Luận văn đề tài : Lập trình cho robot hàn ALMEGA AX -16 để hàn một số đường cong phức tạp

Chia sẻ: Orchid_1 Orchid_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

317
lượt xem 86
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước vấn đề tự động hoá sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn đề tài : Lập trình cho robot hàn ALMEGA AX -16 để hàn một số đường cong phức tạp

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CHO ROBOT HÀN ALMEGA AX-V6 ĐỂ HÀN MỘT SỐ ĐƯỜNG CONG PHỨC TẠP Ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Mã số:23.04.3898 Học viên: TRƯƠNG ĐÌNH LUÂN Người HD khoa học : GS.TS. TRẦN VĂN ĐỊCH THÁI NGUYÊN - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2 LỜI NÓI ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước vấn đề tự động hoá sản - xuất có vai trò đặc biệt quan trọng. Mục tiêu ứng dụng Robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây - chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Sự cạnh tranh hàng hoá đặt ra một vấn đề thời sự là làm sao để hệ thống tự động hoá sản xuất phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng sự biến động thường xuyên của thị trường hàng hoá cạnh tranh. Robot công nghiệp là bộ phận cấu thành không thể thiếu trong việc tạo ra những hệ thống sản xuất linh hoạt đó. Gần nửa thế kỷ có mặt trong sản xuất, Robot công nghiệp đã có một lịch sử phát - triển hấp dẫn. Ngày nay robot công nghiệp đã được dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực sản xuất. Ở giai đoạn trước những năm 1990 hầu như trong nước ta hoàn toàn chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này. Từ năm 1990 nhiều cơ sở công nghiệp đã bắt đầu nhập ngoại nhiều loại robot để phục vụ sản xuất như tháo lắp dụng cụ cho các trung tâm gia công CNC, lắp giáp các linh kiện điện tử, thao tác ở các máy ép nhựa, hàn vỏ xe ôtô, xe máy, phun sơn v.v… Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và cao đẳng nghề đã bắt đầu giảng dạy về Robot. Đặc biệt trong những năm gần đây xu thế nhập Robot công nghiệp ở các trường nghề ngày càng gia tăng để phục vụ cho học sinh, sinh viên thực tập, tiếp cận dần với nền sản xuất hiện đại. Tuy nhiên sự chuyển giao công nghệ của nhà sản xuất chưa thật như ý muốn, chưa tận dụng khai thác triệt để của thiết bị. Là một kỹ sư, đồng thời là một giáo viên tôi mong muốn góp phần nhỏ bé của mình vào công cuộc chung của nhà trường là đào tạo các công nhân trình độ cao, tôi mạnh dạn chọn đề tài này làm luận Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3 văn tốt nghiệp: “Lập trình cho Robot hàn Almega AX-V6 để hàn một số đường cong phức tạp .” Tôi rất vinh dự được học tập và nghiên cứu tại khoá đào tạo thạc sỹ khoá 9 của - trường, đề tài tốt nghiệp của tôi được hoàn thành đúng thời hạn với sự hướng dẫn tận tình của GS.TS Trần Văn Địch, các thầy cô giáo trong và ngoài nhà trường, các bạn đồng nghiệp và sự nỗ lực của bản thân, và tôi hy vọng rằng đề tài của tôi sẽ được ứng dụng thực tế vào trong công tác đào tạo của trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ, nơi tôi đang công tác. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô trong khoa Cơ khí, - phòng đào tạo Sau đại học trường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như trong quá trình làm luận văn. Tôi lấy làm biết ơn trường Cao đẳng nghề NN&PTNT Phú Thọ đã tạo điều kiện cho tôi học tập, mở mang kiến thức. Tôi xin chân thành cảm ơn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ RÔBÔT CÔNG NGHIỆP(IR) Chương này giới thiệu lịch sử ra đời của Robot công nghiệp, định nghĩa, ứng dụng và phân loại Robot 1.1 Sự ra đời của Robot công nghiệp 1.2 Định nghĩa về Robot công nghiệp 1.3 Phân loại Robot 1.3.1 Phân loại theo hình học 1.3.2 Phân loại theo điều khiển 1.4 Ứng dụng của Robot công nghiệp trong sản xuất 1.5 Ứng dụng Robot trong ngành hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
5 1.1 Sự ra đời của rôbốt công nghiệp (Inductrial robot) Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi h ỏi các ứng dụng rộng rãi các phương tiện tự động hoá sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyền về thiết bị có tính linh hoạt cao đang dần hình thành. Các thiết bị này đang thay thế dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong lúc thị trường luôn đòi hỏi mặt hàng thay đổi về chủng loại, tính năng, mỹ thuật, vv,… Vì thế ngày càng tăng nhanh nhu cầu ứng dụng về robot để tạo ra các hệ thống sản suất linh hoạt. Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1892 trong tác phẩm “Rossum’s Unicersal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra chiếc máy gần giống như con người để hầu hạ con người. Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực. Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện những cánh tay máy bất kỳ điều khiển từ xa trong các phòng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí đó, đã xuất hiện các loại tay máy chép hình thuỷ lực và điện từ, như tay máy Minotaur hoặc tay máy Handyman của General Electric. Năm 1954 George C. Devol đã thi ết kế một thiết bị có tên là “ Cơ cấu bản lề dùng để chuyển hàng theo chương trình”. Đến năm 1956 Devol cùng với Joseph F. Engelber, một kỹ sư trẻ của công nghiệp hàng không, đã tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên năm 1959 ở công ty Unimation. Chỉ đến năm 1975 công ty Unimation mới bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm robot đầu tiên này. Chiếc Robot công nghiệp được đưa và ứng dụng đầu tiên năm 1961 , ở một nhà máy ôtô của General Motors tại Trenton, New Jersey, Hoa Kì. Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ công ty AMF của Hoa Kì (American Machine and Foundry Company). Đến năm 1990 có hơn 40 công ty Nhật Bản, trong đó có những công ty khổng lồ như công ty Hitachi và công ty Mitsubishi đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
6 Từ những năm 70 việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Tại trường đại học tổng hợp Stanford người ta đã tạo loại robot lắp giáp tự động điều khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào thời gian này công ty IBM đã ch ế tạo loại robot có cảm biến xúc giác và cảm biến lực, điều khiển bằng máy vi tính để lắp giáp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Vào thời điểm này ở nhiều nước khác cũng tiến hành công trình nghiên cứu tương tự, tạo ra các robot điều khiển bằng máy vi tính, có lắp đặt các thiết bị cảm biến và các thiết diện giao tiếp người với máy. Một lĩnh vực được nhiều người quan tâm là robot tự hành. Các công trình nghiên cứu tạo ra robot tự hành theo hướng bắt chước chân người hoặc súc vật. Các robot này còn chưa ứng dụng nhiều trong công nghiệp. Tuy nhiên các loại xe robot (robocar) lại nhanh chóng đưa vào hoạt động trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt. Từ những năm 80, nhất là những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã ra tăng, giá thành giảm đi rõ rệt, tính năng có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot công nghiệp có vai trò quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại. Ngày nay, chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học, bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu, động học, động lực học, lập trình quỹ đạo, cảm biến tín hiệu, điều khiển chuyển động v.v… 1.2 Định nghĩa về robot công nghiệp Hiện nay có nhiều định nghĩa về Robot, có thể điểm qua một số định nghĩa như sau Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) : Robot công nghiệp là một cơ cấu • chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục toạ độ; có khả năng định vị, định hướng, di Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
7 chuyển các đối tượng vật chất : chi tiết, dao cụ, gá lắp . . . theo những hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau. Định nghĩa theo RIA (Robot institute of America) : Robot là một tay máy vạn • năng có thể lặp lại các chương trình được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuy ển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. Định nghĩa theo GOCT 25686-85 (Nga) : Robot công nghiệp là một máy tự • động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một hệ thống điều khiển theo chương trình, có thể lập trình lại để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất 1.3 Phân loại Robot Có hai phương pháp phân loại robot. Một là theo tính chất vật lý hay hình học - của chúng. Hai là theo cách chúng được điều khiển. 1.3.1 Phân loại theo hình học Ngành công nghiệp dùng các thiết kế các robot khác nhau với các ưu nhược điểm riêng. Về cơ bản, một robot phải có 3 bậc tự do để tiếp cận tới tất cả các điểm trong không gian. Tuy nhiên nó phải có 3 bậc tự do để kẹp 1 vật thể trong không gian. Có 5 loại robot có tính chất không gian làm việc khác nhau, đó là: 1. Loại có dạng đề các (chữ nhật) (x,y,z) 2. Loại có dạng trụ (kiểu trụ) (r, θ ,z) 3. Loại có dạng cầu (kiểu toạ độ cực) (r, θ ,φ ) 4. Kiểu nối (nhân hình hoá hay nhân tạo) ( θ1 ,θ 2 ,θ 3 ) 5. SCARA (cánh tay máy có kết cấu lắp chọn) ( θ1 ,θ 2 ,θ 3 ) Mỗi loại robot trên được mô tả theo 3 khớp nối đầu tiên bao gồm bậc tự do của khớp. Mỗi khớp có thể mô tả bằng toán học hoặc theo chính hệ toạ độ của chúng, mô tả này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
8 có thể vẽ trong hệ toạ độ đề các. Chú ý rằng chuyển động tịnh tiến và quay của cánh tay Robot bị hạn chế bởi thiết kế robot. 1.Kiểu đề các (hình 1-1) Robot kiểu này còn gọi là tay máy kiểu giàn, có các khớp dịch chuyển theo hướng dạng hình chữ nhật. Đây là dạng mô hình hoá và về dạng toán học vì các hệ toạ độ tương ứng với hệ trục toạ độ đề các. Robot này được dùng ở những nơi cần độ chính xác rất cao, tuy nhiên không gian làm việc của nó rất hạn chế. Hình 1-1: Robot có không gian làm việc dạng hình chữ nhật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 2. Kiểu trụ: Robot này có một khớp quay và khớp tịnh tiến, 3 khớp đầu tiên của loại này ứng với 3 biến cơ bản của hệ toạ độ trụ. Chuyển động quay: θ Chuyển động cao: h Tầm với: r Hình 2-2: Robot có không gian làm việc dạng trụ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
10 Nếu vị trí của điểm tham chiếu của tay ký hiệu là ( θ , h, r ), khi đó vị trí sẽ dễ dàng xác định tại tất cả các thời điểm, nhưng nếu vị trí được cho ở một thời điểm, tức là (x,y,z) như trong trường hợp bình thường, sau đó cần thực hiện một vài phép biến đổi tay 2 hệ trục toạ độ, áp dụng phép tiếp cận mềm và giải bài toán cho 3 khớp đầu tiên, trục z có vẻ giống như trục thẳng đứng của Robot: z=h Mặt phẳng xy vuông góc với trục z và do đó song song với mặt phẳng ở đó θ quay (quanh trục z) và khoảng cách r. x = rcos θ , y = rsin θ Loại robot này đa năng hơn loại đề các. Tuy nhiên nó có độ chính xác thấp hơn. 3. Loại không gian làm việc hình cầu: Loại robot này có một khớp tịnh tiến và 2 khớp quay, 3 khớp đầu tiên của robot này tương ứng với 3 biến cơ bản của một hệ toạ độ cầu. Hình 1-3: Robot có không gian làm việc dạng cầu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
11 Chuyển động quay: φ1 Chuyển động quay vuông góc với mặt phẳng của φ (quay quanh trục z): θ Tầm với: z Để biết vị trí của tay robot, phải giữ nguyên các giá trị ( φ ,θ , r ). Tuy nhiên nếu chúng ta có vị trí tay robot ở dạng (x,y,z), chúng ta phải thực hiện phép chuyển hệ. Theo cách ít chặt chẽ hơn giống như trong trường hợp của robot loại 2, chúng ta có thể xác định toạ độ khớp ( φ ,θ , r ) phải nằm vị trí của tay máy ở một điểm đề các cụ thể. Phần bổ xung của khớp quay thứ 2 tăng tính mềm dẻo của robot này. Tuy nhiên nó làm giảm độ chính xác. 4. Loại robot thứ 4: (hình 1-4) Loại này có 3 khớp quay. Việc chuyển hệ toạ độ sang hệ trục đề các phức tạp hơn nhiều các trường hợp trước. Robot rất linh hoạt. Loại này có ưu điểm trong trường hợp robot phải tiếp cận các chi tiết qua các vật cản. Tuy vậy độ chính xác của nó thấp hơn tất cả các loại khác. Hình 1-4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
12 5. SCARA:(hình 1-5) Loại robot này là loại có cấu trúc hình học mới nhất được giới thiệu trong mô hình hóa các loại robot. Chuyển động của các khớp cơ bản quanh các trục thẳng đứng. Cấu trúc này cho độ cứng cần thiết cho robot theo phương thẳng đứng trong khi cho phép quay trong mặt phẳng nằm ngang. Hình 1-5: Robot SCARA Các chuyển động của tất cả các khớp chính là chyển động quay nên việc biểu diễn toán học không đơn giản. Loại robot này có ưu điểm trong công việc lắp giáp đòi hỏi chính xác. 1.3.2 Phân loại theo điều khiển Có 2 phương pháp điều khiển Robot. Đó là kỹ thuật điều khiển không servo và - kỹ thuật điều khiển servo. Điều khiển không servo dùng phương pháp hãm cơ khí để cung cấp các phạm vi biên của chuyển động và khi lệnh dịch chuyển được sử dụng, khớp được dẫn động cho đến khi hãm cơ khí được chạm tới. Kỹ thuật này hiện nay đã l ỗi thời. Kỹ thuật servo dùng cấu trúc phản hồi để đáp ứng với các thay đổi cục bộ của các khớp động của robot. So 2 loại kỹ thuật điều khiển servo: kiểu đường đi điểm-tới-điểm (point-to-point) - và liên tục. Kỹ thuật điểm-tới-điểm dùng chuẩn của điểm đầu và điểm cuối (và các điểm trung gian) của chuyển động robot đòi hỏi một hệ thống điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
13 đáp lại phản hồi ở những điểm này. Kỹ thuật này được dùng trong hàn điểm, công việc nhặt-và-đặt vật thể và các công việc tương tự. Phương pháp điều khiển liên tục đòi hỏi đầu chấp hành của robot theo một đường nhất định từ điểm đầu tới điểm cuối. Kỹ thuật này dùng nhiều trong ứng dụng cần chuyển động theo đường biên như hàn hay phun sơn. Các robot kiểu chuyển động liên tục thường theo chuỗi các điểm gần nhau trong - không gian trên một đường và các điểm này được xác định bằng bộ điều khiển hơn là một chương trình. Trong nhiều trường hợp, các đường giữa các điểm là các đường thẳng. 1.4 Ứng dụng của robot công nghiệp trong sản xuất - Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng nhiều trong lĩnh vực dưới góc độ thay thế con người. Nhờ vậy dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả tăng lên rõ rệt. - Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào các khả năng to lớn của robot như: + Làm việc không biết mệt mỏi + Rất dễ chuyển nghề một cách thành thạo + Chịu được tia phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao + Thay thế con người trong các công việc đơn điệu mà dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn + ….. Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ - hàn, công nghệ cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp giáp sản phẩm,.. Ngày nay đã xu ất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC - với các robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức độ tự động hoá cao, mức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
14 độ linh hoạt cao,…ở đây các máy và robot cùng được điều khiển một hệ thống chương trình. Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc - khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, quốc phòng, chinh phục vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội,… Rõ ràng khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt trội hơn khả - năng của con người, do đó là phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại. Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong dây chuyền tự động, nếu một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người. 1.5. Ứng dụng của Robot trong nghành hàn - Như ta đã biết Robot công nghiệp được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau, trong đó có ngành hàn, hiện nay số lượng Robot hàn chiếm đến 25% tổng số Robot các loại. Trong ngành công nghiệp sản xuất thì hàn đóng vai trò quan trọng, ví dụ như ngành công nghiệp ôtô, đóng tàu,....Vì vậy số lượng Robot hàn được thay thế các phương pháp hàn khác rất nhiều, sở dĩ có được điều này là do tính năng vượt trội khi hàn bằng Robot như sau: + Có tính tự động cao và năng suất cao + Có thể thực hiện được các đường hàn phức tạp + Chất lượng mối hàn tốt và tính thẩm mỹ cao + Có thể thực hiện các thao tác lặp đi, lặp lại liên tục + Giải phóng người lao động khỏi tác động có hại khi hàn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
15 CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HÀN Trong chương này chúng ta tìm hiểu qua về công nghệ hàn 2.1 Lịch sử phát triển của nghành hàn 2.2 Bản chất, đặc điểm, ứng dụng của hàn kim loại 2.3 Phân loại các phương pháp hàn 2.4 Phân loại các liên kết hàn 2.5 Mối hàn và sự hình thành mối hàn 2.6 Hàn hồ quang 2.7 Ứng suất và biến dạng hàn 2.8 Khuyết tật mối hàn và phương pháp kiểm tra 2.9 Giới thiệu một số công nghệ hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
16 2.1 Lịch sử phát triển của ngành hàn - Thời kỳ đồ đồng, đồ sắt loài người đã biết hàn kim loại - Năm 1802 nhà bác học người Nga Pêtơrốp đã tìm ra hiện tượng hồ quang điện - Năm 1882 Kỹ sư Bênađớt đã sử dụng hồ quang điện cực than để hàn kim loại. - Năm 1886 Tômsơn đã tìm ra phương p háp hàn tiếp xúc giáp mối và được áp dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp vào năm 1903. - Năm 1887 Bênađớt đã tìm ra phương pháp hàn điểm - Năm 1888 Slavianốp đã sử dụng điện cực kim loại để hàn. - Năm 1907 kỹ sư Kenbe người Thụy Điển đã sử dụng điện cực có thuốc bọc (que hàn) để hàn kim loại. - Cuối những năm 1930 - đầu những năm 1940 viện sỹ E.O.Patôn (Liên Xô cũ) tìm ra phương pháp hàn dưới lớp thuốc, phương pháp hàn tự động, bán tự động - Cuối năm 1940, tìm ra phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ, đó là các khí ( Hêli, Argon ở Mỹ và khí Cacboníc ở Liên Xô) - Năm 1949 B.O.Patôn (Kiev, Liên Xô). Tìm ra phương pháp hàn điện xỉ. Những năm tiếp theo hàng loạt các phương pháp hàn mới được ra đời như: Hàn bằng tia điện tử, hàn siêu âm, hàn ma sát,…và hiện nay trên thế giới có 120 phương pháp hàn khác nhau. Nói chung các phương pháp hàn ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt là ngành hàng không – vũ trụ. Có thể nói: Hàn là phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại. Ở nước ta, sau cách mạng tháng 8/1945 và đặc biệt sau khi hoà bình 1954. Dưới - sự lãnh đạo của Đảng ngành hàn đã được quan tâm và thực sự phát triển, nhất là trong thời kỳ đổi mới. Hiện nay với đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật hàn, công nhân hàn lành nghề ngày càng đông đảo với sự hợp tác khoa học với các nước Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
17 trên thế giới. Chúng ta tin chắc rằng ngành hàn ở Việt Nam ngày càng phát triển và được ứng dụng ngày càng nhiều vào sản xuất. 2.2 Bản chất, đặc điểm và ứng dụng của hàn kim loại 2.2.1 Bản chất - Hàn là quá trình công nghệ nối 2 hoặc nhiều phần tử (chi tiết, bộ phận) lại với nhau thành một khối bền vững không tháo rời bằng cách dùng nguồn nhiệt để nung nóng vị trí cần nối đến trạng thái hàn (trạng thái lỏng hoặc dẻo) sau đó kim loại lỏng tự kết tinh (trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chúng dính lại với nhau (trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn. 2.2.2 Đặc điểm a. Liên kết hàn: Là liên kết cứng không tháo dời ra được b. Tiết kiệm kim loại: với cùng khả năng làm việc So với liên kết bằng bu lông, đinh tán, hàn tiết kiệm từ 10-20% khối lượng kim loại So với đúc, hàn tiết kiệm 50% khối lượng kim loại c. Hàn cho phép chế tạo được các kết cấu phức tạp (siêu trọng, siêu trường) từ những vật liệu cùng loại, khác loại có tính chất khác nhau để phù hợp với các điều kiện, môi trường làm việc khác nhau. d. Hàn tạo ra các liên kết có độ bền, độ kín cao đáp ứng nhu cầu làm việc của các kết cấu quan trọng như: Vỏ tàu, nồi hơi, thiết bị chịu áp lực,… e. Hàn có tính năng động và năng suất cao so với các công nghệ gia công khác, do vậy dễ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất. f. Mức độ đầu tư cho quá trình sản xuất thấp. Tuy nhiên do trong quá trình hàn vật liệu chịu tác động của nguồn nhiệt có công suất lớn, tập chung và thời gian hàn ngắn vì vậy liên kết hàn thường có nhược điểm sau: + Tổ chức và tính chất của kim loại tại vùng mối hàn và khu vực lân cận có thể bị thay đổi (đặc biệt là những vật liệu khó hàn) do vậy làm giảm khả năng chịu lực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
18 của kết cấu. Đặc biệt làm việc dưới tác động của tải trọng động, tải trọng biến đổi theo chu kỳ. + Trong kết cấu hàn thường tồn tại trạng thái ứng suất và biến dạng dư, do vậy ảnh hưởng đáng kể đến hình dáng, kích thước, tính thẩm mỹ và khả năng làm việc của kết cấu. 2.2.3 Ứng dụng Mặc dù có những nhược điểm trên nhưng với tính kinh tế kỹ thuật cao. Công nghệ hàn ngày càng được quan tâm phát triển hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp của nền kinh tế quốc dân. 2.3 Phân loại các phương pháp hàn - Có nhiều cách phân loại phương pháp hàn. Tuy nhiên thông dụng nhất có 2 cách phân loại đó là: Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng và theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn. 2.3.1 Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng a. Các phương pháp hàn điện: Bao gồm các phương pháp dùng điện năng biến thành nhiệt năng để cung cấp cho quá trình hàn (hàn điện hồ quang, hàn điện tiếp xúc, hàn TIG, MIC, MAG,…) b. Các phương pháp hàn cơ học: bao gồm các phương pháp dùng cơ năng để làm biến dạng kim loại tại khu vực cần hàn tạo ra liên kết hàn (hàn nguội, hàn ma sát, hàn siêu âm,…) c. Các phương pháp hàn hoá học: Bao gồm các phương pháp sử dụng năng lượng do các phản ứng hoá học tạo ra để nung nóng kim loại (hàn khí, hàn hoá nhiệt,…) d. Các phương pháp hàn kết hợp: Bao gồm các phương pháp sử dụng kết hợp các phương pháp nêu trên (hàn điện cơ, hàn điện tiếp xúc,…) 2.3.2 Phân loại theo trạng thái kim loại mối hàn ở thời điểm hàn - Theo cách phân loại này người ta chia tất cả các phương pháp hàn thành 2 nhóm: hàn nóng chảy và hàn áp lực (hình 2-1) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
19 Hàn kim loại Hàn nóng chảy Hàn áp lực Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Plasma hồ điện khí laze xỉ quang Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hàn Hà Hàn điện cao nguội chu khí siêu khu rèn tiếp hoá n tần ma yếc m ép âm xúc nhiệt nổ tia h sát điệ tán n tử Hàn bằng điện cực nóng chảy có vỏ Hàn tiếp xúc giáp mối thuốc Hàn bằng điện cực không nóng chảy Hàn tiếp xúc điểm trong khí trơ Hàn tiếp xúc đường Hàn bằng điện cực nóng chảy có khí trơ Hàn bằng điện cực nóng chảy trong khí hoạt tính Hàn bằng dây hàn có lõi thuốc Hàn dưới lớp thuốc bảo vệ Hình 2-1: Phân loại các phương pháp hàn theo trạng thái hàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
20 2.4 Phân loại các liên kết hàn 2.4.1 Khái niệm Để tạo thành liên kết hàn với các phần tử (chi tiết, bộ phận) chúng cần phải có vị trí xác định tương đối với nhau trong không gian. Nghĩa là chúng phải được sắp xếp gần nhau, tiếp xúc với nhau theo một dạng nào đó (như tiếp xúc điểm đường, mặt). Sau khi hàn ra được một liên kết hàn bao gồm mối hàn và kim loại cơ bản không bị thay đổi tổ chức dưới tác dụng của quá trình hàn. Trong thực tế các loại liên kết đó được phân loại như sau: 2.4.2 Phân loại: Một số liên kết hàn thường gặp bao gồm 4 loại (hình 2-2) a. Liên kết hàn giáp mối b. Liên kết hàn góc c. Liên kết hàn chữ T d. Liên kết hàn chồng Hình 2-2: Một số liên kết hàn thường gặp 2.5 Mối hàn và sự hình thành mối hàn 2.5.1 Mối hàn: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn