BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

TRẦN ÁNH VIÊN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM MỎ HÀN HỒ
QUANG TAY CHO HỆ THỐNG THIẾT BỊ HÀN HỒ QUANG ẢO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

TRẦN ÁNH VIÊN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM MỎ HÀN HỒ
QUANG TAY CHO HỆ THỐNG THIẾT BỊ HÀN HỒ QUANG ẢO

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT C

KH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN TIẾN DƯ NG

2.1.1. Thực chất .................................................................................................11
2.1.2. Nguyên lý của hàn hồ quang tay..............................................................11
2.1.3. Đặc điểm của hàn hồ quang tay ...............................................................13
2.1.4. Ứng dụng của hàn hồ quang tay ..............................................................13
2.2. Phân loại các tư thế hàn................................................................................................. 15
2.2.1. Tư thế hàn tấm phẳng đối với mối hàn giáp mối .....................................16
2.2.2. Tư thế hàn tấm phẳng đối với mối hàn góc .............................................17


2.3. Hệ thống trang thiết bị trong hàn hồ quang tay ....................................................... 18
2.4. Mỏ hàn và que hàn ......................................................................................................... 19
2.4.1. Vai trò của mỏ hàn (kìm hàn) và que hàn................................................19
2.4.2. Cấu tạo của que hàn .................................................................................19
2.4.3. Cấu tạo của mỏ hàn..................................................................................20
2.4.4. Cách lắp que hàn vào mỏ hàn ..................................................................20
2.5. Các thông số chế độ hàn ................................................................................................ 21
2.5.1. Đường kính que hàn.................................................................................21
2.5.2. Cường độ dòng điện hàn ..........................................................................22
2.5.3. Điện áp hàn ..............................................................................................22
2.5.4. Số lớp hàn ................................................................................................23
2.5.5. Tốc độ hàn ...............................................................................................23
2.5.6. Năng lượng đường ...................................................................................24
2.6. Kỹ thuật hàn hồ quang tay............................................................................................ 24
2.6.1. Các chuyển động cơ bản của que hàn ......................................................24
2.6.2. Góc nghiêng que hàn ...............................................................................28
2.6.3. Chiều dài hồ quang ..................................................................................28
2.6.4. Kỹ thuật gây hồ quang hàn ......................................................................29
2.6.5. Kỹ thuật kết thúc hồ quang hàn. ..............................................................30
2.6.6. Kỹ thuật hàn đính mối hàn.......................................................................31
2.6.7. Kỹ thuật hàn cho các loại tư thế hàn........................................................32

3.5.9. Lựa chọn kết thúc thực hành hàn và hiển thị “Kết quả bài thực hành” ..64
3.6. Kết luận chương 3........................................................................................................... 66
CHƯ NG 4. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CỤM MỎ HÀN HỒ
QUANG TAY CHO HỆ THỐNG THIẾT BỊ HÀN HỒ QUANG ẢO...............67
4.1. Hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo ............................................................................... 67
4.1.1. Máy chủ .......................................................................................................................... 68
4.1.2. Cụm mô đun cho người dạy ......................................................................................... 68
4.2. Cấu tạo của hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo ......................................................... 69
4.3. Cấu tạo của mỏ hàn hồ quang tay thật ....................................................................... 72
4.4. Tính toán thiết kế cụm mỏ hàn hồ quang tay ảo ....................................................... 72
4.4.1. Cơ sở thiết kế cụm mỏ hàn hồ quang tay ảo ............................................72
4.4.2. Cấu tạo của mỏ hàn hồ quang tay ảo .......................................................73
4.5. Thiết kế các chi tiết của mỏ hàn hồ quang tay ảo .................................................. 76
4.5.1. Cụm truyền động .....................................................................................76
4.5.2. Tay cầm....................................................................................................77
4.5.3. Các bánh ma sát .......................................................................................78
4.5.4. Cơ cấu kẹp que hàn ..................................................................................79
4.5.5. Que hàn ảo ...............................................................................................80
4.5.6. Các chi tiết phụ khác................................................................................81
4.6. Kết luận chương 4........................................................................................................... 81


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................82
1) Kết luận ................................................................................................................82
2) Kiến nghị

..82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................83


là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ đề tài nghiên cứu nào khác.
Nếu sai, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, Ngày ….. tháng …. năm 2014
Học viên

Trần Ánh Viên


MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký
hiệu
SMAW

Tên tiếng Anh
Shielded Metal Arc

Tên tiếng việt
Hàn hồ quang tay.

Welding
MIG

Metal Inert Gas

Hàn bằng điện cực nóng chảy
trong môi trường khí trơ.

MAG

Metal Active Gas


PC

2G theo ASME

Hàn ngang

PE

4G theo ASME

Hàn trần

PA

1F theo ASME

Hàn sấp

PG

3Fd theo ASME

Hàn đứng từ trên xuống

PF

3Fu theo ASME

Hàn đứng từ dưới lên

Hình 2.16. Dao động que hàn theo hình bán nguyệt
Hình 2.17. Dao động que hàn theo hình tam giác
Hình 2.18. Dao động que hàn hình vòng tròn
Hình 2.19. Dao động que hàn theo hình số 8
Hình 2.20. Góc nghiêng que hàn
Hình 2.21. Chiều dài hồ quang hàn
Hình 2.22. Chiều dài hồ quang hàn quá ngắn
Hình 2.23. Hồ quang hàn quá dài
Hình 2.24. Các phương pháp mồi hồ quang hàn
Hình 2.25. Kỹ thuật kết thúc hồ quang hàn
Hình 2.26. Hàn đính mối hàn
Hình 2.27. Góc nghiêng que hàn khi hàn sấp giáp mối
Hình 2.28. Tư thế hàn


Hình 2.29. Vị trí mồi hồ quang khi hàn giáp mối
Hình 2.30. Góc độ que hàn
Hình 2.31. Chiều dài hồ quang hàn
Hình 2.32. Kỹ thuật hàn điền đầy liên kết hàn
Hình 2.33. Góc độ que hàn vị trí 2G.
Hình 2.34. Góc vát hợp lý
Hình 2.35. Các lớp hàn
Hình 2.36. Bố trí các lớp hàn và góc độ que hàn
Hình 2.37. Kỹ thuật hàn các lớp hàn
Hình 2.38. Góc nghiêng mỏ hàn
Hình 2.39. Quá trình di chuyển que hàn
Hình 2.40. Hàn mối hàn góc
Hình 2.41. Những khuyết tật sinh ra trong khi hàn góc
Hình 2.42. Góc độ que hàn khi hàn góc
Hình 2.43. Góc nghiêng que hàn khi hàn góc

Hình 4.6. Cấu tạo mỏ hàn hồ quang thật
Hình 4.7. Hình dạng của mỏ hàn ảo dựa trên mỏ hàn thật
Hình 4.8. Hình ảnh bộ phận cơ cấu dịch chuyển que hàn
Hình 4.9. Cấu tạo của mỏ hàn hồ quang tay ảo và các bộ phận cơ bản
Hình 4.10. Hình ảnh quá trình hàn của mỏ hàn hồ quang ảo
Hình 4.11. Các chi tiết của mỏ hàn hồ quang tay ảo
Hình 4.12. Cụm truyền động
Hình 4.13. Tay cầm
Hình 4.14. Bánh xe chủ động
Hình 4.15. Bánh xe bị động
Hình 4.16. Cơ cấu kẹp que hàn
Hình 4.17. Que hàn hồ quang ảo


PHẦN MỞ ĐẦU
1) Tính cấp thiết của đề tài
- Hàn được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như: Cầu đường, xây
dựng, các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, điện hạt nhân, các nhà máy sản xuất hóa
chất, công nghiệp xi măng, công nghiệp dầu khí, ngành công nghiệp đóng tàu, chế
tạo máy bay, ô tô, xe máy, … Với khối lượng công trình kết cấu thép hàn ngày càng
tăng, đặc biệt hàn cho phép chế tạo các kết cấu siêu trường, siêu trọng, vì vậy ngành
công nghiệp chế tạo kết cấu bằng hàn ngày càng phát triển với tốc độ rất cao.
- Ở Việt Nam, hiện nay chúng ta đ và đang triển khai rất nhiều công trình
lớn như: Chế tạo giàn khoan, đường ống dẫn dầu, các nhà máy thủy điện, nhiệt điện
và t ới đây là các nhà máy điện hạt nhân, .... Hiện ở Việt Nam có khoảng 18.000
công nhân hàn. Chúng ta đang thiếu hụt trầm trọng thợ hàn được đào tạo bài bản
theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế.
- Trong hàn hồ quang, do ảnh hưởng của cường độ ánh sang hồ quang cực
mạnh và các khí độc do kim loại nóng chảy, hóa hơi ảnh hưởng đến người thợ hàn,
đặc biệt là những người mới học nghề. Để nâng cao chất lượng đào tạo, giảm thời

- Nghiên cứu hệ thống thiết bị hàn hồ quang tay thật và hệ thống hàn hồ quang tay ảo.
- Nghiên cứu chế tạo mỏ hàn hồ quang tay để có thể kết nối với hệ thống thiết bị
hàn hồ quang ảo cho phép người học thực hành hàn thực hiện các thao tác như khi
hàn hồ quang tay thật.
3) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu
- Công nghệ và kỹ thuật hàn hồ quang tay;
- Cụm mỏ hàn hồ quang tay cho hệ thống thiết bị hàn hồ quang ảo.
b) Phạm vi nghiên cứu
- Qua khảo sát tình hình thực tế về tình hình sử dụng thiết bị hàn hồ quang cho đào
tạo thực hành hàn và đào tạo nghề hàn để từ đó thấy được ưu và nhược điểm của hệ
thống thiết bị hàn thực qua đó cho thấy sự cần thiết của hệ thống thiết bị hàn hồ
quang ảo trong đào tạo nghề hàn.

2


- Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật và cụm mỏ hàn hồ quang tay để từ đó làm cơ sở
để thiết kế cụm mỏ hàn hồ quang ảo cho phương pháp hàn hồ quang tay để có thể
hàn được các tư thế khác nhau cho liên kết hàn giáp mối và liên kết hàn góc.
- Chế tạo được cụm mỏ hàn hồ quang tay kết nối với hệ thống thiết bị hàn hồ quang
ảo cho phép thực hiện được phương pháp hàn hồ quang tay.
4) Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu về việc đào tạo thực hành hàn cho sinh viên và đào tạo nghề hàn tại các
cơ sở đào tạo, thu thập các tài liệu khoa học liên quan trong nước và thế giới làm cơ
sở cho việc nghiên cứu, thiết kế.
- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn hồ quang tay và cấu tạo của mỏ hàn hồ
quang thật, và các tiêu chuẩn liên quan để từ đó xây dựng được yêu cầu đối với
công nghệ và kỹ thuật hàn các phương pháp hàn này làm cơ sở để xây dựng phần
mềm cho thực hành hàn hồ quang tay ảo.

thực hiện quá trình hàn. Khi hàn trên thiết bị hàn ảo cho phép người thợ hàn làm
quen với các thao tác hàn và quan sát được các thao tác cũng như biết được các lỗi
của mình khi mắc phải trong quá trình hàn, từ đó cùng với sự trợ giúp của người

4


dạy để tìm ra các nguyên nhân để khắc phục. Hệ thống thiết bị hàn ảo còn cho
phép người dạy hàn có thể hướng dẫn trực tiếp và quan sát các thao tác của người
thợ hàn giúp họ thực hiện các thao tác hàn đúng yêu cầu kỹ thuật . Ngoài ra với hệ
thống thiết bị hàn ảo còn cho phép tiết kiệm được năng lượng điện, nguyên vật liệu,
giảm cho chí đào tạo hàn.
Hiện nay ở Việt Nam có khoảng hơn 1000 cơ sở đào tạo nghề trong đó có
nghề hàn. Nhu cầu đầu tư mua sắm thiết bị hàn hồ quang ảo là rất lớn để phục vụ
đào tạo một lực lượng công nhân hàn đông về số lượng, và có chất lượng tay nghề
đạt chuẩn quốc gia và quốc tế để đáp ứng nhu cầu sản xuất thực tế của các nhà
máy, công ty...

1.3. Chi phí đào tạo hàn hồ quang
- Qúa trình đào tạo thợ hàn hồ quang tay chi phí cho vật tư tiêu hao, thiết bị
đào tạo và công giáo viên giảng dạy rất tốn kém. Đặc biệt thời gian đào tạo để hình
thành kỹ năng tay nghề cho học viên là rất lâu. Khi hàn giáo viên và học viên
thường xuyên tiếp xúc với khí hàn độc hại, ánh sáng hồ quang, kim loại nóng chảy
bắn tóe nguy hiểm, khi đó hiệu suất lao động đạt được thì không cao. Thời gian học
tập kéo dài, học viên mới có kết quả tay nghề hàn tốt. Trên đây cũng là sũy nghĩ của
nhiều nhà chuyên môn, mong muốn và có phương pháp đào tạo bằng thiết bị hàn
hiện đại đạt hiệu quả cao trong đào tạo, với thiết bị hàn hồ quang tay ảo ra đời là
giải pháp bước ngoặc lớn nhất trong lịch sử phát triển công nghệ hiện nay. Nó đ
giải quyết được môi trường làm việc xanh, an toàn, hiệu quả, tạo điều kiện tốt cho
giáo viên và người học viên học nghề Hàn. Tạo hứng thú cho người học, giảm chi

thực hành thực tế và thú vị. Hiện nay các cơ sở đào tạo đang có một nhu cầu lớn về
việc đầu tư, mua sắm các thiết bị hàn hồ quang ảo trên để phục vụ đào tạo nghề hàn
với mục đích giảm chi phí nguyên vật liệu, không độc hại cho người sử dụng và
không ô nhiễm môi trường xung quanh có một ý nghĩa rất lớn cho người giảng dạy
và người học .
- Giảm chi phí đào tạo;
- Tuyển dụng và giữ lại thế hệ thợ hàn mới có tay nghề cao;

6


- Cải thiện hình ảnh của công nghệ hàn;
- Tạo hứng thú cho người học hàn;
- Đào tạo thợ hàn nhanh hơn;
- Giảm chi phí nguyên vật liệu trong quá trình hàn;
- Tiết kiệm được năng lượng điện;
- Tạo ra chương trình hàn “xanh”, không ô nhiễm môi trường

1.4.3. Ưu điểm của hàn hồ quang ảo
- Hàn hồ quang ảo giảm được vật liệu tiêu hao trong quá trình đào tạo
thực hành hàn;
- Học sinh có thể thực hành hàn và thực hiện qúa trình hàn một cách
không giới hạn mà không sợ mắc sai lầm;
- Học viên mồi hồ quang trên các mẫu hàn ở các vị trí hàn khác nhau;
- Giá hàn được định vị theo nhiều cách khác nhau để mô phỏng nhiều vị
trí hàn.
- Có thể dùng kỹ thuật hàn khác nhau và ghi điểm;
- Mô phỏng vũng hàn thực một cách chặt chẽ tượng trưng cho sự di
chuyển vũng hàn;
- Kỹ thuật hàn kém cho kết quả nhìn thấy là mối hàn không đều, như rỗ

- Ở Việt Nam, hiện nay chưa có cơ sở nào chế tạo được hệ thống thiết bị
hàn hồ quang ảo. Được sự quan tâm của nhà nước, một số trường đào tạo nghề đ
được trang bị thiết bị hàn ảo. Điều này tạo điều kiện cho học viên được thực hành
nhiều hơn trong khi không tốn phôi liệu và năng lượng (năng lượng điện). Bên cạnh
đó nó còn cho phép người dạy tự luyện tập để nâng cao tay nghề, đặc biệt là với cán
bộ hướng dẫn trẻ, chưa có nhiều kinh nghiệm. Ngoài ra việc đào tạo sử dụng thiết bị

8


hàn ảo cho phép giảm thiểu độc hại với cả người học và người dạy, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường do không tạo ra các khí độc.
- Tuy nhiên do kinh phí đầu tư hạn hẹp nên thiết bị, chuyên môn và nhân lực
chưa được đầu tư đồng bộ dẫn đến hiệu quả khai thác thiết bị chưa cao. Sau một
thời gian đi vào hoạt động, các hệ thống thiết bị đ bọc lộ một số nhược điểm, chưa
thích ứng với điều kiện của ta.
- Các thiết bị nhập ngoại nên thường gặp khó khăn trong việc sửa chữa, bảo
dưỡng và rất tốn kém kinh phí do phải thuê chuyên gia từ các h ng. Nhiều thiết bị
hỏng nhẹ cũng phải ngừng hoạt động trong một thời gian dài để chờ đợi các chuyên
gia từ các nước cung cấp thiết bị sang sửa chữa. Đấy là chưa nói nếu thiết bị bị hỏng
nặng, không có kinh phí thuê chuyên gia sửa chữa, còn phải xếp bỏ gây l ng phí
lớn. Mặt khác, linh kiện thay thế, sửa chữa không có sẵn trong nước nên thời gian
cung cấp kéo dài ảnh hưởng đến hiệu quả khai thác thiết bị.
- Vì thiết bị nhập ngoại giá thành cao nên hiện nay một vài cơ sở đào tạo
mới chỉ được trang bị một bộ thiết bị hàn ảo nên khả năng đáp ứng nhu cầu giảng
dạy thực hành hàn là chưa cao, hiệu quả giảng dạy chưa cao dẫn đến chưa có hiệu
quả kinh tế.
- Để nâng cao hiệu quả giảng dạy và đào tạo thực hành hàn, mỗi cán bộ một lúc
có thể hướng dẫn khoảng 5 học viên, thì như vậy mỗi cơ sở đào tạo cũng cần tối thiểu 5
bộ thiết bị hàn hồ quang ảo. Với hơn 1.100 cơ sở đào tạo hàn trong cả nước thì nhu cầu

+ Hàn hồ quang tay là một trong những phương pháp hàn nóng chảy dùng
năng lượng của hồ quang điện nung nóng kim loại chỗ cần nối đến trạng thái chảy
sau khi kết tinh sẽ tạo thành mối hàn nối các chi tiết thành một liên kết bền vững.
+ Trong quá trình hàn, mọi thao tác như: Gây hồ quang, dịch chuyển que
hàn để duy trì chiều dài hồ quang, dao động để tạo ra chiều rộng cần thiết cho mối
hàn cũng như chuyển động dọc trục để hàn hết đường hàn đều do người thợ thực
hiện bằng tay.

2.1.2. Nguyên lý của hàn hồ quang tay

Hình 2.1. Hình ảnh mô phỏng của phương pháp hàn hồ quang tay
Hồ quang hàn là nguồn nhiệt lớn tập trung dùng để làm nóng chảy kim loại
khi hàn.

11


Hồ quang là sự phóng điện liên tục giữa hai điện cực trong môi trường khí
bị ion hoá. Khi cháy đạt đến nhiệt độ 61500C (ở tâm cột hồ quang). Năng lượng
điện mà hồ quang tiêu thụ phần lớn chuyển thành nhiệt năng. Ánh sáng hồ quang
phát ra rất mạnh gây ra viêm giác mạc và hỏng da. Ở trong môi trường các đìêu
kiện bình thường, không khí không dẫn điện, dòng điện chỉ có thể qua khi môi
trường khí có các phần tử tích điện như các ion âm, ion dương và điện tử tự do.

Hình 2.2. Hình ảnh mô phỏng quá trình hàn hồ quang tay
Quá trình tạo ra các ion gọi là sự ion hoá, còn môi trường khí chứa ion gọi
là môi trường bị ion hoá. Để cho một điện tử thoát ra khỏi nguyên tử và tạo ra
ion cần phải tốn một năng lượng nhất định, năng lượng này đặc trưng bởi điện
thế ion hoá và phụ thuộc vào một số yếu tố sau: Điện tích hạt nhân, bán kính
nguyên tử và sự tác động tương hỗ giữa các điện tử trong điện trường. Các

- Giàn khoan và đường ống;
- Bảo dưỡng, thay thế và sửa chữa;

13