Đồ án tốt nghiệp công nghệ hàn CO2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1- GIỚI THIỆU VỀ SẢN XUẤT KHUNG XE MÁY BẰNG PHƯƠNG
PHÁP HÀN VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ HÀN CO2

1.1- Giới thiệu chung về sản xuất khung xe máy bằng phương pháp hàn
Ngày nay xe gắn máy là một phương tiện phổ biến với tất cả mọi
người.Từ vài năm trở lại đây xe máy mới được lắp ráp và sản xuất tại Việt
Nam. Nhưng phần máy chúng ta vẫn phải nhập các linh kiện của nước ngoài
về lắp. Sự tồn tại nhiều phương thức sản xuất tại Việt Nam là phổ biến, có 2
phương thức sau:
+ Phương thức sản xuất hiện đại (tự động hoá cao).
+ Phương thức sản xuất bán tự động và thủ công.
Phương thức 1: Là của các hãng lớn như Honda, Suzuki, Yamaha. Sản
phẩm chủ yếu là các loại xe gắn máy chất lượng cao nhưng giá thành cao.
Phương pháp sản xuất khung xe của họ hoàn toàn tự động từ khâu hàn đến
kiểm tra, chính vì thế chất lượng hồn toàn thoả mãn các yêu cầu của người
tiêu dùng .
Phương thức 2: Là phương thức của các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ, các máy cơ
khí gia cơng theo u cầu của thị trường. Do khó khăn về vốn lẫn chun
mơn, chính vì thế sản phẩm chất lượng kém hơn nhưng ngược lại giá thành
thấp, thoả mãn một lực lượng đơng đảo người tiêu dùng có thu nhập thấp .
Tuy là 2 phương thức sản xuất, nhưng khung xe máy ngày nay chủ yếu
dùng phương pháp hàn vì ưu điểm của nó so với các phương pháp khác như
sau:
+ Hàn được tất cả các vật liệu, các vị trí.
+ Chất lượng mối hàn tốt.
Chính vì thế dẫn đến kết cấu khung xe gọn nhẹ, tiết kiệm vật liệu, tiết
kiệm năng lượng.

___________________________________________________________

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Các phương pháp hàn chủ yếu là hàn khí bảo vệ, vì nó đạt được u cầu
chất lượng mối hàn so với kim loại cơ bản, cộng với kết cấu đa dạng của
khung xe nên chỉ có phương pháp hàn khí bảo vệ là ưu điểm nhất.

1.2 - ứng dụng cơng nghệ hàn nóng chảy trong mơi trường khí bảo
vệ co2 ở Việt Nam
Cơng nghệ hàn nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ CO2 ở nước ta đã
trải qua một quá trình hơn 15 năm, với những đặc điểm riêng liên quan đến
đặc thù nền kinh tế, trình độ sản xuất cơng nghệ và thời tiết khí hậu Việt
Nam. Thực tế q trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hàn CO2 chưa
đáp ứng được nhu cầu sản xuất công nghiệp. Nhận thấy tầm quan trọng và ý
nghĩa của phương pháp công nghệ hàn này trong nền sản xuất công nghiệp
từ những năm bảy mươi .Các cơ quan nghiên cứu và các ngành quản lý sản
xuất công nghiệp đã quan tâm đến lĩnh vực công nghệ hàn CO2 . Tại hội
nghị hàn toàn quốc lần thứ nhất 1979, báo cáo của PGS Nguyễn Tăng Long,
Viện khoa học cơng nghệ Quốc phịng, cũng như báo cáo của Viện khoa học
Xây dựng đã phân tích, đánh giá vai trị quan trọng của cơng nghệ hàn CO2
trong sản xuất công nghiệp và sự cần thiết nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực
công nghệ này vào thực tế sản xuất công nghiệp nước ta nói chung. Ở một số
ngành sản xuất công nghiệp, như ngành đường sắt Việt Nam, ngành giao
thông vận tải (GTVT), Xây dựng, quốc phịng nói riêng cơng nghệ hàn CO2
đã được quan tâm đến trong nhiều báo cáo, các hội thảo và các dự án phát
triển sản xuất .
Cơng trình nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực công nghệ hàn CO2 ở nước ta
được triển khai tại Viện khoa học kỹ thuật xây dựng. Việc nghiên cứu được
tiến hành trên cơ sở trang thiết bị và vật liệu của Thụy Điển. Báo cáo giám

định đề tài này đã khẳng định rõ những ưu điểm, tính hiệu quả kinh tế cao,
và triển vọng to lớn của việc ứng dụng cơng nghệ hàn CO2 vào sản xuất cơ
khí của đất nước.
___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước của Viện Khoa học kỹ thuật xây
dựng đã giám định. Song, sau đó hơn 10 năm, việc ứng dụng công nghệ hàn
CO2 vào thực tế sản xuất vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Việc ứng dụng
công nghệ hàn CO2 trong giai đoạn trước năm 1990 vào sản xuất chưa mang
lại hiệu quả thiết thực, có thể có nhiều nguyên nhân chính xuất phát từ hai
khía cạnh. Một là do thực tế sản xuất công nghiệp đang trong cơ chế quản lý
quan liêu bao cấp nhưng chưa có sự cạnh tranh gay gắt về năng suất lao
động và chất lượng sản phẩm. Khả năng thứ 2 có thể căn bản hơn đó là sự
nghiên cứu đầu tư làm chủ cơng nghệ hàn CO2 trong sản xuất cịn ít, nên có
nhiều khó khăn ách tắc nảy sinh. Đó là sự khơng ổn định trong q trình hàn
dẫn đến khơng ổn định chất lượng, và có thể đây chính là do ảnh hưởng của
các yếu tố môi trường gây ra, nhưng do hạn chế về điều kiện kinh phí nên đã
chưa được giải quyết đúng mức và vì vậy ta vẫn chưa ứng dụng đại trà công
nghệ hàn CO2 vào sản xuất được .
Trong một vài năm gần đây, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, cũng đã
nghiên cứu công nghệ hàn CO2 để hàn thép hợp kim các loại .
Từ năm 1978 trở lại đây, các cơng trình nghiên cứu về cơng nghệ hàn
CO2 trong nước ta nói chung đã có những kết quả phục vụ trước mắt và tương lai. Cho đến khoảng năm 1990 việc ứng dụng cơng nghệ hàn CO2 vào
thực tế sản xuất cịn gặp nhiều khó khăn.
Như vậy các nghiên cứu trước đây tuy đã tạo được tiền đề cho sự phát
triển công nghệ hàn CO2 ở Việt Nam. Song việc áp dụng công nghệ hàn này
vào thực tế vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Nó địi hỏi phải giải quyết

một số nội dung khoa học - công nghệ gắn liền với điều kiện thực tế ở Việt
Nam. Và chỉ khi đã nghiên cứu giải quyết những nội dung khoa học kỹ thuật
đó, từng bước chế độ công nghệ, xác định chế độ cơng nghệ hàn phù hợp thì
mới có thể áp dụng cơng nghệ hàn nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ
CO2 vào thực tế điều kiện Việt Nam ta được.
___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Như đã khảo sát và phân tích ở phần trên, công nghệ hàn CO2 cũng như
các công nghệ khác, nó bao gồm các vấn đề về thiết bị, vật liệu, cơng nghệ.
Trong mối quan hệ khăng khít với bản chất vật lí của q trình hàn nóng
chảy trong mơi trường khí bảo vệ CO2, thiết bị hàn đã được thế giới nghiên
cứu kỹ.
Thực tế ngày nay, trên đất nước ta hiện nay đang tồn tại nhiều thiết bị hàn
dùng cho cơng nghệ hàn CO2. Đặc biệt có nhiều loại thiết bị hiện đại của các
hãng hàng lớn trên thế giới như : Xs 200 đến Xs 600 của hãng DAIHEN; RF
200 đến RF 1000 của hãng Panasonic ; các loại thiết bị mới của các hãng
SAF ; ESAB; LINCON cũng đang được chào bán trên thị trường nước ta.
Vấn đề chế tạo vật liệu liên quan đến nhiều lĩnh vực kỹ thuật, công nghệ
khác nhau: kỹ thuật lò cao , kỹ thuật luyện kim. Hơn nữa, dây hàn dùng cho
công nghệ hàn CO2 đã được tiêu chuẩn hoá và nhiều nước đã sản xuất đại
trà, việc nhập mua cũng rất thuận lợi.
Như vậy còn lại vấn đề cơng nghệ là cần quan tâm nghiên cứu. Các cơng
trình nghiên cứu Khoa học - công nghệ trong nước ta trước đây cũng đề cập
đến vấn đề này. Một vấn đề quan tâm nữa là khí bảo vệ CO2 . Việc mua nhập
khí CO2 ở nước ngồi là khơng thực tế, vì giá cả khơng hợp lý. Như vậy
nghiên cứu sử dụng CO2 của Việt Nam để dùng cho công nghệ hàn CO2 sẽ
có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.

Những kết quả nghiên cứu thực nghiệm bước đầu trong nước ta cho thấy:
Yếu tố mơi trường khí hậu và khí CO2 của Việt Nam có ảnh hưởng đáng kể
đến chất lượng của q trình hàn nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ
CO2. Để áp dụng được cơng nghệ hàn CO2 vào thực tế sản xuất ở nước ta,
cần
thiết phải nghiên cứu khảo sát một số yếu tố của mơi trường khí hậu trong
mối quan hệ với q trình lý hố của q trình luyện kim mối hàn, các quá
trình nhiệt với các yếu tố vật liệu và thiết bị hàn. Trên cơ sở đó, ta có thể tiến

___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

hành xác định điều kiện công nghệ hàn cụ thể đối với nhóm thép, hoặc từng
loại hình kết cấu của yêu cầu sản xuất.
Như vậy các yếu tố mơi trường khí hậu, khí bảo vệ CO2 là các đối tượng
cần quan tâm trong quá trình nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn CO2 vào
thực tế sản xuất ở điều kiện Việt Nam.

1.3 -Nhu cầu sản xuất công nghiệp đối với cơng nghệ hàn trong mơi
trường khí bảo vệ co2
Từ năm 1980 nhiều dự án đầu tư sản xuất công nghiệp, tuy đang ở giai
đoạn chuẩn bị, nhưng cũng đã có một số ngành và cơ sở sản xuất mạnh dạn
nhập về hàng loạt các thiết bị hàn trong mơi trường khí bảo vệ CO2 như
ngành đường sắt Việt Nam đã nhập về hàng trăm tổ hợp thiết bị hàn bán tự
động trong mơi trường khí bảo vệ CO2 loại MAGPOL – 400 và MAGPOL 630. Nhà máy đóng tầu Bạch Đằng, nhà máy cơ khí Cẩm Phả, nhà máy sửa
chữa tầu biển Phà Rừng, Liên hợp đóng tầu Ba Son .... Cũng đã nhập về một
số tổ hợp thiết bị hàn trong mơi trường khí bảo vệ CO2 . Tại một số cuộc hội
thảo chuyên ngành hàn và chuyên đề khoa học khác như hội thảo về " Máy

Công nghệ hàn " tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (1994); hội nghị
khoa học 30 năm ngày thành lập Viện Khoa học của GS.PTS Phạm Hữu
Phức (Bộ GTVT); PGS.PTS Hoàng Tùng (ĐHBK Hà Nội) cũng đã đề cập
và khẳng định tính cấp bách của việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn
CO2 vào thực tế sản xuất cơng nghiệp của đất nước . Tình hình ứng dụng
cơng nghệ hàn CO2 trong giai đoạn này chưa có hiệu quả như mong muốn.
Nhiều nhà sản xuất kinh doanh và quản lý rất quan tâm đến vấn đề công
nghệ và thiết bị hàn. Tình hình đó đã làm cho tính cấp thiết của việc nghiên
cứu ứng dụng công nghệ hàn CO2 tăng lên do cả hai nhân tố: Nhu cầu ứng
dụng phục vụ sản xuất và khai thác nguồn thiết bị hàn đang cần thiết.
Năm 1991, một số cơ sở nghiên cứu, Viện Công nghệ Quốc gia, Viện Hàn
RITST, Trường ĐHBK Hà Nội, Viện Nghiên cứu máy đã quan tâm và đặt
___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

vấn đề nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn CO2 , có thể nói nổi bật nhất là
Viện Hàn RITST. Sau khi triển khai nghiên cứu đề tài bước một có hiệu quả,
đã đề nghị dùng khí CO2 do Việt nam sản xuất cho công nghệ hàn CO2 . Đề
tài cấp bộ đã được đặt ra. Đề cương đã khẳng định rõ nhu cầu sản xuất cơ
khí (trong và ngồi ngành GTVT) địi hỏi ứng dụng cơng nghệ hàn CO2 ở
mức độ ngày càng bức bách. Xuất phát từ nhu cầu trong ngành GTVT, căn
cứ vào kết quả nghiên cứu thăm dò của RITST về phương pháp cơng nghệ
hàn CO2 Bộ GTVT đã duyệt kinh phí đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ:
“Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hàn CO2 bằng khí của Việt Nam, phục vụ
sản xuất cơ khí trong và ngồi ngành GTVT”.
Thực trạng sản xuất cơ khí của ngành GTVT nói riêng, của nước ta nói
chung rất đa dạng. Nhu cầu về hàn đối với khu vực sản xuất , phương tiện
vận tải là rất lớn , khơng những trong lĩnh vực đóng mới mà ngay cả trong

khu vực sửa chữa phục hồi phương tiện cũng có nhu cầu ứng dụng cơng
nghệ hàn nói chung và cơng nghệ hàn CO2 nói riêng là rất lớn. Thực trạng
kết cấu, vật liệu, chi tiết máy . . . đối với dạng phương tiện vận tải khá đa
dạng, có nhiều loại thép khác nhau , đặc biệt là thép hợp kim thấp .
Mấy năm qua, ở nước ta việc ứng dụng công nghệ hàn CO2 vào sản xuất
gặp nhiều khó khăn và trên thực tế đã không thu được hiệu quả như mong
muốn. Các hiện tượng dẫn đến những tồn tại trong quá trình ứng dụng cơng
nghệ hàn CO2 thường là:
- Mối hàn bị rỗ khí các loại
- Bề mặt mối hàn gồ ghề, bị lõm
Hiện tượng bắn toé kim loại lỏng ra ngoài bể hàn ở mức không thể chấp
nhận được. Hiện tượng này vừa làm tăng tổn thất vật liệu hàn, gây lãng phí
lớn, vừa gây tắc dây hàn, làm gián đoạn quá trình hàn. Kết quả làm giảm
năng suất lao động tới mức kém hơn hàn tay, hư hỏng cả các chi tiết hàn,
giảm chất lượng mối hàn.

___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cho đến một vài năm gần đây công nghệ hàn CO2 ở nước ta đã được khắc
phục nhiều và đã được áp dụng rộng rãi trong các cơ sở sản xuất trong nước
và các công ty liên doanh với nước ngồi .

1.4 - Tình hình áp dụng cơng nghệ hàn trong mơi trường khí bảo vệ
CO2 trên thế giới.
Hàn là một phương pháp công nghệ nhằm đạt được mối hàn không tháo
được bằng cách dùng nguồn nhiệt nung nóng vật liệu chỗ hàn đến trạng thái
chảy hoặc dẻo, sau đó vật hàn đơng đặc hoặc nhờ lực ép mối liên kết được

hình thành gọi là mối hàn.
Trong q trình sản xuất có thể áp dụng các phương pháp cơng nghệ tiên
tiến như cơ khí hố, tự động hố. Điều đó giúp cho năng suất được cao hơn
và điều kiện lao động được cải thiện rõ rệt . Liên Xơ là một trong những
nước có ngành hàn phát triển sớm nhất và có nhiều thành tựu trong ngành
hàn nhất.Vào năm 1802, Viện sĩ hàn lâm khoa học Nga BERNARDOS đã
phát minh ra hồ quang điện, đây là một phát minh quan trọng về nguồn năng
lượng mới, có cơng suất lớn có thể áp dụng được cho ngành cơng nghệ chế
tạo máy. Đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ hàn.
Sau hơn một thế kỷ, công nghệ hàn đã phát triền rất nhanh và đạt được
nhiều thành quả về khoa học, công nghiệp và hiệu quả kinh tế trong mọi
ngành công nghệ. Sau thế kỷ 20, việc dùng phương pháp hàn hồ quang đã
lan sang các nước khác như : Đức, Mỹ , Nhật, Pháp, Thuỵ Điển . . . và nhiều
nước khác. Từ đó tới nay, ngành hàn càng phát triển rộng rãi và có rất nhiều
các trung tâm nghiên cứu , các viện nghiên cứu đi sâu vào nghiên cứu công
nghệ hàn và đã phát minh ra nhiều phương pháp hàn hiện đại như : Hàn điện
tử , hàn plasma .... đã cho năng suất cao đồng thời nâng cao được chất lượng
mối hàn lên rất nhiều lần.

___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đi đơi với việc tự động hố trong cơng nghiệp cơ khí trên thế giới, ngành
hàn ngày càng được tự động hoá để đáp ứng được kịp thời nhu cầu địi hỏi
của các ngành cơng nghiệp nói chung và ngành hàn nói riêng. Trên cơ sở tự
động hoá, hàn được phát triển trên 2 lĩnh vực: hàn tự động và hàn bán tự
động. Hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc. Hàn tự động và bán tự
động trong mơi trường khí bảo vệ. Trong hầu hết các phương pháp hàn, kim

loại đều được nung nóng lên đến nhiệt độ rất cao mà tại đó các lực hố học
của kim loại với ơxy và các khí khác (hyđro, Ni tơ) là rất mạnh.
Vấn đề cần phải giải quyết là bảo vệ hiệu quả kim loại vùng hàn và vùng
ảnh hưởng nhiệt. Có phương pháp hàn trong mơi trường khí bảo vệ bằng
CO2 , CO2 + Ar và He + Ar bằng điện cực nóng chảy được sử dụng rộng rãi
nhất hầu như ở tất cả các nước công nghiệp phát triển như : Nga, Anh, Pháp,
Mỹ, Nhật, Thụy Điển, Tiệp Khắc.
Vì các lí do sau : Phương pháp hàn tự động và bán tự động trong mơi
trường khí bảo vệ là một phương pháp có tính năng động nhất. Đối với hàn
bán tự động thì có thể hàn đứng, hàn sấp , hàn trần . . . tốc độ hàn so với các
phương pháp khác là rất nhanh và cho mối hàn đảm bảo. Hàn trong mơi
trường khí bảo vệ có hai phương pháp đó là hàn tự động và hàn bán tự động.
Hai phương pháp hàn trên đều cho hiệu quả và chất lượng mối hàn như
nhau, song phương pháp hàn tự động lại cho năng suất cao hơn , nhưng
trong hàn bán tự động thì lại hàn được ở nhiều tư thế hơn.
Khí bảo vệ hàn có tính năng hơn hẳn các chất liệu bảo vệ mối hàn như:
thuốc hàn, phương pháp hàn này khi hàn xong thì người thợ khơng cần có
ngun cơng gõ xỉ, như vậy đã làm tăng năng suất lao động mà mối hàn vẫn
đạt được chất lượng như yêu cầu.Khí bảo vệ vùng hàn có hai loại cơ bản sau
: khí hoạt tính CO2 và hỗn hợp của chúng CO2 + Ar .
Khí trơ bao gồm các khí như heli và Ar, các khí trơ là loại khí đắt tiền vì lí
do khó chế tạo nên chỉ được dùng trong mối hàn quan trọng mang tính chất
___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

quyết định trong một kết cấu hàn cụ thể, nhưng trong thực tế sản xuất thì hầu
hết các mối hàn khơng địi hỏi mức độ cao, Ví dụ hàn các khung thép trong
xây dựng, các loại thép dụng cụ, thép các bon trung bình. Do đó việc sử

dụng khí trơ đại trà là một việc làm khơng kinh tế và việc sử dụng các loại
khí hoạt tính đặc biệt là CO2 là cần thiết vì có hai lí do sau:
* Tính kinh tế :
So với các khí bảo vệ khác như He, Ar thì khí CO2 có tính kinh tế cao và
sẵn có. Có thể lấy khí CO2 từ khí thải lị cao, từ q trình lên men cồn rượu ,
bia .... trong cơng nghệ hố học , từ q trình chế biến dầu mỏ. Nói chung
khí CO2 là khí sẵn có và rẻ tiền hơn các khí khác dùng làm khí bảo vệ cũng
như thuốc hàn khi hàn dưới lớp thuốc. Năng suất của phương pháp này khá
cao .
* Tính kỹ thuật :
So với hàn hồ quang tay thì hàn trong mơi trường khí bảo vệ CO2 có đặc
điểm là vùng hàn nhỏ, tốc độ nguội lớn do tác dụng làm nguội của khí CO2
và lớp xỉ rất mỏng . Các mối hàn do vậy không cần phải gõ xỉ sau khi hàn.
Chất lượng của mối hàn ổn định, tốt hơn nhiều so với hàn hồ quang tay và
gần bằng với mối hàn tự động dưới lớp thuốc hàn. Mối hàn sau khi hàn xong
không bị rị rỉ, vùng hàn nhỏ, mối hàn hình thành tốt ở mọi vị trí khơng gian.
Đối với các mối hàn đứng, hàn trần hoặc các đường hàn ngắn, cong
nghiêng thì phương pháp hàn trong mơi trường khí bảo vệ CO2 thể hiện rõ ưu

điểm của mình do vận tốc nguội lớn và vùng hàn nhỏ nên vùng ảnh hưởng
nhiệt của mối hàn trong mơi trường khí bảo vệ CO2 nhỏ hơn 3 - 4 lần so với
khí hàn bằng ngọn lửa khí O2 - C2H2 . Vì vậy ứng suất và biến dạng cũng
giảm đáng kể. Khối lượng riêng của CO2 lớn hơn khơng khí 1,5 lần cũng tạo

___________________________________________________________


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

điều kiện tốt cho việc bảo vệ kim loại lỏng khỏi tác động của khơng khí bên

ngồi. Chính vì vậy hàn trong mơi trờng khí bảo vệ CO2 bằng điện cực nóng
chảy được áp dụng rộng rãi trên thế giới.

Bảng 1.1
SO SÁNH NĂNG SUẤT HÀN

Phương pháp hàn

Cường độ

Hệ số nóng

Hệ số sử

Năng

dịng điện

chảy

dụng

suất

(A)

(g/Ah)

máy (%)

(Kg/h)

Hàn bán tự động
trong CO2
- Dây φ 1,2

180 - 250

12,0

60

1,58

- Dây φ 2,0

300 - 350

16,0

60

3,14

300 - 350

18

50

4

800 - 850

16

50

6,8

800 - 850

16

50

6,6

Hàn bán tự động dưới
lớp thuốc
- Dây φ 2,0
Hàn tự động trong
CO2
- Dây φ 5
Hàn tự động dưới lớp
thuốc
- Dây φ 5
Hàn hồ quang tay que

___________________________________________________________