báo cáo thí nghiệm cơ sở khối ngành cơ điện điện tử

Để tự động hóa quá trình hàn hồ quang phải tự động gây hồ quang, tự động đẩy dây hàn vào vùng hàn và dịch chuyển tương đối dây hàn theo chiều dài mối hàn để hàn hết đường hàn.. Hàn hồ qu

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

CƠ SỞ KHỐI NGÀNH CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

+ Ảnh hưởng của gió thổi

+ Ảnh hưởng của khối sắt từ

• Xây dựng mô hình thí nghiệm để xác định độ co ngang K của mối hàn giáp mối

• Biện pháp khắc phục hiện tượng kim loại lỏng điền đầy vùng hàn khi nguội co lại gây biến dạng theo phương ngang làm thay đổi hình dạng của kết cấu để đạt được kết cấu tốt nhất

• Biết cách xác định hệ số biến dạng K ( Độ co tương đối) đối với kim loại của kết cấu hàn

• Xác định được các khuyết tật của mối hàn ,nguyên nhân cách khắc phục

do vậy khi hàn kết cấu phải có biện pháp khắc phục hiện tượng này để đạt được kết cấu hàn tốt nhất

• Biết kiểm tra các loại khuyết tật của mối hàn

B.NỘI DUNG BÁO CÁO

1 Giới thiệu tổng quan về hàn hồ quang tự động

2 Các bước lập trình trên máy hàn PANAROBO VR 006CII

3 Nhận xét về ảnh hưởng của các yếu tố tới chất lượng mối hàn

4.Xây dựng mô hình thí nghiệm để xác đinh hệ số co ngang của vật liệu hàn.5.Tính hệ số co ngang lý thuyết theo mô hình và vật liệu đã xây dựng (Klt)

6 Tính hệ số co ngang thực tế theo số liệu đã thí nghiệm (Ktt)

7 Nhận xét giữa ( Ktt ) và ( Klt ),nguyên nhân

8 Đánh giá chất lượng mối hàn ,kiểm tra các khuyết tật mối hàn, nguyên nhân, biện pháp khắc phục

C NỘI DUNG CHI TIẾT

I Giới thiệu tổng quan về hàn hồ quang tự động.

I.1 Khái niệm :

Vấn đề cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn điện hồ quang là hết sức cần thiết

Nó không những nâng cao năng suất hàn mà còn tăng chất lượng mối hàn, cải thiệnđiều kiện làm việc của công nhân Để tự động hóa quá trình hàn hồ quang phải tự động gây hồ quang, tự động đẩy dây hàn vào vùng hàn và dịch chuyển tương đối dây hàn theo chiều dài mối hàn để hàn hết đường hàn

Trong hàn hồ quang tự động thì tất cả nguyên công trên hoàn toàn tự động, còn khihàn bán tự động thì với số nguyên công phải thực hiện bằng tay

Hàn hồ quang tự động được chia ra:

• Hàn hồ quang hở: Tức là trong quá trình hàn, hồ quang và mối hàn hoàn toàn tiếp xúc với không khí, do đó năng suất cao hơn hàn hồ quang tay nhưng chất lượng mối hàn kém

• Hàn hồ quang ngầm dưới lớp thuốc hàn hay trong môi trường khí bảo vệ.Loại này có ưu điểm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Để hàn tự động, người ta sử dung dây hàn ở những cuộn dây trần có đường kính chính xác được làm sạch cẩn thận phổ biến là các loại dây có đường kính 0.8 mm hoặc 0.9 mm Khi hàn tự động thuốc hàn được chế tạo riêng rồi cấp vào vùng hàn nhằm bảo vệ mối hàn khỏi bị tác hại của không khí đồng thời cải thiện thành phần hóa học của kim loại mối hàn, giúp cho hồ quang cháy ổn định hoặc sử dụng các chất khí như Argon, CO2 làm khí bảo vệ mối hàn

I.2.Đặc điểm:

So với hàn hồ quang tay, hàn hồ quang tự động có một số đặc điểm sau:

• Năng suất tăng từ 5 đến 20 lần

• Chất lượng mối hàn cao

• Tiết kiệm kim loại

• Tiết kiệm điện năng

• Giảm nhẹ sức lao động của công nhân.

I.3.Một số phương pháp hàn tự động thường dùng

- Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

- Hàn hồ quang tự động trong môi trường khí bảo vệ

I.4.Vật liệu hàn:

• Điện cực hàn:

• Dây hàn:

Có các loại dây hàn sau:

- Dùng để hàn hồ quang tự động và tự động hóa các loại dây hàn được chế tạo sẵn theo các tiêu chuẩn quy định và cuộn lại thành từng lô (cuộn) theo cách riêng, đường kính trong (100 200) mm, khối lượng (5 20) kg để chống gỉ và cải thiện sựtiếp điện dây được mạ đồng Dây được chế tạo bằng kéo nguội

- Dây hàn bột: Có cấu tạo có lớp vỏ bọc kim loại bên ngoài, trong là hỗn hợp gồm bột kim loại làm nhiệm vụ bổ sung kim loại, hợp kim hóa mối hàn Đồng thời còn có tác dụng bảo vệ cho kim loại nóng cháy không bị tác dụng của môi trường làm hồ quang chảy ổn định

Các dây hàn mép dọc theo chiều dài không được hàn kín do vậy chất trợ dung có thể hút ẩm từ không khí khi bảo quản lâu dài

Dây hàn bột được dùng dưới 2 hình thức:

+ Tự bảo vệ (khi hàn hồ quang hở): không còn dùng khí bảo vệ khi hàn.+ Được bảo vệ bằng môi trường khác (hàn trong khí CO2)

• Dây hàn đồng và hợp kim đồng: sử dụng khi hàn tự động

• Dây hàn nhôm và hợp kim nhôm: đường kính 0,6 6 mm Thành phần hóa học tùy yêu cầu của vật hàn được hàn trong khí bảo vệ

Ký hiệu dây lõi thuốc theo AWS

• Điện cực hàn và que hàn:

• Các loại điện cực:

+ Loại không nóng chảy chỉ có tác dụng gây hồ quang bằng các vật liệu cực than, cực graphit dùng cho hàn dòng một chiều

+ Cực Vonfram: dùng cho hàn dòng xoay chiều và một chiều

+ Loại điện cực nóng chảy (que hàn): tùy loại vật liệu cần hàn mà có thành phần phù hợp: thép, gang, đồng…

• Các loại que hàn:

+ Que hàn trần: loại có thuốc bọc và loại không có thuốc bọc

Loại có thuốc bọc: thuốc bọc làm nhiệm vụ ổn định sự cháy của hồ quang, hợp kim hóa mối hàn tạo khí và xỉ bảo vệ cho vùng hàn, thành phần của thuốc hàn, các chất ion hóa, chất tạo xỉ,chất tạo khí, chất khử oxi, chất dính kết…

Lớp thuốc bọc:

+ Loại có thuốc bọc mỏng: tăng tính ổn định của hồ quang dùng để hàn các linh kiện không quan trọng.

+ Loại có thuốc bọc dày: ổn định hồ quang, bảo vệ mối hàn chống oxi hóa (khi xỉ bao quanh mối hàn)

(VD: Ký hiệu và chuẩn hóa que hàn

Nhà sản xuất thường cho biết các ký hiệu phân loại que hàn theo nhiều chuẩn khác nhau

Các chuẩn thông dụng được liệt kê dưới đây:

Chuẩn Quốc Tế, ký hiệu ISO Chuẩn Nhật Bản, ký hiệu JIS

Chuẩn Pháp, ký hiệu NF Chuẩn Mỹ, ký hiệu AWS

Chuẩn Đức, ký hiệu DIN Chuẩn Anh, ký hiệu BS

Chuẩn Châu Âu, ký hiệu EN Chuẩn Trung Quốc, ký hiệu CS Chuẩn Úc, Ký hiệu AS Chuẩn Ấn Độ, ký hiệu IS

Chuẩn Thái Lan, ký hiệu TIS Chuẩn Hàn Quốc, ký hiệu KS

Chuẩn Việt Nam, ký hiệu TCVN

• Các khí bảo vệ mối hàn:

• Khí trơ: không có khả năng tham gia phản ứng hóa học

• Khí Argon: là loại khí không màu không mùi, nặng hơn không khí 25% Khí hóa lỏng không màu không mùi, sôi ở 1850C dưới áp suất thường

• Khí Heli: là khí không màu, không mùi, có tỉ trọng riêng nhỏ hơn Argon khoảng 10 lần, có tính dẫn nhiệt hơn Argon Vì vậy dùng Heli hàn tiết diện vùng hàn rộng hơn hàn bằng Argon trong cùng điều kiện hàn

• Hỗn hợp Argon, Heli

• Khí hoạt tính: dùng là khí CO2 (cho hàn thép) và N2 (cho hàn đồng) Khí CO2

được sử dụng rộng rãi để hàn khi bảo vệ

• Thuốc hàn:

Yêu cầu chung: dùng để bọc que hàn, que hàn tay hoặc dùng tự động, hàn tự động dưới lớp thuốc Thuốc có đặc tính cơ bản sau:

• Có khả năng ion hóa mạnh để gây hồ quang trong quá trình hàn.

• Bảo vệ kim loại lỏng mối hàn không tác dụng với oxi và Nitơ của không khí

xung quang để tăng cơ tính của mối hàn

• Tạo xỉ tốt, rơi phủ đều trên bề mặt mối hàn để chống khí xâm nhập giúp cho

mối hàn nguội chậm

• Có tác dụng hợp kim hóa kim loại mối hàn để nâng cao cơ tính, có tính chất

dính kết tốt để đảm bảo đợt hàn sau khi bọc vào lõi que hàn hay tạo hạt thuốc hàn tự động

• Phải giữ được tính chất của nó trong quá trình hàn Khi cháy không tạo khí

độc hại, rẻ tiền, dễ kiếm

• Đối với thuốc bọc que hàn có thêm yêu cầu: nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp

phải cao hơn nhiệt độ nóng chảy của lõi que hàn, để khi hàn thuốc bọc tạo thành hình phểu hướng kim loại nóng chảy đi vào vật hàn Đối với thuốc hàn

tự động và bán tự động còn có yêu cầu có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với

kim loại hàn để giảm hao phí dòng điện hàn vì bị cháy và bắn tóe.

• Thuốc hàn thép Các bon và thép hợp kim thấp

• Thuốc hàn thép hợp kim cao

• Thuốc hàn kim loại và hợp kim màu

• Loại có tính chất chung để hàn thép hợp kim cao và kim loại màu.

• Thiết bị hàn: là các máy hàn trong thiết bị hàn.

• Máy hàn xoay chiều (biến thế hàn):

• Máy hàn xoay chiều một pha có bộ tự cảm riêng:

Sơ đồ nguyên lí của máy hàn xoay chiều một pha có bộ tự cảm riêng như hình dưới đây:

Máy hàn dùng để giảm điện thế mạng điện từ 220V hoặc 380V xuống điện thế không tải (60 ÷ 75)V, để an toàn cho làm việc Bộ tự cảm riêng mắc nối tiếp

một cuộn dây thứ cấp của máy, mục đích để tạo sự lệch pha của dòng điện và điện thế tạo ra đường đặc tính dốc tự nhiên và điều chỉnh cường độ dòng điện hàn.

• Máy xoay chiều một pha có lõi di động:

Sơ đồ nguyên lý:

Giữa khoảng hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp đặt một lõi di động A để tạo sự phân nhánh từ thông sinh ra trong lõi của máy Từ thông rẽ thay đổi phụ thuộc vào vị trí cũa lõi A Nếu lõi A nằm trong mặt phẳng của gông từ B thì trị số thông

rẽ càng lớn, phần từ thông đi qua lõi của cuộn dây thứ cấp giảm đi, sức điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn thứ cấp mở và sinh ra trong dòng điện và sinh ra trong mạch hàn nhỏ Ngược lại nếu điều chỉnh lõi A chặt ra tạo nên khoảng trống không khí lớn thì số lượng từ thông rẽ sẽ nhỏ đi, lúc này sức điện động cảm ứng lớn nên tạo ra dòng điện chạy trong mạch hàn lớn

Đặc điểm của máy này là có thể điều chỉnh vô cấp dòng điện hàn và có khả năng điều chỉnh được rất chính xác

• Máy hàn điện một chiều:

Có thể chia máy hàn một chiều làm ba nhóm theo hình dạng đường đặc tính ngoài của máy

• Máy hàn một chiều có cuộn dây kích từ riêng và cuộn dây khử từ

• Máy hàn một chiều từ trường ngang có cuộn dây kích thích

• Máy hàn một chiều có các cực từ lắp rời

II.CÁC BƯỚC LẬP TRÌNH TRÊN MÁY HÀN PANA - ROBO

- Tại dòng ,nhập tên chương trình (giả sử đặt là 1) nhấn , rồi nhấn , đèn

TEACHING trên bảng điều khiển sáng.

• Di chuyển đầu hàn ( nhấn ) về cách điểm “1” từ 3 – 5mm, nhấn 1 lần.

• Tiếp tục di chuyển đầu hàn (nhấn ) qua các điểm “2”, “3”, “4”, đến điểm nào

nhấn 1 lần tại điểm đó

• Di chuyển đầu hàn (nhấn ) đến điểm “5” ấn 1 lần.

• Di chuyển đầu hàn (nhấn ) về cách điểm “6” từ 3 – 5mm, nhấn 1 lần.

• Tiếp tục di chuyển đầu hàn (nhấn ) qua các điểm “7”, “8”, đến điểm nào nhấn

1 lần tại điểm đó

• Di chuyển đầu hàn (nhấn ) đến điểm “9” nhấn 1 lần.

• Di chuyển đầu hàn (nhấn ) về cách điểm “10” từ 3 – 5mm, nhấn 1 lần.

• Di chuyển đầu hàn (nhấn ) đến điểm “11” nhấn 1 lần.

B5:

• Di chuyển đầu hàn (nhấn ) cách xa phôi hàn, nhấn 1 lần rồi sau đó nhấn

Phần 2: Gọi chương trình vừa tạo (số 1) ra cho rô bốt làm việc.

• Tắt đèn TEACHING trên tủ điều khiển bằng cách nhấn các phím:

• Xoay công tắc trên tủ điều khiển về

• Tại vị trí số 1 con nháy đứng, nhấn , rồi ấn phím .

• Di chuyển con nháy về vị trí số 0 đầu tiên, nhập tên chương trình vừa lập(số 1)

• Nhấn phím rồi

• Nhấn nút trên tủ điều khiển cho rô bốt làm việc

III.NHẬN XÉT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ TỚI CHẤT LƯỢNG

MỐI HÀN.

• Ảnh hưởng của vận tốc hàn đến chất lượng mối hàn:

• Vận tốc hàn càng thấp thì chất lượng mối hàn càng cao, mối hàn càng

nhanh đầy, góc càng nhỏ

• Ảnh hưởng của lưu lượng khí bảo vệ đến chất lượng mối hàn:

• Lưu lượng khí bảo vệ càng cao chất lượng mối hàn càng tốt, ít rỗ khí.

• Ảnh hưởng của vị trí hàn:

• Độ nghiêng càng thấp thì chất lượng mối hàn càng cao.

• Ảnh hưởng của gió thổi:

• Gió thổi càng ít thì chất lượng mối hàn càng cao, ít rỗ khí.

• Ảnh hưởng của khối sắt từ:

• Nếu chế tạo một khối sắt từ đặt ở phía cuối mối hàn thì chất lượng

mối hàn phía cuối sẽ cao do được điền đầy.

IV MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐỂ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ BIẾN DẠNG CO

NGANG (K) CỦA VẬT LIỆU HÀN.

Khi hàn giáp mối, vật hàn bị co ngang Sự co ngang tạo nên tạo biến dạng góc với kết cấu của mối hàn

Xét trường hợp mối hàn giáp mối

hai thanh có kết cấu như hình bên

Một thanh kẹp chặt còn một thanh để

tự do Sau khi hàn xong phía đầu tự

do quay đi một góc (do biến dạng co

ngang gây nên)

Góc xoay do co biến dạng được tính theo phương pháp giải tích như sau:

+ góc xoay do biến dạng co ngang

+ Góc vát của kết cấu mối hàn

+ Chiều rộng của góc vát ở thớ ngoài là b:

b=2.S.tg θ

2

Sau khi hàn xong và nguội đi, thớ ngoài của mối hàn co lại một lượng :

= T.b = 2.T.S.tg

• T: Là độ co tương đối của kim loại

Xét một thớ x bất kỳ trong phần vát của mối hàn ta có:

x = T.x hay dx = T.dx

Vi phân góc quay tại thớ x sẽ là:

= Thay giá trị của dx, hx vào ta có:

Đặt: T = KK= β tg θLT : Hệ số co tương đối của vật liệu thí nghiệm

2 Thay KLT vào công thức (*) và biến đổi ta có:

Bằng thí nghiệm ta xác định được K cho kim loại của kết cấu hàn

Từ kết cấu hàn có:

+ : góc đo biến dạng cụ thể của kết cấu hàn

+ : Góc vát của mép vát kết cấu hàn (cho trước)

V.HỆ SỐ CO NGANG LÝ THUYẾT THEO MÔ HÌNH VÀ VẬT LIỆU ĐÃ XÂY

DỰNG (KLT)

KLT = 2.α.T = 2.12.10-6.(600+273) = 0,020952.

VI.HỆ SỐ CO NGANG THỰC TẾ THEO SỐ LIỆU ĐÃ THÍ NGHIỆM (KTT)

Ta tính góc nghiêng β dựa vào chi tiết hàn:

• Nhận xét, đánh giá kết quả thí nghiệm:

So với hàn hồ quang tay, mối hàn đẹp hơn nhiều, không có lớp xỉ do mối hàn được bảo vệ bằng khí, tuy nhiên còn một số khiếm khuyết là sản phẩm bị

cong, vênh khá nhiều Cụ thể ta tính được hệ số co ngang thực tế KTT = Ktb

=0.311892 lớn gấp 15 lần so với hệ số co ngang lý thuyết KLT = 0.020952

Sở dĩ xảy ra điều này là do nhiều nguyên nhân, mỗi bước của quy trình hàn đèu xuất hiện các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của phép toán

a,Bước 1:

• Nguyên nhân:

• Tay giữ phôi bị rung do máy mài không hoàn toàn tự động

• Chất lượng dao mài chưa phải tốt nhất

• Phôi hàn chưa thực sự tốt (tính đồng chất, bề mặt chưa phẳng…)

• Người mài phôi chưa có kinh nghiệm, thao tác chưa chuẩn xác

• Khắc phục:

• Sử dụng máy mài tự động

• Chất lượng dao mài tốt

• Phôi hàn chất lượng cao

• Thao tác chính xác trên máy

b,Bước 2:

• Nguyên nhân:

• Khách quan do dụng cụ đo chưa chuẩn xác và phù hợp

• Chủ quan do người đo chưa chọn được phương pháp đo phù hợp, hay

do thao tác đo, đọc số liệu chưa chuẩn xác

• Gá không chắc chắn, làm phôi bị dịch chuyển

• Ảnh hưởng của khối sắt từ

• Khắc phục:

• Lựa chọn bề mặt gá bằng phẳng tốt

• Gá phôi chắc chắn, không để bị xê dịch

• Có được góc ta có thể tạo được cho phần phôi tự do một góc nâng bằng với để sao cho khi hàn phần phía còn lại của phôi tự do được nâng

lên cho góc đạt giá trị nhỏ nhất.

d,Bước 4:

• Nguyên nhân:

• Lập trình thiếu chính xác

• Thao tác chưa chuẩn

• Định hướng các bước hàn chưa hợp lý

• Đầu hàn không đi đúng vào giữa

• Góc hàn chưa tối ưu

• Khắc phục:

• Sử dụng biến áp tốt để ổn định điện áp và cường độ dòng thật tốt

• Tính toán dây hàn hợp lý, xem xét độ hoạt động chính xác hệ thông tời dây

• Làm tròn số hợp lý, giảm thiểu sai số

VIII.CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN, KIỂM TRA CÁC KHUYẾT TẬT MỐI

HÀN, NGUYÊN NHÂN, BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

• Mối hàn không ngấu:

• Mối hàn không ngấu mặt bên:

• Nguyên nhân:

• Năng lượng đường hàn thấp

• Kim loại nóng chảy tràn ra trước hồ quang

• Oxit hoặc vỏ cán trên bề mặt đã vát

• Độ tự cảm quá cao khi hàn MAG ngắn mạch

• Khắc phục:

• Tăng điện áp hàn, giảm cường độ dòng điện và vận tốc hàn

• Thay đổi góc nghiêng điện cực và vị trí vật hàn

• Tăng cường độ dòng điện, giảm vận tốc

• Huấn luyện lại kỹ thuật di hồ quang của thợ hàn

• Hàn không ngấu hết ở chân mối hàn

• Nguyên nhân:

• Năng lượng đường hàn thấp, độ tự cảm quá cao khi hàn MAG ngắn mạch

• Que hàn quá to (mật độ dòng thấp)

• Mặt đáy quá lớn, khe đáy nhỏ

• Góc nghiêng thao tác điện cực sai

• Khắc phục:

• Tăng điện áp hàn, giảm cường độ dòng điện hàn và vận tốc hàn.

• Đặt độ tự cảm thích hợp với chiều dày của mối hàn

• Giảm cỡ que hàn, giảm mặt đáy, chọn khe đáy thích hợp

• Dùng góc nghiêng điện cực, dùng thợ hàn được phê chuẩn

• Hàn không ngấu liên kết:

• Nguyên nhân:

• Mặt đáy quá lớn khi đáy quá nhỏ không đủ để mặt sau tới mỏ hàn

• Năng lượng đường hàn thấp

• Độ tự cảm quá cao khi hàn MAG

• Que hàn quá to

• Dùng kim loại cơ bản chất lượng

• Chọn hệ số hình dạng bên trong mối hàn thích hợp

• Giảm ứng suất

• Sử dụng điện cực hàn chứa nhiều Mn và ít C

• Làm sạch mép liên kết trước khi hàn