FTC31113 Robolads

TỔNG QUAN VỀ HÀN TRONG ROBOTICS

Hàn là phương pháp liên kết vĩnh viễn giữa các chi tiết kim loại, tạo nên khung xương chắc chắn cho robot FTC. Đây là liên kết nhẹ và có độ cứng cao, thường chỉ được sử dụng cho khung truyền động và kết cấu chính của robot do tính chất vĩnh viễn.

Vị trí hàn trong robot FTC:

• Khung chassis chính
• Hộp giảm tốc và motor mounts
• Các thanh giằng chịu lực
• Khung shooter và intake khi cần độ cứng cao

ƯU ĐIỂM VÀ THÁCH THỨC CỦA HÀN

Khía cạnh	ƯU ĐIỂM	THÁCH THỨC	GIẢI PHÁP FTC
Độ cứng & Trọng lượng	Liên kết vĩnh viễn, độ cứng cao Trọng lượng nhẹ hơn 20-40% so với bolting Kết cấu gọn gàng, không có đầu bulong thừa Độ ổn định cấu trúc tuyệt đối	Khó tháo rời để sửa chữa Đòi hỏi thiết kế chính xác ngay từ đầu Khó thay đổi thiết kế sau khi hàn Chỉ dùng được cho khung chính	Chỉ hàn khung chính, không hàn chi tiết di động Sử dụng đồ gá để đảm bảo độ chính xác Thiết kế modular: kết hợp hàn + bolting
Biến dạng & Cong vênh	Nhiệt tập trung cao giúp hàn nhanh Mối hàn chắc, liên tục Kết cấu đồng nhất	Rất dễ gây cong vênh, đặc biệt với vật liệu mỏng Nhiệt độ cao làm thay đổi tính chất vật liệu Khó kiểm soát với nhôm mỏng (1-2mm) Stress nhiệt gây nứt vi mô	Thiết kế dự phòng cho biến dạng 0.5-1mm Khoan lỗ thoát khí cho ống hộp kín Hàn từng đoạn ngắn, làm nguội tự nhiên Sử dụng vật liệu dày hơn ở vị trí hàn
Kỹ thuật & Tay nghề	Tạo khung chuyên nghiệp, chắc chắn Kinh nghiệm có thể áp dụng cho nhiều dự án Đội hình ảnh chuyên nghiệp hơn Khả năng tùy biến thiết kế cao	Đòi hỏi tay nghề rất cao Dễ cháy thủng vật liệu mỏng Chất lượng phụ thuộc 90% vào người hàn Cần thiết bị chuyên dụng đắt tiền	Tìm nhà tài trợ hoặc cố vấn có kinh nghiệm Luyện tập 20-30 giờ trên phế liệu trước Hợp tác với xưởng cơ khí địa phương Thuê dịch vụ hàn chuyên nghiệp
Sửa chữa & Bảo trì	Mối hàn tốt ít khi bị hỏng Không cần bảo trì thường xuyên Không bị lỏng ốc trong thi đấu Tuổi thọ cao hơn bolting	Khó sửa chữa khi bị nứt trong thi đấu Cần thiết bị chuyên dụng để sửa Mối hàn mới có thể yếu hơn nguyên bản Mất nhiều thời gian sửa chữa	Chuẩn bị bộ vá khẩn cấp: nhôm tấm, kéo cắt, đinh tán Gia cường tạm thời bằng tấm kim loại vá Thiết kế điểm yếu dễ sửa chữa Mang theo máy khoan và tap ren dự phòng

PHƯƠNG PHÁP HÀN PHỔ BIẾN CHO NHÔM FTC

So sánh hai phương pháp hàn nhôm cho robotics

Thông số	HÀN MIG (Bán tự động)	HÀN TIG (Điện cực không nóng chảy)
Nguyên lý hoạt động	Sử dụng dây hàn được cấp tự động Dây hàn vừa là vật liệu bổ sung vừa tạo mối hàn Hồ quang phân bố trên diện tích rộng Thích hợp cho sản xuất hàng loạt	Điện cực tungsten không nóng chảy Vật liệu bổ sung được đưa bằng tay Hồ quang tập trung hẹp, nhiệt độ cao Kiểm soát nhiệt độ chính xác
Ưu điểm chính	Dễ học, dễ thực hiện hơn Tốc độ hàn nhanh (2-3x so với TIG) Chi phí thiết bị thấp hơn 50-70% Phù hợp với thép độ dày trung bình Ít đòi hỏi tay nghề cao	Chất lượng mối hàn cao nhất Ít khuyết tật và lỗ khí Kiểm soát nhiệt tốt, ít cong vênh Lý tưởng cho nhôm mỏng (1-3mm) Mối hàn đẹp, không cần gia công lại
Nhược điểm	Tạo khuyết tật nhỏ và lỗ khí li ti Chất lượng mối hàn thấp hơn 30-40% Khó với nhôm mỏng (< 2mm) Dễ gây chảy kim loại quá mức Khó kiểm soát với vật liệu mỏng	Khó học, đòi hỏi tay nghề cao Tốc độ hàn chậm, tỉ mỉ Chi phí thiết bị cao Đòi hỏi không gian làm việc sạch Cần bàn tay ổn định và kiên nhẫn
Ứng dụng trong FTC	Hàn khung thép dày (> 2mm) Dự án có ngân sách thấp Khi cần hàn nhanh nhiều mối Đội mới học hàn	Hàn khung nhôm mỏng (1-3mm) Khi cần chất lượng cao nhất Hàn chi tiết phức tạp, góc hẹp Đội có cố vấn/người hàn chuyên nghiệp

LƯU Ý KỸ THUẬT QUAN TRỌNG:

Máy hàn chỉ có dòng điện một chiều (DC) KHÔNG THỂ hàn nhôm! Nhôm yêu cầu máy hàn có dòng điện xoay chiều (AC) để phá vỡ lớp oxit Al₂O₃ cứng trên bề mặt. Lớp oxit này có nhiệt độ nóng chảy 2,072°C, cao hơn nhiều so với nhôm nguyên chất (660°C).

KINH NGHIỆM THỰC TẾ TỪ CÁC ĐỘI FTC:

Tìm đối tác chuyên nghiệp: 85% đội FTC có khung hàn nhờ nhà tài trợ hoặc xưởng cơ khí địa phương. Đừng ngại liên hệ các công ty sản xuất - nhiều nơi sẵn sàng hỗ trợ đội robotics.

Đồ gá là bắt buộc: Khi thiết kế các cụm chi tiết để hàn, nên chế tạo đồ gá nhằm giữ các chi tiết đúng vị trí trong quá trình hàn. Một đồ gá tốt giảm 70% thời gian hàn và đảm bảo độ chính xác ±0.5mm.

Kiểm soát nhiệt độ: Với nhôm 1.5mm, hàn từng đoạn 1-2cm, chờ nguội 5-10 giây. Dùng nhiệt kế hồng ngoại để theo dõi nhiệt độ không vượt quá 150°C.

Bộ sửa chữa pit-stop: Chuẩn bị sẵn "emergency repair kit": nhôm tấm 1mm, kéo cắt kim loại, đinh tán pop rivet, máy khoan cầm tay, và keo epoxy kim loại để gia cường tạm thời khi mối hàn bị nứt.

QUY TRÌNH HÀN KHUNG ROBOT FTC

7 bước thực hiện hàn khung robot chuyên nghiệp

Bước	Công việc chi tiết	Thời gian	Lưu ý quan trọng
1. Thiết kế CAD	Thiết kế toàn bộ khung trên CAD Tối ưu hóa trọng lượng và độ cứng Thiết kế đồ gá hàn tích hợp Xác định trình tự hàn để giảm cong vênh	10-20 giờ	Thêm allowance 0.5mm cho biến dạng hàn Thiết kế lỗ thoát khí cho ống hộp kín
2. Chuẩn bị vật liệu	Cắt nhôm 6061-T6 hoặc 7075 theo bản vẽ Gia công lỗ, rãnh trước khi hàn Làm sạch bề mặt bằng acetone hoặc brush stainless Chế tạo đồ gá từ MDF hoặc nhôm	4-8 giờ	Nhôm 6061-T6: dễ hàn, giá tốt, phổ biến Làm sạch KHÔNG dùng giấy nhám thô (>120 grit)
3. Lắp ráp trên đồ gá	Lắp tất cả chi tiết lên đồ gá Căn chỉnh bằng thước đo laser hoặc caliper Tack weld (hàn điểm) tại 4-6 vị trí mỗi mối Kiểm tra kích thước sau mỗi tack weld	2-4 giờ	Tack weld ngắn 3-5mm mỗi điểm Kiểm tra vuông góc bằng thước 1-2-3 hoặc góc vuông
4. Hàn chính thức	Hàn theo trình tự đối xứng để cân bằng nhiệt Hàn từng đoạn 1-2cm, chờ nguội 5-10 giây Dùng khí Argon độ tinh khiết 99.996% cho TIG Kiểm soát nhiệt độ bề mặt ≤ 150°C	3-6 giờ	Luôn bắt đầu hàn từ tâm ra ngoài Nhiệt độ bề mặt không quá 150°C (dùng nhiệt kế IR) Đeo kính bảo hộ số 10-13 và mặt nạ hàn auto-darkening
5. Kiểm tra chất lượng	Kiểm tra cong vênh bằng mặt phẳng chuẩn hoặc granite table Dùng dye penetrant test ($20/bộ) phát hiện vết nứt Đo kích thước tổng thể bằng caliper và thước lá Kiểm tra độ kín của mối hàn bằng compressed air test	1-2 giờ	Cho phép sai số ±1mm cho khung robot FTC Dye penetrant test phát hiện vết nứt > 0.01mm Chụp ảnh và tài liệu hóa toàn bộ quá trình kiểm tra
6. Gia công hoàn thiện	Mài phẳng các mối hàn thừa bằng flap disc hoặc file Khoan và tap lỗ lắp ráp chi tiết phụ Làm sạch bằng bead blast hoặc sanding 220 grit Sơn hoặc anodizing (tùy chọn, $50-100)	2-4 giờ	Không mài quá sâu vào vật liệu chính (max 0.5mm) Anodizing type II: tăng độ cứng bề mặt, chống ăn mòn Sơn powder coat: độ bền cao, nhiều màu sắc
7. Lắp ráp & Test	Lắp drivetrain, motor mounts và các cụm cơ khí Cân chỉnh và test độ đồng phẳng của wheels Test tải trọng tĩnh 2x trọng lượng robot (ví dụ: 20kg trên khung 10kg) Test rung động và độ ổn định ở tốc độ cao	4-8 giờ	Test tải tĩnh: đặt weight lên khung, đo độ võng bằng dial indicator Độ võng cho phép: ≤ 1mm trên chiều dài 500mm Test rung: run motor max RPM, kiểm tra bằng accelerometer

THỐNG KÊ TỪ CÁC ĐỘI FTC HÀNG ĐẦU:

Chi phí trung bình: $200-500 cho khung hàn nhôm hoàn chỉnh (vật liệu + dịch vụ)

Thời gian thực hiện: 15-30 giờ từ thiết kế CAD đến robot hoàn thiện

Trọng lượng tiết kiệm: 20-40% so với khung bolting cùng độ cứng

Tỷ lệ đội tự hàn: 15% (có cố vấn), 85% thuê dịch vụ chuyên nghiệp

Vật liệu phổ biến: Nhôm 6061-T6 (75%), Nhôm 7075 (20%), Thép 4130 (5%)

Phương pháp phổ biến: TIG welding (90%), MIG welding (8%), Other (2%)

KỸ THUẬT HÀN TRONG ROBOTICS FTC