Mô phỏng và kiểm nghiệm nhiệt độ trong liên kết hàn góc bằng phương pháp hàn GMAW cho kết cấu khung cơ khí xe lăn điện leo cầu thang

Abstract

Currently, the majority of wheelchairs used by people with disabilities often have simple structures and functions, mainly using human power to operate, or do not have the function of climbing stairs. The load-bearing frame is the part that helps support the entire wheelchair. It also plays the role of linking machines and equipment together into a unified subject so that the wheelchair can operate flexibly. To design the chassis system, steel plates are often used to weld together. However, this work is usually done entirely by hand, which does not guarantee the high requirements of designing and manufacturing the stair climbing electric wheelchairs. In practice, measuring and controlling the temperature of the welding process when welding the chassis of the stair-climbing electric wheelchairs is quite difficult or will require the use of modern and very expensive equipment. In this study, the thermal model of the gas-shielded metal arc welding process (GMAW) of the fillet weld is set up and simulated on ANSYS software. The simulation process based on the calculated heat source gives the temperature distribution in the fillet weld with different modes. Five temperature sensors are mounted on the workpiece to record the temperature during the welding process. Comparison of measured and simulated temperature results shows that they have a good fit for all welding modes. This proves that the construction of the research model, the value of the heat source and the establishment of the initial and boundary conditions in the simulation are relatively close to the actual conditions in the experimental welding process. From there, the welding deformation simulation results will be applied to the optimal chassis design, limiting possible thermal distortions.

Keywords: GMAW, ANSYS, temperature distribution, fillet weld, electric wheelchair

Tóm tắt

Hiện nay, đa số các xe lăn của người khuyết tật hay dùng, thường có kết cấu và chức năng đơn giản chủ yếu dùng sức người để vận hành, hoặc không có chức năng leo cầu thang. Khung chịu lực là bộ phận giúp nâng đỡ toàn bộ chiếc xe. Nó còn đóng vai trò liên kết các máy móc, thiết bị lại với nhau thành một chủ thể hợp nhất để chiếc xe có thể hoạt động một cách linh hoạt. Để thiết kế hệ thống khung xe, người ta thường dùng các tấm thép được hàn lại với nhau. Tuy nhiên, công việc này thường được làm hoàn toàn bằng tay, không đảm bảo các yêu cầu cao của việc thiết kế, chế tạo xe lăn điện leo cầu thang. Trong thực tế việc đo và kiểm soát nhiệt độ quá trình hàn khi hàn khung xe lăn điện leo cầu thang là khá khó khăn hoặc sẽ phải sử dụng các thiết bị hiện đại và rất tốn kém; Trong nghiên cứu này mô hình nhiệt của quá trình hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (GMAW) liên kết hàn góc được thiết lập và mô phỏng trên phần mềm ANSYS. Quá trình mô phỏng dựa trên nguồn nhiệt tính toán đưa ra nhiệt độ phân bố trong liên kết hàn với các chế độ khác nhau. Năm cảm biến đo nhiệt được gắn trên chi tiết hàn để ghi lại nhiệt độ trong quá trình hàn. So sánh kết quả nhiệt độ đo và mô phỏng cho thấy chúng có sự phù hợp khá tốt cho tất cả các chế độ hàn. Điều này chứng tỏ việc xây dựng mô hình nghiên cứu, giá trị nguồn nhiệt và thiết lập các điều kiện ban đầu, điều kiện biên trong mô phỏng tương đối sát với điều kiện thực tế trong quá trình hàn thực nghiệm. Từ đó, kết quả mô phỏng biến dạng khi hàn sẽ được ứng dụng cho việc thiết kế khung xe tối ưu, hạn chế các biến dạng nhiệt có thể có.

Từ khóa: GMAW, ANSYS, nhiệt độ phân bố, liên kết hàn góc