CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về robot hàn.1 Robot hàn là gì Robot hàn là một loại robot đã được lập trình sẵn giúp con người hoàn toàn tự động hóa quá trình hàn cơ khí. Tùy vào từng mục đích sử dụng mà thị trường đã cho ra đời nhiều loại robot hàn gia công cơ khí khác nhau về đầu hàn như robot hàn tích, hàn dây, hàn điểm hay hàn laze. Robot hàn được áp dụng vào các dây chuyền sản xuất tự động đòi hỏi tính chuyên môn, phức tạp. Trong các lĩnh vực sản xuất ô tô, xe máy, đường ống, giá đỡ,…, robot hàn sẽ giúp ích rất nhiều và đem lại hiệu quả vượt trội so với lao động thủ công thông thường.1 Một robot hàn công nghiệp Năm 1962 robot hàn đầu tiên được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.
Một robot do George Devol và Joseph Engelberger phát triển –Unimation 001 ở một nhà máy của General Motor để hàn điểm trên dây chuyền lắp ráp. Đây có thể coi đây là một sản phẩm tân tiến của ngành công nghiệp chế tạo robot và mãi đến năm 1980, người ta mới áp dụng công nghệ robot hàn vào hoạt động hàn điểm trong sản xuất ô tô. Tuy xuất hiện muộn, nhưng hiện nay robot hàn gia công cơ khí đang chiếm số lượng áp đảo trong tổng số các loại robot được đưa vào sử dụng nhờ vào tính ứng dụng rất cao trong mọi lĩnh vực sản xuất.2 Cấu trúc cơ bản và ứng dụng của robot hàn Một robot hàn thường sẽ có hình dạng giống như một cánh tay có khớp giúp xoay và cử động dễ dàng. Thiết kế robot giống cánh tay người làm tăng độ linh hoạt, giúp robot có thể thực hiện các công việc đòi sự tỉ mỉ, chuyên nghiệp.
Đầu cánh tay gắn với súng hàn, góc súng hàn có thể di chuyển linh hoạt để robot có thể hàn ở nhiều vị trí khác nhau. Robot hàn thường được thiết kế với 6 bậc tự do được lập trình sẵn.2 Cấu trúc cơ bản và các tọa độ của robot hàn Bộ phận định vị và gá cố định vật hàn sẽ giúp quá trình hàn diễn ra thuận lợi hơn. Khi nối các vật hàn lại với nhau, sự căn chỉnh chính xác là yếu tố rất quan trọng. Hệ thống định vị này giúp cho vật nối giữ nguyên tại chỗ trong quá trình hàn.
Bộ phận định vị và giá cố định giữ chắc chắn các vật hàn cho đến khi đầu hàn tiếp cận đến mối hàn. Hệ thống truyền động của robot hàn gia công cơ khí sử dụng bộ truyền đai răng gồm các loại bánh răng như bánh răng côn xoắn, bánh răng sóng hay con lăn linh hoạt. Cấu tạo bộ truyền của robot hàn giúp robot hàn đạt được độ chính xác cao trong công việc bởi bánh răng sóng nhẹ nhưng lại có tỷ số truyền cao. Vành răng của loại bánh răng này không chỉ ăn khớp mà còn có khả năng biến dạng ở mức độ nhất định để có thể đạt đến độ chính xác tiêu chuẩn.
Theo thiết kế này vấn đề xuất hiện khe hở khi robot đảo chiều quay có thể gần như khắc phục. Tủ điều khiển robot cung cấp điện cho suốt quá trình hoạt động của robot. Chỉ số điện áp được điều khiển sao cho phù hợp từng hoạt động hàn khác nhau. Ngoài ra 3 robot hàn còn có các bộ phận khác như nguồn hàn, đầu hàn, bộ phận kẹp đầu hàn và các thiết bị cảm biến, thiết bị phụ trợ.
Robot hàn có thể ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất hàng loạt như sản xuất ôtô vận tải, điện điện tử, hàng không vũ trụ, kim loại và máy móc. Các hãng xe lớn trên thế giới đã ứng dụng robot hàn từ những năm 1980 như Ford , Toyota, Honda, Mercedes. Tại Việt Nam nhà máy sản xuất oto của Vinfast hiện đang sử dụng tới 1200 robot hàn để phục vụ nhu cầu sản xuất.3 Lợi ích của robot hàn Robot hàn được ứng dụng vào trong sản xuất mang lại rất nhiều lợi ích: Tăng hiệu suất: khả năng xử lý liên tục của Robot hàn có thể cao hơn 3-5 lần so với con người. Đồng thời với khả năng chịu đựng tốt hơn, thời gian thao tác chính xác hơn, di chuyển nhanh hơn, Robot hàn có thể giúp tăng sản lượng vượt trội.
Độ ổn định cao: việc hàn thủ công đòi hỏi người thợ cần có tay nghề cao và kinh nghiệm, thêm vào sự tập trung để đạt mức chính xác đồng đều trong các sản phẩm. Trong khi đó robot hàn có thể đạt độ chuẩn xác về các mối hàn suốt 24/7. Độ an toàn cao: việc sử dụng robot hàn sẽ giúp giảm thiểu các yếu tố nguy hiểm như: điện giật, khí độc, các điều kiện làm việc trên cao, môi trường dễ cháy nổ,… Chất lượng sản phẩm tốt, duy trì ổn định về tốc độ, khoảng cách, thời gian, Robot hàn có thể cho ra những sản phẩm đáp ứng được yêu cầu sản xuất, giảm tỉ lệ phế phẩm. Giảm số lượng lao động: sự thiếu hụt về nhân công tay nghề cao có thể được giải quyết khi sử dụng Robot hàn, khi đó ta có thể cắt giảm thời gian đào tạo và làm việc cho nhân viên.
Giảm chi phí sản xuất: với sự ổn định lâu dài về năng suất và chất lượng sản phẩm, một sản phẩm robot về lâu dài sẽ giúp ta tiết kiệm năng lượng, cắt giảm tiền lương, bảo hiểm cho nhân viên. 4 Tăng khả năng cạnh tranh: việc sử dụng Robot hàn sẽ giúp các công ty có thể rút ngằn thời gian sản xuất, duy trì, nâng cao chất lượng sản phẩm, phục vụ khách hàng nhiều hơn.4 Các kĩ thuật hàn hiện nay Trong công nghệ chế tạo cơ khí, hàn là quá trình liên kết các chi tiết hoặc đắp phủ lên bề mặt vật liệu (kim loại hoặc phi kim) để tạo nên một lớp bề mặt có tính năng đáp ứng yêu cầu sử dụng. Hàn là quá trình công nghệ để nối các chi tiết với nhau thành liên kết không tháo rời được mang tính liên tục ở phạm vi nguyên tử hoặc phân tử, bằng cách đưa chỗ nối tới trạng thái nóng chảy, thông qua việc sử dụng một trong hai yếu tố là nhiệt và áp lực, hoặc kết hợp cả hai yếu tố đó. Khi hàn có thể sử dụng hoặc không sử dụng thêm vật liệu phụ bổ sung.
Hiện nay, có các phương pháp hàn chính sau đây: - Hàn gió đá: Hàn gió (Oxy) đá (Acetylen hay gas. Phương pháp này sử dụng các khí trên để gia nhiệt cho chi tiết hàn đạt tới trạng thái nóng chảy và liên kết với nhau. Khi hàn có thể dùng vật liệu để điền thêm (filler rod) vào vị trí hàn hoặc không. - Hàn hồ quang điện (arc welding), gọi tắt là Hàn điện hay Hàn que.
Phương pháp này dùng hồ quang điện được tao ra bởi que hàn để làm nóng chảy kim loại hàn và ngay cả que hàn để điền vào vị trí hàn. - Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ T.G (Tungsten inert gas): Phương pháp này dùng hồ quang được tạo ra bởi điện cực Tungsten và dùng khí trơ (khí Argon) để bảo vệ mối hàn. - Hàn hồ quang dưới khí bảo vệ M.G (Metal inert gas): Thay vì dùng que hàn, người ta dùng 01 cuộn dây kim loại có kích thước từ 0.6 mm hoặc lớn hơn làm điện cực hàn và điện cực này cũng là dạng điện cực nóng chảy nhưng được cung cấp một cách liên tục nhưng vẫn được người thợ hàn điều khiển nên còn gọi là hàn bán tự động. 5 - Hàn MAG (Metal active gas): cũng giống với phương pháp hàn MIG, sự khác biệt giữa 2 phương pháp hàn nằm ở chổ khí bảo vệ ở hàn MIG là khí trơ còn ở hàn MAG sử dụng khí bảo vệ là loại khí “hoạt hóa”.
Hàn MAG ứng dụng nhiều khi hàn thép thường, thép hỗn hợp có hợp kim thấp. Khí hoạt hóa thường sử dụng là (CO2), hoặc Argon có trộn thêm khí Oxy (O2) và đôi khi là khí Hydro(H2). - Hàn Plasma, đây là một dạng biến thể của hàn hồ quang. - Hàn Laser là công nghệ hàn cao cấp sử dụng năng lượng của các nguồn laser.
- Các phương pháp hàn đặc biệt khác: hàn tia điện tử, hàn nổ, hàn TIG điện cực nén, hàn ma sát, hàn đảo trộn, hàn nấu.2 Các yêu cầu kĩ thuật khi hàn và chất lượng mối hàn 1.1 Yêu cầu kĩ thuật khi hàn Trước khi hàn cần phải làm sạch mép các cạnh ghép của đường hàn và phần kim loại sát cạnh đường hàn sao cho thấy được ánh kim. Bề rộng khoảng làm sạch trên 10mm mỗi bên. Nếu hàn chống nhiều đường hàn cần phải làm sạch xỉ hàn lớp trước mới được hàn lớp sau. Không được hàn khi nhiệt độ không khí môi trường dưới 0 độ C.
Công nghệ hàn phải đảm bảo ứng suất bên trong mối hàn không được quá trị số cho phép. Hệ số độ bền mối hàn điện, hàn hơi không được vượt quá trị số trong bảng 1.1 Hệ số độ bền mối hàn theo các phương pháp hàn 6 Mối hàn sau khi hàn phải đảm bảo: - Kiểm tra bên ngoài không có: + Nứt bề mặt mối hàn và phần kim loại nóng chảy + Bứu, lẹm, cháy thủng, hàn không ngấu và các khuyết tật khác + Chổ gãy móc lệch mép + Sai lệch kích thước, hình dạng mối hàn - Kiểm tra kim tương: + Không nứt trong kim loại nóng chảy và các vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt + Không có chổ hàn không ngấu giữa các lớp hàn với bìa mép + Không có chổ hàn thiếu quá 15% bề dày thành hoặc 3mm đối với bề dày trên 20mm hàn 1 phía. + Không có lỗ xốp, ngâm xỉ + Không có vết nứt, rạn phần cấu tạo làm giảm đàn hồi và dẻo của kim loại - Kiểm thử thuỷ lực: + Trên mối hàn không có hiện tượng rạn nứt + Không có hiện tượng rò rỉ nước + Không có hiện tượng biến dạng rõ rệt - Kết quả thử kéo mối hàn bằng trung bình cộng của các mẫu thử, không được thấp hơn độ bền tối thiểu của thép tương ứng, trong đó không có 1 mẫu nào thấp hơn 10% độ bền tối thiểu. - Kết quả thử uốn không được thấp hơn giá trị theo bảng 1.2 Góc uốn cho phép nhỏ nhất - Trị số độ dai va đập của mối hàn không thấp hơn trị số theo bảng 1.3 Trị số độ dai va đập của mối hàn 1.2 Các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn Mối hàn sau khi hàn xong cần được kiểm tra để đảm bảo chất lượng.
Chất lượng mối hàn phải được kiểm tra bằng một hoặc một số hoặc toàn bộ các phương pháp sau đây tuỳ vào loại mối hàn và thông số làm việc của thiết bị được hàn.