CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:...............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1:.....................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1:.....................................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC
SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA , Ngày Tháng
Năm 2006


LỜI CẢM ƠN
Qua gần 10 tháng thực hiện với sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Hồi
Quốc trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn này và đến nay đề tài đã được
hoàn thành.
Học viên xin bày tỏ lịng biết ơn đối với thầy cơ trong trường Đại Học Bách
Khoa, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, thầy cô trong Bộ môn Chế Tạo Máy, Bộ môn
Điều Khiển Tự Động, Khoa Cơ Khí đặc biệt là thầy Lê Hoài Quốc đã chỉ bảo và
truyền đạt nhưng kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua.
Xin cảm ơn Trung Tâm Thiết kế chế tạo thiết bị mới và Tổng cơng ty Cơng
Nghiệp Tàu Thủy Sài Gịn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để học viên có thể
hịan thành tốt đề tài này.
Cuối cùng xin cảm ơn sự động viên giúp đỡ của gia đình và bạn bè.
Chân thành cảm ơn sự góp ý, phê bình của các đọc giả.

TP.HCM, Ngày Tháng
Học vên

Huỳnh Lê Minh

Năm 2006


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của ngành tự động, kỹ thuật tính toán, đo lường và
điện tử, việc chế tạo và ứng dụng robot đã có những bước phát triển mạnh mẽ
đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng lực sản xuất, năng suất lao động
và chất lượng sản phẩm.
Môi trường hàn là một môi trường độc hại, người công nhân phải làm việc
trong môi trường ngột ngạt, chật hẹp, ô nhiễm tiếng ồn và khói hàn trong thời
gian dài. Ngòai ra chất lượng mối hàn còn phụ thuộc vào trình độ tay nghề và sức
khỏa của công nhân rất nhiều. Vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu về các
vấn đề ứng dụng robot hàn để thay thế cho người công nhân và đã đạt được
nhiều thành tựu.
Những lợi ích lớn nhất của việc sử dụng robot vào công việc hàn là robot có
độ chính xác và năng suất cao nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập
trình hợp lý, robot sẽ tạo ra những mối hàn có chất lượng như nhau giảm nguy cơ
mắc lỗi trong thao tác. Robot không những có năng suất cao mà còn có thể hoạt
động liên tục suốt ngày đêm với hiệu quả và chất lượng đồng đều.
Luận văn này được thực hiện nhằm thiết kế một dạng robot hàn để hàn sàn
tàu trong ngành công nghiệp đóng tàu để thay thế công việc nặng nhọc của người
công nhân hàn ngày nay
Trong luận văn còn có nhiều sai sót, kính mong được sự góp ý của Q Thầy
Cô và các bạn để cho đề tài được hoàn thiện hơn.
Tác giả
HUỲNH LÊ MINH



TĨM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn này có tên gọi là “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mơ hình robot
hàn tự hành chuyên dùng hàn các đường cong phẳng trong mặt phẳng ngang”. Vì
vậy luận văn mang nặng việc ứng dụng thực tế của robot hàn và dạng robot này chỉ
chun dụng hàn sàn tàu trong cơng nghiệp đóng tàu. Luận văn gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng Quan
Giới thiệu tổng qt về cơng nghiệp robot hàn phục vụ đóng tàu trong
và ngịai nước. Sơ lược về robot hàn, cơng nghệ đóng tàu và cơng nghệ hàn
hàn trong ngày đóng tàu. Từ đó xác định nhiệm vụ của luận văn.
Chương 2: Nghiên cứu thiết kế giái pháp về cấu trúc, bố trí khơng gian
cho robot hàn tự hành trong mặt phẳng.
Tìm hiểu cấu trúc thiết kế của một số robot hiện có trên thế giới.
Đưa ra các nguyên lý hoạt động của robot và lựa chọn phương án
thích hợp.
Thiết kế và bố trí khơng gian cho robot.
Chương 3: Nghiên cứu giải pháp nhận biết và điều khiển đuốc hàn bám
theo quĩ đạo cần hàn.
Cấu tạo đường hàn.
Các phương pháp hàn.
Các phương pháp xác định đường hàn.
Nguyên lý điều khiển đường hàn.
Sơ đồ điều khiển.
Chương 4: Nghiên cứu giải pháp tạo quĩ đạo công nghệ
Mục tiêu tạo quỹ đạo công nghệ
Các dạng quỹ đạo công nghệ
Thiết kế cấu trúc bộ phận tạo quỹ đạo cơng nghệ.
Chương 5: Thực nghiệm phân tích mơ hình
Kết quả thực nghiệm.
Đánh giá sai số

Xử lý hiệu chỉnh
Chương 6: Kết Luận
Những công việc đã thửc hiện được
Những hạn chế và hướng phát triển của đề tài


The summary
The name of this thesis is "Researching, designing and manufacturing the model of the
automatic special welding robot which is used in welding the flat curve on the horizontal flat"
This thesis focuses on the application of the welding robot in welding the deck-top floor
of the ship in ship building industry.
There are 6 chapters in this thesis:
Chapter 1: Overview
The general introduction of the welding robot industry in the abroad and
domestic ship-building.
The brief of the welding robot, ship-building industry and the welding
industry in the ship-building.
The mission of the thesis.
Chapter 2: Researching and designing the solution of the structure as well as
the space setting of the automatic welding robot on the flat.
Researching the structure design of some current robots in the world.
Providing the working principles of the robot and choosing the appropriate
case.
Designing and setting the space for the robot.
Chapter 3: Researching the solution to idetify and control the welding torch
following the welding orbit.
The structure of the welding line
The welding method
The method to determine the welding line
The principles to control the welding line

The diagram of the control system.
Chapter 5: Experiment to analyse the model.
The result of the experiment
Evaluating the error.
Correction.
Chapter 6: Conclusion
The finished performance
The unfinished performance and the developing tendency of thesis.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN.....................1
1.1 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA CƠNG
NGHIỆP ĐĨNG TÀU ........................................................................................1
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ........................................................................2
1.2.1 Nước ngoài .................................................................................................2
1.2.2 Trong nước .................................................................................................6
1.3 ROBOT HÀN................................................................................................7
1.3.1 Dạng tay máy cơng nghiệp.........................................................................7
1.3.2 Dạng robot tự hành có đường dẫn hướng hay hoàn toàn tự động............ 10
1.4 PHƯƠNG PHÁP HÀN ............................................................................... 15
1.4.1 Hàn hồ quang : (Arc welding).................................................................. 15
1.4.2 Hàn laser................................................................................................... 19
1.4.3 Hàn bằng siêu âm ..................................................................................... 20
1.4.4 Hàn bằng tia điện từ ................................................................................. 20
1.5 CÁC ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH HÀN VỚI ROBOT
1.6 SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TÀU THUỶ ............................. 25
1.6.1 Cấu tạo thân tàu........................................................................................ 25
1.6.2 Cơng nghệ đóng tàu ................................................................................. 28
1.7 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ................................................ 31

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC, BỐ
TRÍ KHƠNG GIAN CHO ROBOT HÀN TỰ HÀNH TRONG MẶT PHẲNG
NGANG ............................................................................................................ 32
2.1 CÁC GIẢI PHÁP VỀ CẤU TRÚC HIỆN CÓ TRÊN THẾ GIỚI VỀ ROBOT
HÀN TỰ HÀNH ............................................................................................... 32
2.1.1 Robot hàn tự hành của Hãng BugO ......................................................... 32
2.2.2 Robot hàn tự hành của hảng khác ............................................................ 34
2.1.2 Mục tiêu đề ra cho robot hàn.................................................................... 36
2.2 BỐ TRÍ KHƠNG GIAN CHO ROBOT ..................................................... 37
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của robot tự hành hàn sàn tàu................................ 37
2.2.2 Phân tích lựa chọn phương án cho robot hàn........................................... 37
2.2.3 Thiết kế các bộ phận của robot ................................................................ 44


CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NHẬN BIẾT VÀ ĐIỀU KHIỂN
ĐUỐC HÀN BÁM THEO QUĨ ĐẠO CẦN HÀN ........................................ 50
3.1 MỤC TIÊU.................................................................................................. 50
3.2 ĐƯỜNG HÀN ............................................................................................ 51
3.2.1 Cấu tạo đường hàn ................................................................................... 51
3.2.2 Phương pháp hàn...................................................................................... 54
3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN BIẾT ĐƯỜNG HÀN ............................... 55
3.3.1 Phân tích cấu tạo đường hàn .................................................................... 55
3.3.2 Các phương án nhận biết đường hàn........................................................ 56
3.3.3 Các dạng cảm biến có thể dùng để nhận biết đường hàn......................... 58
3.3.4 So sánh lựa chọn phương án phù hợp ...................................................... 61
3.4 NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN ĐUỐC HÀN............................................. 61
3.4.1 Nguyên tắc xác định đường hàn và điều khiển đuốc hàn ........................ 61
3.4.2 Giải thuật điều khiển và sơ đồ mạch điện ................................................ 65

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TẠO QUỸ ĐẠO CÔNG NGHỆ

HÀN ................................................................................................................. 72
4.1 MỤC TIÊU.................................................................................................. 72
4.2 GIẢI PHÁP TẠO QUĨ ĐẠO CÔNG NGHỆ HÀN.................................... 72
4.2.1 Các dạng quĩ đạo công nghệ hàn ............................................................. 72
4.2.2 Các phương pháp tạo quĩ đạo zigzag ....................................................... 73
4.2.3 Chế tạo thiết bị ......................................................................................... 76

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM PHÂN TÍCH MƠ HÌNH.......................... 80
5.1 LỰA CHỌN CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU CHO ROBOT: ..................... 80
5.2 THỬ NGHIỆM: ......................................................................................... 80
5.2.1 Thu thập số liệu........................................................................................ 80
5.2.2 Thử nghiệm tại xưởng:............................................................................. 81
5.2.3 Thử nghiệm tại nhà máy đóng tàu: .......................................................... 85
5.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM: ................................................. 89


CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN .............................................................................. 90
6.1 NHỮNG CÔNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƯỢC : ................................... 90
6.2 NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: .................... 90
6.2.1 Những vấn đề còn hạn chế:...................................................................... 90
6.2.2 Hướng phát triển của đề tài:..................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NỀN CÔNG NGHIỆP HÀN
1.1 NHU CẦU CỦA CÁC NGÀNH SẢN XUẤT CƠ KHÍ VÀ CỦA NGÀNH

CƠNG NGHIỆP ĐĨNG TÀU:
Hàn là cơng nghệ quan trọng khơng thể thiếu trong các ngành cơng nghiệp
như sản xuất cơ khí như chế tạo máy móc, ơtơ và đặc biệt trong ngành đóng tàu.
Trong đó cơng đoạn hàn chiếm hơn 30% của qui trình sản xuất.
Hiện nay các nhà máy đóng tàu thuộc Tổng công ty Công nghiệp tàu thủy
Việt Nam đều có các dự án đầu tư mở rộng để đóng được tàu trọng tải tới 100.000
tấn trong vài năm tới mà hàn là công nghệ chiếm tỉ trọng lớn do đó hàn cần được
quan tâm nghiên cứu để có được năng suất và chất lượng cao.
Môi trường hàn là một môi trường độc hại, người công nhân phải làm việc
trong môi trường ngột ngạt, chật hẹp, ô nhiễm tiếng ồn và khói hàn trong thời gian
dài. Ngồi ra chất lượng mối hàn cịn phụ thuộc vào trình độ tay nghề và sức khỏe
của cơng nhân, do đó cần nghiên cứu về những vấn đề ứng dụng robot hàn để thay
cho người cơng nhân hàn.
Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động sử dụng robot là có độ chính xác và
năng suất cao, nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các
robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy
cách. Chuyển động của que hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong
thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không
những làm việc nhanh hơn mà cịn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu
quả hơn nhiều so với một hệ thống hàn tay.
Trong năm 2005 ngân sách thành phố dành khoảng 50 tỉ đồng để hỗ trợ chế
tạo một số robot theo đặt hàng của các công ty như:
-

Cơng ty Trung Tín đặt hàng chế tạo robot hàn các thiết bị áp lực.

-

Công ty Công nghiệp tàu thủy Sài Gòn yêu cầu chế tạo robot hàn đường
thẳng và hàn đường cong...


-

Công ty Samco ứng dụng robot để sửa chữa xe hơi.

-

Cơng ty đóng tàu Nhà Bè: robot hàn vỏ tàu.

-

Đồng thời triển khai một số nghiên cứu cơ bản nhằm phục vụ lâu dài việc
nâng cao chất lượng các sản phẩm robot được chế tạo trong nước.

Tóm lại nhu cầu về robot hàn là rất lớn không chỉ trong cơng nghiệp đóng
tàu mà cịn trong cơng nghiệp sản xuất cơ khí.


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 2
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU:
1.2.1 Nước ngồi:
Việc nghiên cứu và ứng dụng robot trong sản xuất công nghiệp, trong an
ninh quốc phòng và trong đời sống đã được nhiều nước trên thế giới quan tâm từ
lâu. Trong đó, đáng kể nhất là việc đưa robot ứng dụng trong công nghiệp ở các
ngành sản xuất nặng nhọc, độc hại như trong ngành sản xuất hoá chất, luyện kim,…
và trong các dây chuyền sản xuất linh hoạt nhằm giảm số lượng nhân công lao
động. Nhiều công ty hàng đầu thế giới như: ABB, FANUC, PANASONIC,
KAWASAKI, KUKA, MOTOMAN…đã chế tạo các thiết bị hàn từ bán tự động đến
tự động các robot hàn và triển khai ứng dụng robot hàn trong cơng nghiệp.


Hình 1.1: Các hãng sản xuất robot hàng đầu Thế giới


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 3

Hình 1.2 : Robot hàn TIG của hãng Motoman

Hình 1.3: Robot hàn Bấm của hãng Kawasaki

Hình 1.4: Robot hàn di động của hãng Bug-O


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 4
Trong các tạp chí khoa học có uy tín về lĩnh vực robot, nhiều cơng trình đã
được cơng bố và triển khai như:
+ “Ship building with rower” – P. Gonzalez De Santos, M. A.
Armada, and M. Q. Jimenez. Robot chuyên dùng để hàn trong cơng nghiệp
tàu thủy.

Hình 1.5 : Robot hàn Rower
+ Robot giàn treo dùng để hàn nhiều đường thẳng song song cùng một lúc.

Hình 1.6: Robot giàn treo


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 5

+ Robot hàn tự động dạng robot tự hành dùng để hàn đường
thẳng:

Hình 1.7: Robot tự hành hàn đường thẳng
+ “Seam tracking and welding speed control of mobile for lattice type of
welding” Y.B. Jeon, B. O. Kam, S. S. Park, and S. B. Kim. Đề tài đưa ra một mơ
hình robot di động dùng để hàn đường thẳng. Cảm biến dò đường hàn di chuyển
cùng với bàn trượt mang đầu mỏ hàn. Bộ điểu khiển nhận thông tin về sai số từ cảm
biến để điều khiển chuyển động của robot theo phương trình lập sẵn.
+ “Development of mobile robot for pipe welding with visual sensor”
Ogawa, Koichi Suga, Yasuo. Phát triển robot di động có trang bị cảm biến thị giác
dùng trong hàn ống dẫn.
+ “Development of an autonomous mobile robot with a visual sensor for
welding of pipe-butt welding of thin wall stainless steel pipes” Ogawa, Koichi
Suga, Yasuo. Một hệ thống robot tự hành di động được dùng để hàn các ống dẫn.
Robot này có khả năng di chuyển dọc theo ống dẫn và sử dụng cảm biến thị giác để
phát hiện những nơi cần hàn.
+ “Recognition and automatic tracking of weld line in welding of T-joint of
pipes by an autonomous moblie robot with vision sensor” Ogawa, Koichi Suga,
Yasuo. Nhận dạng và hàn đường thằng trong đường ống bằng robot tự hành với
cảm biến thị giác.


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 6
+ “ Intelligent welding robot system” alzamora G, Ikeya H, Kaneko Y,
Ohshima K, Chen Q. Hệ thống robot hàn thông minh.
1.2.2

Trong nước:

Trước nhu cầu sản xuất công nghiệp trong nước và nhằm nghiên cứu chế tạo
các mẫu robot thay thế ngoại nhập, gần đây một số đơn vị trong nước đã nghiên cứu
và ứng dụng khá thành công các mẫu robot sau:
-

Mẫu robot di động hoạt động trong môi trường cháy nổ của Viện Điện tử,
tin học và Tự động hoá (Vielina)

-

Mẫu robot MSR 50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời của Viện điện tử.
Tin học và tự động hóa (Vielina)

-

Một số mẫu robot của Đại học Bách khoa Hà Nội: Robot 6 bậc tự do
RBP-4102, robot SCA mini.

-

Mẫu robot gấp sản phẩm phôi chai nhựa PET của khoa cơ khí, Đại học
Bách khoa TP. HCM chế tạo cho cty Bảo Vân.

-

Mẫu robot hàn các sản phẩm kim khí mỹ nghệ xuất khẩu theo yêu cầu
của gắp sản phẩm phơi chai nhựa PET của khoa Cơ khí, Đại học Báck
khoa Tp.HCM chế tạo cho công ty Bảo Vân.

Một số tài liệu và đề tài nghiên cứu về robot phục vụ cho công nghiệp hàn,

chẳng hạn như:
-

“Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot phục vụ các quá trình sản xuất trong
các điều kiện độc hại và khơng an tồn” - Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê
Hoài Quốc, 2004.

-

“Điều khiển robot hàn khi gia công các quĩ đạo phức hợp” - Trần Vệ
Quốc, Phạm Thành Long.

-

“Điều khiển chuyển động robot hàn theo quĩ đạo định trước” - Nguyễn
Thiện Phúc, Tuyển tập cơng trình khoa học hội nghị cơ học tồn quốc lần
thứ VI, V.2, tr.109-113, 1997.

-

Gần đây lần đầu tiên tại Việt Nam, sáu robot công nghiệp phục vụ trong
môi trường độc hại và khơng an tồn đã được nghiên cứu chế tạo và đưa
vào thử nghiệm thành công. Đây là kết quả nghiên cứu ròng rã trong ba
năm của gần 30 nhà khoa học thuộc ĐH Bách khoa TP HCM. Đó là:
robot vạn năng phục vụ cho q trình hố luyện nhiệt; robot hàn; robot
Crane; tay máy phục vụ trong dây chuyền sản xuất đạn, thuốc nổ; tay
máy lấy sản phẩm phôi PET trên máy ép nhựa (gồm tay máy theo phương
ngang và tay máy theo phương đứng).

Bên cạnh các mẫu robot tĩnh tại được sử dung trong sản xuất công nghiệp,

trong thời gian gần đây, việc nghiên cứu và ứng dụng robot di động trong sản xuất
công nghiệp ngày càng phát triển. Robot di động được trang bị các thiết bị nhận


Chương 1: Tổng quan về nền công nghiệp hàn
Trang 7
dạng âm thanh, hình ảnh, khoảng cách,… và địi hỏi phải dùng các phương pháp
điều khiển tinh vi hơn. Những vấn đề nghiên cứu trên robot di động đem lại nhiều
kết quả khả quan trong việc ứng dụng vào công nghiệp, an ninh quốc phòng… nhưn
robot cứu hộ của Viện Điện tử, tin học và tự động hóa (Vielina), Robot quay phim
của Đại học Báck khoa TP.HCM…
Tuy nhiên, cho đến nay đa số các nghiên cứu về robot hàn chỉ đứng ở kết quả
nghiên cứu trong phịng thí nghiêm vì việc đưa sản phẩm vào ứng dụng trong thực
tế gặp nhiều vấn đề như thiết bị đắt tiền, duy tu, bảo trì các cảm biến khó khăn,…
Ngun nhân chính của những khó khăn trên là cảm biến dùng để dị đường hàn.
Các cảm biến dùng dò trực tiếp đường hàn như: laser beam, camera đặc biệt, cảm
biến siêu âm độ chính xác cao,… có giá thành rất cao.
1.3 ROBOT HÀN:
Trong ngành công nghiệp sản xuất chế tạo, tùy vào đặc thù của từng lĩnh vực
và từng loại sản phẩm mà ta sử dụng các dạng robot khác nhau. Ở đây ta có thể chia
làm 2 dạng robot:
1.3.1 Dạng tay máy cơng nghiệp:
Trong quá trình hàn ta thường gặp những đường hàn có quĩ đạo phức tạp và
khơng gian vùng cần hàn thì chật hẹp, do đó để đưa đầu hàn (torche) vào đúng vị trí
hàn thì tay máy cần có những chuyển động uyển chuyển. Vì vậy những tay máy
cơng nghiệp sử dụng trong công nghiệp hàn thường được thiết kế có 6 bậc tự do.
Gồm có:
-

Khớp xoay thứ nhất xoay quanh trục z thẳng đứng.


-

Khới bản lề 2,3,4 xoay quanh trục z nằm ngang.

-

Khớp xoay thứ 5 xoay quanh trục z thẳng đứng.

-

Khớp xoay cuối cùng mang end effector xoay quanh trục z nằm ngang.

Hình 1.8: Động học tay máy công nghiệp 6 bậc tự do


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 8

Hình 1.9: Tay máy 6 bậc tự do
Ưu điểm:
-

Có thể di chuyển đầu hàn tới những vùng làm việc có kích thước không
gian hẹp.

-

Tạo được các chuyển động phức tạp và có độ chính xác cao.


-

Năng suất cao.

Tuy nhiên tay máy cơng nghiệp có phạm vi hoạt động bị giới hạn nên không
thể thực hiện hàn những đường hàn dài.


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 9

Hình 1.10: Vùng hoạt động của tay máy công nghiệp
Để thực hiện các công nghệ hàn khác nhau ta chỉ cần gắn đầu hàn (torche) ở
khâu cuối:

a)

c)

b)

d)


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 10

e)
Hình 1.11: Các loại đầu hàn gắn trên robot
a) Đầu hàn TIG, b) Đầu hàn MIG/MAG, c) Đầu hàn Plasma

d) Đầu hàn bấm (điểm), e) Đầu hàn laser
1.3.2 Dạng robot tự hành có đường dẫn hướng hay hồn tồn tự động:
Trong cơng nghiệp xây cầu hay đóng tàu u cầu cần hàn những đường hàn
rất dài (theo cả 2 phương ngang và đứng) vượt khỏi tầm với của tay máy công
nghiệp hay những chi tiết hàn đặt ở vị trí xa nhau mà khơng cần dùng nhiều tay máy
hàn. Do đó cần những phương pháp linh động và hiệu quả để thực hiện q trình
hàn một cách nhanh chóng.
Ở đây ta có các phương pháp sau:
-

Tay máy cơng nghiệp kết hợp với ray trượt:

Hình 1.12: Tay máy trượt trên ray ngang đặt trên sàn


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 11

Hình 1.13: Tay máy trượt trên ray được treo trên xà

Hình 1.14: Tay máy trượt trên ray ngang đặt trên vách.


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 12

Hình 1.15: Tay máy trượt trên ray đặt thẳng đứng để hàn vách đứng
-

Tay máy công nghiệp được gắn trên mobile robot


Hình 1.16: Tay máy gắn trên mobile robot di chuyển bằng bánh xe


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 13

Hình 1.17: Tay máy gắn trên mobile robot di chuyển bằng chân bò
-

Dạng rùa hàn di chuyển trên ray: dạng này thường có ít bật tự do vì
chun dùng hàn những đường hàn thẳng trong mặt phẳng. Nhưng dạng
này cần dựng vào ray để dẫn hướng.

Hình 1.18: Rùa hàn tự động chạy trên ray


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 14

Hình 1.19: Các hình dạng ray
-

Dạng rùa hàn khơng dựa vào ray:

Hình 1.20: Rùa hàn tựa vào vật hàn làm dẫn hướng


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 15


Hình 1.21: Rùa hàn có nam châm để hàn đứng.
1.4 PHƯƠNG PHÁP HÀN:
Các phương pháp hàn thường sử dụng trong ngành cơng nghiệp đóng tàu:
1.4.1

Hàn hồ quang : (Arc welding)

Hàn hồ quang điện là phương pháp hàn bằng cách tạo ra hồ quang có nhiệt
độ rất cao giữa que hàn và tấm kim loại cần hàn để kết nối chúng lại với nhau.
Nhiệt năng của tia hồ quang sẽ làm nóng chảy lõi que hàn và tấm kim loại được
hàn. Trong q trình hàn lõi que hàn sẽ phát sinh khí và trên đường hàn sẽ xuất
hiện xỉ hàn, khí và xỉ hàn này có nhiệm vụ bảo vệ tia hồ quang và mối hàn khỏi
sự xâm nhập của khí bên ngồi.
1.4.1.1 Hàn TIG (Tungsten Inert Gas): Hàn hồ quang khí trơ với điện cực khơng nóng
chảy:

Nối 2 kim loại có thành phần khác nhau như hàn magie với nhôm hay nhơm
với đồng. Trong q trình hàn TIG thì tia hồ quang sẽ hình thành ở đầu điện cực
tungsten làm nóng chảy chi tiết hàn, vùng hàn được bảo vệ trong mơi trường khí
trơ là Argon hay Heli. Với phương pháp này ta sẽ có được mối hàn có chất
lượng cao, có tính thẩm mỹ.


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 16

Hình 1.22: Công nghệ hàn TIG
1.4.1.2 Hàn Plasma (Tungsten plasma-arc) : PAW


Hàn plasma là phương pháp sử dụng nguồn năng lượng từ khí gas để làm
nóng chảy vật liệu hàn. Vùng hàn gồm 2 dịng khí : dịng khí gas ở giữa và dịng
khí bảo vệ bên ngồi. 2 dịng khí plasma chuyển động xung quanh điện cực
trung tâm được làm bằng tungsten. Ưu điểm của phương pháp hàn plasma so với
hàn TIG là tốc độ hàn cao và có khả năng hàn chi tiết có độ dày cao.


Chương 1: Tổng quan về nền cơng nghiệp hàn
Trang 17

Hình 1.23 : Công nghệ hàn hồ quang plasma
1.4.1.3 Hàn MIG/MAG (Metal Inert Gas / Metal Active Gas): Hàn hồ quang khí trơ vớ
điện cực nóng chảy.

Hàn MIG/MAG ra đời sau hàn TIG là phương pháp hàn được sử dụng
nhiều trong các ngành công nghiệp. Cũng như phương pháp hàn TIG nhưng ở
đây khí trơ dùng để bảo vệ vùng hàn tránh xâm nhập của khơng khí và điện cực
ở đây bị tiêu hao trong suốt quá trình hàn. Trong hàn MIG khí bảo vệ được dùng
là Heli và Argon cịn trong hàn MAG khí bảo vệ là CO2 hay hỗ hợp của 2 loại
khí là Argon và CO2.