Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn, cắt tự động chi tiết dạng ống

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT TỰ ĐỘNG CHI TIẾT DẠNG ỐNG Tóm tắt - Hiện nay trong gia công cơ khí, việc cắt các phôi ống dài thành các phôi ngắn hay hàn nối các đoạn phôi ống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN CHƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN CHƯƠNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT TỰ ĐỘNG

CHI TIẾT DẠNG ỐNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí

Mã số : 8.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đinh Minh Diệm

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Chương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về công nghệ hàn, cắt tự động 3

1.1.1 Giới thiệu và phân loại ống 3

1.1.1.1 Giới thiệu về ống 3

1.1.1.2 Phân loại ống 4

1.1.1.3 Các phương pháp chế tạo đường ống thép 4

1.1.2 Mặt bích, công dụng và phân loại mặt bích 7

1.1.2.1 Công dụng 7

1.1.2.2 Phân loại mặt bích 8

1.2 Cơ sở lý thuyết về hàn và công nghệ hàn, cắt tự động 10

1.2.1 Tính hàn của kim loại và hợp kim 10

1.2.2 Công nghệ hàn hồ quang 10

1.2.2.1 Thực chất của hàn hồ quang 10

1.2.2.2 Tác động của điện trường đối với hồ quan hàn 10

1.2.2.3 Sự di chuyển kim loại điện cực vào vũng hàn 122

1.2.3 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 122

1.2.3.1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc 122

1.2.3.2 Công nghệ hàn tự động 133

1.2.3.3 Tính toán chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc 155

1.2.4 Thiết bị hàn tự động 166

1.2.4.1 Thiết bị hàn tự động 166

1.2.4.2 Bộ đầu hàn tự động 166

1.2.5 Tổng quan vềc các phương pháp cắt kim loại bằng Gas, Plasma 177

1.2.5.1 Phương pháp cắt bằng Oxy – Gas 19

1.2.5.2 Phương pháp cắt bằng Plasma 19

1.3 Một số loại đồ gá ứng dụng trong hàn, cắt ống 200

1.3.1 Đồ gá lăn xoay định vị hàn, cắt ống nằm ngang 211

1.3.2 Đồ gá đĩa đứng 211

1.3.3 Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động trực tiếp 222

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT 233

2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 233

2.1.1 Các phương án hàn, cắt tự động đường ống có kích thước trung bình 233

2.1.1.1 Đầu hàn cố định, ống chuyển động tịnh tiến và quay 233

2.1.1.2 Đầu hàn chuyển động dọc theo ống, ống chuyển động quay quanh tâm

ống 244

2.1.2 Các phương án chọn bộ gá xoay ống 255

2.1.3 Phân tích chọn phương án thiết kế bộ truyền 277

2.1.3.1.Chọn bộ truyền động làm việc chính 277

2.1.3.2 Chọn phương án điều khiển góc quay của cơ cấu công tác 300

2.1.3.3 Chọn phương án kẹp định vị chi tiết gia công 311

2.1.3.4 Chọn phương án điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ 333

2.2 Tính toán bộ truyền làm việc chính 39

2.2.1 Thiết kế bộ truyền 39

2.2.2 Tính và chọn công suất động cơ 39

2.3 Tính toán cơ cấu điều khiển góc quay của cụm công tác 522

2.3.1 Thiết kế bộ truyền 522

3.2.2 Tính và chọn công suất động cơ 522

2.4 Chế tạo đồ gá 600

2.4.1 Chế tạo kết cấu thân vỏ 601

2.4.1.1 Yêu cầu kỹ thuật 601

2.4.1.2 Lựa chọn vật liệu và phương án thi công 611

2.4.2 Cơ cấu giá đỡ mô tơ 633

2.4.3 Công tác sơn hoàn thiện 633

2.4.4 Đấu nối nguồn điện và mạch điều khiển 65

2.4.4.1 Vị trí lắp đặt biến tần 65

2.4.4.2 Quy ước sơ đồ ngõ Terminal của hệ thống 65

2.4.4.3 Sơ đồ đấy dây mạch điện điều khiển 66

2.5 Hình ảnh đồ gá sau khi hoàn thành đưa vào vận hành 67

CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM 68

3.1 Cài đặt và kiểm tra các thông số làm việc của biến tần GD-1R5G-S2-B 68

3.1.1 Cài đặt các thông số của biến tần 68

3.1.1.1 Cài đặt điều khiển: 68

3.1.1.2 Cài đặt thông số Motor 68

3.1.1.3 Cài đặt thông số bảo vệ Motor: 68

3.1.2 Kiểm tra điều kiện làm việc của biến tần 69

3.1.2.1 Trình tự các bước kiểm tra biến tần 69

3.1.2.2 Kiểm tra máy trước khi bắt đầu sử dụng biến tần 69

3.1.2.3 Kiểm tra điều kiện môi trường theo hướng dẫn trước khi cài đặt và sử dụng 69

3.1.2.4 Xác nhận cài đặt 700

3.1.2.5 Lệnh cơ bản 700

3.1.2.6 Nhận dạng lỗi và cách xử lý 700

3.2 Vận hành thực nghiệm đồ gá 722

3.2.1 Công tác chuẩn bị 722

3.2.1.1 Chuẩn bị đồ gá 722

3.2.1.2 Chuẩn bị chi tiết hàn/cắt 722

3.2.1.3 Gá kẹp chi tiết lên thiết bị gá 722

3.2.1.4 Tính toán chế độ hàn tự động 733

3.2.2 Một số hình ảnh gá kẹp chi tiết và vận hành thực nghiệm (Hình 3.3) 744

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 78

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT TỰ ĐỘNG

CHI TIẾT DẠNG ỐNG

Tóm tắt - Hiện nay trong gia công cơ khí, việc cắt các phôi ống dài thành các phôi

ngắn hay hàn nối các đoạn phôi ống ngắn thành các đoạn ống dài theo từng loại hình kết cấu là rất cần thiết Thực tế đã có rất nhiều thiết bị gá hàn, cắt ống đã được áp dụng vào sản xuất chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài Các sản phẩm đồ gá được sản xuất trong nước vẫn còn rất hạn chế Để giải quyết nhu cầu trên, tôi đã thực hiện nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị đồ gá dung để hàn, cắt tự động các chi tiết dạng ống Ưu điểm của loại đồ gá này là thực hiện được việc hàn, cắt chi tiết ở các góc độ khác nhau (từ 00 đến 900) một cách linh hoạt, cơ động qua đó giải quyết được bài toán tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm

Từ khóa - Đồ gá; hàn cắt; ống thép; thiết kế; chế tạo

DESIGN AND MANUFACTURE FOR WELDING, AUTOMATIC

CUTTING DETAILED TUBES

Summary - Nowadays in mechanical processing, the cutting of long tube embryos

into short embossed or welded joints of short tube embryos into longitudinal sections

in accordance with each type of structure is very necessary In fact, many welding and cutting equipment have been applied in the production mainly imported from abroad Home-made products are still very limited In order to meet the above demand, I have researched, designed and manufactured equipment for welding, automatic cutting of pipe parts The advantage of this type of fixture is that the welding, cutting at different angles (from 00 to 900) can be performed in a flexible and mobile manner thereby solving the problem of increasing labor productivity and lifting high quality products

Keywords - Attachments; welding; steel pipe; design; make

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hiệu

1.2 Lắp đặt đường ống dẫn dầu của nhà máy lọc dầu Dung Quất 3

1.10 Phương pháp hàn nối ống thông qua mặt bích 8

1.12 Ảnh hưởng của góc điện cực đến thổi lệch hồ quang 12

1.14 Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc 13 1.15 Một số biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn 14 1.16 Phương pháp “đệm thuốc hàn” khi hàn tự động dưới lớp thuốc 14 1.17 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 16

1.19 Bộ nạp dây điện cực có tốc độ điều chỉnh được 17

1.24 Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động ma sát 21 1.25 Đồ gá hàn, cắt chi tiết dạng tròn xoay truyền động trực tiếp 21 1.26 Đồ gá hàn hàn, cắt ống nằm ngang truyền động trực tiếp 22 2.1 Sơ đồ nguyên lý hàn ống tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 23

2.3 Sơ đồ nguyên lý đầu hàn chuyển động dọc theo ống, ống

chuyển động quay khi hàn

24

2.5 Phương án xoay ống bằng hệ hệ thống dãy con lăn 26

2.8 Một số kiểu lắp bánh răng thông dụng 29

2.15 Sơ đồ đấu nối cấp trả năng lượng về nguồn 34

2.17 Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số 35

2.19 Sơ đồ cấu tạo của Biến tần Goodriver10-GD10 38

2.22 Ứng dụng bộ truyền bánh răng Cycloid trong kỹ thuật Robot 42 2.23 Nguyên lý hoạt động của bộ truyền bánh răng cycloid 43

2.25 Kết cấu lắp ghép các chi tiết trên trục động cơ 47

2.38 Hình ảnh tổng quan thiết bị đồ gá đã chế tạo xong 67

3.4 Vận hành hàn chi tiết ống với thiết bị đồ gá 75 3.5 Vận hành cắt chi tiết ống với thiết bị đồ gá 75

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu

1.1 Thành phần hóa học thuốc hàn nóng chảy (Liên bang Nga) 15 1.2 Mật độ cho phép của dòng điện hàn tự động các mối hàn giáp

2.1 Thành phần cấu tạo và chức năng của biến tần

2.3 Thông số hình học của bánh răng cycloid 46 2.4 Các thông số của then bằng (TCVN 2261- 77) 49 2.5 Ứng suất dập cho phép đối với mối ghép then 49

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AWS American Welding Society (Hàn kết cấu thép theo tiêu chuẩn Mỹ)

GMAW Gas Metaletal Arc Welding (Hàn hồ quang kim loại trong môi trường

khí) GTAW Gas Tungsten Arc Welding (Hàn hồ quang điện cực tungsten trong môi

trường khí)

SAW Submerged Arc Weldin (Hàn hồ quang dưới lớp thuốc)

SMAW Shielded Metal Arc Welding (hàn hồ quang tay)

ISO International Organization of Standardization (Tổ chức Tiêu chuẩn hoá

tiêu chuẩn Quốc tế)

MAPP Metyl Axetylen-Propan (Propen và khí tự nhiên)

PLC Programmable Logic Controller (điều khiển logic lập trình)

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, trong gia công cơ khí nói chung và hàn cắt ống thép công nghiệp

là công việc khá phổ biến Việc thiết kế, chế tạo đồ gá hàn cắt các chi tiết ống càng trở nên cần thiết giúp giải quết bài toán tăng năng suất và chất lượng sản phẩm

Do điều kiện sản xuất thực tế trên công trường đòi hỏi cần phải có các thiết bị đồ gá cơ động để thuận lợi trong việc di chuyển nhằm đáp ứng được nhu cầu công việc một cách trực tiếp, nhanh gọn

Việc trang bị đồ gá hàn cắt chi tiết dạng ống như một thiết bị giảng dạy thực hành tại xưởng công nghệ hàn – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng là một nhu cầu thiết thực nhằm giúp sinh việc được điều kiện tiếp xúc thực tế trên thiết bị thực nghiệm

Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn, cắt tự động chi tiết dạng ống” để làm luận văn tốt nghiệp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu là đồ gá hàn, cắt tự động chi tiết dạng ống

- Nghiên cứu điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ

- Nghiên cứu cơ cấu định vị, kẹp chặt chi tiết

4 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm

- Tham quan, tìm hiểu tại các cơ sở sản xuất thực tế

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Nâng cao khả năng tự động hóa quá trình hàn, cắt các chi tiết dạng ống

- Mở ra hướng phát triển đề tài nhằm đáp ứng cho phương pháp cắt các hình dạng phức tạp (cắt mỹ thuật) trên ống thép

Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT

Chương 3: VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KÊT LUẬN & KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

chịu tác dụng của nhiệt độ từ -1500C  7000C hoặc cao hơn Chịu tải trọng thường xuyên của trọng lượng bản thân, chất chuyển tải, giản nỡ vì nhiệt, áp lực của nền đất

1.1.1.2 Phân loại ống

a) Căn cứ vào chất chuyển tải

- Ống dẫn xăng, dầu, mazut và các sản phẩm công nghệ luyện dầu

- Ống dẫn khí, hơi nước, hóa chất và dẫn nước

- Theo tính chuyên môn: Ống dẫn nhiệt, ống dẫn dầu đặc, ống dẫn dầu lỏng

b) Căn cứ vào vật liệu chế tạo

- Ống thép (thép cac bon, thép không gỉ, thép hợp kim nói chung)

- Ống bằng hợp kim và kim loại màu

- Ống gang

- Ống bằng vật liệu phi kim loại

c) Căn cứ vào áp suất qui ước của chất chuyển tải

- Ống làm việc không có áp suất dư

d) Căn cứ vào nhiệt độ của chất chuyển tải

- Ống lạnh (nhiệt độ của chất chuyển tải từ -1500C  00C)

- Ống bình thường (nhiệt độ của chất chuyển tải từ 10C  500C)

- Ống nhiệt (nhiệt độ của chất chuyển tải từ 510C  7000C)

e) Căn cứ vào mức độ ăn mòn của chất chuyển tải

- Ống trong môi trường ít ăn mòn

- Ống trong môi trường không ăn mòn

- Ống trong môi trường ăn mòn trung bình

- Ống trong môi trường ăn mòn cao

Các chất chuyển tải thuộc môi trường không hoặc ít ăn mòn có tốc độ làm gỉ thép ống Cacbon nhỏ hơn 0,1mm/năm Chất ăn mòn trung bình từ 0,1 đến 0,5mm/năm Chất ăn mòn cao lớn hơn 0,5mm/năm

1.1.1.3 Các phương pháp chế tạo đường ống thép

a) Chế tạo đường ống bằng phương pháp đúc

* Đúc liên tục:

Đúc liên tục là quá trình rót kim loại lỏng đều và liên tục vào khuôn bằng kim loại Xung quanh hoặc bên trong khuôn có nước làm nguội Nhờ truyền nhiệt nhanh nên kim loại lỏng sau khi rót vào khuôn được kết tinh ngay Vật đúc được kéo liên tục

ra khỏi khuôn nhờ cơ cấu đặc biệt như con lăn, bàn kéo

* Đúc ly tâm:

Đúc ly tâm là quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại sau đó khuôn quay với tốc độ lớn, tạo hình và đông đặc dưới tác dụng của lực ly tâm Khi kim loai đông nguội ngừng quay lấy vật đúc ra

b) Chế tạo đường ống bằng gia công áp lực

* Gia công bằng phương pháp cán

- Loại có mối hàn: Trước khi cán hai rìa của băng kim loại phải được vát nghiêng cạnh, sau đó cán băng kim loại được đốt nóng cuốn lại thành ống rút qua miệng phiểu của máy kéo và cuối cùng hàn giáp mối lại

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý đúc ống ly tâm

1 Phiễu, 2 Kim loại nóng chảy, 3 Lỗ khuôn, 4 Khuôn ép,5 Máng, 6 Ống đúc, 7 Con

- Loại không có mối hàn: Do trục cán có hình dạng đặc biệt và không song song với nhau, vận cán sẽ chuyển động xoắn ốc, giữa tâm vật cán sẽ tạo nên lỗ rỗng Bề mặt

lỗ không nhẵn ta dùng chày nong do đó khi đi qua các trục cán, vật cán sẽ tạo thành hình ống

+ Gia công bằng phương pháp ép

Ép kim loại là quá trình gia công áp lực, kim loại được nung nóng bị dồn trong một thể tích kín và chui qua lỗ khuôn có hình dáng và kích thước nhất định

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý cán ống dài từ phôi ống

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý ép ống

1 Khuôn ép; 2 Phôi kim loại; 3 Lỗ khuôn ép;

4 Ống tạo thành; 5 Chày ép rỗng; 6 Chày nong

c) Chế tạo đường ống bằng phương pháp hàn

Hàn là quá trình công nghệ nối hai đầu của một chi tiết hoặc nhiều chi tiết với nhau bằng cách dùng nguồn nhiệt để nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái hàn Sau đó kim loại lỏng tự kết tinh (ứng với trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chúng lại với nhau (ứng với trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn

Quy trình chế tạo ống thép bằng phương pháp hàn: Thép tấm được lốc tạo dạng ống sau đó hàn giáp mối tạo thành ống, hàn nối ống

1.1.2 Mặt bích, công dụng và phân loại mặt bích

Mặt bích là một sản phẩm cơ khí, là khối hình tròn hoặc vuông được chế tạo phổ biến từ phôi thép carbon hoặc phôi thép không rỉ (ngày nay mặt bích còn được chế tạo

từ vật liệu đồng và vật liệu nhựa) Mặt bích là phụ kiện kết nối ống, máy bơm, van, và các phụ kiện đường ống khác với nhau thông qua mối liên kết bu lông trên thân để tạo thành một hệ thống đường ống dẫn công nghiệp

1.1.2.1 Công dụng

Mặt bích mang lại những lợi ích to lớn trong thiết kế đường ống:

- Dễ dàng trong việc lắp đặt, kiểm tra và sửa chữa

Hình 1.9 Nối ống bang bu lông Hình 1.8 Uốn (Lốc) thép tấm tạo dạng ống

- Đơn giản trong việc bảo trì và vận hành

- Hiệu quả trong việc kiểm tra và điều chỉnh

- Những lĩnh vực thường sử dụng mặt bích: cấp thoát nước, công nghiệp dầu khí,… Nói chung, liên quan đến đường ống là phải sử dụng mặt bích

1.1.2.2 Phân loại mặt bích

a) Mặt bích hàn cổ

- Mặt bích hàn cổ Welding Neck flange là loại mặt bích có cổ và cổ được hàn với đầu ống hoặc phụ kiện fitting bằng phương pháp hàn vát mép (butt weld – hàn chữ V) Được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng quan trọng nơi mà mối hàn cần được kiểm tra chất lượng bằng phương pháp siêu âm, chụp chiếu

- Welding Neck flange là lựa chọn phổ biến cho các hệ thống đường ống áp lực cao do sự chắc chắn của mối hàn butt weld và thiết kế mặt bích giúp giảm tránh việc tập trung áp suất

- Welding Neck flange thường được chế tạo bằng phương pháp rèn, mỏng hơn so với hầu hết các mặt bích khác cùng kích thước ống nhưng nó thật sự vững chắc, tin cậy và hiệu quả

b) Mặt bích hàn bọc đúc

- Mặt bích hàn bọc đúc là loại mặt bích gắn kết với đường ống bằng duy nhất một mối ghép hàn ở một phía, thường được sử dụng cho đường ống có kích thước nhỏ áp lực cao

Hình 1.10 Phương pháp hàn nối ống

thông qua mặt bích

c) Mặt bích hàn trượt

- Không có phần bọc đúc như mặt bích Socket Weld flange, mặt bích hàn trượt Slip-on flange có đường kính trong lớn hơn đường kính ống một chút để có thể trượt thoải mái trên đường ống

- Mặt bích hàn trượt Slip-on flange là loại mặt bích gắn kết với đường ống bằng cách hàn cả mặt ngoài và mặt trong mặt bích

+ Mối hàn điền đầy mặt ngoài (filled weld outside) được thực hiện ở phần tiếp xúc bên ngoài của mặt bích và thân ống tương tự như mối hàn của mặt bích socket weld

+ Mối hàn điền đầy mặt trong (filled weld inside) được thực hiện ở phần tiếp xúc bên trong của mặt bích và đầu ống Khi đưa ống vào bên trong mặt bích cần chú ý: đầu ống không quá sát với bề mặt mặt bích (như hình bên) mà cần có một khoảng hở để không gây hư hỏng mặt bích, thông thường khoảng cách này bằng với độ dày thành ống cộng thêm 3mm

- Chú ý: Mặt bích hàn trượt là mặt bích không được dùng để hàn gắn kết trực tiếp với phụ kiện fitting

và các khu vực dễ cháy mà việc hàn là rất nguy hiểm

- Khi sử dụng mặt bích ren thì lưu ý đến độ dày thành ống: thành ống dày giúp dễ dàng gia công bước ren mà không làm mỏng ống gây đứt gãy vị trí nối ren với mặt bích

- Lap Joint flange được sử dụng trong đường ống ngắn áp lực thấp, trong những ứng dụng không quan trọng, là một giải pháp sử dụng kết nối mặt bích rẻ tiền

1.2 Cơ sở lý thuyết về hàn và công nghệ hàn, cắt tự động

1.2.1 Tính hàn của kim loại và hợp kim

Tính hàn là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép hình thành mối hàn bằng các công nghệ hàn thông thường thích hợp để mối hàn đạt các tính chất cần thiết đảm bảo độ tin cậy của liên kết hàn

- Vật liệu có tính hàn tốt: Là vật liệu sau khi hàn tạo mối hàn có cơ tính cao, hàn được trong mọi điều kiện Đó là thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp

- Vật liệu có tính hàn trung bình: Là vật liệu cho phép tạo thành mối hàn với cơ tính cần thiết và trong điều kiện nhật định Đó là thép hợp kim trung bình

- Vật liệu có tính hàn kém: Là vật liệu chỉ cho phép tạo thành mối hàn trong các điều kiện công nghệ đặc biệt và phức tạp Đó là thép cacbon cao, thép hợp kim cao, thép đặc biệt

- Vật liệu không có tính hàn: Là các vật liệu không thể tạo thành mối hàn thỏa mãn yêu cầu, kể cả khi xử lý bằng các biện pháp công nghệ đặc biệt

1.2.2 Công nghệ hàn hồ quang

Khi hàn, điện áp cần thiết để gây hồ quang khoảng 55  80V đối với dòng xoay chiều và từ 30  55V đối với dòng một chiều

1.2.2.2 Tác động của điện trường đối với hồ quang hàn

Hồ quang hàn được hình thành trong môi trường khí giữa các điện cực cho nên

có thể coi nó như một dây dẫn mềm; dưới tác dụng của điện trường cột hồ quang có thể bị thay đổi và dài ra gọi là hiện tượng lệch hồ quang, gây ra ảnh hưởng xấu đến quá trình hàn

Đối với dòng một chiều, trong suốt quá trình hàn thì phương và chiều của lực điện trường không đổi nên hồ quang hàn lệch rất nhiều Đối với dòng xoay chiều hiện tượng lệch hồ quang không đáng kể

- Ảnh hưởng của điện trường (hình 1.13) Khi hàn xung quanh cột hồ quang, điện cực hàn, vật hàn, sẽ sinh ra một điện trường Nếu điện trường xung cột hồ quang phân bố đối xứng thì sẽ không hiện tượng thổi lệch (hình 1.13-b) Nếu điện trường phân bố

không đối xứng thì hồ quang sẽ bị bị thổi lệch về phía điện trường yếu hơn (hình a,c) tùy theo vị trí nối dây vào vật hàn

1.13 Ảnh hưởng của vật liệu sắt từ Khi đặt gần hồ quang vật liệu sắt từ thì giữa chúng sẽ sinh ra một lực điện từ có tác dụng kéo lệch cột hồ quang về phía sắt từ đó hoặc ngược lại Điều này gây khó khăn khi thực hiện mối hàn góc hay khi hàn đến gần cuối đường hàn

- Ảnh hưởng của góc nghiêng điện cực (hình 1.14) Góc nghiêng của điện cực hàn cũng ảnh hưởng đến sự phân bố đường sức từ xung quanh hồ quang Bởi vậy, chọn góc nghiêng điện cực hàn thích hợp có thể thay đổi được tính chất phân bố đường sức từ, tạo ra điện trường đồng đều và khắc phục hiện tượng thổi lệch hồ quang khi hàn

Để khắc phục và hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng lệch hồ quang, có thể áp dụng một trong những biện pháp sau:

- Thay đổi vị trí nối dây với vật hàn để tạo ra từ trường phân bố đối xứng

- Chọn góc nghiêng điện cực hàn theo hướng hồ quang bị thổi lệch một cách hợp lý

- Giảm chiều dài hồ quang tới mức có thể

- Thay nguồn hàn một chiều bằng nguồn hàn xoay chiều

- Đặt thêm vật liệu sắt từ gần hồ quang để kéo lệch hồ quang về phía đó

1.2.2.3 Sự di chuyển kim loại điện cực vào vũng hàn

Đặc điểm di chuyển kim loại điện cực phụ thuộc vào các lực tác dụng trên giọt kim loại đầu mút điên cực Các lực cơ bản gồm trọng lực, lực căn bề mặt, lực điện trường, lực điện tĩnh, lực tác dụng của các hơi và ion trung tính trên catốt, lực khí động Các đại lượng trên phụ thuộc vào chế độ hàn, cực tính, thành phần kim loại điện cực

1.2.3 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

1.2.3.1 Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc

Hàn hồ quang tự động dưới lớp

thuốc là quá trình hàn hồ quang kín SAW

(Submerged Arc Welding), trong đó đã tự

động hóa cả hai khâu cấp dây điện cực

(dây hàn) vào vùng hồ quang và chuyển

động hồ quang theo trục mối hàn Điểm

nổi bật của phương pháp này là: Cho

phép hàn với dòng điện cao nên tốc độ

hàn lớn và năng suất hàn cao; mối hàn

chất lượng, cơ tính tốt; tiết kiệm được vật

liệu làm điện cực; điều kiện lao động tốt

Tuy nhiên, chỉ nên ứng dụng để hàn các

mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có

chiều dài lớn và quỹ đạo không phức tạp

1.2.3.2 Công nghệ hàn tự động

- Chuẩn bị liên kết trước khi hàn: Mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn đều để mối hàn đều đặn, không bị cong vênh, rỗ Những liên kết có chịu dày ≤ 20mm không cần vát mép, ngược lại có thể vát mép bằng mỏ cắt khí cháy hoặc gia công trên máy cắt Trước khi hàn phải làm sạch mép hàn trên một chiều rộng 50 ÷ 60mm về cả hai phía của mối hàn, sau đó hàn đính bằng que hàn chất lượng tốt

- Chế độ hàn tự động [3]: Chế độ hàn tự động chủ yếu gồm có dòng điện hàn Ih, mật độ dòng điện J (A/cm2), điện thế hàn Uh, tốc độ hàn Vh, tốc độ cấp dây hàn Vdh, đường kính dây hàn Ngoài ra yếu tố công nghệ cũng ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn

- Kỹ thuật hàn

Khi hàn giáp mối một lớp, để tránh cháy thủng, có độ ngấu hoàn toàn và sự tạo thành tốt ở mặt trái của mối hàn có thể áp dụng các biện pháp như: Hàn lót đáy, dùng đệm thuốc, đệm đồng, đệm gốm hoặc khóa đáy

Khi hàn giáp mối nhiếu lớp, cần vát cạch sao cho đảm bảo độ ngấu chân mối hàn của lớp hàn thứ nhất và đặt mối hàn cân giữa trục mối ghép, lớp hàn tiếp theo phủ và ngấu hoàn toàn với lớp trước

Thuốc hàn dùng để bảo vệ kim loại nóng chảy ở vũng hàn khỏi bị tác dụng của các khí có hại trong không khí, đồng thời làm ổn định hồ quang trong quá trình hàn tạo hình mối hàn Yêu cầu đối với thuốc hàn là: tạo xỉ tốt, xỉ nổi phủ đều trên bề mặt mối hàn để chống khí xâm nhập và giúp cho mối hàn nguội chậm, xỉ dễ bong Có tác dụng hợp kim hóa mối hàn để nâng cao cơ tính của mối hàn

Hình 1.14 : Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc

Hình 1.16 Phương pháp “đệm thuốc hàn” khi hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ 1 Ống đàn hồi; 2 Cơ cấu ép; 3 Thuốc hàn; 4 vật hàn;

5 Máy đựng thuốc hàn; 6 Băng đỡ thuốc hàn

Ngoài ra còn phải có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại hàn, để giảm hao phí nhiệt và dây hàn vì bị cháy và bắn tóe để tăng hệ số đắp

Thuốc hàn có hai loại: thuốc hàn nóng chảy được chế tạo từ quặng mangan, fero silíc, xỉ luyện kim … bằng phương pháp nấu chảy và làm nguội nhanh trong nước, nhận được hạt nhỏ sau đó sấy khô Thuốc hàn gốm (kêramic) là hỗn hợp dựa trên cơ

sở khoáng chất fero hợp kim, huỳnh thạch, Florua kiềm … được nghiền thành bột, trộn với nước thủy tinh và tạo thành hạt với kích thước từ 1 – 2 mm

Hình 1.15 Một số 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; S n = (0,3 ÷ 0,5)S; b n = 4S + 5mm

Bảng 1.1 Thành phần hóa học thuốc hàn nóng chảy (Liên bang Nga)

Mác thuốc

Thành phần hóa học, % SiO2 MnO CaO MgO Al2O3 TiO2 CaF2

S Không quá

AN-348-A 41-44 34-38 ≤ 6,5 5-7,5 ≤ 4,5 - 4,5-5,5 2,0 0,12 0,15

AN-348-AM 41-44 34-38 ≤ 6,5 5-7,5 ≤ 4,5 - 3,5-4,5 2,0 0,12 0,15 AN-348-V 40-44 30-34 ≤ 10 6 - 9 ≤ 8 2-8 4 – 6 - - - OSX -45 38-44 38-44 ≤ 6,5 ≤ 2,5 ≤ 5 - 6 – 9 2,0 0,15 0,15 OSX -45M 38-44 38-44 ≤ 6,5 ≤ 2,5 ≤ 5 - 6 – 9 2,0 0,10 0,15

1.2.3.3 Tính toán chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc [6, tr.180 -181]

- Xác định chiều sâu ngấu khi hàn một phía: ( 1 3 )

2

- Xác định cường độ dòng điện hàn: Ih = (80 ÷100)h1 (A) (1.2)

- Xác định đường kính dây hàn:

Với i – mật độ dòng điện, A/mm2 phụ thuộc đường kính dây theo bảng 1.2

Bảng 1.2 Mật độ cho phép của dòng điện hàn tự động các mối hàn giáp mối

3

10 30

3

10 12

8 

= (m/h); với dh = 2 mm

- Công suất nhiệt dùng cho sự nóng chảy kim loại cơ bản:

q = 0,24 Uhq.Ih.ke.đ. c (cal/giây) (1.5) Với ke – hệ số ảnh hưởng của điện áp và cường độ đối với công suất hồ quang Dòng xoay chiều chọn ke = 0,9 và dòng một chiều ke = 1

đ – hệ số công suất đốt nóng, chọn đ = 0,73 – 0,95

c – hệ số công suất nóng chảy, dựa theo đồ thị c =f(I,U) =0,2 - 0,5

Uhq = 30 ÷ 45V [6, tr.178]

- Diện tích ngấu:

500 h

n V

q F



- Chiều rộng mối hàn:

h D

F

0

= (cm); hệ số điền đầy D0 = 0,6 ÷ 0,7 (1.7)

h F

q V

V F

- Bộ nạp dây điện cực có tốc độ điều chỉnh được:

Tốc độ tiến dây điện cực thay đổi theo điện thế hồ quang, được thực hiện bằng một động cơ điện làm quay các con lăn cấp lõi dây hàn đấu với điện thế hồ quang Chiều dài hồ quang tăng lên nghĩa là điện thế hồ quang cao và làm cho roto của động

cơ quay nhanh hơn, các con lăn làm cho dây điện cực tiến nhanh hơn sẽ khôi phục lại chiều dài bình thường của hồ quang

Hình 1.17 Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

Trường hợp hồ quang ngắn, điện thế hồ quang giảm, roto quay chậm giảm tốc độ nạp dây điện cực, chiều dài hồ quang được khôi phục lại Máy hàn tự động loại này có mạch điện phức tạp và dùng nguồn DC dòng không đổi

- Bộ nạp dây điện cực tốc độ không đổi

Bộ nạp dây điện cực liên tục với tốc độ không đổi, có sự truyền động được vận hành độc lập với mạch điện hàn Với hệ thống này, sự tự điều khiển chiều dài hồ quang sẽ chính xác và nhanh hơn Chiều dài hồ quang và dòng điện hàn liên quan tương hỗ với nhau Sự biến thiên chiều dài hồ quang được xác định bằng hiệu số giữa tốc độ nóng chảy Vnc và tốc độ nạp dây điện cực Vdh Độ sụt áp hồ quang tỷ lệ thuận với chiều dài hồ quang, sự thay đổi nhỏ về điện áp gây ra sự thay đổi lớn về dòng điện, điều này làm tăng tốc độ nóng chảy dây điện cực, đưa chiều dài hồ quang trở lại bình thường Vdh=Vnc Đầu hàn có bộ nạp dây điện cực không đổi có mạch điện đơn giản, dễ áp dụng, thường dùng với nguồn DC điện áp không đổi

1.2.5 Tổng quan vềc các phương pháp cắt kim loại bằng Gas, Plasma

1.2.5.1 Phương pháp cắt bằng Oxy – Gas

Phương pháp cắt bằng Oxy – Gas được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp cắt nhiệt bởi vì nó có thể cắt bề dày từ 0,5mm đến 250mm, thiết bị với chi phí thấp và có

thể sử dụng thủ công hoặc cơ khí hóa Thực chất của quá trình cắt kim loại bằng khí là đốt cháy kim loại bằng dòng ôxy, tạo thành các ôxit (FeO, Fe2O3, Fe, Fe3O4), làm nóng chảy các ôxit đó và thổi ra khỏi mép cắt tạo thành rãnh cắt

Sơ đồ quá trình cắt kim loại bằng khí axethylene được trên hình 1.21 Khi bắt đầu cắt, kim loại ở mép cắt được nung nóng đến nhiệt độ cháy nhờ nhiệt của ngọn lửa nung, sau đó cho dòng ôxy thổi qua, kim loại bị ôxy hóa mãnh liệt (bị đốt cháy) tạo thành ôxit Sản phẩm cháy bị nung chảy và bị dòng ôxy thổi khỏi mép cắt Tiếp theo,

do phản ứng cháy của kim loại tỏa nhiệt mạnh, lớp kim loại tiếp theo bị nung nóng nhanh và tiếp tục bị đốt cháy tạo thành rãnh cắt

c) Điều kiện để cắt được bằng khí:

Để cắt bằng khí, kim loại cắt phải thỏa mãn một số yêu cầu:

- Nhiệt độ cháy của kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó Đối với thép cacbon thấp C < 0,7% nhiệt độ cháy vào khoảng 1350oC còn nhiệt độ chảy gần 1500oC nên thỏa mãn điều kiện này Đối với các loại thép cacbon cao thì nhiệt độ cháy gần bằng nhiệt độ chảy nên trước khi cắt phải đốt nóng sơ bộ đến 300 đến 650oC

- Nhiệt độ nóng chảy của ôxit kim loại phải thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại đó Thép hợp kim crôm hoặc crôm – niken, do khi cháy Cr tác dụng với O2 để tạo thành ôxit crôm Cr2O3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2050oC vì vậy phải dung thuốc cắt mới có thể cắt được Nhôm và hợp kim của nhôm, do nhiệt độ nóng chảy thấp, khi cháy tạo thành ôxít nhôm Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy tới 2000oC, mặt khác lại dẫn nhiệt nhanh nên cũng không thể cắt bằng khí, trừ khi dung thuốc cắt

- Nhiệt tỏa ra khi kim loại cháy phải đủ lớn để đảm bảo sự cắt được lien tục, quá trình cắt không bị gián đoạn Khi cắt các tấm mỏng bằng thép cacbon thấp nhiệt lwonjg sinh ra khi cháy đạt tới 70% nên chỉ cần nhiệt lượng của ngọn lửa 30% nữa là đủ cắt liên tục

- Ôxit kim loại nóng chảy phải có độ chảy loãng tốt, để dễ tách ra khỏi mép cắt Gang không thể cắt bằng khí vì nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt cháy và khi cháy tạo

ra ôxit silic SiO2 có độ sệt cao

- Độ dẫn nhiệt của kim loại không quá cao, tránh sự tản nhiệt nhanh làm cho mép cắt bị nung nóng kém làm gián đoạn quá trình cắt

- Có năm loại khí nhiên liệu thường sử dụng nhất là Axetylen, Propan, MAPP (Metyl Axetylen-Propan), Propen và khí tự nhiên Những thuộc tính của những khí được cho trong bảng

Bảng 1.3 Đặc tính khí nhiên liệu

Khí nhiên liệu

Nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa

d) Ưu, nhược điểm của phương pháp cắt bằng Oxy – Gas

- Ưu điểm: Chi phí đầu tư thấp, thiết bị đơn giản

sử dụng cắt, dòng Gas Plasma được tang lên để độ sâu tia cắt xuyên qua kim loại, nấu chảy kim loại, vfa thổi bỏ kim loại khỏi rãnh cắt

Trong sơ đồ:

- Electron: điện cực

- Cooling Water: Nước làm mát

- Power Source: Nguồn năng lượng

- Pilot arc: Điều khiển hồ quang

- Dross: Xỉ

Phương pháp cắt Plasma có sự khác biệt với phương pháp cắt oxy-gas bởi vì phương pháp cắt plasma sử dụng hồ quang để nấu chảy kim loại trong khi phương pháp Oxy-Gas, khí oxy hóa vật liệu và nhiệt từ phản ứng hóa học làm chảy vật liệu Như vậy, khác với phương pháp cắt oxy-gasm phương pháp plasma có thể áp dụng cắt các kim loại, thép không ghỉ, hợp kim nhẹ

- Hệ thống cắt Plasma bao gồm 1 nguồn cấp điện, một mạch khởi động và một đầu phun

- Nguồn cấp điện là nguồn điện 1 chiều không đổi Hiệu điện thế mạch hở nằm trong khoảng từ 240 ÷400 VDC và cường độ dòng điện của nguồn cắt cắt sẽ quyết định tốc độ cắt và độ dày của phôi cắt Chức năng chính của nguồn cấp là ổn định năng lượng để duy trì tia Plasma sau quá trình ion hóa

- Mạch khởi động tia Plasma là mạch phát ra dòng điện 3 pha với tần số cao (2MHZ) hiệu điện thế khoảng 5000÷10.000 V Hiệu điện thế này được dung để tạo ra tia cắt Plasma

- Đầu phun gồm có điện cực và bộ phận làm mát

1.3 Một số loại đồ gá ứng dụng trong hàn, cắt ống

Đồ gá hàn cắt là thiết bị công nghệ cần thiết trong quá trình gia công cơ khí, kiểm tra, lắp ráp sản phẩm Nó dung để xác định vị trí của phôi so với dụng cụ hàn, dụng cụ cắt, giữ chắt phôi ở vị trí cần gia công

Bằng các tính toán cụ thể, nó đảm bảo vị trí chính xác giữa các phôi với dụng cụ hàn, cắt Cố định chi tiết đã định vị, không có ngoại lực làm xê dịch khỏi vị trí đã cố định Xác định vị trí dẫn hướng chô dụng cụ hàn, dụng cụ cắt

* Cấu tạo chung của đồ gá hàn cắt:

- Bộ phận định vị

- Bộ phận kẹp chặt

- Cơ cấu truyền lực

- Cơ cấu dẫn hướng

- Thân và đến đồ gá

Hình 1.22 Phương pháp cắt Plasma Hình 1.23 Các loại đầu phun

- Cơ cấu định vị và kẹp chặt phồi

1.3.1 Đồ gá lăn xoay định vị hàn, cắt ống nằm ngang

Đồ gá hàn ống lăn xoay có khả năng tự lựa theo đường kính ống Bốn bánh của cụm chủ động đều được dẫn động bằng 2 bộ động cơ-giảm tốc Bánh thép được gắn cao su nên khả năng tải cao và ổn định trong quá trình làm việc Điều chỉnh vô cấp với dải điều chỉnh rộng và độ chính xác cao Vận hành đơn giản và độ tin cậy cao Chức năng giao diện được cài sẵn trên máy và có thể kết nối với hệ thống cần cột của Weida

Đối với loại đồ gá này thường áp dụng để hàn, cắt các chi tiết ống có khối lượng

và kích thước đường kính lớn D = (600÷4500)mm; tải trọng đạt từ 5 tấn trở lên

1.3.2 Đồ gá đĩa đứng

Đây là loại đồ gá dùng gá kẹp để hàn, cắt các chi tiết có biên dạng hình tròn Tuy nhiên công suất máy cũng như tải trọng làm việc là thấp xấp xỉ tà 100 ÷200 kg Do kết cấu đồ gá gọn nhẹ, về mặt ưu điểm là tính cơ động linh hoạt dễ dàng, tuy nhiên mối

tương quan giữa tải trọng làm việc và tốc độ là đối nghịch nhau Việc chế tạo phân bố

Hình 1.24: Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động ma sát

Hình 1.25: Đồ gá hàn, cắt chi tiết dạng tròn xoay truyền động trực tiếp

kết cấu, tỉ số truyền liên quan đến công suất động cơ cũng không khả thi Muốn tải trọng làm việc của đồ gá cao thì đòi hỏi kết cấu máy phải lớn, và với đĩa gá kẹp như này để đảm bảo việc định vị chi tiết hàn cắt sao cho hướng tâm cũng gặp nhiều khó khăn đây chính là mặt hạn chế của loại thiết bị này

1.3.3 Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động trực tiếp

Đây cũng là một loại đồ gá hàn, cắt ống thep phương nằm ngang có thể điều chỉnh nâng hạ độ cao được là loại đồ gá hạng nhẹ dễ linh hoạt cơ động chuyển đổi vị trí là việc Nó chỉ áp dụng được những loại chi tiết có trọng lượng nhẹ và cắt theo một phương nằm ngang

Hình 1.26: Đồ gá hàn hàn, cắt ống nằm ngang truyền động trực tiếp

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT

2.1 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

2.1.1 Các phương án hàn, cắt tự động đường ống có kích thước trung bình

Trong quá trình hàn ống tự động, có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

 Đầu hàn chuyển động xung quanh ống đối với mối hàn ngang và chuyển động tịnh tiến theo đường sinh ống ở vị trí cố định

 Đầu hàn đứng yên còn ống chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến trên các cặp con lăn để thực hiện mối hàn hoặc cắt ngang và mối hàn dọc

 Đầu hàn chuyển động theo đường sinh ống để thực hiện mối hàn dọc, đầu hàn đứng yên ống xoay trên các cặp con lăn để thực hiện mối hàn ngang

Phương pháp  không khả thi vì chế độ hàn thay đổi liên tục khi đầu hàn chuyển động xung quanh ống Vì vậy ta chỉ phân tích và chọn các phương án chế tạo đồ gá hàn theo các trường hợp  và 

2.1.1.1 Đầu hàn cố định, ống chuyển động tịnh tiến và quay

Việc thực hiện mối hàn dọc bằng cách dùng các con lăn đặt chéo nhau để dịch chuyển ống sẽ chiếm không gian lớn và gây ra va đập làm mau hư hỏng thiết bị (ống

có trọng lượng lớn), ngoài ra ống có thể bị xoay quanh tâm là lý do dẫn đến sai lệch vị trí mối hàn

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hàn ống tự động dưới lớp thuốc bảo vệ

1 Nguồn điện hàn; 2 Ống dẫn thuốc hàn; 3 Ống dẫn hướng dây hàn; 4 Con lăn dẫn hướng; 5 Tang quấn dây hàn; 6 Con lăn dẫn động; 7 Dây hàn; 8 Thuốc hàn;

9 Cơ cấu giữ thuốc; 10 Vật hàn; 11 Con lăn bị động đỡ ống

2.1.1.2 Đầu hàn chuyển động dọc theo ống, ống chuyển động quay quanh tâm ống

Để thực hiện mối hàn ngang thì đầu hàn đứng yên ở vị trí cao nhất, ống quay quanh tâm của nó nhờ đầu kẹp định tâm được gắn trực tiếp tại đầu ra trục động cơ Để thực hiện mối hàn dọc thì đầu hàn chuyển động tịnh tiến còn ống sẽ đứng yên

Phương án này đảm bảo được yêu cầu về chất lượng mối hàn, đầu hàn được gắn liền trên cơ cấu di chuyển trên đường ray nên mối hàn dọc đảm bảo độ chính xác yêu cầu Mối hàn ngang ống thực hiện chuyển động quanh tâm của nó, chỗ nối hai đầu ống và dây hàn luôn nằm trên một mặt phẳng nên chất lượng mối hàn được đảm bảo

Việc bố trí đường ray của cơ cấu mang đầu hàn dịch chuyển cũng có thể bố trí theo nhiều phương án

- Hai đường ray được đặt ở hai bên ống: Phương án này đảm bảo độ cứng vững, nhưng vì mỗi bên đường ray phải dùng một xe lăn nên giá thành cao và chiếm không gian lớn, chỉ nên áp dụng khi hàn các đường ống kích thước khá lớn, độ cứng vững hệ thống cao

- Một đường ray ở phía dưới và một đường ray ở phía trên (đặt sát tường): Phương án này có độ cứng vững cao nhưng không gian bị hạn chế và việc đặt

đường ray ở phía trên khó thực hiện Chỉ thích hợp cho việc hàn các đường ống có kích thước khá lớn, đòi hỏi công nghệ cao

- Hai đường ray đặt về cùng một bên so với ống: Phương án này có độ cứng vững không cao, xe lăn mang đầu hàn dễ bị lật khi hàn các đường ống có kích thước khá lớn Đối với đường ống có đường kính không quá 2500mm thì phương án này có

độ cứng vững tương đối cao Nếu phân bố khối lượng trên xe một cách hợp lý thì việc lật hoàn toàn có thể khống chế, kết cấu máy nhỏ gọn, giá thành thấp hơn các phương án trên

Căn cứ vào ưu nhược điểm của từng phương án và yêu cầu công nghệ của hàn ống cũng như chỉ tiêu về giá thành Chọn phương án (2) để làm cơ sở cho việc thiết kế

đồ gá xoay

2.1.2 Chọn phương án chọn bộ gá xoay ống

Trên cơ sở phạm vi nghiên cứu của đề tài, yêu cầu đặt ra là thực hiện hàn hoặc cắt một chi tiết ống có thông số kích thước kỹ thuật như sau:

- Chiều dài: Lmax = 6000 mm;

- Đường kính lớn nhất: Dmax = 600 mm;

- Đường kính nhỏ nhất: Dmin = 200 mm;

- Chiều dày : Smax = 16 mm;

- Khối lượng: Pmax = 1420 Kg

* Phương án thứ nhất: xoay ống bằng con lăn ma sát

Cơ cấu đồ gá này hàn được ống nhiều kích

cỡ trong phạm vi nhất định Với việc lựa chọn

phương án này có nghĩa để thực hiện được việc

hàn hay cắt chi tiết ống đòi hỏi phải trang bị tối

thiểu hai đến ba cụm đồ gá bị động đồng bộ,

như vậy chi phí đầu tư là rất lớn Mặt khác để

chi tiết quay đồng bộ và cân bằng đòi hỏi việc

điều chỉnh khoảng cách con lăn trong một bộ gá

và giữa các với nhau phải đồng nhất, như vậy

việc gá đặt chi tiết để hàn hoặc cắt sẽ mất rất

nhiều thời gian và kết cấu phức tạp

* Phương án thứ hai: xoay ống bằng hệ

thống dãy con lăn

Ống xoay khi hàn nhờ truyền động từ động cơ điện (1) qua hộp giảm tốc đến con lăn chủ động (3) Con lăn chạy không (6) được điều chỉnh nhờ vít me (7) để thay đổi chiều rộng bộ gá khi đường kính ống thay đổi

Hình 2.4 Phương án 1

Hình 2.4 Phương án xoay ống

bằng con lăn

Hình 2.5 Phương án xoay ống bằng hệ hệ thống dãy con lăn

Hình 2.6 Phương án xoay ống bằng đầu kẹp chủ động

1-Động cơ; 2- Hộp giảm tốc; 3-Cơ cấu kẹp; 4- Chi tiết ống

những ưu điểm cần thiết để làm cơ sở cho việc thiết kế và chế tạo đồ gá Ngoài ra với phương án này dễ dàng thiết lập thêm phương án quay mâm kẹp chi tiết hàn, cắt ở nhiều góc độ khác nhau làm tăng thêm khả năng làm việc của đồ gá như hàn, cắt chi tiết ở nhiều vị trí nằm trong khoảng từ 0o ÷ 90o

2.1.3 Phân tích chọn phương án thiết kế bộ truyền

2.1.3.1.Chọn bộ truyền động làm việc chính

Sau khi lựa chọn sử dụng phương án thứ ba (hình 2.6) để làm cơ sở cho việc thiết

kế kết cấu và chế tạo đồ gá Việc thiết kế bộ truyền cho đồ gá phải đảm bảo một số yêu cầu đặt ra như:

+ Kết cấu chung của toàn đồ gá phải gọn

+ Khi truyền chuyển động làm việc phải êm, không rung chấn

+ Bộ truyền phải thay đổi góc độ làm việc đồng thời với mâm kẹp chi tiết để thực hiện các góc độ hàn, cắt từ 0o ÷ 90o

+ Đáp ứng vận tốc đầu ra làm việc của mâm kẹp (Vlv = 0,1 ÷ 1m/ph)

Như vậy, để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra nhận thấy sự cần thiết phải sử dụng động cơ giảm tốc để thiết thiết nguồn động lực làm việc của đồ gá

a) Đặc điểm, cấu tạo của động cơ giảm tốc

* Đặc điểm:

Mô tơ giảm tốc có chức năng hãm tốc độ của vòng quay và thiết bị này là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp có tỉ số truyền không đổi và còn được sử dụng để kìm hãm vận tốc góc và tăng mômen xoắn và là bộ máy trung gian ở giữa động cơ giảm tốc và bộ phận làm việc cúa máy công tác

* Ưu điểm:

- Có thể điều chỉnh tốc độ đầu ra

- Giảm tốc độ của động cơ

- Thay đổi hướng của chuyển động quay

- Tạo ra lực mô men xoắn lớn hơn (trong vật lý khi động cơ giảm số vòng quay thì sẽ giảm quãng đường đi, như vậy lực tại đầu ra sẽ lớn hơn)

Hình 2.7 Một số motor giảm tốc thông dụng a) Motor giảm tốc trục dọc b) Motor giảm tốc trục ngang

- Tỉ số truyền: được quyết định bởi khoảng cách từ tâm của vòng tròn bánh răng đến bánh răng Bánh răng càng lớn tạo ra tốc độ giảm tốc càng chậm (trên 1 cơ cấu giảm tốc đường kính to gấp 2 lần thì tỉ số truyền tăng gấp 2 lần)

b) Nguyên tắc hoạt động và các kiểu lắp đặt bánh răng phổ biến

* Nguyên tắc hoạt động

Thông thường hộp số giảm tốc thường là 1 hệ bánh răng thường, gồm nhiều bánh răng răng thẳng hoặc răng nghiêng lần lượt ăn khớp với nhau theo đúng tỷ số truyền và momen quay đã thiết kế để lấy ra số vòng quay cần thiết

Cũng có 1 số hộp giảm tốc không sử dụng hệ bánh răng thường mà sử dụng hệ bánh răng vi sai, hoặc hệ bánh răng hành tinh Với hộp số giảm tốc loại này thì kích thước sẽ nhỏ, gọn, chịu lưc làm việc lớn Tùy vào điều kiện làm việc và tính toán thì người ta sẽ thiết kế 1 hộp giảm tốc phù hợp với công việc

Do vậy khi người ta cần 1 số vòng quay trong 1 phút mà không có động cơ điện nào đáp ứng được thì người ta sẽ dùng đến hộp số giảm tốc

* Các kiểu lắp đặt bánh răng phổ biến (hình 2.8)

1) Bánh răng xoắn hypoit (hypoid gears): cách hoạt động khá giống với các bánh răng côn Tuy nhiên, trục của 2 bánh răng không giao nhau Các rãnh răng không chỉ chéo mà còn được cắt theo đường cong Các bánh răng hypoid truyền quay trơn tru hơn và giảm tiếng ồn nhiều hơn bánh răng côn xoắn ốc thường (hình 2.8-a)

2) Bánh răng xoắn ốc với các rãnh răng cắt theo đường chéo như thế này khi chạy xoắn vào nhau sẽ êm hơn rất nhiều (sự tiếp giáp bắt đầu ở một đầu của răng rồi dần lan rộng trên toàn bộ răng) (hình 2.8-b)

Một điều thú vị về bánh răng xoắn ốc là nếu các góc của 2 bánh răng là chính xác, nó có thể được ghép với nhau trên trục vuông góc 90 độ, để điều chỉnh hướng quay trong giảm tốc

Ngoài ra khi chế tạo loại giảm tốc lớn như ZQ, có nhà máy dùng bộ răng xoắn ốc đôi (giống như 2 bộ bánh răng ghép vào nhau) tạo thăng bằng rất tốt khi tải nặng 3) Bánh răng thẳng (bánh răng có trụ răng thẳng) –spur gear là loại phổ biến

nhất, đơn giản nhất, dùng cho phần lớn tất cả các loại hộp giảm tốc Nhưng nhược điểm là khi vận hành, các bánh răng va vào nhau, tạo tiếng ồn và mức độ mòn cao.(hình 2.8-c)

4) Bánh răng côn hay còn gọi là bánh răng hình nón (bevel gear pinion) Loại này có ứng dụng quan trọng nhất là thay đổi góc của lực chuyển động, thường là góc

90 độ, (tất nhiên cũng có loại thể thiết kế theo góc khác) (hình 2.8-d)

Nếu muốn giảm tiếng ồn khi vận hành cần thiết kế rãnh răng thành đường chéo như sau Gọi là bánh răng côn xoắn ốc (sự tiếp giáp bắt đầu ở một đầu của răng và dần dần lan rộng trên toàn bộ răng)

5) Bánh răng vận hành với trục vít –worm gear (có nơi gọi là guồng xoắn hoặc trục hình con sâu) Trục vít có thể tạo ra tỉ số truyền rất cao (thậm chí là trên 300 vòng đầu vào mới trên 1 vòng đầu ra) (hình 2.8-e)

Giảm tốc dùng trục vít có 1 điểm đặc biệt là: có thể dùng trục vít để quay bánh răng, chứ không thể dùng bánh răng để quay trục vít Với lợi thế này, khi motor dừng chuyển động, trục vít dừng và bánh răng cũng ngừng quay (gần như là 1 hệ thống phanh tốc độ)

Hình 2.8 Một số kiểu lắp bánh răng thông dụng