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.
