Giải thích chi tiết: Chế độ hàn – nhiệt đầu vào, ce, nhiệt độ nung sơ bộ, năng suất đắp

Bài toán dùng để làm gì

Với dây chuyền hàn robot, chương trình hàn (dòng, áp, tốc độ) quyết định chất lượng và năng suất. Sheet tính nhiệt lượng đầu vào, đánh giá tính hàn của thép qua cacbon tương đương CE và CET, nhiệt độ nung sơ bộ để tránh nứt nguội theo EN 1011-2, và năng suất đắp (kg dây/giờ) theo tốc độ cấp dây.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.2 đơn vị · 0.6 vật liệu · 0.12 năng lượng, công suất

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
pr, k	Phương pháp hàn và hiệu suất nhiệt	–	EN 1011-1: MAG/MIG 0,8; SAW 1,0; TIG 0,6; que hàn 0,8
U, I, v	Điện áp, dòng hàn, tốc độ hàn	V, A, mm/ph	Chương trình robot / WPS (đặc tả quy trình hàn) theo ISO 15609-1
C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu	Thành phần hóa học của thép	%	Chứng chỉ vật liệu (mill certificate) của lô thép
d	Chiều dày vật hàn	mm	Bản vẽ (với mối góc lấy chiều dày tấm dày hơn)
HD	Hydro khuếch tán trong kim loại mối hàn	ml/100g	Catalogue dây hàn (ESAB/Lincoln/Kobelco): dây đặc MAG ≤ 5; que bazơ sấy 5–10
dw, wf, ed	Đường kính dây, tốc độ cấp dây, hiệu suất đắp	mm, m/ph, –	Thông số robot / nguồn hàn; dây đặc 0,93–0,97

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Nhiệt đầu vào

Năng lượng điện U·I mỗi giây, nhân hiệu suất, chia cho số mm mỏ hàn đi được mỗi giây.

Q = k·U·I·60/(1000·v) (kJ/mm)

Bước 2. Cacbon tương đương CE (IIW)

Gộp ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim về một con số như thể chỉ có cacbon. CE ≤ 0,40: hàn tốt; 0,40–0,45: trung bình; > 0,45: kém.

CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15

Bước 3. CET (EN 1011-2)

Một cách tính cacbon tương đương khác, dùng trong công thức nhiệt độ nung.

CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40

Bước 4. Nhiệt độ nung sơ bộ

Tấm dày, CET cao, hydro nhiều thì cần nung cao hơn; nhiệt đầu vào lớn thì nguội chậm nên cần nung ít hơn. Kết quả ≤ 0 nghĩa là không cần nung.

Tp = 697·CET + 160·tanh(d/35) + 62·HD^0,35 + (53·CET − 32)·Q − 330

Bước 5. Kiểm tra phạm vi áp dụng

Công thức chỉ đúng trong vùng thực nghiệm.

CET 0,2–0,5 ; d 10–90 mm ; Q 0,5–4 kJ/mm

Bước 6. Năng suất đắp

Thể tích dây đẩy ra mỗi giờ × khối lượng riêng thép (7,85 g/cm³) × hiệu suất đắp.

Ṁ = π/4·dw²·wf·60·7,85/1000·ed (kg/h)

Hình GC08.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Ảnh động minh họa

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Phương pháp hàn	pr	MAG/MIG (k 0,8)
2	Điện áp hồ quang	U	26	V
3	Dòng hàn	I	250	A
4	Tốc độ hàn	v	400	mm/ph
7	%C	C	0,18	%
8	%Mn	Mn	1,4	%
9	%Cr	Cr	0,1	%
10	%Mo	Mo	0,03	%
11	%V	V	0,01	%
12	%Ni	Ni	0,1	%
13	%Cu	Cu	0,1	%
17	Chiều dày vật hàn	d	20	mm
18	Hàm lượng hydro khuếch tán	HD	5	ml/100g	Dây đặc MAG ≤ 5; que bazơ sấy 5–10; que rutile 15
21	Đường kính dây	dw	1,2	mm
22	Tốc độ cấp dây	wf	10	m/ph
23	Hiệu suất đắp	ed	0,95		Dây đặc 0,93–0,97; dây lõi thuốc 0,8–0,85

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
5	Hiệu suất nhiệt k	k	0,8		EN 1011-1
6	NHIỆT ĐẦU VÀO	Q	0,78	kJ/mm	Q = k·U·I·60/(1000·v)
14	CE (IIW)	CE	0,455	%	CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
15	Tính hàn		KÉM – cần nung sơ bộ, kiểm soát hydro
16	CET	CET	0,336	%	CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40
19	NHIỆT ĐỘ NUNG SƠ BỘ	Tp	84,28	°C	Tp = 697·CET + 160·tanh(d/35) + 62·HD^0,35 + (53·CET − 32)·Q − 330 (≤ 0: không cần nung)
20	Trong phạm vi công thức (CET 0,2–0,5; d 10–90 mm; Q 0,5–4)	Kiểm tra	ĐẠT
24	NĂNG SUẤT ĐẮP	DR	5,06	kg/h	Ṁ = π/4·d²·vdây·ρ·η

Áp dụng thực tế và lưu ý

Nhiệt đầu vào phải nằm trong khoảng ghi trên WPS đã được kiểm chứng (WPQR theo ISO 15614-1); khi đổi tốc độ robot để tăng năng suất, tính lại Q.
Với IATF 16949, thông số hàn (dòng, áp, tốc độ, lưu lượng khí) là thông số quá trình đặc biệt: ghi vào kế hoạch kiểm soát, giám sát liên tục và xác nhận lại sau mỗi lần sửa chương trình. Hàn được xếp vào quá trình đặc biệt, có thể đánh giá theo CQI-15.
Nếu tính hàn KÉM: dùng dây hydro thấp, giữ dây khô, nung sơ bộ, giữ nhiệt giữa các lớp; xem lại có thể đổi mác thép không.
Năng suất đắp DR đưa sang SX01 để tính thời gian và chi phí hàn.