NGUYễN QUANG KHáNH

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ Kỹ THUậT

ngành : CHế TạO MáY

CHế TạO MáY

THIếT Kế Bộ CấP DÂY Tự ĐộNG
DùNG CHO MáY HàN TIG

NGUYễN QUANG KHáNH

2010 - 2012
Hà Nội
2012

Hà Nội 2012


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ BỘ CẤP DÂY TỰ ĐỘNG

dạy bảo cho tôi suốt thời gian học tập.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Bùi Văn Hạnh đã
dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành
viên Cơ khí Chính xác 29 Đội Bình – Yên Sơn – Tuyên Quang, Ban Giám hiệu
trường Cao đẳng Công nghiệp Quốc phòng, các anh chị, các bạn cùng lớp cao
học 10BCTM-QP đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa
học.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong
nhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn.

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ tài liệu nào.

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Quang Khánh

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


BẢNG GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU ĐÃ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
Ký hiệu

Đơn vị

Ý nghĩa

Ih

[A]

Dòng điện hàn

Uh

[V]

Điện áp hàn

N

-

Số lớp hàn

ED

[%]

Hệ số làm việc liên tục, chu kỳ tải

Tốc độ hàn

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
5

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. 2
BẢNG GIẢI THÍCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT................................................. 3
ĐÃ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN .................................................................. 3
BẢNG GIẢI THÍCH CÁC KÝ HIỆU ĐÃ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN..... 4
MỤC LỤC.............................................................................................................. 5
PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................... 8
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 8
2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN .............................................. 9
2.1. Mục tiêu :.................................................................................................. 9
2.2. Yêu cầu đối với sản phẩm ........................................................................ 9
2.3. Phạm vi nghiên cứu của luận văn : .......................................................... 9
3. NỘI DUNG NGHIÊN CÚU CỦA LUẬN VĂN .........................................10
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TIG ................................12
1.1. Nguyên lý...................................................................................................12
1.2. Đặc điểm và công dụng. ............................................................................13
1.3. Vật liệu trong hàn TIG...............................................................................14
1.3.1. Khí bảo vệ ...........................................................................................14
1.3.2. Điện cực tungsten :..............................................................................17
1.3.3. Que hàn TIG :......................................................................................24
1.4. Trang thiết bị: ............................................................................................26

c. Khung bộ cấp dây ..................................................................................55
d. Giá đỡ chính...........................................................................................56
e. Tay kẹp...................................................................................................57
g. Má kẹp phải và má kẹp trái: ..................................................................57
h. Puli trên..................................................................................................58
i. Bánh răng bị động và puli dưới ..............................................................59
k. Bánh răng chủ động ...............................................................................61
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ CẤP DÂY MÁY
HÀN TIG..............................................................................................................63
3.1. Điều khiển động cơ một chiều: ..............................................................63
3.1.1 Một số phương pháp điều khiển động cơ một chiều: .......................63
3.1.2 Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: 64
3.2 Điều khiển tốc độ và điều khiển chiều quay của động cơ : ....................70
3.3 Kết nối với nguồn hàn:............................................................................71
CHƯƠNG IV. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CẤP DÂY DÙNG CHO
MÁY HÀN TIG BẰNG LẬP TRÌNH VISUAL C++...........................................74
SỬ DỤNG THƯ VIỆN OPENGL .......................................................................74
4.1. Giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình Viusual C++ và thư viện OpenGL
.......................................................................................................................74
4.1.1. Giới thiệu chung về thư viện OpenGL ............................................74
4.1.2. Giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình Visual C++ và lập trình MFC
....................................................................................................................75
4.2. Mô phỏng ...............................................................................................75
4.2.1 Khởi tạo một dự án mô phỏng ..........................................................75
4.2.2. Xây dựng mô hình 3D trong môi trường OpenGL..........................83
4.3 Xây dựng khung chương trình chính ......................................................86
4.4. Kết quả ...................................................................................................94

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


- Do yêu cầu của sản xuất, do yêu cầu nâng cao chất lượng dẫn đến cần tự động
hóa nguyên công hàn TIG.
- Khi tự động hóa ta gặp phải hai vấn đề:
o Mỏ hàn có thể di chuyển tự động được nhờ các thiết bị và đồ gá thông
thường
o Khó khăn nhất là việc cấy dây hàn phụ.

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
9
- Trong công nghệ hàn MIG, MAG tốc độ cấy dây phụ thuộc vào cường độ dòng
điện hàn và được tự động điều chỉnh phù hợp với cường độ dòng điện hàn, trên
cơ sở phải tính toán được tốc độ nóng chảy của dây hàn.
- Bởi vậy việc nghiên cứu thiết kế bộ cấp dây tự động cho hàn TIG tương tự như
hàn MIG, MAG là hết sức cần thiết và cấp bách.
- Được sự nhất trí của Viện Cơ Khí, Bộ môn Hàn và Công Nghệ Kim
Loại Trường Đại Học Bách Khoa - Hà Nội Đặc biệt là PGS.TS. Bùi Văn
Hạnh tôi thực hiện luận văn với tên đề tài như sau:
Thiết kế bộ cấp dây tự động dùng cho máy hàn TIG. “Design automatic
wire feeder for TIG welding machine”
2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
2.1. Mục tiêu :
Hoàn chỉnh thiết kế một bộ cấp dây tự động dùng cho máy hàn TIG nhằm tự
động hóa chuyển động cấp dây, từ đó mở rộng khả năng công nghệ của các máy
hàn TIG hiện có ở nước ta, nâng cao năng suất và chất lượng khi hàn TIG.
2.2. Yêu cầu đối với sản phẩm
- Chi phí đầu tư thấp, dễ triển khai chế tạo đối với các cơ sở sản xuất ở Việt nam
- Làm việc ổn định, ít hỏng hóc.

2.2.1 Chọn động cơ cho bộ cấp dây
2.2.2 Thiết kế và lập quy trình gia công các bộ phận cơ khí của bộ cấp dây
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ CẤP DÂY TỰ
ĐỘNG CHO MÁY HÀN TIG
3.1 Điều khiển động cơ một chiều
3.2 Điều khiển tốc độ và điều khiển chiều quay của động cơ :

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
11
3.4 Kết nối với nguồn hàn
CHƯƠNG 4 : MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ CẤP DÂY DÙNG CHO
MÁY HÀN TIG BẰNG LẬP TRÌNH VISUAL C++ SỬ DỤNG THƯ VIỆN
OPENGL
4.1. Giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình Visual C++ và thư viện OpenGl
4.1.1. Giới thiệu chung về thư viện OpenGl
4.1.2. Giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình Visual C++ và lập trình FMS
4.2. Mô phỏng
4.2.1. Khởi tạo một dự án mô phỏng
4.2.2. Xây dựng mô hình 3D trong môi trường OpenGl
4.3. Xây dựng khung chương trình chính
4.4. Kết quả

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
12

- Có thể hàn được kim loại mỏng hoặc dày do thông số hàn có phạm vi
điều chỉnh rộng (từ vài ampe đến vài trăm ampe).
- Hàn được hầu hết các kim loại và hợp kim với chất lượng cao.
- Mối hàn sạch đẹp, không lẫn xỉ và bắn tóe.
- Kiểm soát được độ ngấu và hình dạng vũng hàn dễ dàng.
Nhược điểm:
- Năng suất thấp.
- Đòi hỏi thợ có tay nghề cao.
- Giá thành tương đối cao do năng suất thấp, thiết bị và nguyên liệu đắt
tiền.
Công dụng:
- Là phương pháp hiệu quả khi hàn nhôm, inox và hợp kim niken.
- Thường dùng hàn lớp lót trong quy trình hàn ống áp lực.
- Hàn các kim loại, hợp kim khó hàn như titan, đồng đỏ.

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
14
1.3. Vật liệu trong hàn TIG.
1.3.1. Khí bảo vệ
Bất kỳ loại khí trơ nào cũng có thể dùng để hàn TIG, song Argon và Heli được
ưa chuộng hơn cả vì giá thành tương đối thấp, trữ lương khí khai thác dồi dào.
Argon là loại khí trơ không màu, mùi, vị và không độc. Nó không hình thành
hợp chất hóa học với bất cứ vật chất nào khác ở mọi nhiệt độ hoặc áp suất. Ar
được trích từ khí quyển bằng phương pháp hóa lỏng không khí và tinh chế đến
độ tinh khiết 99,99%, có tỷ trọng so với không khí là 1,33. Ar được cung cấp
trong các bình áp suất cao hoặc ở dạng khí hóa lỏng với nhiệt độ -1840C trong
các bồn chứa.

Lưu lượng sử dụng cao hơn

Điện áp hồ quang thấp hơn nên năng

Điện áp hồ quang cao hơn nên năng

lượng hàn thấp hơn

lượng hàn lớn hơn

Giá thành rẻ hơn

Giá thành đắt hơn

Chiều dài hồ quang ngắn, mối hàn

Chiều dài hồ quang dài, mối hàn rộng

hẹp
Có thể hàn chi tiết mỏng hơn

Thường dùng hàn các chi tiết dày,
dẫn nhiệt tốt.

Sự trộn hai khí Ar và He có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Nó cho phép kiểm soát chặt
chẽ năng lượng hàn cũng như hình dạng của tiết diện mối hàn. Khi hàn chi tiết
dày, hoặc tản nhiệt nhanh, sự trộn He vào Ar cải thiện dáng kẻ quá trình hàn.
Nitơ (N2) đôi khi được đưa vào Ar để hàn đồng và hợp kim đồng, Nitơ tinh khiết
đôi khi được dùng để hàn thép không rỉ.
Hỗn hợp Ar - H2 việc bổ xung hydro vào argon làm tăng điện áp hồ quang và

duy trì tính ổn định của hồ quang, có tính chống oxy hóa rất cao.
Hai loại điện cực sử dụng phổ biến trong hàn TIG:
- Tungsten nguyên chất (đuôi sơn màu xanh lá): chứa 99,5% tungsten nguyên
chất, giá rẻ song có mật độ dòng cho phép thấp, khả năng chống nhiễm bẩn thấp,
dùng khi hàn với dòng xoay chiều (AC) áp dụng khi hàn nhôm hoặc hợp kim
nhẹ.
- Tungsten Thorium (chứa 1 đến 2% thorium {ThO2} - đuôi sơn màu đỏ): có khả
năng bức xạ electron cao do đó dòng hàn cho phép cao hơn và tuổi thọ được
nâng cao đáng kể. Khi dùng điện cực này hồ quang dễ mồi và cháy ổn định, tính
năng chống nhiễm bẩn tốt, dùng với dòng một chiều (DC) áp dụng khi hàn thép
hoặc inox.
Ngoài ra còn có:
- Tungsten zirconium (0,15 đén 0,4 zirconium {ZrO2} - đuôi sơn màu nâu) có
đặc tính hồ quang và mật độ dòng hàn định mức trung gian giữa tungsten pure
và tungsten thorium, thích hợp với nguồn hàn AC khi hàn nhôm. Ưu điểm khác
của hàn điện cực là không có tính phóng xạ như điện cực thorium.
- Tungsten Cerium (2% cerium {CeO2} - đuôi sơn màu cam): nó không có tính
phóng xạ, hồ quang dễ mồi và ổn định, có tuổi bền cao hơn, dùng tốt với dòng
DC hoặc AC.
- Tungsten Lathanum {La2O3} có tính năng tương tự tungsten cerium.

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
18

Hình 1.4: Mã màu điện cực Tungsten
EWP = pure tungsten


Kích thước và mài điện cực
Các điện cực tungsten thường được cung cấp với đường kính 0,25 ÷ 6,35 mm,
dài từ 70 ÷ 610 mm, có bề mặt đã được làm sạch có nghĩa là sau khi kéo dây
hoặc thanh, các tạp chất bề mặt được loại bỏ bằng các dung dịch thích hợp. Bề
mặt được mài có nghĩa là các tạp chất được loại bỏ bằng phương pháp mài.
Tùy thuộc vào ứng dụng, vật liệu, bề dày, loại mối nối mà ta có các dạng mài
khác nhau. Khi hàn với dòng AC ta chọn điện cực lớn hơn và mài vê tròn thay vì
mài nhọn như hàn với dòng DC.

Hình 1.6: Các dạng đầu điện cực cho dòng điện AC và DC

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
21
Kích thước khi mài điện cực:
Đường kính điện

Đường kính phần

cực

mũi

mm

mm

Độ

5 - 60

1.6

0.5

25

8 - 50

8 - 100

1.6

0.8

30

10 - 70

10 - 140

2.4

0.8

35

12 - 90


25 - 350

Các giá trị trong bảng trên ứng dụng cho khí Argon. Các giá trị dòng điện khác
có thể dùng tùy thuộc loại khí bảo vệ, loại thiết bị.

Hình 1.7: Cách mài điện cực trên máy mài

Học viên thực hiện: Nguyễn Quang Khánh – Lớp 10BCTM-QP


Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Hạnh
22
Hình dạng và cách mài điện cực có ảnh hưởng quan trọng đến sự ổn định và tập
trung của hồ quang hàn. Điện cực được mài trên đá mài có cỡ hạt mịn và mài
theo hướng trục như hình vẽ.
Nói chung chiều cao mài tốt nhất là từ 1,5 đến 3 lần đường kính điện cực.
Khi mài xong phần côn thì cần làm tù đầu côn một chút để bảo vệ điện cực
khỏi sự phá hủy của mật độ dòng điện quá cao. Cách thức ưa chuộng là làm
phẳng mũi điện cực.
Quy tắc chung là: Góc mài càng nhỏ (Điện cực càng nhọn) thì độ ngấu sâu của
vùng chảy càng lớn và bề rộng vũng chảy càng hẹp.
Khi hàn với dòng xoay chiều (AC) hoặc dòng một chiều (DC) thì đầu điện cực
có dạng bán cầu.
Để có dạng mũi điện cực thích hợp ta đung dòng xoay chiều hoặc dòng một
chiều kích thích hồ quang trên tấm vật liệu dày với tư thế trục điện cực thắng góc
với tấm vật liệu. Sở dĩ chúng ta phải dùng mũi điện cực bán cầu là vì khi hàn với
dòng AC hoặc dòng DCEP thì điện cực bị đốt nóng nhiều hơn do vậy cần bề mặt
lớn hơn để giảm mật độ dòng nhiệt.
Đặc biệt khi hàn trên nhôm, lớp oxit nhôm bám trên mũi điện cực có vai trò tăng
cường bức xạ electron và bảo vệ điện cực.