 1.8- Liên kết hàn giáp góc, giáp mối ............................................................. 15
Hình 1.9- Liên kết hàn chữ T ................................................................................. 15
Hình 1.10- Liên kết hàn chữ T ............................................................................... 16
Hình 1.11- Liên kết hàn chữ T ............................................................................... 16
Hình 1.12- Một số tư thế hàn ống giáp mối theo tiêu chuẩn AWS......................... 17
Hình 1.13- Một số tư thế hàn ống giáp mối theo tiêu chuẩn AWS......................... 18
Hình 1.14- Một số tư thế hàn ống giáp mối theo tiêu chuẩn AWS......................... 18
Hình 1.15- Một số tư thế hàn ống giáp mối theo tiêu chuẩn AWS......................... 18

Hình 1.16- Các tư thế hàn theo tiêu chuẩn DIN EN IO 6947 ................................ 19
Hình 1.17- Các tư thế hàn theo tiêu chuẩn DIN EN IO 6947 ................................ 20
Hình 1.18- Các tư thế hàn theo tiêu chuẩn DIN EN IO 6947 ................................ 21
Hình 1.19- Hàn đường thẳng................................................................................... 21
Hình 1.20- Hàn đường trịn. .................................................................................... 21
Hình 1.21- Hàn đường trịn. .................................................................................... 21
Hình 1.22- Hàn đường e líp cùng kích thước.......................................................... 22
Hình 1.23- Nối ống nghiêng với mặt bích nằm ngang............................................ 22
Hình 1.24- Nối hai ống cùng kích thước và vng góc với nhau. .......................... 22
Hình 1.25- Kết cấu cột chữ I. .................................................................................. 23
Hình 1.26- Kết cấu cột trụ có gân tăng cứng. ......................................................... 23
6


Hình 1.27- Hàn bằng và hàn leo.............................................................................. 24
Hình 1.28- Hàn leo. ................................................................................................. 24
Hình 1.29- Đồ gá lăn điều chỉnh trượt. ................................................................... 25
Hình 1.30- Đồ gá lăn tự lựa..................................................................................... 26
Hình 1.31- Đồ gá lăn tự lựa đang làm việc. ............................................................ 26
Hình 1.32- Một số đồ gá mặt bích........................................................................... 28
Hình 1.33- Đồ gá mặt bích. ..................................................................................... 28
Hình 1.34- Đồ gá mặt bích. ..................................................................................... 29
Hình 2.1- Hàn MAG bán tự động. .......................................................................... 33
Hình 2.2- Hàn tự động cứng (hồ quang chìm). ....................................................... 34
Hình 2.3- Mơ đun hàn tự động mềm. ...................................................................... 35
Hình 2.4- Hàn tự động mềm.................................................................................... 35
Hình 2.5- Dây chuyền hàn tự động. ........................................................................ 35
Hình 2.6- Ứng dụng đồ gá hàn tự động linh hoạt hàn vành ơ tơ. ........................... 36
Hình 2.7- Ứng dụng đồ gá hàn tự động trong dây chuyền hàn tự động linh hoạt. . 37
Hình 2.8- Ảnh hưởng của góc nghiêng đến hình dạng và chất lượng mối hàn. ..... 39

Hình 2.9- Kỹ thuật gây hồ quang. ........................................................................... 39
Hình 2.10- Đồ gá hàn trong hệ thống hàn hồ quang bán tự động. .......................... 41
Hình 2.11- Hệ thống hàn tự động (hàn đáy xi lanh thuỷ lực). ................................ 42
Hình 2.12- ĐGH thực hiện chuyển động phụ khi hàn trong hệ thống hàn tự
động. ........................................................................................................................ 43
Hình 2.13- ĐGH tự động......................................................................................... 44
Hình 2.14- ĐGH thực hiện chuyển động phụ. ........................................................ 45
Hình 2.15- ĐGH TĐ linh hoạt. ............................................................................... 46
Hình 2.16- ĐGH TĐ linh hoạt. ............................................................................... 47
Hình 3.1- Gá lắp phơi trên ĐGH để hàn đoạn thẳng AB. ....................................... 49
Hình 3.2- Đầu hàn chuyển động phụ từ P đến A thực hiện gây hồ quang. ............ 51
Hình 3.3- Đồ gá hàn chuyển động chính hàn đoạn AB. ......................................... 52
Hình 3.4- Hàn đoạn AB bằng chuyển động chính của bàn gá trên ĐGH. .............. 52
7


Hình 3.5- Đưa đầu hàn về điểm P, tháo phơi, kết thúc. .......................................... 53
Hình 3.6 – Khởi đầu đường hàn. ............................................................................. 54
Hình 3.7- Tiến hành hàn.......................................................................................... 54
Hình 3.8- Kết thúc đường hàn. ................................................................................ 55
Hình 3.9- Gá lắp phơi trên ĐGH để hàn đường trịn. ............................................. 56
Hình 3.10- Chuyển động phụ của đầu hàn tới vị trí A gây hồ quang. .................... 58
Hình 3.11- Chuyển động chính của mâm cặp hàn đường trịn. .............................. 59
Hình 3.12- Chuyển động phụ đưa mỏ hàn về điểm P, tháo phơi. ........................... 59
Hình 3.13 – Đưa chi tiết vào, kẹp chặt chuẩn bị hàn. ............................................. 60
Hình 3.14- Tiến hành hàn........................................................................................ 61
Hình 3.15 – Kết thúc đường hàn, nhấc mỏ, tháo chi tiết. ....................................... 61
Hình 3.16- Hệ toạ độ và gá lắp phơi. ...................................................................... 62
Hình 3.17- Chuyển động phụ và gây hồ quang....................................................... 62
Hình 3.18- Chuyển động chính hàn đường trịn. .................................................... 63

Hình 3.19- Chuyển động chính hàn đường trịn; kết thúc đưa mỏ hàn về điểm P. 63
Hình 3.20- Gá lắp phơi trên ĐGH để hàn đoạn thẳng AB. ..................................... 65
Hình 3.21- Hệ toạ độ trên ĐGH và gá lắp phơi. ..................................................... 67
Hình 3.22- Bắt đầu hàn. .......................................................................................... 68
Hình 3.23- Đang hàn đoạn AB. ............................................................................... 69
Hình 3.24- Hàn xong đoạn AB. .............................................................................. 69
Hình 3.25- Gây hồ quang tại C. .............................................................................. 70
Hình 3.26a- Hàn đoạn CD. ...................................................................................... 70
Hình 3.27- Đồ gá thực hiện các chuyển động phụ cặp và nâng phơi. .................... 70
Hình 3.28- Đồ gá thực hiện chuyển động phụ quay phơi. ...................................... 71
Hình 3.29- Mâm cặp hạ và định vị phôi lên bàn gá, sau đó bàn gá dịch chuyển
về điểm chuẩn M. .................................................................................................... 71
Hình 3.30- Gây hồ quang tại H. .............................................................................. 72
Hình 3.31- Bắt đầu hàn từ H. .................................................................................. 72
Hình 3.32- Hàn xong đoạn HG. .............................................................................. 72
8


Hình 3.33- Quá trình hàn từ điểm E đến điểm F và kết thúc. ................................. 73
Hình 3.34 - Tiến hành hàn đường thứ nhất. ............................................................ 76
Hình 3.35- Quá trình lật chi tiết. ............................................................................. 76
Hình 3.36 – Hàn đường hàn thứ tư ......................................................................... 77
Hình 3.37- Hàn kết cấu phức tạp. ........................................................................... 78
Hình 3.38- Kết quả mơ phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 78
Hình 3.39- Kết quả mơ phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 78
Hình 3.40- Kết quả mô phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 78
Hình 3.41- Kết quả mơ phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 78
Hình 3.42- Kết quả mô phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 79
Hình 3.43- Kết quả mơ phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 79
Hình 3.44- Kết quả mơ phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 79

Hình 3.45- Kết quả mô phỏng kết cấu và động học của ĐGH. .............................. 79

9


LỜI NĨI ĐẦU
Trong sản xuất cơ khí và sản xuất hàn, đồ gá có một vai trị quan trọng
khơng thể thiếu được. Hiệu quả khai thác, sử dụng các máy gia công được
tận dụng tối đa là nhờ việc sử dụng đồ gá. Đồ gá sẽ làm tăng khả năng công
nghệ trên các thiết bị, máy gia công lên gấp nhiều lần. Ngồi ra, đồ gá cịn
giúp việc nâng cao và ổn định chất lượng gia công các sản phẩm cơ khí (độ
chính xác, độ nhám bề mặt, .v.v.); tăng năng suất, cải thiện điều kiện làm
việc cho người thợ.
Khi hàn ống và các kết cấu hàn phức tạp, thường có nhiều loại liên kết
hàn và các dạng đường hàn khác nhau trên một kết cấu (sản phẩm) hàn; nhất
là với sản lượng lớn, yêu cầu ổn định về chất lượng, năng suất cao, nếu hàn
thủ công (dùng tay điều khiển mỏ hàn) sẽ không bảo đảm được các yêu cầu
đề ra. Do đó phải áp dụng các biện pháp cơ khí hố, tự động hố thay cho
hàn thủ cơng. Trong đó khơng thể thiếu được việc sử dụng các loại ĐGH
thích hợp cho từng loại kết cấu hàn.
Xuất phát từ nhu cầu đó, trong luận văn, tơi được giao nhiệm vụ:
“Nghiên cứu mô phỏng động học và thiết kế kết cấu cơ khí một số loại
đồ gá hàn hồ quang bán tự động, tự động dùng cho hàn ống và một số kết
cấu hàn phức tạp“
Để có thể hồn thiện được đề tài này, về mặt chuyên môn, tôi đã xác định
tập trung giải quyết các vấn đề chủ yếu sau:
- Tìm hiểu tổng quan về kết cấu hàn dạng ống và một số kết cấu hàn phức tạp.
- Tìm hiểu tổng quan về ĐGH kết cấu dạng ống và một số kết cấu phức tạp.
- Xác định các đặc điểm chính của các ĐGH vạn năng và ĐGH chuyên
dùng.

- Làm rõ các khái niệm về hàn hồ quang bán tự động, tự động.

10


- Phân tích bản chất của các thống số chế độ hàn và các thao tác hàn (kỹ
thuật hàn) thể hiện tính chất “bán tự động” hay “tự động” như thế nào (những
thống số chế độ và thao tác hàn nào được thực hiện “tự động” hay “bằng tay”).
- Đưa ra những kết luận quan trọng về một số đặc điểm động hình học của
hệ thống hàn tự động.
- Trên cơ sở nghiên cứu, phân tích chi tiết q trình làm việc của nhiều hệ
thống hàn bán tự động và tự động, để rút ra được những đặc trưng cơ bản và
quan trọng nhất của ĐGH. Từ đó lựa chọn ra một số dạng ĐGH chuẩn bị cho
thiết kế mô phỏng kết cấu và điều khiển động học đồ gá.
- Thiết kế mơ phỏng kết cấu, xây dựng thuật tốn và chương trình mơ
phỏng điều khiển động học ĐGH: đường thẳng trên ống trụ; đường trịn nối ống
với mặt bích tròn; các đoạn thẳng trên đoạn ống chữ nhật; đường thẳng, đường
trịn nối ống với mặt bích trịn (kết cấu phức tạp).
Với sự nỗ lực, cố gắng của bản thân, tác giả xin chân thành cảm ơn các
thầy, cô giáo và các cán bộ trong Bộ môn Hàn - CNKL, Viện Cơ Khí,
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện và trang bị những kiến
thức cho tác giả trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại Bộ môn. Tác giả
đặc biệt cảm ơn thầy giáo GVC, TS Nguyễn Ngọc Thành là người đã trực
tiếp hướng dẫn tận tình tác giả để hồn thiện đề tài luận văn này.
Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã vận dụng những kiến thức đã
học và tìm hiểu qua các tài liệu chuyên ngành liên quan. Do những hạn chế
về kiến thức, kinh nghiệm và thời gian nên q trình hồn thiện khơng tránh
khỏi những sai xót. Tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các
thầy, cơ và mọi người để đề tài được hồn chỉnh hơn.
Hà Nội ngày … tháng 12 năm 2012

Học viên

Lê Văn Thuận
11


CHƯƠNG 1- ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.1- Tổng quan về kết cấu hàn dạng ống và một số kết cấu hàn phức tạp
1.1.1- Một số kết cấu hàn dạng ống
a - Một số kết cấu hàn dạng ống
Các sản phẩm hàn được chế tạo từ các kết cấu hàn ống hiện nay vô cùng phong
phú, từ các loại kết cấu ống có kích thước đường kính nhỏ, chiều dày nhỏ như: bàn,
ghế, khung xe đạp, .v.v. cho đến các loại kết cấu ống có kích thước lớn như: các cây
cầu, giàn khoan, các đường ống dẫn nước, dầu, các đường ống dẫn chất thải ở các nhà
máy, .v.v. Khi chế tạo các sản phẩm này, cần sử dụng rất nhiều dạng kết cấu hàn, song
có thể quy về các dạng liên kết hàn cơ bản sau:
Liên kết giáp mối (hình 1.1): được dùng để hàn các ống có kích thước đường
kính bằng nhau, chiều dày ống bằng nhau, được nối với nhau, trục của ống trùng nhau,
bề mặt ghép vng góc với trục ống.

a

b

S

h

e

B

Hình 1.1a- Liên kết hàn giáp mối
B - bề rộng mối hàn; e - phần nhô mối hàn;
h- chiều sâu ngấu; a- khe hở hàn; b – kích
thước mặt đáy; S chiều dày vật liệu

Hình 1.1b- Liên kết hàn giáp mối.

Trong trường hợp này thường sử dụng các loại ống tiêu chuẩn, chiều dày vật liệu
rất phong phú, từ vài mm đến vài chục mm, đường kính từ nhỏ tới lớn (Ф16 ÷ Ф600),
chiều dài tùy thuộc vào loại sản phẩm. Vật liệu sử dụng vô cùng phong phú phụ thuộc
vào yêu cầu và tính chất kết cấu, có thể là thép các bon thấp có tính hàn tốt sử dụng với
các kết cấu đơn giản, chịu tải trọng, áp suất nhỏ; hoặc là thép các bon trung bình, thép các
bon cao, cá biệt có những trường hợp phải sử dụng các thép hợp kim đặc biệt để kết cấu
chịu tải trọng lớn hoặc áp suất lớn, làm việc trong môi trường không thuận lợi.
Với các đặc điểm trên, kết cấu hàn này được sử dụng phổ biến trong dân dụng và
các ngành công nghiệp.
Trường hợp đặc biệt của kết cấu hàn có đường hàn giáp mối nằm trong mặt
phẳng khơng vng góc với đường tâm ống (hình 1.2).
12


S

h

e

B

b

a

Hình 1.2a- Liên kết hàn giáp mối
B - bề rộng mối hàn; e - phần nhô mối hàn;
h- chiều sâu ngấu; a- khe hở hàn; b – kích
thước mặt đáy; S chiều dày vật liệu

Hình 1.2b- Liên kết hàn giáp mối.

Trường hợp này ít được sử dụng, bởi chuẩn bị liên kết, quy trình gá lắp phức tạp,
đặc biệt quỹ đạo đường hàn phức tạp dẫn đến thường xẩy ra khuyết tật hàn. Chính vì
thế nếu có thể người ta thường đưa về trường hợp đơn giản để thực hiện.
Với các ống có kích thước lớn, các loại ống khơng chế tạo được bằng phương
pháp đúc hoặc các ống phi tiêu chuẩn, người ta có thể chế tạo bằng phương pháp lốc
sau đó thực hiện hàn ghép theo đường sinh ống (hình 1.3).

a

b

S

h

e

B

Hình 1.3a- Liên kết hàn giáp mối
B - bề rộng mối hàn; e - phần nhô mối hàn;
h- chiều sâu ngấu; a- khe hở hàn; b – kích
thước mặt đáy; S chiều dày vật liệu

Hình 1.3b- Liên kết hàn giáp mối.

Do yêu cầu của sản phẩm, có trường hợp phải giảm đường kính ống, người ta tiến
hành hàn nối giữa hai ống có kích thước khác nhau (hình 1.4).

S

K

S

K

Hình 1.4a- Liên kết hàn góc.
K- cạnh mối hàn; S chiều dày vật liệu

Hình 1.4b- Liên kết hàn góc.

13


Liên kết hàn góc (hình 1.5): trường hợp khi cần nối các ống với nhau tạo thành
những đường ống dài hoặc tại các vị trí chịu tải trọng động cần phải có vịng đệm hoặc
tại vị trí thường xun tháo lắp người ta phải sử dụng đến mặt bích.

S

K

S

K

Hình 1.5b- Liên kết hàn góc.

Hình 1.5a- Liên kết hàn góc.
K- cạnh mối hàn; S- chiều dày vật liệu

Có một số trường hợp khi hàn ống với mặt bích, hoặc hàn ống với ống, đường
tâm của ống khơng vng góc với mặt bích hay mặt phẳng đi qua chu vi đường hàn
(hình 1.6, 1.7). Ở đây, giá trị các thông số liên kết hàn sẽ thay đổi tại từng vị trí của
S

S

K

đường hàn.

K

Hình 1.6a- Liên kết hàn góc.
K- cạnh mối hàn; S – chiều dày vật liệu

Hình 1.6b- Liên kết hàn góc.

S

K

S

h

e

B

K

a

b

S

Hình 1.7a- Liên kết hàn góc; giáp mối.
K- cạnh mối hàn; b- bề rộng mối hàn; ephần nhô mối hàn; h- chiều sâu ngấu.

Hình 1.7b- Liên kết hàn góc; giáp mối.
14


Hình 1.8- Liên kết hàn góc; giáp mối. K- cạnh mối hàn; b- bề rộng mối hàn; e- phần

nhô mối hàn; h- chiều sâu ngấu.
Hình 1.8 ở liên kết hàn góc này, các thơng số liên kết hàn cũng có giá trị thay đổi
tại từng vị trí của đường hàn.
Trường hợp khi hàn nối hai ống có đường kích bằng nhau, đường tâm ống cắt và
vng góc với nhau gọi là dạng liên kết chữ T (hình 1.9), loại này ứng dụng nhiều
trong các hệ thống các đường ống dẫn chất lỏng, chất khí như các dẫn dầu, xăng, nước
sạch, .v.v.

S

K

S

K

Hình 1.9b- Liên kết hàn chữ T.

Hình 1.9a- Liên kết hàn chữ T.
K- cạnh mối hàn; S- chiều dày vật liệu

Các loại ống này khi làm việc thường chịu một áp lực nhất định, vì thế vật liệu
được dùng thường là những vật liệu tốt, có những trường hợp do yêu cầu của đường
ống chịu áp lực lớn phải sử dụng đến các hợp kim đặc biệt với các tính chất đặc biệt
như: chịu áp lực lớn, nhiệt độ lớn, chống ăn mịn, .v.v. Cũng chính vì sản phẩm đa

15


dạng như vậy nên chiều dày ống sử dụng ở đây vô cùng phong phú, từ những vật liệu

mỏng đến những vật liệu dày, đường kính ống cũng thay đổi tùy thuộc vào lưu lượng,
yêu cầu chất lỏng, chất khí qua đường ống.
Có nhiều trường hợp, để thay đổi hướng dòng chảy theo yêu cầu, người ta tạo ra
các dạng liên kết chữ T giữa các ống một cách hợp lý, ví dụ như một số trường hợp
dưới đây (hình 1.10, 1.11):

S

K

S

K

Hình 1.10b- Liên kết hàn chữ T.

Hình 1.10a- Liên kết hàn chữ T.
K- cạnh mối hàn.

S

K

S

K

Hình 1.11a- Liên kết hàn chữ T.
K- cạnh mối hàn.

Hình 1.11b- Liên kết hàn chữ T.

Các thông số liên kết hàn của các lien kết hàn trên cũng có giá trị thay đổi tại
từng vị trí của đường hàn.
b- Các tư thế hàn ống được áp dụng
Xuất phát từ các sản phẩm và các thao tác hàn trong thực tế sản xuất (hình dạng, kết
cấu, kích thước, khối lượng của sản phẩm và điều kiện làm việc), các tư thế hàn đã được
hình thành, dần dần được các hãng, công ty, quốc gia đúc kết và hoàn chỉnh thành các tư
thế hàn tiêu chuẩn, lấy đó để đánh giá chất lượng sản phẩm hàn và trình độ thợ hàn.

16


Hiện nay, trên thế giới có khá nhiều tiêu chuẩn về các tư thế hàn đã được xây
dựng, ví dụ các tiêu chuẩn JIS (Nhật Bản), ΓOCT (Nga), DIN (Đức), .v.v., dưới đây là
ví dụ về tiêu chuẩn AWS của hiệp hội Hàn Hoa Kỳ về các tư thế hàn ống và các tư
thế hàn tấm (các chi tiết dạng tấm, ống hình 1.12, …, 1.15). Mũi tên màu xanh thể
hiện hướng di chuyển của mỏ hàn, mũi tên màu đỏ thể hiện hướng quay chi tiết

1G - Hàn bằng, chi tiết quay khi hàn. 2G - Hàn ngang.

6GR - Hàn nghiêng 45o, có mặt bích.

5G - Hàn đứng.

6G - Hàn nghiêng 45o

Hình 1.12- Một số tư thế hàn ống giáp mối theo tiêu chuẩn AWS.

1G - Hàn bằng.

2G - Hàn ngang.

3G – Hàn đứng.

4G - Hàn trần.
17


Hình 1.13- Một số tư thế hàn tấm giáp mối theo tiêu chuẩn AWS.

1F - Hàn nghiêng 45o, bằng,

2F - Hàn ngang

2FR - Hàn đứng.

chi tiết quay khi hàn.

4F – Hàn trần

3F- Hàn trần.

Hình 1.14- Một số tư thế hàn góc ống theo tiêu chuẩn AWS.

1F – Hàn sấp

2F - Hàn ngang góc

3F - Hàn đứng

4F – Hàn trần

Hình 1.15- Một số tư thế hàn góc tấm theo tiêu chuẩn AWS.
18


Đối với tiêu chuẩn DIN EN IO 6947, cách phân loại các tư thế hàn dựa vào vị trí,

Hình 1.16- Các tư thế hàn theo tiêu chuẩn DIN EN IO 6947.
hướng dịch chuyển kim loại điện cực hàn (mũi tên màu đen) vào vũng hàn và hướng di
chuyển điện cực hàn (mũi tên màu xanh). Có thể minh họa các tư thế hàn như trên
hình 1.16 và các hình 1.17, 1.18 dưới đây:

PA - Hàn bằng giáp mối ống, tấm phẳng và hàn góc tấm.

PB - Hàn bằng góc ống với mặt bích, tấm với tấm.

19


PC - Hàn ngang giáp mối ống, tấm.

PE - Hàn trần giáp mối ống, tấm.

PD - Hàn trần góc tấm với tấm.

Hình 1.17- Các tư thế hàn theo tiêu chuẩn DIN EN IO 6947.

PF - Hàn leo giáp mối ống, tấm; hàn leo góc tấm với tấm.

PG - Hàn giáp mối “leo ngược” ống, tấm; hàn góc “leo ngược” tấm với tấm (tư thế
hàn PG có kết cấu tương tự như hàn PF, nhưng hướng hàn bắt đầu từ trên xuống,
ngược với hàn leo).

20


H - Ngiêng 45o, hướng hàn đi lên.

J - Ngiêng 45o, hướng hàn đi xuống.

Hình 1.18- Các tư thế hàn theo tiêu chuẩn DIN EN IO 6947.
c - Nhận xét
Các dạng kết cấu hàn trình bày ở trên có quỹ đạo đường hàn thuộc hệ toạ độ hai
chiều (mặt phẳng), hoặc có thể thuộc hệ toạ độ ba chiều (khơng gian). Về hình dáng đường hàn gồm một trong các dạng sau: đường thẳng, đường gấp khúc, đường trịn, e
líp, bán nguyệt, .v.v., hoặc có thể là tổ hợp của nhiều đường có hình dạng phức tạp. Do
thời gian và phạm vi đề tài ở đây tác giả tập trung nghiên cứu các dạng cơ bản: đường
thẳng, đường tròn và e líp.
Quỹ đạo đường hàn có dạng đường thẳng khi hàn ống (hình 1.19):

Hình 1.19- Hàn đường thẳng.
Quỹ đạo đường hàn có dạng đường trịn khi hàn nối ống cùng kích thước (H 1.20):

Hình 1.20- Hàn đường trịn.
Quỹ đạo đường hàn có dạng đường trịn khi hàn nối ống khác kíc thước (H 1.21):

Hình 1.21- Hàn đường trịn.
21

Quỹ đạo đường hàn có dạng đường e líp khi hàn nối ống cùng kích thước (H 1.22):

A
A-A

A

e

D
d

b

Hình 1.22- Hàn đường e líp cùng kích thước.
Quỹ đạo đường hàn có dạng e líp khi hàn nối ống nghiêng với mặt bích nằm
ngang (H 1.23):

K

K

Hình 1.23- Nối ống nghiêng với mặt bích nằm ngang.
Quỹ đạo đường hàn có dạng e líp khi hàn nối hai ống cùng kích thước và vng
góc với nhau (hình 1.24):

Hình 1.24- Nối hai ống cùng kích thước và vng góc với nhau.
22

1.1.2- Một số kết cấu hàn phức tạp
a- Một số kết cấu hàn phức tạp
Các sản phẩm hàn có kết cấu phức tạp thường được hàn lắp ghép bởi nhiều chi
tiết lại với nhau. Các chi tiết được ghép ở dạng liên kết hàn giáp mối, góc hoặc liên kết
hàn chồng, hoặc cũng có thể kết hợp các loại liên kết hàn khác nhau.
Về phạm vi khối lượng, kích thước của các kết cấu trên cũng rất rộng (nhỏ, vừa,
lớn và siêu lớn).
Về vật liệu chế tạo các kết cấu cũng rất đa dạng, từ thép các bon thấp, thép các
bon kết cấu đến các loại thép hợp kim, hợp kim đặc biệt có chất lượng tốt, .v.v.
Nhìn chung các kết cấu hàn phức tạp thường dễ phát sinh biến dạng và các
khuyết tật khi hàn; tư thế hàn khó, địi hỏi phải có quy trình hàn hợp lý, trong đó được
trang bị đầy đủ các đồ gá hàn thích hợp để giảm bớt sự biến dạng và các khuyết tật, ổn
định chất lượng; đồng thời tăng năng suất khi hàn.
Dưới đây là một số dạng kết cấu hàn tương đối phức tạp thường gặp trong sản
xuất (hình 1.25, 1.26, 1.27).
Kết cấu trên hình 1.25 được sử dụng
nhiều trong một số sản phẩm dạng cột,
khung, giàn, dầm, .v.v. hoặc cần nối dài
các dầm, cột, khung, giàn, hoặc cần lắp
ghép với các kết cấu khác. Liên kết hàn
của kết cấu này là liên kết hàn góc, các
đường hàn là đường thẳng hoặc các đoạn
thẳng gấp khúc.
Hình 1.25- Kết cấu cột chữ I.
Kết cấu trên hình 1.26 cũng được sử
dụng nhiều trong các sản phẩm dạng cột,
khung, giàn, dầm, .v.v. hoặc cần nối dài
các dầm, cột, khung; hoặc cần lắp ghép
với các kết cấu khác. Liên kết hàn kết

Hình 1.26- Kết cấu cột trụ có gân tăng cấu này là liên kết hàn góc, các đường
cứng.

hàn là đường thẳng hoặc đường trịn.

23


Trong phạm vi nghiên cứu, đề tài tập trung vào khảo sát, tìm hiểu các kết cấu có
kích thước và khối lượng vừa và nhỏ, có ứng dụng nhiều trong công nghiệp và dân
dụng.
b- Các tư thế hàn được áp dụng
Khảo sát kết cấu trên hình 1.25. Để hàn được toàn bộ các đường hàn của kết cấu
này (bằng cách xoay, lật), tư thế hàn thuận lợi, dễ dàng nhất là tư thế hàn sấp (PB - thế
hàn bằng cho liên kết hàn góc); khi đó, kích thước, khối lượng của kết cấu phải khơng
q lớn để có thể xoay, lật dễ dàng, thuận lợi và khi hàn, mối hàn dễ hình thành, cho
chất lượng tốt, ít khuyết tật.
Trong thực tế, khi khối lượng, kích
thước của kết cấu tăng lên đến mức
khơng thể xoay, lật được, khi đó cần phải
thực hiện tư thế hàn leo (PF) cho một số
đường hàn trên kết cấu (hình 1.27), cịn
lại có thể thực hiện ở tư thế hàn PB.
Hình 1.27- Hàn bằng và hàn leo.
Ngược lại, kết cấu trên hình 1.26 nếu
ở vị trí như hình 1.28 và khơng thể xoay,
lật được khi hàn do kích thước, khối lượng
quá lớn, hoặc do vị trí của kết cấu này ở
trong không gian chật hẹp cũng khơng thể
Hình 1.28- Hàn leo.

xoay, lật được, khi đó cần áp dụng tư thế
hàn leo.

1.2- Tổng quan về đồ gá hàn kết cấu dạng ống và một số kết cấu phức tạp
1.2.1- Đồ gá hàn ống
Hiện nay các kết cấu hàn được chế tạo từ ống vô cùng phong phú, vì vậy đồ gá
dùng trong hàn các kết cấu này cũng rất đa dạng. Chúng được chia thành nhiều loại,

24


loại đơn giản dùng để định vị, chẳng hạn: sử dụng các khối V, các cữ chặn, .v.v. và các
loại đồ gá phức tạp hơn, có thể xoay được ống trong khi hàn để mối hàn luôn được
thực hiện ở vị trí hàn bằng; hoặc có loại đồ gá có thể điều chỉnh được khoảng cách
hướng kính để phù hợp với đường kính ống mỗi khi thay đổi, đồng thời điều chỉnh
được tốc độ quay phù hợp để luôn đảm bảo chất lượng hàn. Dưới đây là hình ảnh một
số loại đồ gá thường dùng trong sản xuất. Hình 1.29 là loại đồ gá hàn các kết cấu hình
trụ (rỗng hoặc đặc), còn gọi là đồ gá lăn điều chỉnh trượt, được chế tạo tại Trung
Quốc. Đồ gá này có những đặc tính kỹ thuật sau:
- Chuyên dùng để hàn các loại ống có đường kính và chiều dài lớn. Khi đường
kính ống thay đổi, có thể điều chỉnh khoảng cách hai con lăn trượt trên băng trượt của
đồ gá.
- Kết cấu vững chắc, ổn
định, chống được rung lắc khi
hoạt động.
- Tốc độ quay con lăn
điều chỉnh vô cấp (bằng bộ
biến tần) phù hợp với tốc độ
hàn.

- Đồ gá được ứng dụng trong
nhiều ngành cơng nghiệp,
chẳng hạn: đóng tàu, dầu khí,
gió điện, thủy điện, giao
thơng, xây dựng, .v.v. Bảng

Hình 1.29- Đồ gá lăn điều chỉnh trượt.

1.1 giới thiệu các thông số kỹ
thuật của đồ gá này.

25