nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc trong cơ khí nông nghiệp

xi TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Nguyễn Hữu Hưởng Tên Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc trong cơ khí nông nghiệp - Đánh giá chất lượng mối hàn: thử ké

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN HỮU HƯỞNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC TRONG CƠ KHÍ NÔNG NGHIỆP

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo

vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Hưởng

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết

ơn sâu sắc TS Tống Ngọc Tuấn và PGS.TS Đào Quang Kế đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Công nghệ cơ khí, Khoa Cơ Điện - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Khoa Cơ – Điện và Viện phát triển công nghệ cơ điện – Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Hưởng

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng v

Danh mục hình vii

Trích yếu luận văn xi

Thesis abstract xiii

Phần 1 mở đầu 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 3

1.4 Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học hoặc thực tiễn 3

1.4.1 Những đóng góp mới 3

1.4.2 Ý nghĩa khoa học 3

1.4.3 Ý nghĩa thực tiễn 3

Phần 2 Tổng quan tài liệu 4

2.1 Tổng quan về phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 4

2.1.1 Khái niệm về hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 4

2.1.2 Đặc điểm của công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc 5

2.1.3 Chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc 5

2.1.4 Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn, các yếu tố công nghệ và kết cấu hàn chủ yếu tới hình dạng, kích thước và chất lượng mối hàn 6

2.1.5 Phạm vi ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc 9

2.1.6 Hạn chế của phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc 10

2.1.7 Kỹ thuật hàn tự động dưới lớp thuốc 11

2.2 Tổng quan về máy hàn tự động dưới lớp thuốc 14

2.2.1 Nguồn hàn Armada-630 15

2.2.2 Xe hàn 16

2.3 Đồ gá trong hàn tự động dưới lớp thuốc 17

2.4 Vật liệu dùng trong chế tạo chi tiết máy 17

2.5 Vật liệu hàn 18

2.5.1 Dây hàn 18

2.5.2 Thuốc hàn 20

iv

2.6 Chi tiết máy trong nông nghiệp được ứng dụng công nghệ hàn 22

2.6.1 Một số hình ảnh ứng dụng công nghệ hàn trong cơ khí nông nghiệp 22

2.6.2 Chi tiết máy được ứng dụng để hàn tự động dưới lớp thuốc trong cơ khí nông nghiệp 23

2.7 Điều kiện làm việc của chi tiết máy nông nghiệp 24

2.8 Lựa chọn vật liệu ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc 25

2.9 Các dạng hư hỏng mối hàn 26

2.10 Đánh giá chất lượng mối hàn 27

2.10.1 Kiểm tra bằng mắt, kiểm tra kích thước mối hàn 27

2.10.2 Kiểm tra macro 27

2.10.3 Kiểm tra độ cứng 28

2.10.4 Thử nghiệm phá hủy 28

2.10.5 Kiểm tra tổ chức tế vi 30

Phần 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 31

3.1 Địa điểm nghiên cứu 31

3.2 Thời gian nghiên cứu 31

3.3 Đối tượng và vật liệu nghiên cứu 31

3.3.1 Đối tượng nghiên cứu 31

3.3.2 Vật liệu nghiên cứu 31

3.4 Nội dung nghiên cứu 32

3.5 Phương pháp nghiên cứu 32

Phần 4 kết quả và thảo luận 34

4.1 Kết quả 34

4.1.1 Mô hình thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thước mối hàn khi hàn giáp mối 34

4.1.2 Mô hình thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thước mối hàn khi hàn liên kết chữ T 54

4.1.3 Thử kéo, bẻ liên kết hàn và phân tích cấu trúc vật liệu 74

4.2 Thảo luận 78

Phần 5 kết luận và kiến nghị 79

5.1 Kết luận 79

5.2 Kiến nghị 80

Tài liệu tham khảo 81

Phụ lục 84

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Chiều dày chi tiết hàn tương ứng với các loại mối hàn 10

Bảng 2.2 Các kiểu hàn và vị trí hàn thích hợp theo EN 26947 12

Bảng 2.3 Thông tin về mối hàn đối với các phương pháp hàn khác nhau 13

Bảng 2.4 Thông số của nguồn hàn 15

Bảng 2.5 Thông số xe hàn (autotractor-630) 16

Bảng 2.6 Thành phần hóa học của dây hàn 19

Bảng 2.7 Kích thước dây hàn, dòng điện và lượng khí sử dụng 19

Bảng 2.8 Cơ tính mối hàn 19

Bảng 2.9 Thành phần hóa học của dây hàn 20

Bảng 2.10 Kích thước dây hàn, dòng điện và lượng khí sử dụng 20

Bảng 2.11 Phân loại và yêu cầu đối với dây hàn và thuốc hàn theo AWS A5.17:97 (R2007) 20

Bảng 2.12 Thành phần của thuốc hàn SJ501 (tiêu chuẩn AWS A5.17) 21

Bảng 2.13 Thành phần thuốc hàn gốm Automelt A55 (Automelt Gr II) 21

Bảng 2.14 Thành phần của thuốc hàn CM143 (tiêu chuẩn AWS A5.17) 22

Bảng 2.15 Thành phần hóa học của thép hợp kim thấp Q345B 25

Bảng 2.16 Tính chất cơ lý tính của thép Q345B 25

Bảng 4.1 Giá trị và khoảng biến thiên của thông số đầu vào 36

Bảng 4.2 Ma trận kế hoạch thực nghiệm 37

Bảng 4.3 Kết quả thực nghiệm 41

Bảng 4.4 Kết quả thực nghiệm ở tâm 41

Bảng 4.5 Hệ số hồi quy thu được từ kết quả thực nghiệm 41

Bảng 4.6 Phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn 47

Bảng 4.7 Bộ thông số chế độ hàn theo phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn 47

Bảng 4.8 Giá trị và khoảng biến thiên của thông số đầu vào 56

Bảng 4.9 Ma trận kế hoạch thực nghiệm 57

Bảng 4.10 Kết quả thực nghiệm 61

Bảng 4.11 Hệ số hồi quy thu được từ kết quả thực nghiệm 61

Bảng 4.12 Kết quả thực nghiệm ở tâm 61

vi

Bảng 4.13 Các giá trị ti ( 62

Bảng 4.14 Các giá trị t’i ( 62

Bảng 4.15 Các giá trị để tính phương sai dư theo Y1 63

Bảng 4.16 Các giá trị để tính phương sai dư theo Y2 64

Bảng 4.17 Phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn 68

Bảng 4.18 Bộ thông số chế độ hàn theo phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn 68

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ 4

Hình 2.2 Ảnh hưởng của dòng điện hàn 6

Hình 2.3 Ảnh hưởng của điện áp hàn 7

Hình 2.4 Ảnh hưởng của tốc độ hàn 7

Hình 2.5 Ảnh hưởng của đường kính dây hàn đến hình dáng mối hàn 7

Hình 2.6 Góc của điện cực so với mối hàn 8

Hình 2.7 Ảnh hưởng của tầm với điện cực đến hình dáng mối hàn 8

Hình 2.8 Vị trí đặt đầu hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc với chi tiết tròn được quay 10

Hình 2.9 Biểu đồ khối phương pháp hàn SAW 11

Hình 2.10 Biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn 12

Hình 2.11 Thông số kích thước của mối hàn chữ T 14

Hình 2.12 Máy hàn tự động dưới lớp thuốc với hai phần chính là nguồn hàn và xe hàn (Model: Autotractor-630-1, nguồn hàn Armada-630) 15

Hình 2.13 Các bộ phần của máy hàn tự động 16

Hình 2.15 Một số hình ảnh ứng dụng công nghệ hàn trong cơ khí nông nghiệp 23

Hình 2.16 Chi tiết của các máy ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc 24

Hình 2.17 Một số dạng khuyết tật mối hàn 26

Hình 2.18 Các kiểu biến dạng trong hàn 26

Hình 2.19 Kích thước mối hàn góc (AWS A3.0.1989) 27

Hình 2.20 Đánh giá chất lượng mối hàn thông qua tổ chức thô đại 27

Hình 2.21 Quy cách kiểm tra độ cứng mối hàn 28

Hình 2.22 Thử uốn mối hàn giáp mối 28

Hình 2.23 Thông số mẫu thử kéo 29

Hình 2.24 Mẫu thử độ dai va đập 29

Hình 2.25 Sơ đồ thử bẻ và thử kéo liên kết hàn đối với mối hàn chữ T 30

Hình 4.1 Hình dạng và kích thước mối hàn 34

Hình 4.2 Kích thước của tấm kim loại hàn thực nghiệm 34

Hình 4.3 Mô hình mối ghép thực nghiệm khe hở nhỏ 34

Hình 4.4 Mô hình mối ghép thực nghiệm có khe hở và vát mép 35

Hình 4.5 Mô hình mối ghép thực nghiệm có khe hở 35

viii

Hình 4.6 Chuẩn bị mẫu để hàn 37

Hình 4.7 Quá trình gá đặt trước khi hàn 38

Hình 4.8 Quá trình hàn thực nghiệm 38

Hình 4.9 Kiểm tra mối hàn 39

Hình 4.10 Kiểm tra lắp ghép mối giáp mối [24] 39

Hình 4.11 Hình ảnh thô đại và cách kiểm tra kích thước mối hàn 40

Hình 4.12 Đồ thị biểu diễn các ảnh hưởng chính của Ih và Vh đến chiều sâu ngấu y1 (h) 42 Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn các ảnh hưởng chính của x1(Ih)và x2(Vh)đến chiều cao cao đắp y2 (c) 42 Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn các ảnh hưởng chính của x1(Ih)và x2(Vh)đến chiều rộng mối hàn y3 (b) 43 Hình 4.15 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của Ih và Vh đến chiều rộng mối hàn b 44 Hình 4.16 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của Ih và Vh đến chiều cao mối hàn c 44

Hình 4.17 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của Ih và Vh đến chiều sâu ngấu h 44

Hình 4.18 Đồ thị ảnh hưởng đồng thời của Ih và Vh đến chiều rộng mối hàn b 45

Hình 4.19 Ảnh hưởng đồng thời của Ih và Vh đến chiều cao mối hàn c 45

Hình 4.20 Ảnh hưởng đồng thời của Ih và Vh đến chiều sâu ngấu h 46

Hình 4.21 Ảnh hưởng của Ih đến h với khoảng giá trị mong muốn 48

Hình 4.22 Ảnh hưởng của Ih đến c với khoảng giá trị mong muốn 48

Hình 4.23 Ảnh hưởng của Ih đến b với khoảng giá trị mong muốn 48

Hình 4.24 Ảnh hưởng của Vh đến h với khoảng giá trị mong muốn 49

Hình 4.25 Ảnh hưởng của Vh đến c với khoảng giá trị mong muốn 49

Hình 4.26 Ảnh hưởng của Vh đến b với khoảng giá trị mong muốn 49

Hình 4.27 Ảnh hưởng đồng thời của Vh và Ih đến chiều sâu ngấu h với khoảng giá trị mong muốn 50

Hình 4.28 Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều cao đắp c với khoảng giá trị mong muốn 50

Hình 4.29 Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều rộng mối hàn b với khoảng giá trị mong muốn 50

Hình 4.30 Đồ gá hàn 1, thiết bị phụ trợ đã được thiết kế, chế tạo và lắp ghép kết hợp với máy hàn ứng dụng để hàn chi tiết máy 52

ix

Hình 4.31 Một số thông số về chi tiết hàn ứng dụng 52

Hình 4.33 Gá mẫu trên đồ gá và tiến hành quá trình hàn thử nghiệm trên mẫu có đường kính giống bánh của máy thu hoạch khoai tây 53

Hình 4.34 Hình ảnh mối hàn khi đã hàn xong 54

Hình 4.36 Kích thước của 2 tấm kim loại hàn thực nghiệm 55

Hình 4.39 Chuẩn bị mẫu để hàn 57

Hình 4.40 Các vị trí mẫu hàn đính 58

Hình 4.41 Quá trình hàn thực nghiệm 58

Hình 4.42 Tháo liên kết hàn và kiểm tra sơ bộ mối hàn 59

Hình 4.43 Kiểm tra lắp ghép mối hàn liên kết chữ T [29] 59

Hình 4.44 Tổ chức thô đại của mối hàn ứng với Ih = 420A, Vh = 20m/h 60

Hình 4.45 Tổ chức thô đại của mối hàn ứng với Ih = 430A, Vh = 18m/h 60

Hình 4.46 Cách đo kích thước của mối hàn 60

Hình 4.47 Đồ thị biểu diễn các ảnh hưởng chính của Ih và Vh đến chiều rộng mối hàn bh 64

Hình 4.48 Đồ thị biểu diễn các ảnh hưởng chính của X1(Ih) và X2(Vh) đến chiều cao mối hàn Y1 (hd) 65

Hình 4.49 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của Ih và Vh đến chiều sâu ngấu hd 65

Hình 4.50 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác của Ih và Vh đến chiều rộng mối hàn bh 66

Hình 4.51 Đồ thị ảnh hưởng đồng thời của Ih và Vh đến chiều cao mối hàn hd 66

Hình 4.52 Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều cao mối hàn bh 67

Hình 4.53 Ảnh hưởng của Ih đến bh với khoảng giá trị mong muốn 68

Hình 4.54 Ảnh hưởng của Ih đến hd với khoảng giá trị mong muốn 69

Hình 4.55 Ảnh hưởng của Vh đến bh với khoảng giá trị mong muốn 69

Hình 4.56 Ảnh hưởng của Vh đến hd với khoảng giá trị mong muốn 69

Hình 4.57 Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều cao mối hàn hd với khoảng giá trị mong muốn 70

Hình 4.58 Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều cao mối hàn hd với khoảng giá trị mong muốn 70

Hình 4.59 Đồ gá hàn 2, thiết bị phụ trợ đã được thiết kế, chế tạo và lắp ghép kết hợp với máy hàn ứng dụng để hàn chi tiết máy 71

Hình 4.60 Một số thông số cơ bản của chi tiết máy ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc 71

x

Hình 4.62 Chuẩn bị chi tiết để hàn 72

Hình 4.63 Gá phôi trên đồ gá và tiến hành quá trình hàn chế tạo bánh của máy trồng khoai tây 73

Hình 4.64 Hình ảnh một số mối hàn khi đã hàn xong 73

Hình 4.65 Mẫu thử kéo mối hàn giáp mối 74

Hình 4.66 Mẫu thử kéo sau khi bị đứt 74

Hình 4.68 Kết quả thử bẻ liên kết hàn chữ T 76

xi

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Nguyễn Hữu Hưởng

Tên Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc trong cơ khí nông nghiệp

- Đánh giá chất lượng mối hàn: thử kéo, tổ chức tế vi của vật liệu

Phương pháp nghiên cứu

- Nội dung nghiên cứu: Công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc; các loại vật liệu hàn (dây hàn, thuốc hàn); máy hàn tự động đang có tại Khoa Cơ – Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; vật liệu có tính hàn tốt được ứng dụng trong cơ khí nông nghiệp; ứng dụng công nghệ hàn tự động và máy hàn hiện có để tiến hành quá trình hàn thực nghiệm với các mẫu hàn và chi tiết máy nông nghiệp tại phòng thí nghiệm; một số phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn

- Vật liệu nghiên cứu: Vật liệu có tính hàn tốt được ứng dụng trong cơ khí nông nghiệp, cụ thể là vật liệu thép hợp kim thấp độ bền cao Q345B; vật liệu hàn (thuốc hàn

và dây hàn); chi tiết máy nông nghiệp

- Phương pháp nghiên cứu:

Thu thập, phân tích và tổng hợp các công trình nghiên cứu liên quan đến đề tài; Phân tích và hệ thống lại các kiến thức về công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc, máy hàn tự động dưới lớp thuốc, vật liệu hàn và thiết bị phục vụ cho quá trình ứng dụng công nghệ hàn; nghiên cứu lý thuyết về phương pháp thiết kế thí nghiệm và nghiên cứu ứng dụng phần mềm Minitab và Modde

xii

Ứng dụng công nghệ hàn tự động và thiết bị đồ gá đã chế tạo để tiến hành quá trình hàn thực nghiệm trên các mẫu, chi tiết máy nông nghiệp; sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm, xử lý số liệu

Kết quả chính và kết luận

- Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và dựa vào chi tiết máy thực tế, đã lựa chọn được vật liệu thường được ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy nông nghiệp là thép hợp kim thấp độ bền cao Q345B

- Ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc, trang thiết bị hiện có kết hợp với nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thực nghiệm và đặc biệt là sử dụng phần mềm modde 11.0.1 đã xây dựng được thông số hàn theo kích thước mối hàn mong muốn ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy nông nghiệp:

- Ứng dụng phần mềm quy hoạch thực nghiệm: Minitab 17.3.1 và Modde 11.0.1

để hỗ trợ cho việc xây dựng đồ thị, xác định ảnh hưởng của thông số chế độ hàn đến hình dáng và kích thước mối hàn

- Đã đưa ra được phương pháp kiểm tra kích thước và đánh giá chất lượng mối hàn

xiii

THESIS ABSTRACT

Master candidate: Huong Nguyen Huu

Thesis title: Research and apply automatic submerged arc welding technology

in agricultural mechanics

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives

- To study Q345B high-strength low-alloy steel (this steel has good welding feature and is widely applied in manufacture of agricultural mechanic parts)

- To study effect of welding parameters to shape and welding dimension when welding Q345B high-strength low-alloy steel by using automatic submerged arc welding technology

- To provide welding parameters for butt welding and T joint when applying automatic submerged arc welding technology

- To evaluate welding quality: tension test and micro examination of material Materials and Methods

- Research content: automatic submerged arc welding technology; welding materials (welding wire, welding flux); automatic welding machine at the Faculty of Engineering ,Vietnam National University of Agriculture; materials have good welding feature that are applied in agricultural mechanics; apply automatic welding technology and current machine to weld samples and agriculture machine parts at experimental department; some methods evaluate welding quality

- Research materials: Q345B high-strength low-alloy steel (this steel has good welding feature and is widely applied in agricultural mechanics); welding materials (welding wire, welding flux); agricultural machine parts

- Research methods:

To gather, synthesize and analyze researches related to the theme; Analyze and review knowledge about automatic submerged arc welding technology, automatic submerged arc welding mechanics, materials and equipment utilized in welding technology; theoretical research to design of experimental, research and apply Minitab and Modde software

xiv

To apply automatic submerged arc welding technology and attachment equipments that were manufactured to carry out welding process with samples, agricultural machine parts; design of experimental method, data processing

Main findings and conclusions

- According to theoretical research and based on specific machine parts, the results

of thesis have selected appropriate material that is Q345B high-strength low-alloy steel

- Applied automatic submerged arc welding technology, current equipment combine with results from literatures, experimental welding and especially, using Modde 11.0.1 software to build appropriate parameters of desired dimensions welding process to apply in manufacture of specific agricultural machine parts:

- With welding parameters (butt welding and T joint), carried out welding samples and welding parts of potato planting machine with Q345B steel to test the stability related to welding form Welds do not cause slag inclusion or crater on the surface of parts

- Applied design of experimental software: Minitab 17.3.1 and Modde 11.0.1 supporting of building graph, determining effect of welding parameters to shape and welding dimension

- Provided welding dimension testing method and welding quality evaluating method

1

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Ở Việt Nam trong những năm gần đây việc ứng dụng khoa học công nghệ

và thiết bị máy móc vào trong việc chế tạo và phục hồi các chi tiết máy bị hư hỏng ngày càng phát triển, đặc biệt là việc ứng dụng các máy móc, trang thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài, nơi mà khoa học công nghệ phát triển mạnh hoặc các máy móc hiện đại do Việt Nam sản xuất trên cơ sở tiếp thu các công nghệ tiên tiến từ nước ngoài Ở các cơ sở sản xuất của Việt Nam, trên cơ sở máy móc trang thiết bị sẵn có thì vấn đề đặt ra là việc phải phát huy tối đa hiệu quả sử dụng do máy móc, trang thiết bị đem lại cũng là một vấn đề rất quan trọng và luôn được các nhà sản xuất đặc biệt quan tâm do lợi nhuận mà chúng đem lại Trong những năm gần đây việc cơ giới hóa trong sản xuất nông nghiệp ngày càng phát triển mạnh mẽ, rất nhiều loại máy móc khác nhau được ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp từ khâu canh tác cho đến khâu thu hoạch, trong đó có một số lượng lớn máy móc được nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao Chính vì vậy mà rất nhiều cơ sở sản xuất có xu hướng chế tạo ra mẫu máy mới phục vụ cho việc cơ giới hóa để giảm giá thành sản phẩm Trong số rất nhiều công nghệ đang được sử dụng có việc ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp để chế tạo

và phục hồi một số chi tiết máy Mặc dù công nghệ này hiện nay đã được rất nhiều

cơ sở sản xuất, cơ sở nghiên cứu ứng dụng nhưng vẫn rất cần nghiên cứu tiếp theo

để tiếp tục khẳng định khả năng ứng dụng của công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc này đem lại Bên cạnh vấn đề đó, đối với một số loại máy hiện nay chỉ nhập khẩu ở nước ngoài sau một thời gian làm việc thường bị hư hỏng một số chi tiết,

bộ phận máy do làm việc ở điều kiện môi trường khắc nghiệt Trên cơ sở hư hỏng

đó, thay mới sẽ phụ thuộc vào nguồn cung cấp phụ tùng của các công ty và dẫn đến việc phát sinh chi phí liên quan đến quá trình vận chuyển hoặc phải mua chi tiết mới với giá thành cao Việc ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc giúp ta giải quyết được một số vấn đề về chế tạo và khắc phục hư hỏng và tiết kiệm được rất nhiều chi phí

Vấn đề chế tạo và phục hồi các chi tiết máy nông nghiệp hiện nay có thể được tiến hành bằng rất nhiều các công nghệ khác nhau, trên các thiết bị máy móc khác nhau Hiện nay, các cơ sở sản xuất vẫn sử dụng nhiều phương pháp hàn thủ công hoặc bán tự động cho năng suất thấp và mối hàn không ổn định

2

Vấn đề đặt ra là việc lựa chọn công nghệ hợp lý trên cơ sở trang thiết bị phù hợp

sẽ đảm bảo chất lượng của chi tiết được chế tạo ra và chi tiết được phục hồi Một trong những công nghệ đó là công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

Khi nói đến công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc thì có rất nhiều vấn đề phải quan tâm đến như: thiết bị hàn; vật liệu hàn (thuốc hàn và dây hàn); hình dạng và kích thước mối hàn; xác định chế độ hàn; chuẩn bị trước khi hàn; kỹ thuật hàn; các biến thể của hàn hồ quang dưới lớp thuốc (Ngô Lê Thông, 2009a) Bên cạnh những vấn đề đã đưa ra ở trên thì một phần quan trọng không thể thiếu được khi nhắc đến công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc đó là phần ứng dụng để hàn với những loại vật liệu cụ thể (thép hợp kim thấp độ bền cao, thép hợp kim thấp chịu nhiệt, loại thép chế tạo vỏ tàu thủy, hàn liên kết nhôm – thép,…) và trong những lĩnh vực cụ thể Trong số các loại vật liệu ứng dụng công nghệ hàn thì vật liệu thép hợp kim thấp độ bền cao cũng là chủ đề luôn được các nhà khoa học chuyên ngành thường xuyên để tâm nghiên cứu cả về lý thuyết và thực nghiệm Đây là vật liệu cũng được ứng dụng trong cơ khí nông nghiệp để chế tạo chi tiết máy

Hiện nay ở Khoa Cơ – Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đang có một máy hàn tự động dưới lớp thuốc (Model: Autotractor-630-1, nguồn hàn Armada-630), nhưng việc ứng dụng thiết bị này vào việc chế tạo cũng như phục hồi chi tiết máy nông nghiệp vẫn còn nhiều hạn chế

Xuất phát từ thực tế, trên cơ sở trang thiết bị sẵn có, tác giả tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc trong cơ khí nông nghiệp”

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu về thép hợp kim thấp độ bền cao Q345B (loại vật liệu có tính hàn tốt thường được ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy nông nghiệp)

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chế độ hàn đến hình dáng và kích thước của mối hàn khi hàn thép hợp kim thấp độ bền cao Q345B sử dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

- Đưa ra được bộ thông số chế độ hàn phù hợp với liên kết hàn giáp mối, liên kết hàn chữ T khi ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

- Đánh giá chất lượng mối hàn: thử kéo, tổ chức tế vi của vật liệu

3

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu để đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc trong việc chế tạo chi tiết trong cơ khí nông nghiệp cụ thể Đánh giá được chất lượng của các mối hàn Trên cơ sở đó phạm vi nghiên cứu cụ thể của luận văn như sau:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số chế độ hàn hình dáng và cấu trúc mối hàn khi hàn bằng máy hàn tự động dưới lớp thuốc Autotractor-630-1, nguồn hàn Armada-630

- Phân tích, lựa chọn các thông số chế độ hàn chính cần khảo sát và khoảng biến thiên của chúng Thực hiện các thí nghiệm, ghi lại các kết quả Đưa ra được bộ thông số hàn phù hợp cho quá trình ứng dụng của máy hàn tự động dưới lớp thuốc

- Vật liệu cơ bản là thép hợp kim thấp độ bền cao ứng dụng trong chế tạo máy, mác Q345B, phạm vi chiều dày từ 5 và 8 mm Quy mô nghiên cứu của luận văn được xác định trong phòng thí nghiệm

1.4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC HOẶC THỰC TIỄN 1.4.1 Những đóng góp mới

Hướng nghiên cứu của đề tài tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

Qua nghiên cứu đưa ra những thông số cụ thể của quá trình hàn liên quan đến vật liệu thép hợp kim thấp Q345B ứng dụng trong chế tạo chi tiết máy nông nghiệp 1.4.2 Ý nghĩa khoa học

Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết xây dựng mô hình thí nghiệm và phương pháp thực nghiệm hàn chi tiết trong quy mô phòng thí nghiệm

Bằng thực nghiệm xác định được bộ thông số chế độ hàn để ứng dụng cho việc hàn chi tiết cụ thể của máy nông nghiệp

1.4.3 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được ứng dụng cho việc hàn chi tiết cụ thể trong lĩnh vực cơ khí nông nghiệp Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và tiến hành thực nghiệm đưa ra bộ thông số chế độ hàn phù hợp để phát huy tối đa hiệu quả sử dụng máy móc trang thiết bị hiện có

4

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP HÀN HỒ QUANG TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

2.1.1 Khái niệm về hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc bảo vệ còn được gọi là hàn hồ quang chìm, tiếng anh viết tắt là SAW (submerged arc welding), là quá trình hàn nóng chảy

mà hồ quang cháy giữa dây hàn (điện cực hàn) và vật hàn dưới một lớp thuốc bảo vệ Dưới tác dụng nhiệt của hồ quang, mép hàn, dây hàn và một phần thuốc hàn sát hồ quang bị nóng chảy tạo thành vũng hàn

Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc là phương pháp hàn mà trong đó các khâu của quá trình được tiến hành tự động bởi máy hàn, bao gồm: Gây hồ quang, dịch chuyển điện cực hàn xuống vũng hàn để duy trì hồ quang cháy ổn định, dịch chuyển điểm hàn dọc mối hàn, cấp thuốc hàn

Hình 2.1 Sơ đồ hàn dưới lớp thuốc bảo vệ

5

2.1.2 Đặc điểm của công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

- Năng suất hàn cao:

Hàn dưới lớp thuốc có thể hàn với cường độ dòng điện lớn Tốc độ hàn cao và đều nên năng suất hàn được cải thiện một cách rõ rệt

- Chất lượng mối hàn tốt và ổn định:

Trong quá trình hàn có sự bảo vệ của lớp thuốc, nhiệt độ hàn cao, hợp kim hóa tốt Tốc độ nguội của mối hàn giảm, việc thoát khí và nổi xỉ tốt, nên mối hàn ít bị rỗ khí và lẫn xỉ tổ chức của mối hàn được cải thiện Quá trình hàn liên tục do không phải thay dây hàn, tốc độ hàn đều, hình dáng mối hàn nhẵn

và đẹp

- Cải thiện điều kiện lao động:

Hạn chế đến mức tối đa sự tiếp xúc của người lao động với khói thuốc, cũng như các chất độc hại trong quá trình sử dụng thiết bị máy móc và công nghệ hàn

- Thiết bị hàn tự động đắt và khi hàn ở các vị trí phức tạp phải thiết kế các thiết bị đi kèm để phục vụ cho quá trình hàn

- Nhiệt độ khi hàn dưới lớp thuốc rất cao là do khi hàn dưới lớp thuốc hồ quang ít bị mất nhiệt do bức xạ, nên nguồn nhiệt tập trung và hiệu suất nhiệt cao

Do đó, hàn dưới lớp thuốc có thể hàn vật hàn có chiều dày lớn đến 20 mm mà không cần phải vát mép (Trần Văn Mạnh, 2006)

- Giảm tiêu hao kim loại và điện năng:

Do sử dụng dây hàn triệt để và không cần vát mép khi hàn vật hàn có chiều dày lên tới 20 mm, do đó giảm được năng lượng điện cho việc vát mép và tiết kiệm được thời gian Hàn dưới lớp thuốc kim loại điện cực trong mối hàn chiếm khoảng 1/3; còn trong hàn thủ công, kim loại điện cực trong mối hàn chiếm khoảng 70%

2.1.3 Chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc

Chế độ hàn khi hàn tự động có ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn, do

đó trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng làm việc của kết cấu hàn Vì vậy việc xác định chính xác thông số của chế độ hàn là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng và các thông số hình học của mối hàn: chiều sâu ngấu, chiều rộng và chiều cao đắp

và khả năng làm việc của chi tiết Do đó, trước khi tiến hành quá trình hàn, cũng như trong quá trình hàn thực nghiệm ta cần phải tính toán và điều chỉnh nhiệt lượng hồ quan phù hợp để đảm bảo nhận được mối hàn tốt nhất (Trần Văn Mạnh, 2006)

2.1.4 Cơ sở lý thuyết ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn, các yếu tố công nghệ và kết cấu hàn chủ yếu tới hình dạng, kích thước và chất lượng mối hàn

2.1.4.1 Ảnh hưởng của chế độ hàn

a Dòng điện hàn

Dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn đến hình dáng kích thước và tổ chức kim loại mối hàn, nên sẽ được nghiên cứu bằng quy hoạch thực nghiệm để tìm

bộ giá trị phù hợp cùng với điện áp hàn và vận tốc hàn

Chọn được dòng điện hàn hợp lý mối hàn không những đảm bảo được độ ngấu mà còn giảm được sự tập trung ứng suất, tăng chất lượng bề mặt mối hàn,

dễ tách xỉ Khi tăng dòng điện, lượng dây hàn nóng chảy tăng theo, hồ quang chìm sâu vào kim loại cơ bản nên chiều rộng của mối hàn không tăng rõ rệt mà chỉ tăng chiều cao phần nhô mối hàn Nếu dòng điện quá nhỏ chiều sâu ngấu sẽ giảm, mối hàn không đáp ứng được yêu cầu

Hình 2.2 Ảnh hưởng của dòng điện hàn

7

b Điện thế hồ quang

Điện áp hàn tăng thì hồ quang dài, áp lực của nó lên kim loại lỏng giảm,

do đó chiều rộng mối hàn tăng và chiều sâu ngấu giảm

Hình 2.3 Ảnh hưởng của điện áp hàn

c Tốc độ hàn

Tốc độ hàn có ảnh hưởng đến cả hình dạng và độ ngấu của mối hàn Tốc

độ hàn tăng, nhiệt lượng hồ quang trên đơn vị chiều dài mối hàn giảm, từ đó dẫn đến chiều rộng mối hàn giảm và độ sâu ngấu đều giảm Hàn nhanh sẽ cho ta mối hàn đẹp, ngấu ít Nếu tốc độ hàn quá nhanh thì mối hàn sẽ bị khuyết tật như rỗ khí bởi vì mối hàn đông đặc quá nhanh Ngược lại, nếu tốc độ hàn quá chậm vũng hàn ở trạng thái loãng quá lâu dẫn đến mối hàn xấu, nhiều văng tóe và ba via trên lớp xỉ

Hình 2.4 Ảnh hưởng của tốc độ hàn

d Đường kính dây hàn (tiết diện điện cực)

Để hàn tự động người ta sử dụng các loại dây hàn ở dạng những cuộn dây trần có đường kính khác nhau Phổ biến là các loại dây có đường kính 2, 3, 4, 5,

6 Khi đường kính dây hàn tăng mà dòng điện không đổi thì chiều sâu ngấu sẽ giảm tương ứng Đường kính dây hàn giảm sẽ làm cho hồ quang ăn sâu hơn vào kim loại cơ bản, do đó chiều sâu ngấu lớn và mối hàn sẽ đẹp hơn

Hình 2.5 Ảnh hưởng của đường kính dây hàn đến hình dáng mối hàn

8

2.1.4.2 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ

a Ảnh hưởng của góc độ điện cực khi hàn

Trong quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc, một vấn đề cũng rất là quan trọng đó là mối hàn sẽ khác nhau phụ thuộc vào góc độ của điện cực cùng với mối liên quan tới vật hàn khi ở vị trí bằng, góc chuyển dịch này cũng có thể là góc đẩy hoặc góc kéo, và có tác động rõ ràng trên biên dạng và độ ngấu kim loại mối hàn

Hình 2.6 Góc của điện cực so với mối hàn

b Tầm với điện cực hàn (stick out)

Thông số này có ảnh hưởng tương đối mạnh đến quá trình hàn Thông thường chúng có giá trị từ 25 đến 38 mm (Hobart Brothers Company, 2015) Tăng giá trị của tầm với điện cực hàn quá giá trị này sẽ làm dây hàn quá nóng làm tăng tốc độ chảy tương đối của dây Khi tăng giá trị này thì độ ngấu giảm xuống

Hình 2.7 Ảnh hưởng của tầm với điện cực đến hình dáng mối hàn

c Góc nghiêng của vật hàn

Góc nghiêng vật hàn lên phía trên tạo nên hình dạng mối hàn tương tự như khi hàn với góc dây hàn nghiêng về phía sau và góc nghiêng vật hàn xuống

2.1.5 Phạm vi ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

Công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực cơ khí chế tạo như trong sản xuất: các kết cấu thép dạng tấm vỏ kích thước lớn, các ống thép có đường kính lớn, các bồn, bể chứa, bình chịu áp lực và trong công nghiệp đóng tàu,… Mặc dù trước kia người ta chủ yếu dùng để hàn các mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có chiều dài lớn và có quy đạo không phức tạp Nhưng hiện nay, người ta đã nghiên cứu để phát huy tối đa hiệu quả của công nghệ này trong lĩnh vực cơ khí chế tạo, phục hồi chi tiết máy

Một trong những ứng dụng chính cho hàn tự động dưới lớp thuốc, ở các

bộ phận được quay với đầu hàn cố định Các mối hàn có thể được tạo từ đường kính bên trong hoặc bên ngoài ống Các mối hàn được tạo từ đường kính bên ngoài thì khi hàn điện cực phải được đặt ở vị trí vượt qua đỉnh hoặc ở tại vị trí 12 giờ, để cho kim loại mối hàn đông rắn trước khi nó được chuyển sang vị trí dốc Điều này sẽ rất nghiêm trọng khi các chi tiết được hàn nhỏ Vị trí điện cực không thích hợp sẽ tăng năng khả năng ngậm xỉ hoặc rỗ khí bề mặt mối hàn

10

Góc của điện cực cũng sẽ được thay đổi sao cho hồ quang hướng theo chiều quay của ống

Hình 2.8 Vị trí đặt đầu hàn khi hàn tự động dưới lớp thuốc

với chi tiết tròn được quay Hàn một mặt cùng với độ ngấu chân hoàn toàn có thể đạt được cùng với phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc Khi mối ghép hàn được thiết

kế cùng với khe hở khít

Phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc cũng có thể hàn các mối hàn một phía ngấu hoàn toàn Khi mối hàn được thiết kế một phía hẹp và một phía rộng, sử dụng dòng hàn cao Trường hợp ngược lại, nếu mối hàn có khe hở chân

và bề dày chân bé quá thì cần phải dùng thanh lót bởi vì chỉ như vậy mới tránh được hiện tượng kim loại lỏng chảy tuột

Phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ có thể hàn được các chi tiết có chiều dày từ vài mm cho đến hàng trăm mm

Bảng 2.1 Chiều dày chi tiết hàn tương ứng với các loại mối hàn

Nguồn: Nguyễn Thúc Hà (2006) 2.1.6 Hạn chế của phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc

Hạn chế cơ bản của phương pháp là tư thế hàn

Năng lượng hàn cao, tốc độ nguội thấp là các nguyên nhân khiến phương pháp này không thể áp dụng trên các loại thép hóa bền nhiệt

Khi sử dụng các tiêu chuẩn cho chuẩn bị mép hàn, cần chọn các kiểu vát mép sao cho công tác chuẩn bị là ít tốn kém nhất, lượng kim loại đắp là ít nhất, bảo đảm nung ngấu toàn bộ chiều dày tấm, chuyển tiếp đều từ kim loại mối hàn sang kim loại cơ bản và biến dạng góc là nhỏ nhất

Tiến hành làm sạch mép hàn, sau đó hàn đính bằng que hàn chất lượng cao 2.1.7.2 Thuốc hàn và dây hàn

Chọn loại thuốc hàn và dây hàn phù hợp với vật liệu hàn và yêu cầu chất lượng của mối hàn

Hình 2.9 Biểu đồ khối phương pháp hàn SAW

1 Nguồn hàn;2 – Bộ điều khiển; 3 – Dây hàn; 4 – Cuộn dây hàn; 5 – Mô tơ cấp dây; 6 – Phễu đựng thuốc hàn; 7 – Vật liệu hàn cơ bản; 8 – Dây nối kẹp mát; 9 – Dây cáp hàn; 10 – Dây cáp điều khiển

12

Bảng 2.2 Các kiểu hàn và vị trí hàn thích hợp theo EN 26947

Nguồn: Houldcroft (1989)

a Mối hàn giáp mối

Hình 2.10 Biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn

1 – chi tiết hàn; 2 – mối hàn; 3 – mối hàn lót; 4 – đệm thép;

5 – đệm đồng; 6 – đệm đồng + thuốc hàn

13

Các mối hàn với đệm lót liền được áp dụng với vật hàn dày tới 10 mm, tấm lót được làm từ vật liệu có tính hàn tốt Tấm lót có chiều dày từ 3 – 6 mm và chiều rộng từ 30 – 40 mm Khe hở giữa tấm lót và vật hàn không quá 0,5 – 1

mm Nếu khe hở lớn có thể phát sinh khuyết tật ở chân mối hàn: thủng, nứt, ngậm xỉ,…

Đối với vật hàn mỏng, hàn hồ quang dưới lớp thuốc có khe hở chân mối hàn thường từ 0,8 – 1,6 nhằm giảm biến dạng góc hay nứt do ứng suất co ngót

hàn được thực hiện bằng cắt nhiệt hay gia công cơ khí

Trong nhiều trường hợp khi hàn tự động dưới lớp thuốc không cần khe

hở chân mối hàn, do đó không cần các biện pháp để chống lại sự chảy kim loại khỏi khe hở hàn nhưng lại cần tính toán kỹ các thông số chế độ hàn vì rất dễ xảy ra hiện tượng cháy thủng (đặc biệt với những mối hàn mà bề dày của kim loại cơ bản nhỏ) Trên Bảng 1.3 trình bày việc điều chỉnh khe hở chân mối hàn đối với các phương pháp hàn khác nhau, trong đó có phương pháp hàn tự động dưới lớp thuốc

Bảng 2.3 Thông tin về mối hàn đối với các phương pháp hàn khác nhau

Nguồn: Miami (2011)

Hình 2.11 Thông số kích thước của mối hàn chữ T

h - chiều sâu ngấu; H – chiều cao mối hàn Các giá trị thể hiện trên hình 2.11 có thể được kiểm tra thông qua các công thức sau (Houldcroft, 1989; TCVN 5801-6, 2001; Ngô Lê Thông, 2009):

2.2 TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy hàn tự động dưới lớp thuốc, chúng rất đa dạng về hình dáng, kích thước Các loại máy hàn như:

Hình 2.12 Máy hàn tự động dưới lớp thuốc với hai phần chính là nguồn hàn

và xe hàn (Model: Autotractor-630-1, nguồn hàn Armada-630)

2.2.1 Nguồn hàn Armada-630

Bảng 2.4 Thông số của nguồn hàn

Xe đẩy hàn

16

2.2.2 Xe hàn

Hình 2.13 Các bộ phần của máy hàn tự động Nguồn: Công ty cổ phần Thương mại và Công nghệ Á Châu (2013)

1 – bảng điều khiển; 2 - ống dây; 3 – thanh đòn; 4 – tay quay (1); 5 – cột đứng; 6 – tay quay (2); 7 – bộ phận dẫn hướng dây hàn; 8 – tay quay nâng palet; 9 - ống thẳng; 10 – thân phễu; 11 – bộ lọc phễu; 12 – tay quay (3); 13 – tay quay 5 cạnh; 14 – tay quay (4); 15 – vô lăng điều khiển dao động; 16 – nguồn cấp dây; 17 – cầu dao phễu; 18 – đế; 19 – cơ cấu cố định bánh xe; 20 – điều chỉnh cơ cấp cấp dây bằng tay;

21 – cơ cấu điều chỉnh di chuyển của xe hàn (bằng tay hoặc tự động); 22 – đầu nối ra dây hàn; 23 – tấm dẫn điện hàn; 24 – dẫn thuốc hàn; 25 – bộ phận điện điều chỉnh cấp dây hàn; 26 – tay dẫn hướng; 27 –

đầu ra điện cực dây hàn; 28 – tay quay (5); 29 – dây đai Bảng 2.5 Thông số xe hàn (autotractor-630)

17

2.3 ĐỒ GÁ TRONG HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC

Trong quá trình chế tạo cũng như sửa chữa các sản phẩm cơ khí người ta

sử dụng nhiều loại công cụ lao động với kết cấu và tính năng kỹ thuật ngày càng hoàn thiện hơn: nhằm nâng cao chất lượng, tăng năng suất và hạ giá thành chế tạo sản phẩm Trong các loại công cụ lao động đó thì đồ gá cũng là một trang thiết bị rất hay được sử dụng

Công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm của các cơ sở sản xuất, các nhà nghiên cứu vì những lợi ích thiết thực

mà nó đem lại Ở rất nhiều cơ sở sản xuất, đào tạo đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra những loại đồ gá khác nhau để ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc Việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ra đồ khá có ý nghĩa thực tiễn rất lớn

vì chúng sẽ góp phần pháp huy tối đa hiệu quả mà máy móc và công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc đem lại

Đối với các loại máy hàn tự động, để quá trình hàn đạt hiệu quả cao và

có thể hàn được nhiều vị trí khác nhau, người ta thường kết hợp với một số loại đồ gá

2.4 VẬT LIỆU DÙNG TRONG CHẾ TẠO CHI TIẾT MÁY

Về cơ tính yêu cầu chung đối với thép chế tạo máy là có độ bền cao, độ dai va đập để đảm bảo chi tiết khó bị phá hủy giòn, độ cứng bề mặt cao để đảm bảo tính chống mài mòn khi làm việc bị ma sát

Thép cacbon kết cấu chế tạo máy có tính công nghệ tốt và rẻ, chiếm tỷ lệ tới 80 – 90% trong cơ khí, được dùng phổ biến trong chế tạo máy thông dụng để làm các chi tiết chịu tải trọng thấp hay trung bình, có tiết diện nhỏ (<20mm), hình dạng đơn giản (để khi phải tôi trong nước không bị nứt) (Nghiêm Hùng, 2010) Khi chế tạo các chi tiết có tiết diện lớn hơn 30 mm thì ta sẽ phải tính toán đến yếu tố kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn vật liệu cho phù hợp vì khi đó thép cacbon không thể đạt độ bền tốt như ở tiết diện nhỏ

Thép hợp kim có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon có thành phần cacbon tương đương, điều này thể hiện rõ dùng ở thép sau khi tôi và ram Ưu việt về độ bền của thép hợp kim càng được thể hiện rõ khi tiết diện của thép càng lớn (>20mm) (Nghiêm Hùng, 2010) Thép hợp kim thường có khả năng

18

chống gỉ tốt, chống ăn mòn trong axit, bazơ, muối So với thép cacbon, thép hợp kim tuy có đắt hơn, tính công nghệ kém hơn, song bù lại có độ bền cao hơn, đây

là một ưu điểm quan trọng nhất Bên cạnh đó, ưu điểm của thép hợp kim là có

độ thấm tôi cao, nên thường dùng cho chi tiết có đường kính lớn ( > 30 – 50mm), hình dạng phức tạp và chịu mài mòn cao

Khi xét đến yếu tố công nghệ hàn thì thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp là những vật liệu có tính hàn tốt nhất

Dựa vào các cơ sở trên để lựa chọn cấp thép cho phù hợp với mục đích nghiên cứu của luận văn, cũng như cơ sở lựa chọn vật liệu hàn, thiết kế mối ghép, các thông số công nghệ hàn phù hợp

2.5 VẬT LIỆU HÀN

Chất lượng của liên kết hàn dưới lớp thuốc bảo vệ được xác định bằng tác dụng tổng hợp của dây hàn (điện cực hàn) và thuốc hàn Dây hàn và thuốc hàn được lựa chọn theo vật liệu cơ bản, các yêu cầu về cơ lý tính đối với liên kết hàn, cũng như điều kiện làm việc của nó

2.5.1 Dây hàn

Phần bổ sung kim loại vào mối hàn, đồng thời đóng vai trò điện cực dẫn điện, gây hồ quang, duy trì sự cháy hồ quang Dây hàn thường có hàm lượng cacbon không quá 0,12% Nếu hàm lượng cacbon cao dễ làm giảm tính dẻo và tăng khả năng xuất hiện vết nứt trong mối hàn Đường kính dây hàn hồ quang dưới lớp thuốc từ 0,16 – 6 mm

thành dây cacbon thấp (sáu nhãn hiệu), dây hợp kim thấp (ba mươi nhãn hiệu)

và dây hợp kim cao (ba mươi chín nhãn hiệu) Theo dạng bề mặt, dây hợp kim thấp và dây hợp kim cao phân thành dây có mạ và không mạ đồng (Nguyễn Văn Thông, 2011) Ngoài ra trên thị trường hiện này còn bán các loại dây cacbon thấp có mạ đồng Theo quy định của tiêu chuẩn Mỹ AWS A5.17-1980 phân dây hàn thành 8 loại trong 3 nhóm có hàm lượng mangan thấp (EL8, EL8K, EL12), trung bình (EM12, EM12K, EM13K, EM15K) và cao (EH14) (Ngô Lê Thông, 2009)

19

Một số loại dây hàn dùng cho hàn tự động dưới lớp thuốc:

- Dây hàn Gemini EL – 12 (Công ty cổ phần thương mại và dịch vụ Thành Phát)

Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 3223:2000; Tiêu chuẩn tương đương AWS A5.17EL12

Dây hàn EL-12 đảm bảo chất lượng của liên kết mối hàn tốt, đồng đều, năng suất cao và tiết kiệm được dây hàn Dây hàn có hàm lượng cacbon thấp, hàm lượng silic và mangan trung bình, tập chất lưu huỳnh và phốt pho vô cùng nhỏ tạo ra mối hàn có độ bền và độ dẻo cao, dây được chế tạo có độ chính xác cao, hướng dây đều, được mạ một lớp đồng có độ tinh khiết cao để bảo quản và quá trình hàn được ổn định

Bảng 2.6 Thành phần hóa học của dây hàn

Bảng 2.7 Kích thước dây hàn, dòng điện và lượng khí sử dụng

lớp thuốc

20

- Dây hàn Gemini EM-12 (Công ty cổ phần thương mại và dịch vụ Thành Phát)

Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 3223:2000

Bảng 2.9 Thành phần hóa học của dây hàn

Bảng 2.10 Kích thước dây hàn, dòng điện và lượng khí sử dụng

2.5.2.1 Vai trò của thuốc hàn trong hàn dưới lớp thuốc

Hiện nay có rất nhiều loại thuốc hàn khác nhau và chúng đều được sử dụng trong công nghệ chế tạo cũng như phục hồi các chi tiêt máy

Thuốc hàn là tổng hợp của nhiều loại nguyên liệu khác nhau, nhưng thuốc hàn có vai trò quan trọng trong quá trình hàn là:

Bảo vệ kim loại mối hàn, tránh chất khí ngoài môi trường xâm nhập; Bảo đảm tính ổn định hồ quang và quá trình hàn;

21

Khử nitơ, oxi và tinh luyện kim loại mối hàn;

Tạo ra lớp xỉ, cũng trong quá trình đó giữ được kim loại lỏng làm cho kim loại mối hàn nguội từ từ, bề mặt mối hàn nhẵn;

Bổ sung nguyên tố hợp kim vào kim loại mối hàn;

Chống bắn tóe kim loại nóng chảy;

Bảo vệ thợ hàn khỏi tác dụng bức xạ của hợp kim;

Tạo dáng mối hàn và hình thành mối hàn tốt

2.5.2.2 Phân loại thuốc hàn

Theo phương pháp chế tạo có thể chia làm 3 loại chủ yếu (trên thực tế người ta cũng có thể chia thuốc hàn thành 2 nhóm: thuốc hàn nung chảy và thuốc hàn gốm):

- Thuốc hàn nung chảy là thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc, được chế tạo bằng phương pháp nấu chảy các thành phần của mẻ liệu và được tạo hạt

- Thuốc hàn gốm là thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc được chế tạo từ vật liệu bột hỗn hợp với chất kết dính lỏng tạo hạt và được sấy

Bảng 2.12 Thành phần của thuốc hàn SJ501 (tiêu chuẩn AWS A5.17)

Bảng 2.13 Thành phần thuốc hàn gốm Automelt A55 (Automelt Gr II)

Nguồn: Ador welding Limited (1951)Thuốc hàn A55 phù hợp khi sử dụng cùng với dây hàn thép cacbon thấp

và với vật liệu có hàm lượng cacbon thấp (Ador welding Limited, 1951)

- Thuốc hàn thiêu kết là thuốc hàn dùng cho hàn hồ quang dưới lớp thuốc, được chế tạo từ vật liệu bột hỗn hợp với chất kết dính lỏng tạo hạt sau đó thiêu

22

Bảng 2.14 Thành phần của thuốc hàn CM143 (tiêu chuẩn AWS A5.17)

2.5.2.3 Lựa chọn thuốc hàn trong quá trình hàn dưới lớp thuốc

Thuốc hàn gốm: mỗi hạt thuốc là tổ hợp nén chặt của các hợp chất đầu vào trong những điều kiện chế tạo đặc biệt Do đó khi tác động tương hỗ với kim loại lỏng mối hàn, chúng sẽ có tác động mãnh liệt hơn ở dạng nguyên liệu ban đầu so với thuốc hàn nung chảy Ngoài ra, thuốc hàn gốm có khả năng hợp kim hóa mối hàn tốt hơn bằng cách sử dụng nhiều chủng loại nguyên liệu hợp kim hóa từ nguyên liệu ban đầu ở dải rộng Đây là một trong những đặc điểm rất thuận lợi cho hàn và hàn đắp phục hồi nếu thuốc hàn chúng ta sử dụng có chứa khối lượng lớn kim loại và các nguyên tố hợp kim

2.5.2.4 Cung cấp, thu hồi thuốc hàn trong và sau quá trình hàn

Thuốc hàn di chuyển từ thùng thuốc đến vũng hàn bằng tự động Một phần thuốc nóng chảy bám vào xỉ, phần khác giữ nguyên trạng thái ban đầu Các phần thuốc không nóng chảy sẽ được thu lại bằng thiết bị chuyên dùng hoặc bằng tay để dùng lại

Khi thu hồi bằng tay, lượng thuốc mất mát có thể đến 20% Nếu sử dụng các thiết bị chuyên dùng để thu hồi thuốc, lượng thuốc mất mát chỉ chiếm khoảng 10% (Nguyễn Văn Thông, 2011)

Thuốc hàn có tác dụng bảo vệ vũng hàn, ổn định hồ quang, khử oxy, hợp kim hóa kim loại mối hàn và đảm bảo liên kết hàn có hình dạng tốt, xỉ dễ bong 2.6 CHI TIẾT MÁY TRONG NÔNG NGHIỆP ĐƯỢC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HÀN

2.6.1 Một số hình ảnh ứng dụng công nghệ hàn trong cơ khí nông nghiệp

Trong cơ khí nông nghiệp hiện nay ứng dụng rất nhiều công nghệ hàn khác nhau: hàn hồ quang tay, hàn dưới lớp thuốc, trong môi trường khí bảo vệ,…

23

Hình 2.15 Một số hình ảnh ứng dụng công nghệ hàn

trong cơ khí nông nghiệp 2.6.2 Chi tiết máy được ứng dụng để hàn tự động dưới lớp thuốc trong cơ khí nông nghiệp

Trên cơ sở thiết bị sẵn có và kết hợp với việc thiết kế chế tạo đồ gá hàn và thiết bị phụ trợ đi kèm đề tài tập trung vào giải quyết một phần thuộc mảng hàn chế tạo bằng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới rất nhiều chi tiết máy nông nghiệp được chế tạo bằng cách ứng dụng các công nghệ hàn khác nhau, trong đó có công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc Trong phạm của luận văn, tác giả sẽ tập

Mối hàn

Mối hàn

Hình 2.16 Chi tiết của các máy ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc

a, b – máy trồng khoai tây; c – máy vun xới khoai tây

d – máy thu hoạch khoai tây 2.7 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA CHI TIẾT MÁY NÔNG NGHIỆP

Các chi tiết máy nông nghiệp làm việc trong điều kiện có những đặc điểm khác với các loại máy móc khác Trong quá trình làm việc bên cạnh việc ảnh hưởng của các yếu tố thông thường như ma sát giữa các chi tiết, điều kiện bôi trơn,… Rất nhiều chi tiết máy nông nghiệp trong quá trình làm việc tiếp xúc với đất với thành phần cơ học, độ ẩm, tính dẻo, tính đàn hồi, độ cứng, tính mài mòn khác nhau Những đặc điểm trên của đất ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng làm việc, tuổi thọ của chi tiết máy Trên cơ sở đó khi chế tạo những chi tiết máy nông nghiệp, trong đó có sử dụng các loại công nghệ khác nhau ta cũng phải tính toán đến yếu tố đó để đảm bảo chi tiết tạo chế tạo ra sẽ có hiệu quả sử dụng cao nhất

Mối hàn

tải, toa xe, thiết bị vận tải, chi tiết máy nông nghiệp, sàn cầu, đường ống và bình

áp lực (Ngô Lê Thông, 2009a)

Thép hợp kim thấp độ bền cao (cũng được gọi là thép kết cấu hợp kim thấp) được sử dụng nhằm tạo ra cơ tính tốt hơn và khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong không khí so với thép cacbon thông thường vì thép được chế tạo nhằm đáp ứng các yêu cầu cụ thể về mặt cơ tính chứ không phải về mặt thành phần hóa học Thép hợp kim thấp độ bền cao có nồng độ cacbon thấp để có tính biến dạng và tính hàn tốt

Trong ngành chế tạo máy, thép hợp kim thấp ít cacbon thường được sử dụng để chế tạo các kết cấu hàn (Ngô Lê Thông, 2009a), tổng lượng nguyên tố hợp kim luôn không quá 4% và tối đa 0,25%C Nguyên tố Mangan làm tăng giá trị độ dai va đập song vẫn đảm bảo tính hàn, thỏa mãn yêu cầu về độ bền Một lượng nhỏ các nguyên tố V được đưa vào để tạo tổ chức hạt mịn hơn, làm tăng

độ bền và độ dai va đập Giới hạn chảy có thể được tăng them bằng cach hợp kim hóa bằng Nb Thép được sản xuất duới dạng cán hoặc thường hóa Tính hàn của chúng giống tính hàn của thép cacbon thấp

Bảng 2.15 Thành phần hóa học của thép hợp kim thấp Q345B

Giới hạn chảy (Mpa)

Độ giãn dài tương đối (%)