Chương 1 giới thiệu đề tài. Chương 2 đề cập về hàn Orbital. Chương 3 trình bày các cơ sở lý thuyết liên quan đến bánh răng, động cơ, Xilanh. Chương 4 đưa ra phương hướng và lựa chọn các phương án thiết kế.
Chương 5 trình bày các thiết kế về đầu hàn và bộ phận gá kẹp và hệ thống khí nén được sử dụng. Chương 6 quá trình chế tạo và lắp ráp. Chương 7 trình bày cách vận hành máy. Cuối cùng là đánh giá kết luận và đưa ra những cải tiến.
4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan về công nghệ hàn quỹ đạo Công nghệ hàn quỹ đạo là một quá trình hàn liên tục, đường hàn xoay tròn 360 độ nhờ điện cực được quay tròn qua kết cấu cơ khí. Các đầu hàn quỹ đạo hệ khép kín và được bơm đầy bởi khí trơ trong suốt quá trình hàn để tránh sự oxy hoá bên trong đường ống. Mỗi đầu mối hàn đều tương thích với các dải kích cỡ khác nhau, được thực hiện bằng cách thay đổi các khuôn kẹp ống để phù hợp với đường kính của ống ở cả hai mặt của đầu ống cần hàn hoặc bằng với đường kính nhỏ hơn nữa, người ta có thể thay đổi cả cụm kết cấu kẹp ống. Có các yếu tố có thể có ảnh hưởng tới kết quả hàn bao gồm chiều khoảng cách từ điện cực đến chi tiết hàn, cường độ, tần số lặp các xung của dòng hàn, tốc độ hàn, khí trơ bảo vệ, vật liệu, quá trình chuẩn bị hàn.
Hàn bằng máy hàn quỹ đạo không yêu cầu thợ hàn tham gia trực tiếp vào quá trình hàn. Máy hàn quỹ đạo có thể tạo ra hàng ngàn mối hàn đồng nhất bằng cách lặp lại quá trình hàn theo một quy trình được lập trình sẵn.1 Nguyên lí hoạt động Hàn quỹ đạo sử dụng quy trình hàn TIG (Tungsteng Inert Gas) hay còn gọi là GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) làm nguồn cung cấp hồ quang điện từ đó làm nóng chảy vật liệu cơ bản và tạo thành mối hàn. Trong GTAW, hồ quang điện được tạo từ giữa điện cực Wolfram và đối tượng hàn. Để bắt đầu hồ quang, tín hiệu RF hoặc tín hiệu điện áp cao sẽ ion hóa khí che chắn để tạo ra một đường dẫn cho dòng điện mối hàn.
Một tụ điện đẩy dòng điện vào hồ quang làm giảm điện áp hồ quang đến một điểm nhất định nơi mà nguồn điện có thể điều hòa được. Nguồn điện này đáp ứng được nhu cầu và cung cấp dòng điện để duy trì hồ quang. Hàn Orbital là một quá trình hàn tự động và liên tục, đường hàn xoay tròn 360o nhờ điện cực được quay tròn qua kết cấu cơ khí. Chi tiết được hàn là phôi dạng ống.
Trong quá trình hàn quỹ đạo, hai đầu ống được đặt tiếp xúc với nhau và được cố định trong khi điện cực sẽ được quay bởi đầu hàn di chuyển theo quỹ đạo của ống ngay tại vị trí tiếp xúc tạo ra dòng hồ quang để có được mối hàn cần thực hiện. Đầu hàn quỹ đạo hệ hở Hình 2. Đầu hàn quỹ đạo hệ kín 2.2 Ứng dụng của công nghệ hàn Orbital Hàn Orbital được áp dụng rộng rãi cho các ngành công nghiệp khác nhau. Không gian vũ trụ: Công nghệ hàn quỹ đạo được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ để hàn các ống và bộ phận trong tàu vũ trụ và vệ tinh.
Đây là một quá trình tự động, đảm bảo sự chính xác và độ tin cậy cao trong việc tạo ra các liên kết hàn chắc chắn. 6 Công nghiệp chế tạo: Trong lĩnh vực công nghiệp chế tạo, công nghệ hàn quỹ đạo được sử dụng để hàn các ống, bồn chứa, đường ống dẫn chất và các bộ phận kim loại khác. Quá trình hàn tự động này giảm thiểu sự phụ thuộc vào kỹ năng lao động, tăng năng suất và đảm bảo chất lượng cao. Năng lượng tái tạo: Công nghệ hàn quỹ đạo được áp dụng trong việc lắp ráp và hàn các bộ phận của hệ thống năng lượng tái tạo như ống dẫn nước, bộ phận điện mặt trời và cánh quạt gió.
Việc sử dụng công nghệ này giúp tăng hiệu suất, độ bền và độ tin cậy của các hệ thống năng lượng tái tạo. Ngành dược phẩm: Công nghệ hàn quỹ đạo được ứng dụng trong ngành dược phẩm để hàn các ống và bồn chứa chất lỏng, đảm bảo tính vệ sinh và độ an toàn của sản phẩm. Quá trình hàn tự động giảm nguy cơ ô nhiễm và đảm bảo chất lượng cao cho các sản phẩm dược phẩm. Ngành nước giải khát: Trong sản xuất nước giải khát, công nghệ hàn quỹ đạo (Orbital Welding Technology) được sử dụng để lắp ráp và hàn các bồn chứa và ống dẫn chất.
Quá trình hàn tự động này đảm bảo tính an toàn và vệ sinh của sản phẩm và tăng cường hiệu suất trong quy trình sản xuất. Công nghiệp bán dẫn: Ngành công nghiệp bán dẫn đòi hỏi hệ thống đường ống với bề mặt bên trong cực kỳ trơn phẳng để ngăn chặn sự tích tụ các chất bẩn trên thành ống hoặc các khớp hàn. Ngay khi nó đủ lớn, sẽ tích tụ các hạt, độ ẩm hoặc chất gây ô nhiễm có thể sinh ra và làm hỏng quá trình sản xuất. Ống, phụ kiện, van và điều áp: Đường ống thủy lực, và tất cả các hệ thống truyền chất lỏng và khí đốt đòi hỏi sử dụng các khớp nối ống.
Hệ thống Orbital cung cấp một phương tiện để đảm bảo năng suất cao về hàn và cải thiện chất lượng mối hàn. Đôi khi các ống có thể được hàn ở vị trí van hoặc thân bộ điều áp. Ở đây đầu hàn quỹ đạo cung cấp khả năng để sản xuất các mối hàn chất lượng cao trong các ứng dụng khó tiếp cận mối hàn khi hàn tay.2 Đặc tính của hệ thống máy Máy hàn quỹ đạo: dễ dàng thực hiện cơ khí hoá và tự động hoá quá trình công nghệ ở mức cao. Mối hàn của máy có độ bền cơ học cao.
Hàn được với nhiều kích thước đường đường ống có cùng đường kính giúp tiết kiệm chi phí, nâng cao năng suất.3 Kết cấu của hệ thống máy Các thành phần chính của hệ thống hàn quỹ đạo Orbital là bộ điều khiển nguồn, đầu hàn, bộ phận khí bảo vệ mối hàn. Bộ điều khiển: Bao gồm hệ thống cung cấp, điều khiển nguồn cung cấp và điều khiển các thông số hàn theo chương trình hàn cụ thể được tạo hoặc gọi lại từ bộ nhớ. 7 Bộ phận khí bảo vệ mối hàn: Hồ quang và kim loại thực hiện sẽ được bảo vệ bằng lớp khí trơ, khí hàn Tig có thể là khí Argon, Heli hoặc dùng hỗn hợp khí Argon với Heli. Đầu hàn: Có gắn điện cực trên bộ truyền động, làm cho điện cực quay theo quỹ đạo tròn quanh chỗ ghép nối tạo mối hàn.
Dựa theo kích thước đường kính của đối tượng hàn để thay đổi má kẹp ở đầu hàn.4 Ưu nhược điểm của hàn quỹ đạo Ưu điểm của hàn quỹ đạo Tăng năng suất so với hàn thủ công: So với hàn TIG thủ công, quy trình cơ giới hóa hoặc tự động dẫn đến năng suất được nâng cao. Khi sử dụng máy hàn quỹ đạo các chi tiết có thể được hàn nhanh hơn, giúp tiết kiệm thời gian. Sử dụng máy hàn quỹ đạo có thể giảm thiểu sai sót trong quá trình làm việc. Nó sẽ giúp đảm bảo rằng mỗi mối hàn đều được thực hiện chính xác và đồng nhất, giảm thiểu sai sót do nhân viên không có kinh nghiệm hoặc kỹ năng hàn kém.
Máy hàn quỹ đạo có thể cung cấp độ chính xác cao hơn so với các phương pháp hàn thủ công. Thay vì phụ thuộc vào kỹ năng và sự tập trung của người hàn, máy sẽ sử dụng các cảm biến và hệ thống điều khiển để duy trì độ chính xác cao trong quá trình hàn. Không yêu cầu kỹ năng cao của người sử dụng: Rất khó để tìm thợ hàn có chứng chỉ, kinh nghiệm hàn. Tuy nhiên, sau khi được đào tạo thích hợp, các thợ máy lành nghề có thể vận hành thiết bị hàn quỹ đạo một cách hoàn hảo và thu được kết quả xuất sắc, bằng cách sử dụng thiết bị hàn quỹ đạo Môi trường làm việc: Hàn quỹ đạo có thể được thực hiện ngay cả trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, không làm gian hạn chế, thiếu tầm nhìn.
Mối hàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng. Kiểm soát chất lượng: Máy hàn quỹ đạo có thể kiểm tra chất lượng hàn theo thời gian thực và thực hiện các điều chỉnh cần thiết để đảm bảo rằng mỗi mối hàn đều được thực hiện chính xác và đồng nhất. Điều này giúp tăng cường độ bền và độ an toàn của các bộ phận giúp giảm thiểu nguy cơ hư hỏng trong quá trình sử dụng. Ngoài ra, máy hàn quỹ đạo (orbital welding machine) còn giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn, đảm bảo rằng các bộ phận được bảo trì và sửa chữa đạt được chất lượng tốt nhất.
Tính an toàn cao: Quá trình hàn xảy ra hoàn toàn trong môi trường kín. Nâng cao an toàn lao động trong công việc. Con người không cần tham gia trực tiếp vào quá trình hàn từ đó giảm thiểu những tác động độc hại đến sức khỏe. Khuyết điểm của hàn quỹ đạo Các thiết bị hàn tinh vi đòi hỏi chi phí đầu tư vốn cao hơn nhiều so với thiết bị hàn thủ công.
8 Không áp dụng hàn quỹ đạo cho các mối hàn có biên dạng cong. Chỉ hàn hàn được hai ống với đường kính bằng nhau.5 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài Tình hình nghiên cứu ngoài nước Hàn quỹ đạo được sử dụng đầu tiên vào những năm 1960 khi ngành công nghiệp hàn máy hàn ống inox quỹ đạo tự động 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.