HCMUTE: Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Hàn Ống

• Tác giả: Huỳnh Thanh Trà
• Người hướng dẫn: Trần Minh Thế Uyên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ Khí Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Hàn Ống
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan nghiên cứu đề tài
• 1.1. Sơ lược về lịch sử hàn, khả năng ứng dụng trong sản xuất
• 1.2. Giới thiệu hàn hồ quang
• 1.3. Cách phân loại hàn hồ quang
• 1.4. Ưu điểm của hàn hồ quang
• 1.5. Nhược điểm
• 1.6. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.7. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn
• 1.7.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.8. Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu
• 1.8.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.8.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.8.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết
• 2.1. Cơ sở lý thuyết của hàn TIG
• 2.1.1. Định nghĩa hàn TIG
• 2.1.2. Nguyên lý hàn TIG
• 2.1.3. Đặc điểm của hàn TIG
• 2.1.5. Ưu điểm, nhược điểm của hàn TIG
• 2.1.6. Các loại vật liệu dùng hàn TIG
• 2.1.7. Khí bảo vệ trong hàn TIG
• 2.2. Cơ chế truyền động bánh răng
• 2.2.1. Phân loại chuyển động bánh răng
• 2.2.2. Lưu ý khi sử dụng bộ truyền động BR
• 2.3. Sơ lược về PLC
• 2.3.1. Cấu trúc bên trong PLC
• 2.3.2. Nguyên lý hoạt động
• 2.3.3. Ưu nhược điểm của PLC
• 2.4. Sơ lược về động cơ bước
• 2.4.1. Phân loại động cơ bước
• 2.4.2. Cấu tạo của một động cơ bước
• 2.4.3. Cách hoạt động
• 2.4.4. Ưu nhược điểm
• 2.4.6. Ứng dụng của động cơ bước
• 3. CHƯƠNG 3: Các phương án đề xuất
• 3.1. Lựa chọn phương án
• 4. CHƯƠNG 4: Tính toán, thiết kế và chế tạo
• 4.1. Mô hình máy hàn
• 4.2. Cấu tạo cơ bản
• 4.2.1. Vỏ hộp và bánh răng
• 4.2.4. Cơ cấu dẫn điện cho điện cực hàn
• 4.2.3. Nguyên lý làm việc
• 4.4. Tính toán và thiết kế
• 4.4.1. Các thông số hàn
• 4.4.2. Thiết kế bánh răng
• 4.4.3. Tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm độ bền của trục
• 4.5. Thiết kế mạch điện
• 4.5.1. Gia công in 3D
• 4.5.2. Gia công phay CNC
• 4.5.3. Gia công tiện
• 4.5.4. Khoan, khoét, doa, taro
• 4.5.5. Các chi tiết sau khi gia công
• 5. CHƯƠNG 5: Kết quả đạt được
• 5.1. Hoàn thiện mô hình
• 5.2. Kết quả thí nghiệm
• 6. CHƯƠNG 6: Những sai sót
• 6.1. Thời gian mở và ngắt hồ quang
• 6.2. Kim hàn quá gần
• 6.3. Sản phẩm bị oxi hóa
• 6.4. Dòng điện hàn quá lớn
• 7. CHƯƠNG 7: Kết luận
• 7.1. Kết quả đạt được
• 7.2. Hạn chế của mô hình
• Các tài liệu tham khảo

I. Giới thiệu về Mô hình hàn ống tại HCMUTE

Bài báo này trình bày thiết kế và chế tạo mô hình hàn ống, một dự án nghiên cứu khoa học của sinh viên HCMUTE (Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh). Dự án tập trung vào việc ứng dụng các kỹ thuật hàn hiện đại, đặc biệt là hàn TIG và hàn MIG, để tạo ra một mô hình hàn ống tự động hóa. Nghiên cứu bao gồm quá trình thiết kế, tính toán, lựa chọn vật liệu, chế tạo và thử nghiệm mô hình. Các khía cạnh quan trọng được xem xét là hiệu quả, độ chính xác và độ an toàn của quá trình hàn. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một mô hình hàn ống nhỏ gọn, hiệu quả và có thể được sử dụng trong mục đích giáo dục và nghiên cứu tại HCMUTE.

1.1 Bối cảnh và tầm quan trọng của nghiên cứu khoa học HCMUTE

Việc thiết kế và chế tạo mô hình hàn ống tại HCMUTE đóng góp đáng kể vào việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy. Nghiên cứu này giúp sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn, nâng cao kỹ năng thực hành và khả năng giải quyết vấn đề. Dự án tốt nghiệp HCMUTE này cũng tạo điều kiện cho sinh viên làm quen với các công nghệ hàn tiên tiến, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo trong nước. Nghiên cứu khoa học HCMUTE tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ mới, bao gồm cả phần mềm thiết kế mô hình hàn ống, nhằm tối ưu hóa quá trình hàn, nâng cao hiệu suất và chất lượng mối hàn. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai. Việc áp dụng công nghệ hàn Orbital trong hàn tự động, như đề cập trong báo cáo, thể hiện sự đổi mới và sáng tạo trong phương pháp tiếp cận của dự án.

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là thiết kế và chế tạo mô hình hàn ống có khả năng hàn ống với đường kính Ø25 và độ dày 2,5 mm. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc lựa chọn phương pháp hàn phù hợp, thiết kế hệ thống điều khiển, lựa chọn vật liệu, chế tạo các bộ phận của mô hình, và cuối cùng là thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của mô hình. Mô hình hàn ống tự động này hướng tới việc giảm thiểu sai sót trong quá trình hàn thủ công, nâng cao chất lượng mối hàn và giảm thời gian thi công. Các thông số kỹ thuật, bao gồm cả các thông số hàn, được tính toán và lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo độ chính xác và độ bền của mối hàn. Quy trình hàn được mô phỏng và tối ưu hóa thông qua việc sử dụng các phần mềm chuyên dụng. Thiết kế cơ khí của mô hình được thực hiện chi tiết, bao gồm cả thiết kế bánh răng và cơ cấu dẫn điện.

II. Phương pháp nghiên cứu và thiết kế

Nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm. Tài liệu hàn được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm sách, tạp chí chuyên ngành, và internet. Dữ liệu được phân tích để lựa chọn phương pháp hàn, thiết kế hệ thống điều khiển và lựa chọn vật liệu phù hợp. Quá trình chế tạo mô hình hàn ống được thực hiện từng bước, bao gồm gia công in 3D, gia công phay CNC, gia công tiện, và các công đoạn gia công khác. Việc thiết kế mạch điện và lập trình điều khiển được thực hiện song song với quá trình chế tạo để đảm bảo sự thống nhất và hiệu quả của hệ thống. Mô hình 3D hàn ống được sử dụng để mô phỏng và kiểm tra quá trình hàn trước khi chế tạo mô hình thực tế. Vật liệu hàn ống được lựa chọn dựa trên tính chất cơ lý, khả năng hàn và chi phí.

2.1 Lựa chọn phương pháp hàn và thiết kế mô hình hàn ống

Dựa trên các yêu cầu về chất lượng mối hàn, độ chính xác và hiệu quả, hàn TIG được lựa chọn là phương pháp hàn chính cho dự án. Ưu điểm của hàn TIG, như chất lượng mối hàn cao, khả năng kiểm soát tốt vũng hàn, và tính thẩm mỹ, là những yếu tố quan trọng trong quyết định này. Tuy nhiên, nhược điểm của hàn TIG, như năng suất thấp và yêu cầu tay nghề cao, cũng được xem xét. Thiết kế mô hình hàn ống tập trung vào việc tự động hóa quá trình hàn để khắc phục nhược điểm về năng suất. Cơ cấu dẫn điện và hệ thống cấp khí được thiết kế tối ưu để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của quá trình hàn. Mô hình máy hàn được thiết kế nhỏ gọn và dễ sử dụng. Nguyên lý hoạt động của mô hình được trình bày chi tiết, bao gồm quá trình tạo hồ quang, cấp khí bảo vệ và điều khiển chuyển động của đầu hàn.

2.2 Chọn vật liệu và gia công chế tạo mô hình hàn ống

Việc lựa chọn vật liệu hàn ống dựa trên các tiêu chí về độ bền, khả năng hàn, và chi phí. Nhựa ABS được sử dụng cho vỏ hộp của mô hình do tính chất dễ gia công và độ bền cao. Thiết bị hàn được chọn dựa trên khả năng tương thích với phương pháp hàn TIG và yêu cầu về công suất. Quá trình gia công chế tạo mô hình hàn ống bao gồm nhiều công đoạn, từ gia công in 3D cho các chi tiết phức tạp đến gia công phay CNC và gia công tiện cho các chi tiết chính xác. Các chi tiết sau khi gia công được lắp ráp và kiểm tra kỹ lưỡng trước khi tiến hành thử nghiệm. Thiết kế cơ bản của mô hình được minh họa bằng hình vẽ và bản vẽ kỹ thuật. Vỏ hộp và bánh răng, hai thành phần quan trọng, được thiết kế để đảm bảo độ bền và hoạt động ổn định của mô hình.

III. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình hàn ống đã được chế tạo thành công và hoạt động ổn định. Kết quả thí nghiệm cho thấy mô hình đạt được độ chính xác cao trong quá trình hàn. Tuy nhiên, một số sai sót trong quá trình hàn, như mối hàn bị thưa, bị lủng, hoặc bị oxi hóa, vẫn còn tồn tại. Các nguyên nhân của những sai sót này được phân tích và đề xuất các giải pháp khắc phục trong tương lai. An toàn hàn ống được đảm bảo bằng việc trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ lao động cho người vận hành. Ứng dụng mô hình hàn ống có thể được mở rộng trong lĩnh vực giáo dục và nghiên cứu, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quá trình hàn và ứng dụng các kỹ thuật hàn hiện đại.

3.1 Phân tích kết quả thí nghiệm và sửa lỗi mô hình hàn ống

Các kết quả thí nghiệm được thu thập và phân tích kỹ lưỡng để đánh giá hiệu quả của mô hình. Các thông số như độ sâu ngấu, độ rộng mối hàn, và hình dạng mối hàn được đo lường và so sánh với các tiêu chuẩn kỹ thuật. Các sai sót được phát hiện trong quá trình thử nghiệm, bao gồm thời gian mở và ngắt hồ quang, kim hàn quá gần, sản phẩm bị oxi hóa, và dòng điện hàn quá lớn, được phân tích để tìm ra nguyên nhân. Các giải pháp khắc phục được đề xuất để cải thiện hiệu quả và độ tin cậy của mô hình. Việc sửa lỗi mô hình hàn ống tập trung vào việc tối ưu hóa các thông số hàn, cải thiện thiết kế của hệ thống điều khiển và nâng cao chất lượng của các vật liệu sử dụng. Lỗi hàn cần được giảm thiểu để đạt được chất lượng mối hàn tốt nhất.

3.2 Ứng dụng và giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Mô hình hàn ống này có giá trị thực tiễn cao trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo. Mô hình cho phép sinh viên thực hành hàn trong môi trường được kiểm soát, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành và hiểu biết về các kỹ thuật hàn hiện đại. Ứng dụng của mô hình cũng có thể được mở rộng trong các lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp cần hàn ống chính xác. Mô hình có thể được sử dụng làm nền tảng cho việc phát triển các hệ thống hàn tự động phức tạp hơn. An toàn hàn là một yếu tố quan trọng trong thiết kế và vận hành mô hình. Nghiên cứu này cung cấp kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho việc thiết kế và chế tạo các hệ thống hàn tự động hóa hiệu quả và an toàn. Mô hình hàn ống này đóng góp vào việc hiện đại hóa ngành công nghiệp chế tạo trong nước.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu sản xuất và chế tạo máy móc ngày càng tăng cao, đặc biệt trong lĩnh vực hàn ống kim loại. Hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất hàng hóa và xây dựng công nghiệp. Theo ước tính, có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân và kỹ thuật quốc phòng. Trong đó, hàn hồ quang và hàn TIG (Tungsten Inert Gas) là những phương pháp phổ biến nhờ khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao, phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau.

Đề tài "Thiết kế và chế tạo mô hình hàn ống" tập trung vào việc phát triển một mô hình máy hàn ống Ø25 mm dày 2,5 mm, ứng dụng công nghệ hàn Orbital tự động nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng mối hàn. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong năm 2022, với mục tiêu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình máy hàn ống tích hợp các công nghệ hiện đại như PLC Mitsubishi FX3U và động cơ bước NEMA 17.

Ý nghĩa của đề tài không chỉ nằm ở việc tạo ra sản phẩm mới, góp phần phát triển công nghiệp chế tạo máy trong nước mà còn giải quyết vấn đề thiếu hụt nhân lực có tay nghề cao trong ngành hàn, đồng thời bảo vệ sức khỏe người lao động thông qua cơ giới hóa quá trình hàn. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, góp phần hiện đại hóa và tự động hóa ngành hàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết hàn TIG (Tungsten Inert Gas): Hàn TIG là quá trình hàn nóng chảy sử dụng điện cực không nóng chảy bằng tungsten trong môi trường khí trơ (argon, heli hoặc hỗn hợp). Hồ quang có nhiệt độ lên đến hơn 6100°C, tạo ra mối hàn sạch, không có xỉ và ít bắn tóe. Phương pháp này phù hợp với nhiều loại kim loại như thép không gỉ, nhôm, magie và hợp kim đặc biệt, được ứng dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ và công nghiệp chế tạo chính xác.

• Mô hình truyền động bánh răng: Truyền động bánh răng được sử dụng để truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác với độ chính xác cao. Trong mô hình máy hàn, bánh răng trụ và bánh răng nghiêng được thiết kế để đảm bảo truyền động ổn định, giảm tiếng ồn và tăng hiệu suất làm việc.

• Bộ điều khiển logic lập trình (PLC): PLC Mitsubishi FX3U được sử dụng để điều khiển quá trình vận hành máy hàn, bao gồm cấp xung cho động cơ bước, điều khiển thời gian bật/tắt máy hàn TIG. PLC cho phép lập trình linh hoạt, dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và đảm bảo độ chính xác cao trong vận hành.

• Động cơ bước (Step Motor): Động cơ bước NEMA 17 với bước quay 1,8° được sử dụng để điều khiển chuyển động quay của bánh răng, đảm bảo vị trí kim hàn chính xác. Động cơ có momen xoắn 400 Nmm, phù hợp với yêu cầu vận hành chậm, chính xác của máy hàn.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng các tài liệu chuyên ngành về kỹ thuật hàn, truyền động cơ khí, điều khiển tự động và các tài liệu kỹ thuật về PLC, động cơ bước. Ngoài ra, các tiêu chuẩn quốc tế về điện cực tungsten và khí bảo vệ cũng được tham khảo để lựa chọn vật liệu và thông số kỹ thuật phù hợp.

• Phương pháp phân tích: Phân tích kỹ thuật được thực hiện thông qua tính toán thiết kế bánh răng, trục chính, mạch điều khiển điện và lập trình PLC. Các phép tính về momen xoắn, lực tác dụng, ứng suất trục được thực hiện chi tiết để đảm bảo độ bền và hiệu suất của mô hình.

• Phương pháp thực nghiệm: Mô hình máy hàn ống được chế tạo với vật liệu nhựa ABS cho vỏ hộp và bánh răng, động cơ bước NEMA 17, hệ thống dẫn điện và khí bảo vệ. Quá trình chạy thử nghiệm được tiến hành để kiểm tra hoạt động của động cơ, mạch điều khiển và chất lượng mối hàn. Các sai sót như thời gian mở/ngắt hồ quang, vị trí kim hàn, hiện tượng oxy hóa được ghi nhận và điều chỉnh.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2022, bao gồm các giai đoạn thu thập tài liệu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy hàn ống Ø25 mm dày 2,5 mm: Mô hình được hoàn thiện với cấu tạo gồm vỏ hộp và bánh răng bằng nhựa ABS, động cơ bước NEMA 17, cơ cấu dẫn điện và hệ thống khí bảo vệ. Kích thước và thông số kỹ thuật đáp ứng yêu cầu vận hành chính xác và ổn định.

2. Hiệu suất truyền động bánh răng: Tính toán momen xoắn trục chính đạt 190 Nmm, lực vòng và lực hướng tâm lần lượt là 9,5 N và 3,5 N. Đường kính trục chính được chọn là 10-13 mm, đảm bảo độ bền tĩnh và mỏi theo tiêu chuẩn thép 45 với giới hạn bền 600 MPa. Kiểm nghiệm bằng phần mềm mô phỏng cho thấy ứng suất tối đa 52,1 MPa, thấp hơn nhiều so với giới hạn cho phép.

3. Chương trình điều khiển PLC Mitsubishi FX3U hoạt động ổn định: Chương trình điều khiển cấp xung cho động cơ bước với số xung 6400 tương ứng 2 vòng quay, đồng thời điều khiển bật/tắt máy hàn TIG theo thời gian định sẵn. Thời gian chạy thử nghiệm cho thấy độ chính xác cao, giảm thiểu sai số vị trí kim hàn.

4. Chất lượng mối hàn và các sai sót: Kết quả thí nghiệm cho thấy mối hàn đạt chất lượng tốt, tuy nhiên vẫn tồn tại một số sai sót như thời gian mở/ngắt hồ quang chưa tối ưu, kim hàn quá gần gây oxi hóa, dòng điện hàn quá lớn làm biến dạng chi tiết. Các sai sót này được phân tích và đề xuất phương án khắc phục.

Thảo luận kết quả

Việc áp dụng công nghệ hàn Orbital tự động kết hợp với điều khiển PLC và động cơ bước đã nâng cao độ chính xác và ổn định của quá trình hàn ống. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng hàn tay hoặc bán tự động, mô hình này giảm thiểu sai số vị trí và tăng năng suất hàn. Các số liệu về lực truyền động và ứng suất trục cho thấy thiết kế cơ khí đảm bảo độ bền và tuổi thọ của máy.

Tuy nhiên, các sai sót trong quá trình vận hành như oxi hóa mối hàn và biến dạng chi tiết phản ánh sự cần thiết phải tối ưu hóa thông số dòng điện và vị trí kim hàn. Việc sử dụng khí bảo vệ hiệu quả hơn, như lựa chọn phương án chụp khí riêng biệt, giúp giảm thiểu hiện tượng oxi hóa. Các biểu đồ momen trục và lực tác dụng có thể được trình bày qua bảng và đồ thị để minh họa rõ ràng hơn về phân bố lực và ứng suất trong quá trình vận hành.

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật và có thể áp dụng thực tế trong công nghiệp chế tạo máy, góp phần hiện đại hóa ngành hàn, giảm thiểu nhu cầu nhân lực có tay nghề cao và bảo vệ sức khỏe người lao động.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa hệ thống khí bảo vệ: Áp dụng phương án chụp khí riêng biệt để đảm bảo khí trơ thổi trực tiếp vào vùng hàn, giảm thiểu hiện tượng oxi hóa mối hàn. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, chủ thể thực hiện là nhóm kỹ thuật và phòng thí nghiệm.

2. Điều chỉnh thông số dòng điện và tốc độ hàn: Cài đặt lại cường độ dòng điện trong khoảng 48-120 A phù hợp với độ dày 3 mm của ống, đồng thời điều chỉnh tốc độ hàn từ 100 đến 250 mm/phút để tránh biến dạng chi tiết. Thời gian thực hiện 3 tháng, do nhóm vận hành và kỹ thuật đảm nhiệm.

3. Nâng cấp chương trình PLC và động cơ bước: Tăng cường khả năng điều khiển vi bước để giảm rung và tiếng ồn, nâng cao độ chính xác vị trí kim hàn. Thời gian thực hiện 4 tháng, do nhóm lập trình và kỹ thuật điện thực hiện.

4. Đào tạo và nâng cao tay nghề vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành máy hàn tự động và bảo trì thiết bị nhằm giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là phòng đào tạo và quản lý sản xuất.

5. Mở rộng ứng dụng mô hình: Nghiên cứu phát triển mô hình hàn cho các kích thước ống khác và các loại vật liệu khác nhau, nhằm đa dạng hóa sản phẩm và tăng khả năng ứng dụng trong công nghiệp. Thời gian thực hiện 1 năm, do nhóm nghiên cứu và phát triển sản phẩm đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Cơ khí chế tạo máy: Luận văn cung cấp kiến thức thực tiễn về thiết kế, tính toán và chế tạo máy hàn tự động, giúp nâng cao kỹ năng ứng dụng lý thuyết vào thực tế.

2. Kỹ sư thiết kế và vận hành máy móc công nghiệp: Tài liệu chi tiết về cơ cấu truyền động bánh răng, động cơ bước và lập trình PLC hỗ trợ trong việc thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống tự động hóa.

3. Doanh nghiệp sản xuất và chế tạo máy hàn: Tham khảo để áp dụng công nghệ hàn Orbital tự động, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nhân công và tăng năng suất.

4. Các trung tâm đào tạo nghề hàn và tự động hóa: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy, giúp học viên hiểu rõ quy trình thiết kế, vận hành và bảo trì máy hàn tự động, đồng thời nâng cao nhận thức về an toàn lao động.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình máy hàn ống này có thể áp dụng cho các kích thước ống khác không?
   Mô hình được thiết kế cho ống Ø25 mm dày 2,5 mm, tuy nhiên với các điều chỉnh về kích thước bánh răng, trục và thông số dòng điện, mô hình có thể mở rộng cho các kích thước ống khác. Việc này đòi hỏi tính toán lại chi tiết để đảm bảo độ bền và hiệu suất.

2. Tại sao chọn động cơ bước NEMA 17 cho mô hình này?
   Động cơ bước NEMA 17 có momen xoắn 400 Nmm, bước quay 1,8°, phù hợp với yêu cầu vận hành chậm, chính xác của máy hàn. Ngoài ra, động cơ này có giá thành hợp lý và dễ dàng điều khiển bằng PLC.

3. Khí bảo vệ nào được sử dụng trong quá trình hàn TIG?
   Khí Argon (Ar) được sử dụng phổ biến do giá thành thấp, khả năng bảo vệ tốt và dễ điều chế. Hỗn hợp Ar + He cũng được dùng để tăng nhiệt lượng hồ quang khi hàn vật liệu dày hơn.

4. Làm thế nào để giảm hiện tượng oxi hóa mối hàn?
   Sử dụng hệ thống chụp khí bảo vệ hiệu quả, đảm bảo khí trơ thổi trực tiếp vào vùng hàn, đồng thời điều chỉnh vị trí kim hàn và dòng điện phù hợp để tránh tiếp xúc với không khí.

5. PLC Mitsubishi FX3U có ưu điểm gì trong điều khiển máy hàn?
   PLC FX3U có khả năng lập trình linh hoạt, thực hiện các thuật toán phức tạp, thời gian quét nhanh (1-100 ms), dễ dàng mở rộng đầu vào/ra và giao tiếp với các thiết bị thông minh khác, giúp điều khiển chính xác và ổn định quá trình hàn.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy hàn ống Ø25 mm dày 2,5 mm ứng dụng công nghệ hàn Orbital tự động.
• Thiết kế cơ khí và mạch điều khiển đảm bảo độ bền, hiệu suất và độ chính xác cao trong vận hành.
• Chương trình PLC Mitsubishi FX3U phối hợp với động cơ bước NEMA 17 vận hành ổn định, giảm thiểu sai số vị trí kim hàn.
• Kết quả thí nghiệm cho thấy mối hàn đạt chất lượng tốt, tuy nhiên cần tối ưu hóa khí bảo vệ và thông số dòng điện để khắc phục một số sai sót.
• Đề tài mở ra hướng phát triển ứng dụng công nghệ tự động hóa trong ngành hàn, góp phần nâng cao năng suất, bảo vệ sức khỏe người lao động và phát triển công nghiệp chế tạo máy trong nước.

Hành động tiếp theo: Triển khai các giải pháp tối ưu khí bảo vệ và điều chỉnh thông số vận hành trong 6 tháng tới, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các kích thước và vật liệu khác. Đề nghị các đơn vị sản xuất và đào tạo nghề quan tâm áp dụng và phát triển mô hình này để nâng cao hiệu quả công nghiệp hàn.