Nghiên cứu các hình thái khuyết tật trong mối hàn ma sát chữ t tấm hộp kim nhôm 5083

Nghiên cứu các hình thái khuyết tật trong mối hàn ma sát chữ t tấm hộp kim nhôm 5083 Nghiên cứu các hình thái khuyết tật trong mối hàn ma sát chữ t tấm hộp kim nhôm 5083 Nghiên cứu các hình thái khuyết tật trong mối hàn ma sát chữ t tấm hộp kim nhôm 5083

MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract .v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt xi Danh sách hình xiii Danh sách bảng xvii Chương : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung hướng nghiên cứu 1.2 Các nghiên cứu nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước .4 1.3 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 1.4 Mục tiêu giới hạn của đề tài .6 1.5 Đối tượng nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu .7 Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặc điểm của trình hàn ma sát .8 vi 2.1.1 Khái niệm nguyên lý hàn ma sát khuấy 2.1.2 Nguyên lý hình thành liên kết hàn .10 2.1.3 Các thông số chủ yếu của trình hàn ma sát khuấy 11 2.1.3.1 Lực dọc trục hàn (F) 12 2.1.3.2 Tốc độ quay của dụng cụ hàn () 13 2.1.3.3 Tốc độ tịnh tiến của dụng cụ hàn (v) .13 2.1.3.4 Góc nghiêng của dụng cụ hàn ( ) 14 2.1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp hàn ma sát khuấy .14 2.2 Nhiệt lượng hàn ma sát khuấy 15 2.2.1 Đặc điểm chung 15 2.2.2 Quá trình sinh nhiệt hàn ma sát khuấy .16 2.2.3 Sự truyền nhiệt vào vật hàn 17 2.2.4 Sự phân bố nhiệt độ mối hàn 17 2.3 Dòng chảy vật liệu 18 2.3.1 Giới thiệu dòng chảy vật liệu 18 2.3.2 Mơ hình động học thứ 20 2.3.3 Mơ hình động học thứ hai 22 2.3.4 Đặc điểm của dòng chảy vật liệu .23 2.4 Sự hình thành cấu trúc tế vi của mối hàn ma sát khuấy 23 2.4.1 Quá trình nhiệt vùng khuấy ( SZ ) 23 2.4.2 Quá trình nhiệt động vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) .24 2.4.3 Kết luận 25 2.5 Vật liệu hình dạng dụng cụ hàn 25 2.5.1 Chức 25 vii 2.5.2 Vật liệu chế tạo dụng cụ hàn 26 2.5.3 Hình dạng của dụng cụ hàn 27 2.5.3.1 Vai dụng cụ 27 2.5.3.2 Chốt hàn 29 2.5.3.3 Kích thước dụng cụ hàn 31 2.6 Các hình thái khuyết tật của mối hàn ma sát khuấy 32 2.6.1 Tunnel defects 32 2.6.2 Kissing bond defects 33 2.6.3 Bonding line .34 2.6.4 Surface lack of fill 35 2.6.5 Nugget collapse 36 2.6.6 Ribbon flash .36 2.6.7 Surface galling 37 2.6.8 Root flaws 37 2.6.9 Oxide entrapment .37 2.7 Một số đặc tính của hợp kim nhơm 5083 38 2.8 Một số ứng dụng công nghệ hàn ma sát khuấy 39 2.8.1 Công nghiệp sản xuất ô tô 39 2.8.2 Cơng nghiệp đóng tàu 39 2.8.3 Công nghiệp hàng không vũ trụ .40 2.8.4 Ngành đường sắt 40 2.9 Một số đặc trưng xác định tính của vật liệu 41 2.9.1 Độ bền kéo .41 2.9.2 Độ bền uốn .41 viii 2.9.3 Độ cứng 42 Chương : CHẾ TẠO MỐI HÀN- QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM .43 3.1 Q trình chế tạo mối hàn 43 3.1.1 Chuẩn bị vật liệu 43 3.1.2 Chế tạo dụng cụ hàn 43 3.1.3 Chế tạo đồ gá 45 3.1.4 Chế tạo mối hàn ma sát khuấy 46 3.2 Q trình thí nghiệm 47 3.2.1 Chế tạo mẫu thí nghiệm 47 3.2.2 Quan sát cấu trúc tế vi mối hàn 48 3.2.3 Đo độ bền kéo cánh gân 51 3.2.4 Xác định độ bền uốn 54 3.2.5 Đo độ cứng .55 Chương : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 56 4.1 Đánh giá cảm quan mối hàn 56 4.2 Quan sát cấu trúc tế vi của mối hàn 56 4.3 Khảo sát loại khuyết tật hình thành mối hàn ma sát khuấy .59 4.4 Khảo sát ảnh hưởng của chế độ hàn đến hình thành loại khuyết tật 62 4.5 Khảo sát mối tương quan loại khuyết tật với độ bền kéo .64 4.5.1 Khảo sát độ bền kéo cánh kéo gân 64 4.5.2 Vị trí phá hủy 68 4.5.3 Đặc trưng của vết nứt .70 4.6 Khảo sát mối tương quan loại khuyết tật với độ bền uốn .75 4.6.1 Khảo sát độ bền uốn 75 ix 4.6.2 Mối tương quan loại khuyết tật với độ bền uốn 75 4.7 Độ cứng tế vi của mối hàn 79 Chương : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 81 5.1 Kết luận .81 5.2 Kiến nghị .82 5.2.1 Nghiên cứu 82 5.2.2 Nghiên cứu ứng dụng .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 89 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT FSW : Friction stir welding TWI : The Welding Institute BM : base metal HAZ : heat affected zone TMAZ : thermo mechanically affected zone SZ : stir zone AS : Advancing Side RS : Retreating Side PCBN : Polycrystalline cubic boron nitride F : Lực dọc trục (N)  : tốc độ quay của dụng cụ hàn (vòng/phút) v : tốc độ tịnh tiến (mm/phút)  : gốc nghiêng của dụng cụ hàn ( độ ) R1 : bán kính chốt hàn (mm) R : bán kính vai (mm)  : góc nghiêng của vai (độ) H1 : chiều cao của chốt hàn (mm) Q1 : nhiệt lượng tạo từ vai (J) Q : nhiệt lượng mặt xung quanh chốt hàn (J) Q : Nhiệt lượng phía chốt hàn (J)  : hệ số ma sát trượt P : ứng suất bề mặt (Pa) Ί : hệ số ma sát bám PSZ : pin stirred zone SSZ : shoulder stirred zone CFZ :cavity fulfillment zone xi DRFZ : die radii fulfillment zone SZwPD : stringer zone with plastic deformation OJLwSPD : original joint line with severe plastic deformation σ ch : giới hạn chảy (MPa) b : độ bền (MN/𝑚2 ) Fb : tải trọng lớn đứt mẫu (N) S : tiết diện ngang của mẫu (mm2 ) δ : độ giãn dài tương đối đứt lo , l1 : chiều dài mẫu ban đầu sau đứt (mm) ψ : độ co thắt tương đối đứt S1 : tiết diện ngang của mẫu đứt (mm2 ) k = 0,9 L : khoảng cách nhịp P : tải trọng c : nửa độ dày mẫu (mm) t : chiều rộng mẫu (mm) v độ võng uốn 𝑃0 = 10 kG P = 100 kG P = 150 kG xii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Q trình hàn ma sát khuấy Hình 2.2: Nguyên lý hàn ma sát khuấy Hình 2.3: Cấu tạo mặt cắt ngang mối hàn 10 Hình 2.4: Minh họa liên kết hàn FSW 10 Hình 2.5: Minh họa thơng số của q trình FSW 11 Hình 2.6: Ảnh hưởng của lực ép dọc trục đến chất lượng mối hàn 12 Hình 2.7 : Sự ảnh hưởng của tốc độ quay của dụng cụ hàn .13 Hình 2.8: Sự ảnh hưởng của tốc độ tịnh tiến 13 Hình 2.9: Ảnh hưởng của góc nghiêng đến độ bền kéo độ cứng 14 Hình 2.10: Mối quan hệ thông số hàn với nhiệt độ 15 Hình 2.11: Nhiệt lượng phân bố đầu dụng cụ 16 Hình 2.12: Nhiệt độ mối hàn đo phương pháp TWT 18 Hình 2.13: Ảnh hưởng của điều kiện trượt – bám đến dòng chảy vật liệu 18 Hình 2.14: Khoảng cách bước hàn 19 Hình 2.15: Các dịng chảy kim loại 19 Hình 2.16: Sự kết hợp dòng chảy 20 Hình 2.17: Sự xen kẽ của hai dòng chảy 21 Hình 2.18: Các dịng chảy kim loại mơ hình 22 Hình 2.19: Dụng cụ hàn ma sát khuấy .25 Hình 2.20: Vai phẳng .28 Hình 2.21: Vai lõm 28 xiii Hình 2.22: Vai lồi .28 Hình 2.23: Một số hình dạng khác của vai .29 Hình 2.24: Một số hình dạng chốt hàn .30 Hình 2.25: Một số hình ảnh của chốt hàn dạng cánh .30 Hình 2.26: Một số hình dạng của chốt hàn dạng loe 30 Hình 2.27: Một số hình dạng của chốt hàn dạng chéo .31 Hình 2.28: Cơ chế hình thành tunnel defects 32 Hình 2.29: Cơ chế hình thành kissing bond defects 33 Hình 2.30: Bonding line defects (OJLwSPD) 34 Hình 2.31: Surface lack of fill defects .35 Hình 2.32: Nugget collapse defects 36 Hình 2.33: Ribbon flash defects .36 Hình 2.34: Surface galling defects 37 Hình 2.35: Ứng dụng cho tơ 39 Hình 2.36: Tàu quân Littoral Combat Ship USS Freedom (LCS-1) 39 Hình 2.37: Máy bay phản lực Eclipse 500 .40 Hình 2.38: Tàu vận tải cao tốc của Trung Quốc 40 Hình 3.1: Mối hàn theo kiểu T-lap 43 Hình 3.2: Kích thước dụng cụ hàn 44 Hình 3.3: Lò nung Nabertherm B170 45 Hình 3.4: Đồ thị trình nhiệt luyện .45 Hình 3.5: Các lực trình FSW đồ gá .45 Hình 3.6: Máy phay đứng CNC hiệu Mazak V550 46 Hình 3.7: Quá trình gá đặt hàn ma sát khuấy 47 xiv Hình 3.8: Máy cắt dây 48 Hình 3.9: Phân bố vị trí mẫu thí nghiệm 48 Hình 3.10: Đánh bóng bề mặt 49 Hình 3.11: Thiết bị quan sát cấu trúc tế vi của mối hàn 50 Hình 3.12: Hóa chất tẩm thực 51 Hình 3.13: Mẫu trước sau tẩm thực .51 Hình 3.14: Máy kéo, uốn Instron 3366 52 Hình 3.15 : Mẫu khảo sát tính chịu kéo của cánh gân 53 Hình 3.16: Kiểm tra tính chịu kéo của cánh gân máy Instron .53 Hình 3.17: Mẫu khảo sát độ bền uốn .54 Hình 3.18: Thử uốn mối hàn máy Instron 54 Hình 3.19: Máy đo độ cứng Rockwell .55 Hình 3.20: Xác định độ cứng mối hàn máy đo độ cứng Rockwell 55 Hình 4.1: Mối hàn chế tạo .56 Hình 4.2: Các mặt cắt của mối hàn của chế độ khác 57 Hình 4.3: Cấu trúc hạt vùng hàn chế độ hàn 600/100 (vòng/mm) 58 Hình 4.4: Các hình thái khuyết tật của chế độ hàn 61 Hình 4.5: Ảnh hưởng của tốc độ tịnh tiến v đến diện tích của tunnel defect 62 Hình 4.6: Ảnh hưởng của tốc độ tịnh tiến v đến chiều dài bonding line 63 Hình 4.7: Tỷ lệ phần trăm ứng suất của mối hàn so với vật liệu .66 Hình 4.8: Ảnh hưởng của tốc độ tịnh tiến v đến ứng suất kéo cánh 66 Hình 4.9: Ứng suất biến dạng của mối hàn chế độ hàn khác kéo cánh so với vật liệu .67 Hình 4.10: Ảnh hưởng của tốc độ hàn đến ứng suất kéo gân 67 xv ... khuy? ?t t? ? ?t mối hàn ma s? ?t khuấy, để t? ?? đưa thơng số hàn, cơng cụ hàn thích hợp giúp loại bỏ khuy? ?t t? ? ?t Mục đích nâng cao t? ?nh của mối hàn ma s? ?t chữ T hợp kim nhôm A5083 so với nghiên cứu. .. 2013 Nghiên cứu cho bi? ?t đặc điểm phân bố chế hình thành khuy? ?t t? ? ?t K? ?t cho thấy mối hàn chữ T khơng có tunnel với t? ??c độ t? ??nh tiến 100mm/ph? ?t Diện t? ?ch tunnel defects t? ?ng lên t? ?ng t? ??c độ hàn Các. .. 6.35 2.6 Các hình thái khuy? ?t t? ? ?t mối hàn ma s? ?t khuấy Bảng 2.3 : Phân loại loại khuy? ?t t? ? ?t khác [10] Thông số hàn không hợp lý Lỗi thi? ?t kế Tunnel defect Nugget collapse Oxide entrapment Kissing