mở đầu trong việc mở ra rất nhiều hướng nghiêng cứu về công nghệ hàn ma sát khuấy. 24 Nhưng suy xét lại, nhờ những đặc trưng của hàn MIG xung trên hợp kim nhôm này mà ngành công nghiệp nhôm của nước ta phát triển ngày càng mạnh (rất quan trọng cho ngành công nghiệp vũ trụ, giao thông vận tải và vật liệu cấu trúc). Với mong muốn giúp việc lựa chọn thông số hàn không quá phức tạp cho các kỹ sư hàn mới vào nghề và đạt được hiểu quả tốt, PGS.TS Trương Nguyễn Luân Vũ cùng với ThS. Võ Lâm Chương đã tiên phong mở ra con đường mới về bộ môn điều khiển quá trình cho ngành công nghiệp của Việt Nam, cùng với những đóng góp bài báo về các thuật toán hay cách thức điều khiển đơn biến (SISO), đa biến (MIMO), … và gần đây nhất chính là thành công của bài báo “Design of Simplified Decoupling Control System of Pulsed MIG Welding Process for Alumium Alloy [2]”.
Tác giả đã chỉ cách thức phân ly đơn giản hóa (simplified decoupling) một cách củ thể, cũng như sử dụng bộ điều khiển IMC – PID cải tiến dựa trên việc tổng hợp trực tiếp giúp việc thực thi càng trở nên khả thi và ít tốn nguồn tài guyên. Kết quả cho thấy được hệ thống phản hồi bước nhanh, bám tốt giá trị đặt mang lại hiệu suất ổn định. Vì vậy, để tiếp tục phát triển đề tài của PGS.TS Trương Nguyễn Luân Vũ cũng giống như cải tiến hơn về cách thức phân ly và bộ điều khiển IMC – PID. Nay em là sinh viên đang theo học khóa Thạc sỹ, sẽ tiếp nhận đề tài “Thiêt kế hệ thống điều khiển phân ly nghịch cho quá trình hàn MIG trên hợp kim nhôm”.2) Mục tiêu nghiêng cứu Xác định được các đặc tính của thuật toán phân ly nghịch này có phù hợp trong hàn MIG trên hợp kim nhôm.
Thiết kế hoàn chỉnh thuật toán điều khiển phân ly nghịch và IMC - PID với bộ lọc bậc cao cho hệ thống hai đầu vào và hai đầu ra (TITO). Tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả.3) Nhiệm vụ và giới hạn nghiêng cứu đề tài 1.1) Nhiệm vụ Nghiêng cứu, trình bày về qui trình toán học của hàn MIG xung và kỹ thuật phân ly nghịch. 25 Nghiêng cứu, trình bày cách thức thiết kế bộ điều khiển PI/PID. Bộ điều khiển thu được sẽ được mô phỏng trên quá trình thực hiện mô hình và kết quả được trình bày.
Đánh giá và kết luận kết quả cuối cùng.2) Giới hạn nghiêng cứu đề tài Vấn đề về thực thi từ lý thuyết lên thiết bị để có cái nhìn tổng quan về chất lượng mối hàn thực chất là một vấn đề phức tạp vì nó chịu nhiều yếu tố khác từ các kinh nghiệm trong các lĩnh vực khác gộp lại và phụ thuộc vào cách thức hàn khác nhau. Vì vậy đề tài nghiêng cứu chỉ giới hạn sau: • Nghiêng cứu thuật toán điều khiển phân ly nghịch đối với hệ TITO (hai đầu vào và hai đầu ra). • Nghiêng cứu thiết kế bộ điều khiển dựa trên phương pháp điều khiển mô hình nội.4) Phương pháp nghiêng cứu Phương pháp nghiêng cứu chính trong đề tài là hệ thống lý luận: • Lý thuyết điều khiển phân ly nghịch và lý thuyết hàn MIG. • Đặc điểm, cấu trúc và tính thích hợp của bộ điều khiển phân ly nghịch.
• Kiểm tra tính ổn của điều khiển tách rời được đề xuất của quy trình hàn MIG xung nhôm đã đạt được các phản hồi đầu ra điều khiển cân bằng và nhanh chóng đáp ứng các yêu cầu thực tế.5) Kế hoạch thực hiện Kế hoạch thực hiện luận văn với nội dung nghiêng cứu được trình bày theo bố cục sau: • Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Công nghệ hàn MIG xung • Chương 3: Cơ sở lý thuyết • Chương 4: Tính toàn và mô phỏng • Chương 5: Kết luận và kiến nghị 26 • Tài liệu tham khảo 1.6) Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 1.1) Ý nghĩa khoa học - Hiểu được mối quan hệ giữ các thông số công nghệ hàn MIG gồm yw và yL là biểu thị cho độ rộng vũng hàn và chiều dài cấp dây hàn đó là tín hiệu đầu ra muốn điều khiển. Còn tín hiệu đầu vào là I, δ, Va, và Vb lần lượt là cường độ dòng điện, độ rộng xung, tốc độ cấp dây hàn, tốc độ di chuyển hàn. - Cung cấp hướng tiếp cận gần với phương pháp điều khiển tách rời và bộ điều khiển PI/PID. - Hiểu rõ hơn về các bước tiến hành các giải thuật.2) Ý nghĩa thực tiễn - Đề xuất được một bộ thiết kế hợp lý không chỉ cho công nghệ hàn MIG xung mà còn cho rất nhiều phương pháp hàn khác.
Không những vậy việc hiểu được các phương pháp và giải thuật của “Decoupling Control” sẽ giúp cho việc điều khiển hệ thống đa biến (MIMO) ngày càng dễ dàng đối với các nhà thiết kế và sản xuất. - Kết quả của luận văn này là cơ sở ứng dụng để đưa đến thực tiễn hóa vấn đề. 27 Chương 2: CÔNG NGHỆ HÀN MIG XUNG 2.1) Nguyên lý của hàn MIG xung Hàn MIG (Metal Insert Gas Arc) là hàn hồ quang trong môi trường khí trơ so với điện cực nóng chảy. Phương pháp hàn MIG cũng tương tự như hàn trong môi trường khí bảo vệ CO2 đó là hàn MIG sẽ dùng khí trơ là Argon (Ar) hoặc Heli (He) kết hợp với CO2 trong suốt quá trình tạo hồ quang giữa kim loại cần hàn với dây hàn đắp [3] như hình dưới.1 Sơ đồ nguyên lý hàn MIG Dây hàn được đưa liên tục vào vùng hàn nhờ bộ đẩy dây như hình 2.2 (hiện nay bộ đẩy dây đã được tách rời hoặc vẫn còn liên kết chung với bộ điều chỉnh), nên hàn MIG có thể được coi là phương pháp hàn bán tự động.
Ngoài ra, dây hàn là loại dây đặc có chất lượng và thành phần tương tự như kim loại hàn, vì thế không cần thêm chất khử.2 Bộ phận cấp dây hàn Nhờ vào đó, nên việc thay đổi đường kình dây hàn hoặc chất liệu của dây hàn có thể dễ dàng thay đổi. Ngoài ra, điều cần chú ý là tốc độ motor được xác lập dựa trên giá trị của dòng hàn. Vậy nên, mối tương quan giữa dòng điện hàn và tốc độ cấp dây là gắn khít và không thể tách rời. Sau đó, cũng dựa trên các nguyên lý làm việc của hàn MIG thông thường nhưng thêm vào đó là tính năng điều chỉnh dòng điện tăng theo một chu kỳ nhất định như hình 2.
Lúc đó, công nghệ hàn MIG được đổi thành công nghệ hàn MIG xung.3 Hàn MIG xung [3] 29 2.2) Kiểu chuyển dịch giọt kim loại Chuyển dịch giọt kim loại trong hàn MIG có 3 loại chính: “chuyển dịch tia (chuyển dịch phun)”, “chuyển dịch cầu” và “chuyển dịch ngắn mạch”. Ngoài ra, còn có kiểu chuyển dịch cũng được hay sử dụng đó là “chuyển dịch hỗn hợp” hay còn gọi là “chuyển dịch tia vừa”.4 Các kiểu chuyển dịch thông qua sự thay đổi điện áp và dòng điện hàn 2.1) Chuyển dịch tia (chuyển dịch phun) Chuyển dịch tia được hình thành khi dòng điện đạt tới dòng điện tới hạn (là dòng điện mà tại đó có sự thay đổi chuyển dịch kim loại), lúc này kim loại nóng chảy trên đầu dây hàn sẽ tạo thành các giọt kim loại có đường kính nhỏ hơn nhiều so với đường kính dây hàn và liên tục vào bề hàn rất nhanh [3].5 Chuyển dịch dạng tia [3] 30 Dạng chuyển dịch phun rất phù hợp cho việc hàn các tấm kim loại dày hơn và rất thuận tiên cho việc hàn từ trên xuống (hàn giáp mối).2) Chuyển dịch cầu Cũng tương tự cách thức chuyển dịch tia nhưng khác là dòng điện hàn thấp hơn dòng điện tới hạn thì kim loại nóng chảy trên đầu dây hàn sẽ tạo thành các giọt kim loại có đường kính lớn hơn nhiều so với đường kính dây hàn [3]. Vì vậy, hiện tường bắn tóe kim loại rất nhiều, dễ gây các khuyết tất trên mối hàn.6 Chuyển dịch dạng cầu [3] Quá trình hàn với chuyển dịch dạng cầu thường được ứng dụng trong việc liên kết hàn ở các vị trí hàn bằng.3) Chuyển dịch ngắn mạch Đây là kiểu chuyển dịch mà có sự tiếp xúc giữa hai cực thông qua giọt kim loại sắp đi ra từ đầu dây hàn và tiếp xúc trực tiếp tới bể hàn. Tần xuất ngắn mạch thường từ 50 – 150 lần trên một giây.
Mức độ bắn tóe cũng ít hơn chuyển dịch cầu, đồng thời chuyển dịch ngắn rất phù hợp với việc hàn kim loại mỏng, hàn đứng và hàn trần [3].7 Chuyển dịch dạng ngắn mạch [3] 31 2.4) Chuyển dịch tìa vừa (chuyển dịch hỗn hợp) Chuyển dịch này thực tế nằm giữa chuyển dịch ngắn mạch và chuyển dịch tia. Nhờ vậy, độ ngấu của mối hàn sẽ tốt hơn nhiều so với chuyển dịch dạng cầu và ngắn mạch nhưng không quá sâu như chuyển dịch tia. Nó thường được thấy khi hàn trên các hợp kim nhôm có chiều dày mỏng.8 Chuyển dịch dạng tia vừa (chuyển dịch hỗn hợp) [3] 2.3) Đặc điểm của hàn MIG xung Ưu điểm: Nhờ việc tác động dòng điện tăng theo một chu kỳ nhất định làm cho việc thay đổi các kiểu chuyển dịch giọt kim trở nên dễ dàng cho ra kết quả có độ ngấu tốt, hồ quang cứng, hẹp và ổn định, đồng thời việc điều chỉnh dòng hàn (vận tốc hàn) có thể cố định. Suy ra, hàn MIG xung có thể hàn với cường độ dòng điện thấp, phù hợp trên các tấm hợp kim nhôm mỏng có chiều dày ≥ 4 mm.
Tốc độ hàn nhanh, liên tục và quá trình hàn dài có thể được thực hiện liên tục, tiết kiệm được nhiên liệu. Dễ tự động hóa và hàn hầu hết các kim loại. Nhược điểm: 32 Máy hàn MIG thường có kích thước khá lớn nên việc di chuyển khó khăn. So với hàn TIG, cơ tính của mối hàn thấp hơn do điện cực bị nung nóng quá mức (bù lại khử được tạp chất nhôm oxit).4) Các thông số công nghệ và ảnh hưởng của chúng đến quá trình hàn 2.1) Cường độ dòng điện hàn (tốc độ cấp dây hàn) Dòng điện hàn được lựa chọn dựa trên kích thước điện cực dây hàn, kiểu chuyển dịch giọt kim loại vào bể hàn và dày của tấm kim loại cần hàn (hình 2.
Khi dòng điện thấp sẽ tạo thành dạng chuyển dịch giọt kim loại dạng cầu, làm tăng bề rộng vũng hàn, không đảm bảo độ ngấu hết chiều dày tấm kim loại và giảm độ bền của mối hàn. Ngược lại, sẽ gây ra hiện tượng bắn tóe kim loại, các khuyết tất xuất hiện, biến dạng mối hàn và không ổn định (có thể gây thủng kim loại mỏng) (hình 2.9 Đồ thị qua hệ giữa dòng điện hàn và hình dạng mối hàn [3] Hình 2.