Thiết kế hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn trong hàn thiết bị hàn orbital

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Hcmute thiết kế chế tạo hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn trong quá trình hàn thiết bị hàn, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Tác giả: Nguyễn Trung Tín
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Hùng Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Hệ Thống Bảo Vệ Điện Cực Và Vũng Hàn Cho Thiết Bị Hàn Orbital
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• PHẦN I: MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN ORBITAL
• 1.1. Lịch sử hàn orbital
• 1.2. Công nghệ hàn orbital là gì và ứng dụng của công nghệ hàn orbital
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổ chức kim loại vùng cận mối hàn
• 2.2. Bảo vệ mối hàn
• 2.3. Nghiên cứu các phương án bảo vệ kim loại hàn
• 2.4. Khí bảo vệ trong hàn TIG
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ ĐIỆN CỰC HÀN VÀ VŨNG HÀN THIẾT BỊ HÀN ORBITAL
• 3.1. Thiết lập sơ đồ cấu tạo hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn
• 3.2. Tính toán thời gian xả khí vào ống
• 3.3. Thiết kế hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn
• 3.4. Cụm chi tiết hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn trong thiết bị hàn orbital
• 3.5. Thiết kế các chi tiết trong cụm chi tiết
• 3.6. Bộ xả khí bảo vệ vào trong ống
• 4. CHƯƠNG 4: LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM
• 4.1. Lắp ráp hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn
• 4.2. Lắp ráp cụm chi tiết trong đầu hàn
• 4.3. Lắp bộ xả khí vào ống
• 4.4. Lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn trong quá trình hàn orbital
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về Hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn cho thiết bị hàn orbital

Đề tài nghiên cứu tập trung vào thiết kế chế tạo hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn trong quá trình hàn orbital. Hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng mối hàn, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy cao như trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và hàng không vũ trụ. Hàn orbital, hay còn gọi là hàn quỹ đạo, sử dụng kỹ thuật hàn TIG với khí Argon, cho phép đầu hàn tự động quay quanh đường hàn, tạo ra mối hàn đồng nhất và chất lượng cao. Quá trình hàn orbital đòi hỏi kiểm soát chính xác các thông số hàn, bao gồm dòng điện, tốc độ hàn, và lưu lượng khí bảo vệ. Việc bảo vệ điện cực và vũng hàn khỏi sự ô nhiễm của không khí là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng mối hàn. An toàn hàn orbital cũng là một vấn đề quan trọng cần được xem xét trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.

1.1. Lịch sử hàn orbital và ứng dụng

Hàn orbital xuất hiện từ những năm 1960 trong ngành hàng không. Ban đầu, kỹ thuật này được áp dụng cho đường ống thủy lực, sau đó mở rộng sang nhiều ngành công nghiệp khác. Sự phát triển của công nghệ điều khiển tự động và nguồn cấp điện đã giúp hàn orbital trở nên phổ biến hơn. Ứng dụng của hàn orbital rất đa dạng, từ ngành công nghiệp bán dẫn, chế biến thực phẩm, dược phẩm đến hàng không vũ trụ. Hàn orbital TIG và hàn orbital MIG là hai phương pháp phổ biến. Hàn orbital bằng khí bảo vệ giúp loại bỏ tạp chất, đảm bảo độ kín và vệ sinh cần thiết cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và y tế. Hàn orbital trong công nghiệp ngày càng được ưa chuộng nhờ độ chính xác và hiệu quả cao. Việc sửa chữa hàn orbital cũng trở nên dễ dàng hơn với sự phát triển của công nghệ. Công nghệ hàn orbital liên tục được cải tiến, mang lại hiệu quả kinh tế và chất lượng mối hàn cao hơn.

1.2. Cơ sở lý thuyết hàn TIG và Bảo vệ mối hàn

Hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là phương pháp hàn bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí trơ như Argon. Khí bảo vệ trong hàn TIG có vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự ô nhiễm của mối hàn. Tổ chức kim loại vùng cận mối hàn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn. Việc nghiên cứu các phương án bảo vệ kim loại hàn là cần thiết để đảm bảo mối hàn đạt chất lượng cao. Điện cực hàn orbital phải được bảo vệ khỏi sự ô nhiễm để đảm bảo độ bền và ổn định của hồ quang. Vũng hàn orbital cần được bảo vệ khỏi tác động của không khí để tránh sự hình thành các khuyết tật. Vật liệu hàn orbital cần được lựa chọn phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Tiêu chuẩn hàn orbital cần được tuân thủ để đảm bảo chất lượng và an toàn. Giám sát hàn orbital cần được thực hiện để phát hiện và khắc phục kịp thời các lỗi.

II. Thiết kế hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn

Phần này tập trung vào thiết kế hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn cho thiết bị hàn orbital. Thiết lập sơ đồ cấu tạo hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn là bước đầu tiên. Tính toán thời gian xả khí vào ống đảm bảo hiệu quả bảo vệ. Thiết kế các chi tiết trong cụm chi tiết phải đảm bảo độ bền và khả năng chịu nhiệt. Bộ xả khí bảo vệ vào trong ống cần được thiết kế để cung cấp đủ khí bảo vệ mà không gây ảnh hưởng đến quá trình hàn. Kiểm soát chất lượng hàn orbital được thực hiện thông qua việc kiểm tra các thông số hàn và chất lượng mối hàn. Phân tích hàn orbital giúp đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ.

2.1. Thiết kế hệ thống và tính toán

Thiết kế hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn dựa trên các nguyên lý cơ bản của hàn TIG và yêu cầu của ứng dụng. Tính toán thời gian xả khí vào ống đảm bảo lượng khí bảo vệ đủ để bảo vệ điện cực và vũng hàn khỏi sự ô nhiễm. Các thông số kỹ thuật như lưu lượng khí, áp suất khí, và tốc độ dòng khí cần được tính toán chính xác. Lắp đặt hệ thống hàn orbital cần được thực hiện theo đúng quy trình để đảm bảo hiệu quả hoạt động. Kiểm tra hệ thống hàn orbital cần được thực hiện định kỳ để đảm bảo an toàn và chất lượng. Giải pháp bảo vệ điện cực hàn orbital cần được lựa chọn sao cho phù hợp với điều kiện làm việc và yêu cầu của ứng dụng. Thiết kế cụm chi tiết hệ thống bảo vệ cần đảm bảo độ kín khít và khả năng chịu nhiệt cao. Phân tích thiết kế hệ thống giúp tối ưu hóa hiệu quả bảo vệ và giảm thiểu chi phí.

2.2. Lắp ráp và thử nghiệm hệ thống

Lắp ráp hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn phải được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác. Lắp ráp cụm chi tiết trong đầu hàn cần tuân thủ các hướng dẫn kỹ thuật. Lắp bộ xả khí vào ống cần đảm bảo độ kín khít để tránh rò rỉ khí. Lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống cần được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi đưa vào vận hành. Thử nghiệm hệ thống nhằm kiểm tra hiệu quả bảo vệ và tính ổn định của hệ thống. Khắc phục sự cố hàn orbital cần được thực hiện kịp thời để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động. Quá trình thử nghiệm bao gồm nhiều giai đoạn để đảm bảo đánh giá đầy đủ hiệu quả của hệ thống. Thu thập dữ liệu thử nghiệm giúp đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa thiết kế hệ thống. Kết quả thử nghiệm cần được phân tích kỹ lưỡng để xác định các cải tiến cần thiết.

III. Kết luận và kiến nghị

Đề tài đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn cho thiết bị hàn orbital. Hệ thống đã được thử nghiệm và chứng minh hiệu quả trong việc bảo vệ mối hàn. Tuy nhiên, một số hạn chế của hệ thống cần được khắc phục trong tương lai. Kiến nghị đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện hệ thống. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế và kỹ thuật.

3.1. Kết quả nghiên cứu

Đề tài đã đạt được mục tiêu đề ra, đó là thiết kế và chế tạo hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn hiệu quả cho thiết bị hàn orbital. Hệ thống hoạt động ổn định và đảm bảo chất lượng mối hàn. Các thử nghiệm đã cho thấy hiệu quả của hệ thống trong việc bảo vệ điện cực và vũng hàn khỏi các tác động xấu từ môi trường. Dữ liệu thu thập được từ quá trình thử nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về chất lượng mối hàn so với phương pháp hàn truyền thống. Kết quả nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển công nghệ hàn orbital tại Việt Nam. Ứng dụng của kết quả nghiên cứu trong thực tiễn mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội.

3.2. Kiến nghị và hướng phát triển

Để hoàn thiện hơn nữa hệ thống, cần tiến hành nghiên cứu thêm về việc tối ưu hóa thiết kế để giảm chi phí và tăng độ bền. Nghiên cứu về vật liệu sử dụng cho hệ thống cũng cần được xem xét để nâng cao tuổi thọ của hệ thống. Tích hợp công nghệ tự động hóa cao hơn vào hệ thống để nâng cao hiệu quả hoạt động. Phát triển phần mềm để điều khiển và giám sát hệ thống từ xa. Hợp tác quốc tế để tiếp cận với các công nghệ tiên tiến. Chia sẻ kết quả nghiên cứu với cộng đồng để thúc đẩy sự phát triển của công nghệ hàn orbital. Đào tạo nhân lực chuyên nghiệp trong lĩnh vực hàn orbital.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ hàn orbital, một phương pháp hàn tự động với đầu hàn di chuyển theo quỹ đạo tròn quanh chi tiết, đã trở thành giải pháp tối ưu trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ tinh khiết và chất lượng mối hàn cao như thực phẩm, dược phẩm và y tế. Theo ước tính, công nghệ này giúp tạo ra mối hàn có độ khít cao, đồng nhất và thẩm mỹ, đồng thời giảm thiểu ôxy hóa và rỉ sét vật liệu nhờ sử dụng khí Argon bảo vệ trong quá trình hàn TIG. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn trong thiết bị hàn orbital nhằm nâng cao chất lượng mối hàn, đặc biệt trong các ứng dụng y sinh và thực phẩm.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế hệ thống bảo vệ khí cho điện cực và vũng hàn trong quá trình hàn orbital, với các phép tính lưu lượng khí, thời gian xả khí và cấu tạo chi tiết cụm bảo vệ. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong năm 2020, với các thử nghiệm thực tế trên thiết bị hàn orbital. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc giảm chi phí đầu tư thiết bị nhập khẩu đắt đỏ, đồng thời phát triển công nghệ hàn orbital trong nước, góp phần nâng cao năng lực sản xuất và kiểm soát chất lượng mối hàn trong các ngành công nghiệp công nghệ cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai nền tảng lý thuyết chính: công nghệ hàn TIG (Tungsten Inert Gas) và công nghệ hàn orbital. Hàn TIG sử dụng điện cực tungsten không nóng chảy, kết hợp khí trơ Argon hoặc Helium để bảo vệ hồ quang và vũng hàn khỏi ôxy hóa, đảm bảo mối hàn sạch, đẹp và có độ ngấu cao. Các khái niệm chính bao gồm:

• Điện cực tungsten: vật liệu chịu nhiệt cao, ổn định hồ quang, phân loại theo tiêu chuẩn AWS với các loại như tungsten nguyên chất, tungsten thorium, zirconium, cerium và lanthanum.
• Khí bảo vệ: Argon và Helium là khí trơ phổ biến, với Argon có ưu điểm bảo vệ tốt hơn do nặng hơn không khí, Helium có nhiệt độ hồ quang cao hơn giúp hàn chi tiết dày.
• Hàn orbital: kỹ thuật hàn tự động với đầu hàn quay quanh chi tiết, kiểm soát chặt chẽ các thông số như dòng điện, tốc độ hàn, lưu lượng khí bảo vệ, giúp tạo mối hàn đồng nhất, lặp lại và hiệu quả cao.

Ngoài ra, nghiên cứu còn áp dụng các mô hình tính toán lưu lượng khí rò rỉ và thời gian xả khí dựa trên công thức:

$$ Q_{rr} = 1.34 \times S \times \sqrt{DP} $$

trong đó $Q_{rr}$ là lưu lượng khí rò rỉ (dm³/s), $S$ là tiết diện khe hở (dm²), và $DP$ là độ chênh áp (Pa).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp định lượng kết hợp mô phỏng và thực nghiệm. Cỡ mẫu bao gồm các chi tiết cơ khí của hệ thống bảo vệ khí, được thiết kế và mô phỏng trên phần mềm INVENTOR, sau đó gia công và lắp ráp hoàn chỉnh. Phương pháp chọn mẫu là lựa chọn các chi tiết tiêu biểu trong hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn để phân tích và thử nghiệm.

Phân tích dữ liệu dựa trên các phép đo lưu lượng khí, thời gian xả khí, và quan sát chất lượng mối hàn qua kiểm tra bằng mắt thường và các tiêu chuẩn y sinh. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2020, bao gồm các giai đoạn: tổng quan lý thuyết, thiết kế mô hình, gia công chi tiết, lắp ráp hệ thống, thử nghiệm và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế hệ thống bảo vệ khí hiệu quả: Hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn được thiết kế với lưu lượng khí bảo vệ 15 lít/phút, thời gian xả khí vào ống inox đường kính 76 mm, chiều dài 300 mm là khoảng 5,2 giây, đảm bảo khí bảo vệ đầy đủ và liên tục trong quá trình hàn.

2. Cấu tạo chi tiết đồng dẫn điện và dẫn khí: Các chi tiết như đầu nối dây khí, ống dẫn khí, chi tiết tiếp xúc bánh răng chữ C được làm từ vật liệu đồng có độ dẻo cao và tính dẫn điện tốt, giúp duy trì hồ quang ổn định và bảo vệ vũng hàn hiệu quả.

3. Kết quả thử nghiệm mối hàn: Mối hàn không có khí bảo vệ hoặc khí bảo vệ không đủ bị đen, không đạt tiêu chuẩn. Khi sử dụng hệ thống cấp khí bảo vệ, mối hàn trắng sáng, đạt yêu cầu về thẩm mỹ và chất lượng theo tiêu chuẩn y sinh.

4. Tính đồng nhất và lặp lại cao: Hệ thống hàn orbital với bộ điều khiển tự động giúp duy trì các thông số hàn ổn định, giảm thiểu lỗi và khuyết tật, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi mối hàn đồng nhất như ngành thực phẩm và dược phẩm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện chất lượng mối hàn là do hệ thống bảo vệ khí được thiết kế tối ưu, đảm bảo khí trơ Argon được cung cấp liên tục và đủ lưu lượng, ngăn ngừa ôxy hóa và nhiễm bẩn mối hàn. So với các nghiên cứu trước đây về hàn orbital nhập khẩu, hệ thống trong nghiên cứu này có ưu điểm về chi phí thấp và khả năng tùy chỉnh linh hoạt.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ lưu lượng khí theo thời gian và bảng so sánh chất lượng mối hàn với và không có khí bảo vệ, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của hệ thống. Kết quả cũng khẳng định tầm quan trọng của việc kiểm soát khí bảo vệ trong hàn TIG orbital, phù hợp với các báo cáo ngành về ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm và y tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa hệ thống cấp khí bảo vệ: Cải tiến thiết kế bộ xả khí để giảm thiểu rò rỉ khí, nâng cao hiệu quả sử dụng khí trơ, hướng tới giảm chi phí vận hành. Thời gian thực hiện: 6 tháng, chủ thể: nhóm kỹ thuật và nghiên cứu.

2. Phát triển phần mềm điều khiển tự động: Nâng cấp bộ điều khiển để tự động điều chỉnh lưu lượng khí và dòng điện theo đặc tính vật liệu và kích thước chi tiết hàn, tăng tính linh hoạt và độ chính xác. Thời gian: 1 năm, chủ thể: phòng công nghệ thông tin và kỹ thuật.

3. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành và bảo trì hệ thống hàn orbital, đảm bảo kỹ năng và kiến thức cho người sử dụng, giảm thiểu lỗi vận hành. Thời gian: liên tục, chủ thể: nhà trường và doanh nghiệp.

4. Mở rộng ứng dụng trong công nghiệp: Khuyến khích áp dụng hệ thống bảo vệ khí trong các ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và y tế trong nước, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu. Thời gian: 2 năm, chủ thể: các doanh nghiệp và cơ quan quản lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cung cấp kiến thức thực tiễn về thiết kế và chế tạo hệ thống bảo vệ khí trong hàn orbital, hỗ trợ học tập và phát triển kỹ năng chuyên môn.

2. Kỹ sư và chuyên gia công nghệ hàn: Tài liệu chi tiết về thiết kế, tính toán lưu lượng khí và thử nghiệm thực tế giúp nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì thiết bị hàn orbital.

3. Doanh nghiệp sản xuất trong ngành thực phẩm, dược phẩm, y tế: Tham khảo để áp dụng công nghệ hàn orbital nội địa, giảm chi phí đầu tư và nâng cao chất lượng sản phẩm.

4. Cơ quan quản lý và đào tạo kỹ thuật: Là nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng chương trình đào tạo, chính sách phát triển công nghệ hàn tự động trong nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Hàn orbital khác gì so với hàn tay truyền thống?
   Hàn orbital sử dụng đầu hàn tự động quay quanh chi tiết, kiểm soát chính xác các thông số hàn, tạo mối hàn đồng nhất, đẹp và ít khuyết tật hơn hàn tay. Ví dụ, trong ngành dược phẩm, hàn orbital giúp đảm bảo độ kín và sạch của đường ống.

2. Tại sao cần hệ thống bảo vệ khí trong hàn TIG orbital?
   Khí bảo vệ như Argon ngăn ngừa ôxy hóa và nhiễm bẩn mối hàn, giữ cho vũng hàn sạch và tăng độ bền mối hàn. Thiếu khí bảo vệ sẽ làm mối hàn bị đen, giảm chất lượng.

3. Làm thế nào để tính lưu lượng khí bảo vệ phù hợp?
   Lưu lượng khí được tính dựa trên tiết diện khe hở và độ chênh áp khí trong hệ thống, theo công thức $Q_{rr} = 1.34 \times S \times \sqrt{DP}$. Ví dụ trong nghiên cứu, lưu lượng 15 lít/phút được xác định phù hợp cho ống inox đường kính 76 mm.

4. Các loại điện cực tungsten nào phù hợp cho hàn orbital?
   Tùy thuộc vào vật liệu hàn và dòng điện, các loại điện cực như tungsten thorium (dùng cho dòng một chiều thép, inox) hoặc tungsten nguyên chất (dùng cho dòng xoay chiều nhôm) được lựa chọn để đảm bảo hồ quang ổn định và tuổi thọ điện cực.

5. Hệ thống hàn orbital có thể áp dụng cho những ngành nào?
   Công nghệ này phù hợp với các ngành đòi hỏi mối hàn sạch, đồng nhất như thực phẩm, dược phẩm, y tế, bán dẫn, hóa dầu và đóng tàu. Ví dụ, các nhà máy bia lớn đã sử dụng hàn orbital để kiểm soát vi khuẩn trong đường ống.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thống bảo vệ điện cực và vũng hàn cho thiết bị hàn orbital, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và chất lượng mối hàn.
• Hệ thống bảo vệ khí Argon với lưu lượng 15 lít/phút và thời gian xả khí 5,2 giây đảm bảo mối hàn sạch, đồng nhất, phù hợp tiêu chuẩn y sinh.
• Các chi tiết dẫn điện và dẫn khí được làm từ đồng có tính dẫn điện và dẻo cao, góp phần duy trì hồ quang ổn định.
• Thử nghiệm thực tế chứng minh mối hàn có khí bảo vệ đạt chất lượng cao, trong khi thiếu khí bảo vệ gây khuyết tật mối hàn.
• Đề xuất phát triển hệ thống, đào tạo kỹ thuật viên và mở rộng ứng dụng trong công nghiệp nhằm nâng cao hiệu quả và giảm chi phí đầu tư.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ tập trung vào tối ưu hóa hệ thống cấp khí và phát triển phần mềm điều khiển tự động, đồng thời phối hợp với doanh nghiệp để ứng dụng rộng rãi công nghệ hàn orbital trong nước. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp triển khai và áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao năng lực sản xuất và chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Tổng quan về công nghệ hàn orbital. Lich sử hàn orbital: Hàn quỹ đạo (orbital) được sử dụng đầu tiên vào những năm 1960 khi ngành công nghiệp hàng không nhận thấy sự cần thiết phải có một kỹ thuật hàn ưu việt hơn cho toàn bộ đường ống thủy lực hàng không vũ trụ. Một kết cấu cơ khí được phát triển trong đó hồ quang từ điện cực không nóng chảy quay quanh mối hàn ống. Dòng điện hàn được điều chỉnh qua hệ thống điều khiển tự động cho toàn bộ quá trình hàn.

Kết quả là một phương pháp chính xác hơn, đáng tin cậy hơn phương pháp hàn tay đã được thay thế. Hàn quỹ đạo (orbital welding) trở nên thích hợp cho rất nhiều ngành công nghiệp vào đầu những năm 1980 khi việc kết hợp hệ thống kiểm soát và nguồn cấp được phát triển để vận hành từ 110 VAC và kích thước đủ nhỏ để mang từ nơi này sang nơi khác tại công trình cho nhiều mối hàn ngay tại chổ. Ngày nay hệ thống hàn quỹ đạo orbital hiện đại bao gồm hệ thống điều khiển máy tính nơi các thông số hàn được lưu trữ trong bộ nhớ cho nhiều ứng dụng hàn đa dạng. Khi cần có thể gọi lệnh cho từng ứng dụng cụ thể.

Kỹ năng của thợ hàn bậc cao đã được xây dựng vào hệ thống hàn, tạo ra một số lượng các mối hàn đồng nhất và ít lỗi, ít khuyết tật một cách đáng kể. Công nghệ hàn orbital là gì và ứng dụng của công nghệ hàn orbital. Hiểu một cách đơn giản thì đây là công nghệ cắt ống và hàn ống kim loại mà trong đó thiết bị sẽ di chuyển theo quỹ đạo tròn xoay quanh chi tiết cần gia công để thực hiện việc gia công. Công nghệ hàn Orbital dựa trên công nghệ hàn TIG (Tungsten Inert Gas) và khí Argon cùng phương pháp hàn xoay quanh chi tiết hàn cho mối hàn sáng, đẹp và quan trọng hơn hết là độ khít cao và đồng nhất.

Thiết bị: Các thành phần chính của mỗi hệ thống hàn quỹ đạo orbital là bộ điều khiển nguồn, đầu hàn, bộ phận làm mát bằng nước, và nếu cần (tùy trường hợp) là một cơ cấu cấp dây hàn bù. Có một số lượng lớn các yếu tố có thể có ảnh hưởng tới kết quả hàn. Bao gồm chiều dài hồ quang, cường độ và tần số lặp các xung của dòng hàn, tốc độ hàn, khí trơ che chắn, vật liệu , vật liệu que bù, quá trình chuẩn bị hàn, và độ dẫn nhiệt. Cuối cùng, để có một mối hàn chất lượng cao chỉ có thể đạt được thông qua kiến thức thật chuyên sâu để có thể điều chỉnh một cách chính xác tất cả các thông số cho mỗi công việc hàn riêng biệt.

Ứng dụng: Do khả năng hàn đạt được kết quả độ tinh khiết cao , công nghệ hàn quỹ đạo orbital tìm thấy vị trí của nó trong sản xuất các thành phần cho ngành công nghiệp bán dẫn. Ứng dụng của nó đã mở rộng đến các công trình hệ thống đường ống và thiết bị cho các ngành công nghiệp khác nhau như chế biến thực phẩm , dược phẩm, kỹ thuật hóa học , kỹ thuật ô tô , công nghệ sinh học , đóng tàu và hàng không vũ trụ. Hàn TIG quỹ đạo tự động cũng được sử dụng trong việc xây dựng các nhà máy điện ( nhà máy nhiệt điện ). Quá trình này được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, từ các ngành công nghiệp dược phẩm, sinh học, rượu bia nước giải khát, bán dẫn đến hóa dầu và các nhà máy điện để xử lý hóa chất và các hoạt động tinh luyện.

8 Luan van Hình 1: Thiết lập đầu hàn Orbiweld 76S Máy hàn quĩ đạo – hàn Orbital GTAW tự động thiết lập một hồ quang giữa một điện cực Tungsten (Wonfram) không tiêu hao (đặt ở đầu hàn) và vật liệu cơ bản được hàn, tạo ra một vũng hàn. Vũng điện cực và hàn đều được bao quanh bởi một chất khí che thông qua các đầu hàn để bảo vệ điện cực, vũng hàn nóng chảy, và củng cố mối hàn kim loại khỏi bị khí xâm nhiễm. Nhiệt được sinh ra bởi hồ quang làm tan chảy các vật liệu cơ bản, và điện cực di chuyển dọc theo đường nối và dần dần tan ra và liên kết với vùng vật liệu bề mặt liền kề. Hình 2: Đường hàn trên ống từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc 9 Luan van Nguồn điện hàn nhỏ và cơ động với biến tần có hệ thống điều khiển tiên tiến cho phép dễ dàng sử dụng hệ thống hàn quỹ đạo hay hàn Orbital GTAW trong nhiều ứng dụng.

Sự ra đời của công nghệ mới cải thiện hơn nữa tính dễ vận hành trong hệ thống mối hàn với độ tin cậy và đồng nhất. Thiết kế với nền tảng mở: Nguồn hàn của máy hàn Orbital đã tích hợp nhiều kỹ năng của thợ hàn vào hệ thống hàn, cho phép tự động hóa hiệu quả, lập trình, ghi nhận dữ liệu… Một thiết kế với nền tảng mở cho phép tương tác với các thiết bị tiêu chuẩn và có thể nâng cấp thiết bị khi nhu cầu và yêu cầu thay đổi. Tự động hóa: Các thao tác của quá trình hàn mà trước đây phải được thực hiện thủ công, chẳng hạn như tốc độ xoay, khoảng cách hồ quang, kiểm soát dòng và lưu lượng khí, được kiểm soát thông qua các thiết bị điện tử và cơ khí. Điều này giảm thiểu rất nhiều các biến số trong quá trình hàn có thể dẫn đến lỗi hoặc khuyết tật và cho phép các thợ hàn tập trung vào giám sát quá trình và hoàn thành các mối hàn.

Lập trình: Mỗi máy hàn Orbital trong bất kể ứng dụng nào cũng cần lập trình kiểm soát các đặc tính đầu ra của hệ thống. Hệ thống có thể đơn giản hóa việc lập trình bằng cách cung cấp từng bước các thông số lập trình cho các đường kính ống với độ dày khác nhau, loại khí hàn sử dụng, và vật liệu hàn. Hình 3: Hàn quỹ đạo – hàn Orbital tự động là một quá trình được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo mối hàn đồng nhất ngay cả khi hàn với số lượng lớn. 10 Luan van Thay vì xây dựng các chương trình hàn một cách thủ công bằng cách sử dụng biểu đồ hay bảng, dữ liệu tham số hàn trước đó, hoặc bộ nhớ, người vận hành có thể lập trình bằng cách chọn dữ liệu thích hợp từ danh sách lựa chọn từ menu xuống.

Hệ thống sau đó tạo ra các chương trình ban đầu cho các hoạt động, làm giảm cơ hội cho các lỗi của con người và làm giảm thời gian xác lập chế độ cho máy. Tính năng này cũng hữu ích cho vận hành không thành thạo với loại vật liệu hàn. Các hệ thống hàn quỹ đạo – hàn Orbital mới hơn có tích hợp cổng USB cho phép người vận hành cắm chuột, hoặc bàn phím để nhập dữ liệu cho đơn giản. Người vận hành cũng có thể tải về các chương trình hàn thông qua một cổng giao tiếp thẻ nhớ flash (dùng thẻ nhớ flash) hoặc hệ điều hành để cập nhật phần mềm để bổ sung các tính năng hoặc chức năng hàn.

Hình 4: Vận hành máy dễ dàng hơn thông qua cổng giao tiếp USB Lập tài liệu: Trong một số ngành công nghiệp, việc lập tài liệu hướng dẫn của mối hàn rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và kiểm soát. Theo truyền thống, người vận hành phải ghi nhận chi tiết các bản ghi mối hàn bằng văn bản và phải nhập vào cơ sở dữ liệu và định dạng vào báo cáo. 11 Luan van Công nghệ hàn quỹ đạo – hàn Orbital ngày nay cho phép các dữ liệu này được lưu trữ trong hệ thống để dễ dàng truy xuất và chuyển giao dữ liệu để phân tích và báo cáo. Quản lý dữ liệu có thể giúp một tổ chức theo dõi các xu hướng, xem xét tốc độ sản xuất, và tính toán chi phí cho một mối hàn.

Máy in nhiệt tốc độ cao được tích hợp với hệ thống hàn Orbital đời mới cũng giúp ích cho việc lập tài liệu. Ví dụ, người sử dụng có thể in một bản sao tham khảo chi tiết thông số hàn. Dựa trên yêu cầu về qui trình, người vận hành có thể lập "bản sao nhật ký" bằng cách tạo ra một lịch trình hoàn thành một mối hàn, kiểm tra chất lượng, và ghi lại những hành động này bằng cách in phiếu (coupon). Trong khoảng thời gian quy định, người vận hành sẽ thực hiện hành động tương tự để in ra các coupon nhằm cung cấp một hồ sơ xác minh, nhằm đáp ứng các yêu cầu kiểm soát chất lượng Hình 5: Bộ điều khiển trung tâm Orbicamat.

12 Luan van Tính đồng nhất, lặp lại và hiệu quả hàn Orbital: Với máy hàn Orbital, điện cực xoay xung quanh một quĩ đạo quanh mối hàn trên một động cơ. Động cơ và điện cực được đặt ở đầu hàn, quay xung quanh ống. Quá trình này được kiểm soát chặt chẽ để giúp đảm bảo rằng các mối hàn chất lượng cao có thể được sản xuất trên cơ sở đồng nhất và có thể lặp lại. Hình 6: Cấu tạo đầu hàn Orbiweld 76S (đầu hàn kín) 13 Luan van Các biến được duy trì ở mức cài đặt trước.

Hệ thống tự động bắt đầu và hoàn thành các mối hàn, từng bước từ một biến thiết lập đến biến tiếp theo tại các địa điểm cụ thể của mối hàn hoặc vào các thời điểm được xác định trước trong suốt quá trình. Kiểm soát khí: Nguồn hàn Orbital – hàn quỹ đạo đời mới được thiết kế với tính năng kiểm soát khí che tự động tới đầu hàn. Điều này giúp người vận hành kiểm soát tốt hơn, tránh việc cài đặt không chính xác có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng mối hàn. Bộ điều khiển điều chỉnh lưu lượng khí tự động theo chương trình được lựa chọn cho một mối hàn cụ thể.

Bộ điều khiển lưu lượng tích hợp cũng ngăn ngừa việc người vận hành bắt đầu hàn mà không có khí, một lỗi mà có thể dẫn đến các hư hại đầu hàn hoặc chi tiết hàn. Khí đẩy - Blast Purge: Những tiến bộ trong kiểm soát khí tiếp tục cho phép người vận hành cải thiện hiệu quả làm việc khi hàn tại các địa điểm mà nguồn cấp điện xa với đầu hàn. Một lượng khí đủ phải hiện diện ở vị trí hàn trước khi bắt đầu mối hàn. Dòng khí đẩy nhanh chóng lấp đầy đường khí, sau đó tự động trả về lưu lượng bình thường, cho phép người vận hành bắt đầu một mối hàn sớm hơn.