ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN CHƯƠNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT TỰ ĐỘNG
CHI TIẾT DẠNG ỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VĂN CHƯƠNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT TỰ ĐỘNG
CHI TIẾT DẠNG ỐNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số : 8.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Đinh Minh Diệm

Đà Nẵng - Năm 2018

i

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 công trình nào
khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Chương


ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ....................................................................3
1.1. Tổng quan về công nghệ hàn, cắt tự động ............................................................ 3
1.1.1. Giới thiệu và phân loại ống.............................................................................3
1.1.1.1. Giới thiệu về ống ......................................................................................3
1.1.1.2. Phân loại ống ............................................................................................ 4
1.1.1.3. Các phương pháp chế tạo đường ống thép. ..............................................4
1.1.2. Mặt bích, công dụng và phân loại mặt bích ....................................................7
1.1.2.1. Công dụng ................................................................................................ 7
1.1.2.2. Phân loại mặt bích
8
1.2. Cơ sở lý thuyết về hàn và công nghệ hàn, cắt tự động. ......................................10
1.2.1. Tính hàn của kim loại và hợp kim ................................................................ 10
1.2.2. Công nghệ hàn hồ quang

10
1.2.2.1. Thực chất của hàn hồ quang ...................................................................10
1.2.2.2. Tác động của điện trường đối với hồ quan hàn
10
1.2.2.3. Sự di chuyển kim loại điện cực vào vũng hàn. ....................................122
1.2.3. Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ ............................................122
1.2.3.1. Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc ..................................................122
1.2.3.2. Công nghệ hàn tự động .......................................................................133
1.2.3.3. Tính toán chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc .....................................155
1.2.4. Thiết bị hàn tự động. ...................................................................................166
1.2.4.1. Thiết bị hàn tự động .............................................................................166
1.2.4.2. Bộ đầu hàn tự động ..............................................................................166
1.2.5. Tổng quan vềc các phương pháp cắt kim loại bằng Gas, Plasma...............177
1.2.5.1. Phương pháp cắt bằng Oxy – Gas .......................................................... 19
1.2.5.2. Phương pháp cắt bằng Plasma
19
1.3. Một số loại đồ gá ứng dụng trong hàn, cắt ống.................................................200
1.3.1. Đồ gá lăn xoay định vị hàn, cắt ống nằm ngang.........................................211
1.3.2. Đồ gá đĩa đứng ............................................................................................211
1.3.3. Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động trực tiếp ..........................................222
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT ................233
2.1. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế ..............................................................233
2.1.1. Các phương án hàn, cắt tự động đường ống có kích thước trung bình ......233
2.1.1.1. Đầu hàn cố định, ống chuyển động tịnh tiến và quay. ........................233


iii

2.1.1.2. Đầu hàn chuyển động dọc theo ống, ống chuyển động quay quanh tâm
ống. ....................................................................................................................244

2.1.2. Các phương án chọn bộ gá xoay ống ..........................................................255
2.1.3. Phân tích chọn phương án thiết kế bộ truyền. ............................................277
2.1.3.1.Chọn bộ truyền động làm việc chính. ...................................................277
2.1.3.2. Chọn phương án điều khiển góc quay của cơ cấu công tác. ................300
2.1.3.3. Chọn phương án kẹp định vị chi tiết gia công .....................................311
2.1.3.4. Chọn phương án điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ .............................333
2.2. Tính toán bộ truyền làm việc chính ....................................................................39
2.2.1. Thiết kế bộ truyền .........................................................................................39
2.2.2. Tính và chọn công suất động cơ ...................................................................39
2.3. Tính toán cơ cấu điều khiển góc quay của cụm công tác. ................................522
2.3.1. Thiết kế bộ truyền .......................................................................................522
3.2.2. Tính và chọn công suất động cơ .................................................................522
2.4. Chế tạo đồ gá .....................................................................................................600
2.4.1. Chế tạo kết cấu thân vỏ ..............................................................................601
2.4.1.1. Yêu cầu kỹ thuật ...................................................................................601
2.4.1.2. Lựa chọn vật liệu và phương án thi công .............................................611
2.4.2. Cơ cấu giá đỡ mô tơ ....................................................................................633
2.4.3. Công tác sơn hoàn thiện..............................................................................633
2.4.4. Đấu nối nguồn điện và mạch điều khiển ......................................................65
2.4.4.1. Vị trí lắp đặt biến tần ..............................................................................65
2.4.4.2. Quy ước sơ đồ ngõ Terminal của hệ thống. ...........................................65
2.4.4.3. Sơ đồ đấy dây mạch điện điều khiển ......................................................66
2.5. Hình ảnh đồ gá sau khi hoàn thành đưa vào vận hành
67
CHƯƠNG 3: VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM .............................................................. 68
3.1. Cài đặt và kiểm tra các thông số làm việc của biến tần GD-1R5G-S2-B ...........68
3.1.1. Cài đặt các thông số của biến tần................................................................. 68
3.1.1.1. Cài đặt điều khiển:..................................................................................68
3.1.1.2. Cài đặt thông số Motor ...........................................................................68
3.1.1.3. Cài đặt thông số bảo vệ Motor: .............................................................. 68

3.1.2. Kiểm tra điều kiện làm việc của biến tần .....................................................69
3.1.2.1. Trình tự các bước kiểm tra biến tần .......................................................69
3.1.2.2. Kiểm tra máy trước khi bắt đầu sử dụng biến tần ..................................69
3.1.2.3. Kiểm tra điều kiện môi trường theo hướng dẫn trước khi cài đặt và sử
dụng .....................................................................................................................69
3.1.2.4. Xác nhận cài đặt. ..................................................................................700
3.1.2.5. Lệnh cơ bản ..........................................................................................700
3.1.2.6. Nhận dạng lỗi và cách xử lý. ................................................................700


iv

3.2. Vận hành thực nghiệm đồ gá ............................................................................722
3.2.1. Công tác chuẩn bị .......................................................................................722
3.2.1.1. Chuẩn bị đồ gá ......................................................................................722
3.2.1.2. Chuẩn bị chi tiết hàn/cắt .......................................................................722
3.2.1.3. Gá kẹp chi tiết lên thiết bị gá...............................................................722
3.2.1.4. Tính toán chế độ hàn tự động. ..............................................................733
3.2.2. Một số hình ảnh gá kẹp chi tiết và vận hành thực nghiệm. (Hình 3.3) ......744
KẾT LUẬN ...................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 77
PHỤ LỤC ......................................................................................................................78


v

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT TỰ ĐỘNG
CHI TIẾT DẠNG ỐNG
Tóm tắt - Hiện nay trong gia công cơ khí, việc cắt các phôi ống dài thành các phôi
ngắn hay hàn nối các đoạn phôi ống ngắn thành các đoạn ống dài theo từng loại hình

kết cấu là rất cần thiết. Thực tế đã có rất nhiều thiết bị gá hàn, cắt ống đã được áp dụng
vào sản xuất chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài. Các sản phẩm đồ gá được sản
xuất trong nước vẫn còn rất hạn chế. Để giải quyết nhu cầu trên, tôi đã thực hiện
nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị đồ gá dung để hàn, cắt tự động các chi tiết dạng
ống. Ưu điểm của loại đồ gá này là thực hiện được việc hàn, cắt chi tiết ở các góc độ
khác nhau (từ 00 đến 900) một cách linh hoạt, cơ động qua đó giải quyết được bài toán
tăng năng suất lao động và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Từ khóa - Đồ gá; hàn cắt; ống thép; thiết kế; chế tạo

DESIGN AND MANUFACTURE FOR WELDING, AUTOMATIC
CUTTING DETAILED TUBES
Summary - Nowadays in mechanical processing, the cutting of long tube embryos
into short embossed or welded joints of short tube embryos into longitudinal sections
in accordance with each type of structure is very necessary. In fact, many welding and
cutting equipment have been applied in the production mainly imported from abroad.
Home-made products are still very limited. In order to meet the above demand, I have
researched, designed and manufactured equipment for welding, automatic cutting of
pipe parts. The advantage of this type of fixture is that the welding, cutting at different
angles (from 00 to 900) can be performed in a flexible and mobile manner thereby
solving the problem of increasing labor productivity and lifting high quality products.
Keywords - Attachments; welding; steel pipe; design; make


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình
1.1
1.2

1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
1.20
1.21
1.22
1.23
1.24
1.25
1.26
2.1
2.1
2.3
2.4
2.5
2.6

2.7

Tên hình

Trang

Đường ống áp lực thủy điện Đại Ninh
Lắp đặt đường ống dẫn dầu của nhà máy lọc dầu Dung Quất
Sơ đồ hệ thống đúc ống liên tục
Sơ đồ nguyên lý đúc ống ly tâm
Sơ đồ nguyên lý cán ống dài từ phôi ống
Sơ đồ nguyên lý cán ống liền từ phôi
Sơ đồ nguyên lý ép ống
Lốc thép tấm tạo dạng ống
Nối ống bằng bu lông
Phương pháp hàn nối ống thông qua mặt bích
Tác dụng của điện trường lên hồ
Ảnh hưởng của góc điện cực đến thổi lệch hồ quang
Hàn tự động dưới lớp thuốc chi tiết ống
Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc
Một số biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn
Phương pháp “đệm thuốc hàn” khi hàn tự động dưới lớp thuốc
Thiết bị hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ
Bộ nạp dây điện cực có tốc độ điều chỉnh
Bộ nạp dây điện cực có tốc độ điều chỉnh được
Sơ đồ nguyên lý cắt bằng Ô xy
Cơ chế phân bố nhiệt cắt
Phương pháp cắt Plasma
Các loại đầu phun
Đồ gá hàn cắt ống ngang truyền động ma sát

Đồ gá hàn, cắt chi tiết dạng tròn xoay truyền động trực tiếp
Đồ gá hàn hàn, cắt ống nằm ngang truyền động trực tiếp
Sơ đồ nguyên lý hàn ống tự động dưới lớp thuốc bảo vệ
Đồ gá hàn ống tịnh tiến và quay
Sơ đồ nguyên lý đầu hàn chuyển động dọc theo ống, ống
chuyển động quay khi hàn
Phương án xoay ống bằng con lăn
Phương án xoay ống bằng hệ hệ thống dãy con lăn
Phương án xoay ống bằng đầu kẹp chủ động
Một số motor giảm tốc thông dụng

3
3
5
5
6
6
6
7
7
8
11
12
12
13
14
14
16
17
17

18
18
20
20
21
21
22
23
24
24
25
26
26
27


vii

2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19

2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31
2.32
2.33
2.34
2.35
2.36
2.37
2.38
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Một số kiểu lắp bánh răng thông dụng
Mô tơ giảm tốc trục ngang có thắng đuôi
Các góc độ làm việc của cơ cấu công tác
Mâm kẹp ba chấu tự định vị
Cách kẹp chi tiết gia công

Sơ đồ thay đổi điện áp
Sơ đồ điều chỉnh điện trở rôto
Sơ đồ đấu nối cấp trả năng lượng về nguồn
Đồ thị đường đặc tính cơ
Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số
Biến tần Goodriver10-GD10
Sơ đồ cấu tạo của Biến tần Goodriver10-GD10
Sơ đồ nguyên lý truyền động làm việc chính
Một số loại hộp giảm tốc Cycloid mới
Ứng dụng bộ truyền bánh răng Cycloid trong kỹ thuật Robot
Nguyên lý hoạt động của bộ truyền bánh răng cycloid
Kết cấu đoạn trục
Kết cấu lắp ghép các chi tiết trên trục động cơ
Thông số hình học của then
Kết cấu bạc lệch tâm
Sơ đồ nguyên lý truyền động điều khiển góc xoay
Cắt tạo phôi phần vỏ
Gá định vị các mảng vỏ lại với nhau
Gá định vị phần vỏ
Công tác làm nguội bề mặt
Các công đoạn lốc ép tạo hình nắp vỏ
Giá đỡ mô tơ
Sơn hoàn thiện
Không gian lắp đặt biến
Sơ đồ đấu nối mạch điện điều khiển
Hình ảnh tổng quan thiết bị đồ gá đã chế tạo xong
Ống có kích thước và khối lượng lớn
Ống ngắn, khối lượng nhỏ
Gá kẹp chi tiết trên thiết bị đồ gá
Vận hành hàn chi tiết ống với thiết bị đồ gá

Vận hành cắt chi tiết ống với thiết bị đồ gá

29
29
31
32
33
33
34
34
35
35
38
38
39
41
42
43
47
47
48
50
52
61
62
62
62
63
63
64

65
66
67
72
72
74
75
75


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8

Tên bảng
Thành phần hóa học thuốc hàn nóng chảy (Liên bang Nga)
Mật độ cho phép của dòng điện hàn tự động các mối hàn giáp

mối
Đặc tính khí nhiên liệu
Thành phần cấu tạo và chức năng của biến tần Goodriver10GD10
Thông số cơ bản của bánh răng Cycloid
Thông số hình học của bánh răng cycloid
Các thông số của then bằng (TCVN 2261- 77)
Ứng suất dập cho phép đối với mối ghép then
Thông số cơ bản của bánh răng Cycloid
Thông số hình học của bánh răng cycloid
Quy ước ngõ Terminal

Trang
15
15
19
38
45
46
49
49
55
56
65


ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AWS
GMAW

GTAW
SAW
SMAW
ISO
MAPP
ĐK
PLC

American Welding Society (Hàn kết cấu thép theo tiêu chuẩn Mỹ)
Gas Metaletal Arc Welding (Hàn hồ quang kim loại trong môi trường
khí)
Gas Tungsten Arc Welding (Hàn hồ quang điện cực tungsten trong môi
trường khí)
Submerged Arc Weldin (Hàn hồ quang dưới lớp thuốc)
Shielded Metal Arc Welding (hàn hồ quang tay)
International Organization of Standardization (Tổ chức Tiêu chuẩn hoá
tiêu chuẩn Quốc tế)
Metyl Axetylen-Propan (Propen và khí tự nhiên)
Điều khiển
Programmable Logic Controller (điều khiển logic lập trình)


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, trong gia công cơ khí nói chung và hàn cắt ống thép công nghiệp
là công việc khá phổ biến. Việc thiết kế, chế tạo đồ gá hàn cắt các chi tiết ống
càng trở nên cần thiết giúp giải quết bài toán tăng năng suất và chất lượng sản
phẩm.

Do điều kiện sản xuất thực tế trên công trường đòi hỏi cần phải có các thiết bị đồ
gá cơ động để thuận lợi trong việc di chuyển nhằm đáp ứng được nhu cầu công việc
một cách trực tiếp, nhanh gọn.
Việc trang bị đồ gá hàn cắt chi tiết dạng ống như một thiết bị giảng dạy thực hành
tại xưởng công nghệ hàn – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng là
một nhu cầu thiết thực nhằm giúp sinh việc được điều kiện tiếp xúc thực tế trên thiết bị
thực nghiệm.
Xuất phát từ những lý do trên, tôi đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo đồ gá hàn,
cắt tự động chi tiết dạng ống” để làm luận văn tốt nghiệp.

2. Mục đích nghiên cứu
- Sản phẩm đồ gá có thể phục vụ cho công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học
cho sinh viên.
- Tạo ra sản phẩm đồ gá có tính năng cơ động, linh hoạt dễ dàng vận chuyển
trong từng điều kiện thi công cụ thể trên thực địa công trình
- Giúp cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân lao động, tăng năng suất, giảm
chi phí sản xuất

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là đồ gá hàn, cắt tự động chi tiết dạng ống

* Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn trong môi trường bảo vệ và cắt bằng hồ
quang plasma.
- Nghiên cứu đồ gá ứng dụng hàn, cắt các chi tiết dạng ống như: ống thép có
đường kính đến 600mm, chiều dày đến 20mm và chiều dài lên đến 6000mm; các loại
mặt bích, bánh đà … có đường kính lên đến 1000mm.
- Nghiên cứu điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ
- Nghiên cứu cơ cấu định vị, kẹp chặt chi tiết.


4. Phương pháp nghiên cứu
- Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp kết hợp giữa lý thuyết và
thực nghiệm.
- Tham quan, tìm hiểu tại các cơ sở sản xuất thực tế.


2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
* Ý nghĩa khoa học:
- Nâng cao khả năng tự động hóa quá trình hàn, cắt các chi tiết dạng ống

- Mở ra hướng phát triển đề tài nhằm đáp ứng cho phương pháp cắt các
hình dạng phức tạp (cắt mỹ thuật) trên ống thép
* Ý nghĩa thực tiễn
- Nâng cao chất lượng sản phẩm gia công, tiết kiệm thời gian làm việc, giảm chi
phí lao động
- Với việc tích hợp gá kẹp để hàn, cắt chi tiết ở nhiều vị trí khác nhau trong cùng
một thiết bị sẽ giảm được chi phí đầu tư ban
- Thông qua thiết bị biến đổi tần số để điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ một cách
dễ dàng, linh hoạt.

6. Cấu trúc luận văn
Mở đầu
Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒ GÁ HÀN, CẮT
Chương 3: VẬN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.
KÊT LUẬN & KIẾN NGHỊ.



3

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về công nghệ hàn, cắt tự động
1.1.1. Giới thiệu và phân loại ống
1.1.1.1. Giới thiệu về ống
Ống dẫn là thiết bị rất phổ biến và chiếm vai trò rất quan trọng trong công
nghiệp; đặc biệt là các ngành công nghiệp khai thác, chế biến dầu lửa và khí đốt, công
nghiệp hóa chất, hệ thống đường ống các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, hệ thống ở
các trạm làm lạnh. Như vậy ống là thiết bị để chuyển tải các chất ở thể lỏng, thể khí và
ở thể hạt.
Các ống công nghệ làm việc trong những điều kiện rất phức tạp, trong quá trình
làm việc các ống chịu áp lực của chất chuyển tải từ 0,01  2500 KG/cm2 hoặc cao hơn,

Hình 1.1. Đường ống
áp lực thủy điện Đại Ninh

Hình 1.2. Lắp đặt đường ống dẫn dầu
của nhà máy lọc dầu Dung Quất


4

chịu tác dụng của nhiệt độ từ -1500C  7000C hoặc cao hơn. Chịu tải trọng thường
xuyên của trọng lượng bản thân, chất chuyển tải, giản nỡ vì nhiệt, áp lực của nền đất.
1.1.1.2. Phân loại ống
a) Căn cứ vào chất chuyển tải
- Ống dẫn xăng, dầu, mazut và các sản phẩm công nghệ luyện dầu.

- Ống dẫn khí, hơi nước, hóa chất và dẫn nước.
- Theo tính chuyên môn: Ống dẫn nhiệt, ống dẫn dầu đặc, ống dẫn dầu lỏng.
b) Căn cứ vào vật liệu chế tạo
- Ống thép (thép cac bon, thép không gỉ, thép hợp kim nói chung).
- Ống bằng hợp kim và kim loại màu.
- Ống gang.
- Ống bằng vật liệu phi kim loại.
c) Căn cứ vào áp suất qui ước của chất chuyển tải
- Ống chân không.
- Ống làm việc áp suất dưới
750
(mmHg)
- Ống áp lực thấp
1  15
(KG/cm2)
- Ống làm việc áp lực trung bình
16  100 (KG/cm2)
- Ống áp lực cao
101  2500 (KG/cm2)
- Ống làm việc không có áp suất dư.
d) Căn cứ vào nhiệt độ của chất chuyển tải
- Ống lạnh (nhiệt độ của chất chuyển tải từ -1500C  00C).
- Ống bình thường (nhiệt độ của chất chuyển tải từ 10C  500C).
- Ống nhiệt (nhiệt độ của chất chuyển tải từ 510C  7000C).
e) Căn cứ vào mức độ ăn mòn của chất chuyển tải
- Ống trong môi trường ít ăn mòn.
- Ống trong môi trường không ăn mòn.
- Ống trong môi trường ăn mòn trung bình.
- Ống trong môi trường ăn mòn cao.
Các chất chuyển tải thuộc môi trường không hoặc ít ăn mòn có tốc độ làm gỉ thép

ống Cacbon nhỏ hơn 0,1mm/năm. Chất ăn mòn trung bình từ 0,1 đến 0,5mm/năm.
Chất ăn mòn cao lớn hơn 0,5mm/năm.
1.1.1.3. Các phương pháp chế tạo đường ống thép.
a). Chế tạo đường ống bằng phương pháp đúc
* Đúc liên tục:
Đúc liên tục là quá trình rót kim loại lỏng đều và liên tục vào khuôn bằng kim
loại. Xung quanh hoặc bên trong khuôn có nước làm nguội. Nhờ truyền nhiệt nhanh
nên kim loại lỏng sau khi rót vào khuôn được kết tinh ngay. Vật đúc được kéo liên tục
ra khỏi khuôn nhờ cơ cấu đặc biệt như con lăn, bàn kéo...


5

1. Ống đúc
2. Thùng rót
3 . Tấm đỡ
4 . Vít me
5. Động cơ
6. Đầu mồi

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống đúc ống liên tục
* Đúc ly tâm:
Đúc ly tâm là quá trình rót kim loại lỏng vào khuôn bằng kim loại sau đó khuôn
quay với tốc độ lớn, tạo hình và đông đặc dưới tác dụng của lực ly tâm. Khi kim loai
đông nguội ngừng quay lấy vật đúc ra.

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý đúc ống ly tâm
1. Phiễu, 2. Kim loại nóng chảy, 3. Lỗ khuôn, 4. Khuôn ép,5. Máng, 6. Ống đúc, 7. Con
b). Chế tạo đường ống bằng gia công lăn
áp lực

* Gia công bằng phương pháp cán
- Loại có mối hàn: Trước khi cán hai rìa của băng kim loại phải được vát nghiêng
cạnh, sau đó cán băng kim loại được đốt nóng cuốn lại thành ống rút qua miệng phiểu
của máy kéo và cuối cùng hàn giáp mối lại.


6

1. Phôi
2. Sản phẩm
3. Trục nong

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý cán ống dài từ phôi ống
- Loại không có mối hàn: Do trục cán có hình dạng đặc biệt và không song song
với nhau, vận cán sẽ chuyển động xoắn ốc, giữa tâm vật cán sẽ tạo nên lỗ rỗng. Bề mặt
lỗ không nhẵn ta dùng chày nong do đó khi đi qua các trục cán, vật cán sẽ tạo thành
hình ống.

1. Phôi
2. Sản phẩm
3. Trục nong

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý cán ống liền từ phôi
đặc
+ Gia công bằng phương pháp ép
Ép kim loại là quá trình gia công áp lực, kim loại được nung nóng bị dồn trong
một thể tích kín và chui qua lỗ khuôn có hình dáng và kích thước nhất định.

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý ép ống
1. Khuôn ép; 2. Phôi kim loại; 3. Lỗ khuôn ép;

4. Ống tạo thành; 5. Chày ép rỗng; 6. Chày nong.


7

c). Chế tạo đường ống bằng phương pháp hàn
Hàn là quá trình công nghệ nối hai đầu của một chi tiết hoặc nhiều chi tiết với
nhau bằng cách dùng nguồn nhiệt để nung nóng chỗ cần nối đến trạng thái hàn. Sau đó
kim loại lỏng tự kết tinh (ứng với trạng thái lỏng) hoặc dùng thêm ngoại lực ép chúng
lại với nhau (ứng với trạng thái dẻo) để tạo thành mối hàn.
Quy trình chế tạo ống thép bằng phương pháp hàn: Thép tấm được lốc tạo dạng
ống sau đó hàn giáp mối tạo thành ống, hàn nối ống.

Hình 1.8. Uốn (Lốc) thép tấm tạo dạng ống
1.1.2. Mặt bích, công dụng và phân loại mặt bích
Mặt bích là một sản phẩm cơ khí, là khối hình tròn hoặc vuông được chế tạo phổ
biến từ phôi thép carbon hoặc phôi thép không rỉ (ngày nay mặt bích còn được chế tạo
từ vật liệu đồng và vật liệu nhựa). Mặt bích là phụ kiện kết nối ống, máy bơm, van, và
các phụ kiện đường ống khác với nhau thông qua mối liên kết bu lông trên thân để tạo
thành một hệ thống đường ống dẫn công nghiệp.

Hình 1.9. Nối ống bang bu lông
1.1.2.1. Công dụng
Mặt bích mang lại những lợi ích to lớn trong thiết kế đường ống:
- Dễ dàng trong việc lắp đặt, kiểm tra và sửa chữa.


8

- Đơn giản trong việc bảo trì và vận hành.

- Hiệu quả trong việc kiểm tra và điều chỉnh
- Những lĩnh vực thường sử dụng mặt bích: cấp thoát nước, công nghiệp dầu
khí,… Nói chung, liên quan đến đường ống là phải sử dụng mặt bích.

1.1.2.2. Phân loại mặt bích
a). Mặt bích hàn cổ
- Mặt bích hàn cổ Welding Neck flange là loại mặt bích có cổ và cổ được hàn với
đầu ống hoặc phụ kiện fitting bằng phương pháp hàn vát mép (butt weld – hàn chữ V).
Được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng quan trọng nơi mà mối hàn cần được kiểm
tra chất lượng bằng phương pháp siêu âm, chụp chiếu.
- Welding Neck flange là lựa chọn phổ biến cho các hệ thống đường ống áp lực
cao do sự chắc chắn của mối hàn butt weld và thiết kế mặt bích giúp giảm tránh việc
tập trung áp suất.
- Welding Neck flange thường được chế tạo bằng phương pháp rèn, mỏng hơn so
với hầu hết các mặt bích khác cùng kích thước ống nhưng nó thật sự vững chắc, tin
cậy và hiệu quả.
b). Mặt bích hàn bọc đúc
- Mặt bích hàn bọc đúc là loại mặt bích gắn kết với đường ống bằng duy nhất một
mối ghép hàn ở một phía, thường được sử dụng cho đường ống có kích thước nhỏ áp
lực cao.

Hình 1.10. Phương pháp hàn nối ống
thông qua mặt bích


9

c). Mặt bích hàn trượt
- Không có phần bọc đúc như mặt bích Socket Weld flange, mặt bích hàn trượt
Slip-on flange có đường kính trong lớn hơn đường kính ống một chút để có thể trượt

thoải mái trên đường ống.
- Mặt bích hàn trượt Slip-on flange là loại mặt bích gắn kết với đường ống bằng
cách hàn cả mặt ngoài và mặt trong mặt bích.
+ Mối hàn điền đầy mặt ngoài (filled weld outside) được thực hiện ở phần tiếp
xúc bên ngoài của mặt bích và thân ống tương tự như mối hàn của mặt bích socket
weld.
+ Mối hàn điền đầy mặt trong (filled weld inside) được thực hiện ở phần tiếp xúc
bên trong của mặt bích và đầu ống. Khi đưa ống vào bên trong mặt bích cần chú ý: đầu
ống không quá sát với bề mặt mặt bích (như hình bên) mà cần có một khoảng hở để
không gây hư hỏng mặt bích, thông thường khoảng cách này bằng với độ dày thành
ống cộng thêm 3mm.
- Chú ý: Mặt bích hàn trượt là mặt bích không được dùng để hàn gắn kết trực tiếp
với phụ kiện fitting.
d). Mặt bích ren
- Mặt bích ren Threaded flange là loại mặt bích gắn kết với đường ống bằng mối
ghép ren: mặt bích là ren trong còn ống là ren ngoài.
- Mối ghép ren khá yếu và dễ rò rỉ khi phải chịu áp lực cao nhưng mặt bích ren
Threaded flange là loại mặt bích được dùng trong các đường ống mà tại đó việc hàn
nối không thể thực hiện được, thường được sử dụng cho đường ống có kích thước nhỏ
và các khu vực dễ cháy mà việc hàn là rất nguy hiểm.
- Khi sử dụng mặt bích ren thì lưu ý đến độ dày thành ống: thành ống dày giúp dễ
dàng gia công bước ren mà không làm mỏng ống gây đứt gãy vị trí nối ren với mặt
bích.
e). Mặt bích mù
- Mặt bích mù Blind flange là loại mặt bích phổ biến, không có lỗ ở giữa và
thường được sử dụng để đóng kín các đầu ống chờ tạm thời mà có thể tháo lắp trở lại
dễ dàng bất cứ lúc nào.
- Mặt bích mù được sử dụng làm kín các đường ống, giúp cho quá trình thử áp hệ
thống tiến hành một cách dễ dàng hơn.
f). Mặt bích lỏng

- Mặt bích lỏng Lap Joint flange thường được sử dùng đi kèm với một đoạn ống
ngắn gọi là Stub End. Phụ kiện Stub End được hàn trực tiếp với ống và được giữ bởi
mặt bích Lap Joint.
- Lap Joint flange được sử dụng trong đường ống ngắn áp lực thấp, trong những
ứng dụng không quan trọng, là một giải pháp sử dụng kết nối mặt bích rẻ tiền.


10

1.2. Cơ sở lý thuyết về hàn và công nghệ hàn, cắt tự động.
1.2.1. Tính hàn của kim loại và hợp kim
Tính hàn là khả năng của kim loại và hợp kim cho phép hình thành mối hàn bằng
các công nghệ hàn thông thường thích hợp để mối hàn đạt các tính chất cần thiết đảm
bảo độ tin cậy của liên kết hàn.
- Vật liệu có tính hàn tốt: Là vật liệu sau khi hàn tạo mối hàn có cơ tính cao, hàn
được trong mọi điều kiện. Đó là thép cacbon thấp, thép hợp kim thấp.
- Vật liệu có tính hàn trung bình: Là vật liệu cho phép tạo thành mối hàn với cơ
tính cần thiết và trong điều kiện nhật định. Đó là thép hợp kim trung bình.
- Vật liệu có tính hàn kém: Là vật liệu chỉ cho phép tạo thành mối hàn trong các
điều kiện công nghệ đặc biệt và phức tạp. Đó là thép cacbon cao, thép hợp kim cao,
thép đặc biệt.
- Vật liệu không có tính hàn: Là các vật liệu không thể tạo thành mối hàn thỏa
mãn yêu cầu, kể cả khi xử lý bằng các biện pháp công nghệ đặc biệt.

1.2.2. Công nghệ hàn hồ quang
1.2.2.1. Thực chất của hàn hồ quang
Hồ quang là sự phóng điện liên tục qua môi trường khi đã bị ion hóa giữa hai
điện cực, kèm theo phát nhiệt lớn và phát sáng mạnh.
Quá trình gây hồ quang khi hàn xảy ra theo các giai đoạn: cho điện cực tiếp xúc
với vật hàn mật độ dòng điện tăng lên rất lớn, hai mép điện cực bị nung nóng mạnh.

Khi nhất một điện cực lên khỏi vật hàn một khoảng từ 3  5cm, dưới tác dụng của lực
điện trường và sự nung nóng, các điện tử chuyển động va chạm vào các phân tử khí
làm chúng bị ion hóa, hình thành hồ quang. Khi mức độ ion hóa đạt đến mức bảo hòa,
cột hồ quang ngừng phát triển, nếu giữ cho khoảng cách giữa hai điện cực không đổi,
cột hồ quang được duy trì ở mức ổn định.
Khi hàn, điện áp cần thiết để gây hồ quang khoảng 55  80V đối với dòng xoay
chiều và từ 30  55V đối với dòng một chiều.

1.2.2.2. Tác động của điện trường đối với hồ quang hàn
Hồ quang hàn được hình thành trong môi trường khí giữa các điện cực cho nên
có thể coi nó như một dây dẫn mềm; dưới tác dụng của điện trường cột hồ quang có
thể bị thay đổi và dài ra gọi là hiện tượng lệch hồ quang, gây ra ảnh hưởng xấu đến
quá trình hàn.
Đối với dòng một chiều, trong suốt quá trình hàn thì phương và chiều của lực
điện trường không đổi nên hồ quang hàn lệch rất nhiều. Đối với dòng xoay chiều hiện
tượng lệch hồ quang không đáng kể.
- Ảnh hưởng của điện trường (hình 1.13). Khi hàn xung quanh cột hồ quang, điện
cực hàn, vật hàn, sẽ sinh ra một điện trường. Nếu điện trường xung cột hồ quang phân
bố đối xứng thì sẽ không hiện tượng thổi lệch (hình 1.13-b). Nếu điện trường phân bố


11

không đối xứng thì hồ quang sẽ bị bị thổi lệch về phía điện trường yếu hơn (hình 1.13a,c) tùy theo vị trí nối dây vào vật hàn.

-

-

-


+

+

a)

+

b)

c)

Hình 1.11. Tác dụng của điện trường lên hồ quang
- Ảnh hưởng của vật liệu sắt từ. Khi đặt gần hồ quang vật liệu sắt từ thì giữa
chúng sẽ sinh ra một lực điện từ có tác dụng kéo lệch cột hồ quang về phía sắt từ đó
hoặc ngược lại. Điều này gây khó khăn khi thực hiện mối hàn góc hay khi hàn đến gần
cuối đường hàn.
- Ảnh hưởng của góc nghiêng điện cực (hình 1.14). Góc nghiêng của điện cực
hàn cũng ảnh hưởng đến sự phân bố đường sức từ xung quanh hồ quang. Bởi vậy,
chọn góc nghiêng điện cực hàn thích hợp có thể thay đổi được tính chất phân bố
đường sức từ, tạo ra điện trường đồng đều và khắc phục hiện tượng thổi lệch hồ quang
khi hàn.
Để khắc phục và hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng lệch hồ quang, có thể áp
dụng một trong những biện pháp sau:
- Thay đổi vị trí nối dây với vật hàn để tạo ra từ trường phân bố đối xứng.
- Chọn góc nghiêng điện cực hàn theo hướng hồ quang bị thổi lệch một cách hợp lý.
- Giảm chiều dài hồ quang tới mức có thể.
- Thay nguồn hàn một chiều bằng nguồn hàn xoay chiều.
- Đặt thêm vật liệu sắt từ gần hồ quang để kéo lệch hồ quang về phía đó.



12

-

-

+

+

Hình 1.12. Ảnh hưởng của góc điện cực đến thổi lệch hồ quang
1.2.2.3. Sự di chuyển kim loại điện cực vào vũng hàn.
Đặc điểm di chuyển kim loại điện cực phụ thuộc vào các lực tác dụng trên giọt
kim loại đầu mút điên cực. Các lực cơ bản gồm trọng lực, lực căn bề mặt, lực điện
trường, lực điện tĩnh, lực tác dụng của các hơi và ion trung tính trên catốt, lực khí
động. Các đại lượng trên phụ thuộc vào chế độ hàn, cực tính, thành phần kim loại điện
cực.
1.2.3. Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ
1.2.3.1. Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc
Hàn hồ quang tự động dưới lớp
thuốc là quá trình hàn hồ quang kín SAW
(Submerged Arc Welding), trong đó đã tự
động hóa cả hai khâu cấp dây điện cực
(dây hàn) vào vùng hồ quang và chuyển
động hồ quang theo trục mối hàn. Điểm
nổi bật của phương pháp này là: Cho
phép hàn với dòng điện cao nên tốc độ
hàn lớn và năng suất hàn cao; mối hàn

chất lượng, cơ tính tốt; tiết kiệm được vật
liệu làm điện cực; điều kiện lao động tốt.
Hình 1.13: Hàn tự động dưới lớp thuốc
Tuy nhiên, chỉ nên ứng dụng để hàn các
chi tiết ống
mối hàn ở vị trí hàn bằng, các mối hàn có
chiều dài lớn và quỹ đạo không phức tạp.


13

Hình 1.14 : Sơ đồ nguyên lý hàn tự động dưới lớp thuốc
1.2.3.2. Công nghệ hàn tự động
- Chuẩn bị liên kết trước khi hàn: Mép hàn phải bằng phẳng, khe hở hàn đều để
mối hàn đều đặn, không bị cong vênh, rỗ. Những liên kết có chịu dày ≤ 20mm không
cần vát mép, ngược lại có thể vát mép bằng mỏ cắt khí cháy hoặc gia công trên máy
cắt. Trước khi hàn phải làm sạch mép hàn trên một chiều rộng 50 ÷ 60mm về cả hai
phía của mối hàn, sau đó hàn đính bằng que hàn chất lượng tốt.
- Chế độ hàn tự động [3]: Chế độ hàn tự động chủ yếu gồm có dòng điện hàn Ih,
mật độ dòng điện J (A/cm2), điện thế hàn Uh, tốc độ hàn Vh, tốc độ cấp dây hàn Vdh,
đường kính dây hàn. Ngoài ra yếu tố công nghệ cũng ảnh hưởng đến chất lượng mối
hàn.
- Kỹ thuật hàn.
Khi hàn giáp mối một lớp, để tránh cháy thủng, có độ ngấu hoàn toàn và sự tạo
thành tốt ở mặt trái của mối hàn có thể áp dụng các biện pháp như: Hàn lót đáy, dùng
đệm thuốc, đệm đồng, đệm gốm hoặc khóa đáy.
Khi hàn giáp mối nhiếu lớp, cần vát cạch sao cho đảm bảo độ ngấu chân mối hàn
của lớp hàn thứ nhất và đặt mối hàn cân giữa trục mối ghép, lớp hàn tiếp theo phủ và
ngấu hoàn toàn với lớp trước.
Thuốc hàn dùng để bảo vệ kim loại nóng chảy ở vũng hàn khỏi bị tác dụng của

các khí có hại trong không khí, đồng thời làm ổn định hồ quang trong quá trình hàn tạo
hình mối hàn. Yêu cầu đối với thuốc hàn là: tạo xỉ tốt, xỉ nổi phủ đều trên bề mặt mối
hàn để chống khí xâm nhập và giúp cho mối hàn nguội chậm, xỉ dễ bong. Có tác dụng
hợp kim hóa mối hàn để nâng cao cơ tính của mối hàn.


14

1

bn
3

b)

Sn

S

a)

4

Sn

S

2

5


c)

d)

6

e)

Hình 1.15. Một số biện pháp chống kim loại chảy khỏi khe hở hàn
1. Chi tiết hàn; 2. Mối hàn; 3. Mối hàn lót; 4. Đệm thép; 5. Đệm đồng;
6. Đệm đồng + thuốc hàn; Sn = (0,3 ÷ 0,5)S; bn = 4S + 5mm.
Ngoài ra còn phải có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại hàn, để giảm hao phí
nhiệt và dây hàn vì bị cháy và bắn tóe để tăng hệ số đắp.

Hình 1.16. Phương pháp “đệm thuốc hàn” khi hàn tự động dưới lớp thuốc
bảo vệ. 1. Ống đàn hồi; 2. Cơ cấu ép; 3. Thuốc hàn; 4. vật hàn;
5. Máy đựng thuốc hàn; 6. Băng đỡ thuốc hàn.
Thuốc hàn có hai loại: thuốc hàn nóng chảy được chế tạo từ quặng mangan, fero
silíc, xỉ luyện kim … bằng phương pháp nấu chảy và làm nguội nhanh trong nước,
nhận được hạt nhỏ sau đó sấy khô. Thuốc hàn gốm (kêramic) là hỗn hợp dựa trên cơ
sở khoáng chất fero hợp kim, huỳnh thạch, Florua kiềm … được nghiền thành bột, trộn
với nước thủy tinh và tạo thành hạt với kích thước từ 1 – 2 mm.