Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn vảy thiếc siêu âm

M U

Lý do ch năđ tài

Trong thời đại công nghệ 4.0, nhiều nhà máy sản xuất máy móc thiết bị đang được xây dựng, dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ trong ngành công nghiệp sản xuất linh kiện Nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm giá thành sản xuất luôn là mục tiêu hàng đầu của bất kỳ công ty, doanh nghiệp nào, là chìa khóa để đạt được thành công Vì vậy, việc tìm ra những giải pháp và công nghệ mới là vô cùng cần thiết.

Trongăcácăđ iăt ng công ngh đ c c i ti n, công ngh hàn k t n i các b ph n, chi ti t v i v t li u m iăđ c chú tr ng, tiêu bi u là hàn v y thi c siêu âm

Trong quá trình hàn V, việc hình thành lớp oxit trên bề mặt vật liệu kim loại gây khó khăn cho việc hàn và nhiệt độ hàn không đồng đều Hiện tượng này dẫn đến mối hàn không bền và độ dẻo kém Trên thế giới, công nghệ hàn siêu âm đã được phát triển để khắc phục vấn đề này.

- aăph n các thi t b hàn v y thi c siêu âm s d ng t m ph n x ph ng, d năđ n ch tăl ng b m tăhƠnătr căvƠăsauăkhôngăđ ngăđ u

Công nghệ siêu âm đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các thông số kỹ thuật, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm Các công ty cần phải đầu tư vào thiết bị hiện đại, mặc dù chi phí có thể rất cao và việc bảo trì cũng gặp nhiều khó khăn Việc lựa chọn thông số kỹ thuật phù hợp là một thách thức lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Nghiên cứu này sẽ góp phần vào việc cải tiến thông số kỹ thuật và chất lượng sản phẩm, đồng thời đáp ứng được giá trị mong muốn của thị trường Đây chính là lý do mà học viện đã chọn nghiên cứu lĩnh vực này.

M c tiêu nghiên c u

Công nghệ siêu âm đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong ngành y tế, nhờ vào quá trình sạch, rẻ, không cần chất tẩy rửa, giúp giảm chi phí vật liệu và đảm bảo chất lượng sản phẩm Công nghệ này tiết kiệm năng lượng và mang lại hiệu quả nhanh chóng Phương pháp hiện đại này được phát triển dựa trên công nghệ siêu âm đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của ngành Mục tiêu nghiên cứu trong luận văn này là

• Thi t k và ch t o thi t b hàn v y thi c siêu âm ng d ng t m ph n x có b m t cong

• Kh o sát các thông s công ngh nhăh ngălênăc ătínhăc a m i hàn v y thi c v i t m ph n x cong:ăbiênăđ siêu âm, th i gian hàn, nhi tăđ hàn.

iăt ng và ph m vi nghiên c u

Tài liệu này nghiên cứu về các thông số công nghệ như thời gian hàn, nhiệt độ hàn và bán kính tấm phẳng Chọn ra các thông số có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, nhằm cải thiện hiệu suất hàn và đảm bảo độ bền của mối hàn.

Hình 1.1: S ăđ nguyên lý hàn v y thi t t m ph n x ph ng

Trong mô hình thí nghiệm phát siêu âm, hai hoặc nhiều dây dẫn lõi được hàn trong bộ thiết bị nóng chảy có nhiệt độ T Bên cạnh đó, tấm phân xốp giúp sóng siêu âm có khả năng truyền qua mối hàn một cách hiệu quả.

Hình 1.2: S ăđ nguyên lý hàn v y thi t t m ph n x cong.

Ph ngăphápănghiênăc u

m t c aădơyăđi n c năhƠn.ă ơyălƠămôăhìnhăd ki n s dùng xuyên su t trong quá trình thí nghi m

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là dựa vào các thông số ngắn hạn của mô hình thí nghiệm một phần xuất hiện, sau đó, dùng các mô hình thí nghiệm một phần xuất hiện để thu thập các thông số thực nghiệm, tiến hành đo đạc và phân tích Các bước nghiên cứu sau sẽ được thực hiện:

• Tìm hi u, phân lo i các nghiên c uăt ngăt đưăcó.

• Tìm hi uăcácăph ngăphápăắThi t k t iă uăvƠăquyăho ch th c nghi m”,ăch n ra ph ngăphápăquyăho ch th c nghi m và b m tăđápă ng phù h p,ăđ aăraătrìnhăt ti n hành th c nghi m

• Ch n thi t b và lên thi t k mô hình thí nghi m

• Ti n hành gia công và hi u ch nh

• Ti n hành thí nghi m trên các m u.ă i u ch nh các thông s công ngh kh o sát

• oăđ tăđ nhăl ng:ăđ b n kéo, ch p SEM m i hàn d ng t m

• X lý s li u,ăđánhăgiáăk t qu nhăh ng d aătrênăcácătiêuăchíăvƠăph ngăphápăsoă sánh quy ho ch th c nghi măđưăđ ra b c 2

• aăra thông s công ngh nhăh ng lên ch tăl ng s n ph m.

T NG QUAN

T ng quan nghiên c u

Từ những nỗ lực nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ siêu âm tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu do TS Phạm Minh dẫn dắt từ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, TP Hồ Chí Minh, cùng với nhóm của TS Nguyễn Thanh Hòa và TS Lưu Phương Minh từ Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, và nhóm của TS Nguyễn Tiến Ông từ Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã đạt được những thành tựu đáng kể, góp phần quan trọng vào sự phát triển công nghệ siêu âm trên toàn cầu.

Nghiên cứu của TS Hòa tại Trường Đại học Bách Khoa TP HCM chỉ ra sự khác biệt rõ rệt giữa hai loại mối hàn có và không có siêu âm Mối hàn sử dụng siêu âm cho phép bám chặt hơn và đạt độ bền cao hơn, trong khi mối hàn không có siêu âm không thể thực hiện hiệu quả và không bám vào dây nhôm Kết quả này cho thấy việc áp dụng siêu âm trong quá trình hàn là cần thiết để nâng cao chất lượng mối hàn.

B ngă2.1:ă S khác bi t gi a các m u sau khi hàn có siêu âm và không có siêu âm

3mm và dây nhôm 1mm

Dây nhôm 1mm và dây nhôm 1mm

Dây nhôm 0,2mm và dây nhôm 1mm

Dây nhôm 1mm và nhi u dây đ ng 0,1mm

Dây nhôm 0,2mm và nhi u dây đ ng 0,1mm

Công nghệ siêu âm, đặc biệt là hàn vi kỹ thuật siêu âm, đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu Nó liên quan mật thiết đến nhiều lĩnh vực khác nhau, tuy nhiên vẫn có những thách thức cần được giải quyết trong khuôn khổ hiện tại.

Vi căđiătiênăphongătrongăcôngăcu c nghiên c u s nhăh ng c a t m ph n x lên ch t l ng c a m i hàn v y thi c siêu âm s v p ph i nhi uăkhóăkh n

Do nhu c u c a xã h i, m t s côngătyăđưăvƠăđangăb t tay vào nghiên c u, có th k đ n là VIETSONIC - đưăchoăraăm t s s n ph măđápă ng nhu c u trong công nghi p nh ăhƠnălõiădơyămotor,ăhƠnădơyănhôm,ăhƠnăt măsolarầ [2]

M t s ng d ng hàn v y thi c th c ti n t i Vi t Nam:

Hình 2.1: Máy hàn v y thi c không s d ng siêu âm

Thi t b đangăs d ng t i m t công ty KCN Vietnam-Singapore.ăTrongăđó:ăDơyă đi năđ căđ aăquaădòngăkh oxită(1),ăsauăđóăđ n hàn dòng thi c nóng ch y (2) S d ngăchoădơyăđ ng

Hình 2.2: Máy hàn v y thi c ng d ng công ngh siêu âm

Thiết bị đang được sản xuất tại công ty KCN M Phúc, trong đó khuôn hàn siêu ẩm được sử dụng để tạo ra các sản phẩm chất lượng cao Quá trình sản xuất bao gồm việc nhúng dây điện vào bể, sau đó sử dụng xi lanh để gắn các bộ phận lại với nhau Lưu ý rằng không sử dụng dung dịch chứa oxit trong quy trình này để đảm bảo hiệu suất và độ bền của sản phẩm.

Ngoài ra, còn m t s công ty KCN H iăS n,ăQu n 8 Tp.HCM, Qu n Bình Tân Tp.HCM,ầăcóănhuăc u s d ng hàn v y thi c siêu âm

Vi c hàn không ch t kh oxit b ngăsiêuăơmăd ngănh ăđưăđ c hình thành l năđ u tiên căvƠoăn mă1936.ăM hàn v yăđ uătiênăđ c c p b ng sáng ch vƠoăn mă1939.ă

K t đóănhi u thi t b đưăđ c ch t o v i m c đíchăchínhălƠălo i b ch t kh oxit trong quáătrìnhăhƠnăthôngăth ng [3]

Vào năm 1966, các nhà nghiên cứu đã áp dụng công nghệ hàn 95Zn-5Al cho chuông nhôm, đánh dấu bước tiến quan trọng trong ngành chế tạo Đến năm 1969, họ đã phát triển hàn gắn mối nối và cải tiến quy trình hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng cách sử dụng công nghệ hàn tự động Năm 1971, quá trình hàn đã được cải thiện hơn nữa, dẫn đến việc sản xuất các cuộn dây nhôm chất lượng cao.

Nghiên cứu của nhóm Vianco vào năm 1996 đã chỉ ra rằng việc sử dụng siêu âm trong hàn phẳng kim loại có thể thực hiện mà không cần sử dụng chất khử oxit Các kết quả cho thấy rằng việc loại bỏ oxit và hàn nhúng mang lại hiệu quả cao trong việc hàn các tấm kim loại và sự ghép nối của chúng Hiệu quả hàn phụ thuộc vào mức công suất, khoảng cách khuôn hàn và hình dạng hình học Nghiên cứu cũng mở ra khả năng ứng dụng hàn siêu âm trong các sản phẩm điện tử và linh kiện điện tử.

Trên th gi iăc ngăđưăcóănhi u hãng chuyên cung c p các thi t b máy móc ng d ng công ngh này ph i k đ nălƠăJapanăUnix,ăMecstechầ

M t s thi t b đangăđ c s d ng trên th gi i:

Hình 2.3: Máy hàn v y siêu âm MS-2020H c a MECSTECH

Mecstech áp dụng nguyên lý hàn với việc bố trí khuôn nằm ngang và nằm dọc trong quá trình hàn, nhằm tối ưu hóa việc kết nối các phần tử Phương pháp hàn này có khả năng hàn các vật liệu khó hàn như gốm và kính, cũng như các vật liệu không giống nhau như nhôm và đồng Kích thước và khoảng cách giữa khuôn hàn và các phần tử cũng được điều chỉnh để đảm bảo chất lượng hàn tốt nhất.

Hình 2.4: Máy hàn Static ultrasonic soldering tank KDB series

Sử dụng nguyên lý hàn và KDB series với khuôn hàn nằm trong chất hàn, bố trí khuôn nằm bên dưới và vật hàn nhúng một phần vào bể Ứng dụng cho hàn nhôm, PCB gầm và các bề mặt bên ngoài như cấu trúc, v.v Kích thước có thể linh hoạt, có thể điều chỉnh tùy theo nhu cầu.

Hình 2.5: Máy hàn Vertical jet-flow ultrasonic soldering tank - ACSS series

Solder tank serve as the role of oscillator part

Máy hàn ACSS là thiết bị hàn siêu âm sử dụng công nghệ phun áp lực, cho phép hàn các sản phẩm từ bên ngoài hoặc bên trong cấu trúc hình ống Thiết bị này đặc biệt phù hợp cho những yêu cầu hàn đòi hỏi độ chính xác cao.

Hình 2.6: Máy hàn d ngăđ u hàn c m tay Solbraze Solsonic Iron

Máy hàn dọc Solbraze Solsonic Iron là thiết bị hàn siêu âm với tần số lên đến 20kHz, mang lại hiệu suất hàn cao và ổn định Chất hàn dọc được thiết kế đặc biệt để tác động hiệu quả vào các vật liệu nhạy cảm với nhiệt, giúp giảm thiểu tình trạng biến dạng Sản phẩm này lý tưởng cho các ứng dụng hàn trong ngành công nghiệp, đặc biệt là cho các sản phẩm yêu cầu độ chính xác và chất lượng cao.

Hình 2.7: Máy hàn b nhúng h siêu âm ngoài UM250

Máy hàn b nhúng h siêu âm UM250 là thiết bị hàn siêu âm hiệu quả, chuyên dùng cho các sản phẩm dày, cứng và có khả năng ngăn ngừa biến dạng trong quá trình hàn Thiết kế siêu âm giúp tối ưu hóa không gian hàn và bảo đảm chất lượng mối hàn nóng chảy.

Tóm lại, công nghệ hàn hiện đại đang được hỗ trợ bởi sự phát triển của các vật liệu mới và các phương pháp nghiên cứu tiên tiến Các liên kết hàn có tính chất khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu và điều kiện hàn cụ thể Nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và độ bền của các mối hàn trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Các v năđ c n gi i quy t trong lu năv n

Nói v n t t,ăđ tài s kh o sát các nhăh ng c a thông s công ngh đ năc ătínhă c a m i hàn v y thi t v iăđi u ki n:

• T n s siờu õm 20kHz, cụng su t 2000W, khuụn thộp ỉ20mm

• Môiătr ng hàn là thi t thanh LF-307B Sn96.5 Ag3.0 Cu0.5

• V t li u hàn: dơyăđ ng, t măđ ng

• Các thông s công ngh kh oăsát:ăbiênăđ siêu âm, th i gian hàn, nhi tăđ hàn, bán kính R c a t m ph n x

B ngă2.2:ă Thông s k thu t thi c hàn LF-307B c tính LF-307B/ LF-307HD

Thành ph n h p kim Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5

Nhi tăđ nóng ch y ( ) 219 b n kéo (Mpa) 35 i n tr su t ( Ω-cm) 13 giãn dài (%) 38

2.2.2 Các yêu t c n so sánh gi a các thông s công ngh so sánh nhăh ng c a các thông s công ngh , các y u t c năđ c đoăđ t:

- Hình nh ch p SEM c aăđ ng d ng t m

2.2.3 Mô hình l a ch n kh o sát

Mô hình l a ch năđ kh o sát gi ngănh ăHình 1.2 T m ph n x có b m t d ng congăđ t p trung tia sóng ph n x Bán kính cong c a t m ph n x s thayăđ i, nh m thayăđ i kho ng tiêu c cho ph n x

C ăS LÝ THUY T

nhăngh aăv sóng siêu âm

Siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn 20 kHz, vượt quá khả năng nghe của con người Tần số này được xác định là tần số tối thiểu mà tai người không thể nghe thấy, và siêu âm thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghệ và y tế.

Hình 3.1: Các vùng t n s c a sóng âm

Siêu âm là công nghệ sử dụng tần số lên đến 100 kHz để truyền sóng mà không gây hại cho vật thể mà nó đi qua Công nghệ này được áp dụng trong y học và kiểm tra không phá hủy Năng lượng tại vị trí mà sóng siêu âm được tạo ra thường dao động trong khoảng 0.1-0.5 W/cm².

Siêu âm có tần số 20-100 kHz được sử dụng trong các ngành đòi hỏi một lực năng lượng lớn, như trong quá trình gia công chất liệu Đặc biệt, siêu âm năng lượng cao đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Cường độ 10W/cm² được sử dụng để truyền năng lượng qua các vật liệu cần gia công Quá trình này được thực hiện thông qua một loạt các chi tiết siêu âm, cho phép chuyển động chính xác và hiệu quả trong việc xử lý vật liệu.

Nguyên lý hàn siêu âm

Nguồn phát siêu âm hoạt động ở tần số 20 kHz, sử dụng điện áp 220V/50Hz Thiết bị này chuyển đổi điện năng thành năng lượng siêu âm, giúp cải thiện quá trình hàn và cắt vật liệu Biến dao động siêu âm được tạo ra từ bộ chuyển đổi, sau đó được khuếch đại qua bộ khuếch đại và khuôn hàn, mang lại hiệu quả cao trong các ứng dụng công nghiệp.

Hình 3.2: S ăđ nguyên lý hàn siêu âm

Khuôn hàn đóng vai trò quan trọng trong ngành sản xuất và chế biến thực phẩm, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và khả năng cạnh tranh Thiết kế khuôn hàn tùy thuộc vào vị trí đặt, không gian sử dụng và sản phẩm cần sản xuất Thông thường, hình dạng khuôn hàn được thiết kế theo hình khối hộp chữ nhật hoặc hình tròn.

Hàn v y thi c siêu âm

Hàn là quá trình kết nối các chi tiết kim loại thông qua một kim loại trung gian, được gọi là vật liệu hàn Trong quá trình này, vật liệu hàn sẽ được nung chảy và hòa tan vào các chi tiết kim loại, tạo ra liên kết chắc chắn Quá trình hàn thường diễn ra khi vật liệu hàn chảy và khuếch tán vào kim loại cơ bản, hình thành mối hàn bền vững.

Hàn v y siêu âm dùng là quá trình hàn v y có h tr siêu âm Hàn v y thi c siêu âm s d ng thi c làm c u n i liên k t chính khi hàn

Liên kết kim loại được hình thành khi lớp oxit của vật liệu cần hàn bị loại bỏ thông qua xâm thực siêu âm Sau đó, kim loại cứng được tiếp xúc trực tiếp với vật liệu hàn, tiếp tục xâm thực và lực hút ion giữa hai chất tạo thành liên kết Ví dụ điển hình là khi hàn dây đồng và dây nhôm.

Khi sử dụng hàn trên vật liệu phi kim, cần lưu ý rằng không có lớp oxit kim loại tồn tại Sự xâm thực trên bề mặt vật hàn tạo ra các lực bám dính giữa các vật liệu, giúp hình thành liên kết chắc chắn và bền vững Ví dụ như khi hàn các tấm solar với nhau.

- Khi không s d ng ch t kh oxit b m t Ho c v t li u khó x lý l p oxit b m t b ng hóa ch t hay nhi tăđ

- Áp d ng cho hàn g m s và các v t li u khó dính b ngă ph ngă phápă thôngă th ng

Có 2 lo i hàn v y siêu âm: hàn d ng b nhúng và hàn d ngăđ u hàn c m tay

Hình 3.3: Hàn d ng b nhúng, khuôn hàn n m ngoài b

Hàn đùn bềnhúng là phương pháp hiệu quả để tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao, có khả năng ngăn ngừa hiện tượng co ngót và kích thước ổn định Kích thước tiêu chuẩn của nhựa thường là 60mm và độ dày khoảng 10mm, giúp đảm bảo tính bền vững trong không gian bảo quản và bảo trì Thiết kế siêu mỏng của sản phẩm mang lại sự linh hoạt và tiện lợi trong quá trình sử dụng.

- Hàn d ngăđ u hàn c mătay:ăđ c ng d ng cho các s n ph m d ng s i, t m, có kh n ngădiăđ ngăkémăvƠăkíchăth c t m n n l n

Hình 3.4: Nguyên lý hàn v y d ngăđ u hàn c m tay.

Lý thuy tăc ăb n v s ph n x sóng

3.4.1 Âm tr c a môi tr ng Âm tr / tr khángăơmăZă(rayls):ălƠăđ d i l i c aăsóngăơmătrongămôiătr ng

• (kg/m 3 ) ậ M tăđ môiătr ng Âm tr có vai trò quy tăđ nhăđ i v iăbiênăđ sóng ph n x trên m t phân cách gi a haiămôiătr ng

3.4.2 Các đ nh lu t truy n âm Ểmăđ c truy n theo nh ng tia g i là tia âm Th c nghi m ch ngăminhătiaăơmăc ngă b ph n x , khúc x , tán x và h p th nh ătiaăsáng

Khi gặp mặt giữa hai môi trường có tính kháng âm khác nhau, sóng âm sẽ truyền theo đường thẳng và khúc xạ Một phần năng lượng của sóng âm sẽ bị phản xạ lại và phần còn lại sẽ truyền tiếp vào môi trường thứ hai Tính chất của phần sóng âm phản xạ phụ thuộc vào sự khác biệt của âm trở giữa hai môi trường Hệ số phản xạ âm được tính theo công thức:

K= Pr/Pi= [(Z2 Cos –Z1 Cos )/( Z2 Cos + Z1 Cos )] 2 (3.2) Trongăđó:

• , , l năl t là góc t i, góc ph n x và góc khúc x

• Pr ậ biênăđ áp l c c a sóng ph n h i

• Tia t i vuông góc v i m t phân cách: = =0

✓ Khiăđóăsóngătruy năquaăcùngăh ng v i sóng t i, ta có h s ph n x :

✓ Sóng truy năquaălúcănƠyăkhôngăcònăcùngăh ng v i sóng t i và t o m t góc # , hi năt ng này g i là khúc x

✓ Góc khúc x ph thu c vào v n t c truy năơmătrongăhaiămôiătr ng vƠăđ căxácăđ nh b i công th c: sin = (v2/v1).sin (3.4)

Theo đnh lu t khúc x ta có: n1.sin = n2 (3.5)

✓ N u v2 > v1 => > khi góc t i đ t 90 o thì góc khúc x đưă

Khi góc tới đạt 90 độ, sóng âm sẽ không truyền qua môi trường thứ hai mà hoàn toàn bị phản xạ lại môi trường ban đầu Điều này xảy ra khi tỷ lệ vận tốc sóng âm giữa hai môi trường (v2/v1) lớn hơn hoặc bằng 1, dẫn đến hiện tượng phản xạ toàn phần.

✓ Ngoài ra khi tia t i g n ti p tuy n v i m t phân cách (x y ra v i c u trúc hình c u, m t c t ngang c u trúc ng) thì sóng ch tr t trên b m t phân cách mà không truy n ti păvƠoămôiătr ng th hai

T các công th c trên ta th y h s ph n h i c a m t phân cách gi aăhaiămôiătr ng ph thu c vào Z= Z2-Z1 gi aăhaiămôiătr ng

Khi Z càng lớn, năng lượng sóng siêu âm càng lớn và chậm lại khi đi qua một phân cách Nếu Z vượt qua một phân cách, phần năng lượng sóng âm sẽ được truyền qua phía bên kia.

Hình 3.5: S ph n x ph thu c vào chênh l ch tr kháng âm c aăhaiămôiătr ng

Khi áp dụng các cấu trúc nhò hóc với bức xạ siêu âm, tia siêu âm sẽ bị tán xạ đi theo các hướng khác nhau và chậm lại phần nhờ đúng tính toán Việc ghi nhận các tia tán xạ rất khó khăn, và chúng có thể lệch khỏi vị trí ban đầu nếu không chú ý đến góc tới của tia sóng.

3.4.2.3 S h p th và đ suy gi m n ng l ng c a tia siêu âm

Tr kháng khác nhau ít Tr kháng khác nhau nhi u

Khi sóng âm truy n trong v tăthìăbiênăđ vƠăn ngăl ng c a tia sóng b suy gi m theo kho ng cách, s suy gi m tuân theo hàm:

• Ix ậ c ngăđ tia siêu âm t i v trí x

• à - h s suy gi m õm c aămụiătr ng

Sự suy giảm phụ thuộc vào tần số, với tần số cao dẫn đến sự suy giảm mạnh hơn Hiện tượng này xảy ra do siêu âm cao tần, khi tần số tăng, sự suy giảm cũng gia tăng, làm cho âm thanh bị ngăn chặn nhiều hơn.

Nguyên nh n gây ra s suy gi m c a tia sóng âm là:

• S ph n x và tán x trên t ch c

S h p thu c aămôiătr ng do m t ph năn ngăl ng c a tia siêu âm b chuy năthƠnhăn ngă l ng c aăcácădaoăđ ng nhi t

Nh ăđưăđ c nh c t i trong các ph nătr c, lu năv nănƠyăt p trung nghiên c u cách th c ng d ng s ph n x c aăg ngălõmăvƠoăvi căgiaăt ngăch tăl ngăvƠăđ bao ph cho m i hàn v y thi c

Công nghệ siêu âm đã trở thành một phần quan trọng trong quy trình chẩn đoán y tế, giúp phát hiện và theo dõi các bệnh lý Tia siêu âm, với đặc tính là chùm tia sóng song song, được phát ra từ đầu rung siêu âm và áp dụng các quy tắc phân tích nhằm tạo ra hình ảnh chính xác Việc sử dụng hai quy tắc phân tích trong quá trình này cho phép nâng cao độ chính xác của tia sóng siêu âm, từ đó cải thiện hiệu quả chẩn đoán và điều trị.

• B t k tia t iănƠoăđiăsongăsongăv i tr căchínhătrênăđ ng t iăg ng s điăquaătiêuă đi m khi ph n x

• B t k tia t iănƠoăđiăquaătiêuăđi mătrênăđ ng t iăg ngăs truy n song song v i tr c chính khi ph n x

Hình 3.6: Mô ph ngăs ăđ tia ph n x trongămôiătr ng Crocodile Physics 605

S d ng các công c mô ph ng v tălỦăđ năgi n, ta xácăđ nhăđ cătiêuăđi m h i t

F c a chùm tia ph n x , t đóătínhătoánăv trí l păđ t t m ph n x cong trong th c t

Kết quả thu được cho thấy vị trí địa lý mạnh mẽ trên trục chính, cách biệt của nhóm nắm giữ có giá trị bền vững Từ kết quả này, ta thiết lập mô hình mô phỏng siêu âm trên máy tính, đảm bảo khi chất có thể đáp ứng các điều kiện lập ráp, hạn chế các trục hợp tác mà phân xưởng có địa hình cách quá xa hoặc quá gần, gây khó khăn trong việc sử dụng và thí nghiệm.

Qui ho ch th c nghi m

Ngày nay, quy hoạch thực chứng nghiêm ngặt đang được áp dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế và dịch vụ Quy hoạch này đóng vai trò quan trọng trong khoa học, công nghệ và kỹ thuật, giúp thiết kế và phát triển sản phẩm, quy trình mới, nâng cao chất lượng sản phẩm hiện có và quản lý quá trình hiệu quả.

Trong quá trình sản xuất, các thí nghiệm mật ngăn cần được lên kế hoạch và thực hiện để xác định đặc tính hóa học Đặc tính này có vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ quy trình Việc xác định các thông số quá trình giúp nhanh chóng nắm bắt được đặc tính của sản phẩm đầu ra Xác định cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác minh kết quả đo đạc của các thí nghiệm.

Quy hoạch thử nghiệm là quá trình hoàn chỉnh bao gồm lập kế hoạch, thiết kế và phân tích thử nghiệm một cách hiệu quả Bằng cách tích hợp các phương pháp thống kê hiện đại và mạnh mẽ, chúng ta có thể rút ra các kết luận thống kê chính xác từ thử nghiệm Thành công của bất kỳ thử nghiệm công nghiệp nào đều phụ thuộc vào việc lập kế hoạch hợp lý, lựa chọn thiết kế phù hợp, phân tích thống kê dữ liệu và khả năng làm việc nhóm.

Khi thực hiện một thí nghiệm mẫu, các thông số đầu vào và các biến (các yếu tố) sẽ được thay đổi một cách có chủ đích để quan sát những ảnh hưởng khác nhau trong đầu ra của quá trình Kết quả đầu ra từ các thí nghiệm mẫu có thể giúp xác định và phân tích phù hợp, sử dụng để cải thiện hiệu suất của sản phẩm, giảm thiểu lãng phí, rút ngắn thời gian chu kỳ phát triển sản phẩm và giảm sự biến động không mong muốn trong quy trình sản xuất.

Hình 3.7: Mô hình nghiên c u quá trình

Trong quá trình hàn, một số biến số có thể dễ dàng thao tác, trong khi những biến số khác lại khó kiểm soát, dẫn đến hiệu suất sản xuất không ổn định Hình 3.7 minh họa mô hình chung của quá trình hàn, nhấn mạnh các yếu tố có thể kiểm soát và những yếu tố khó kiểm soát trong quá trình thử nghiệm Các biến có thể kiểm soát có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của quá trình, trong khi các biến không thể kiểm soát là nguyên nhân chính dẫn đến sự không nhất quán trong hiệu suất sản phẩm Bằng cách xác định rõ các yếu tố này, có thể giảm thiểu tác động của nhiều yếu tố không kiểm soát được.

Trongăhìnhătrên,ăcácăđ c tính c a m u b nhăh ng b i các thông s (ho c y u t ) có th ki m soát và không ki măsoátăđ c

Nhân t có th ki m soát: ầ

Quá trình hàn v y thi c siêu âm Các nhân t có th ki m soát

Các nhân t không th / khó ki m soát

Th i gian Biênăđ Bán kính cong

Nhi tăđ vƠăđ mămôiătr ng V trí gá T n s siêu âm

-Th i gian phát siêu âm

Nhân t khó ho c không th ki m soát:

-Nhi tăđ vƠăđ mămôiătr ng

Khi sử dụng công nghệ hàn và siêu âm, các yếu tố có thể kiểm soát được sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của mối hàn, trong khi các yếu tố không thể kiểm soát lại là nguyên nhân dẫn đến sự biến động của kết quả thí nghiệm Việc phân tích và thực hiện thành công tập hợp các tham số cần tối ưu hóa có thể giúp giảm thiểu sự không nhất quán của các kết quả thí nghiệm do các yếu tố không thể kiểm soát.

3.5.2.1 Thí nghi m sàng l c (Screening Experiment)

- Xácăđnh đơuălƠăcácăy u t nhăh ngăchínhăđ năđ iăt ng hay quá trình c n kh o sát;

- ánhăgiáăm căđ nhăh ng c a các y u t ;

- ánhăgiáăm căđ nhăh ngăt ngătácăgi a các y u t

Thí nghi m sàng l căth ng khai thác các d ng thi t k thí nghi m toàn ph n 2 m c khi s y u t thí nghi m không l n; ho c thi t k thí nghi m riêng ph n hay thi t k thí nghi m P-B

3.5.2.2 Thí nghi m so sánh (Comparative Expriment)

Trong nghiên cứu so sánh hai nhóm sản phẩm, câu hỏi quan trọng đặt ra là liệu có sự khác biệt giữa các nhóm sản phẩm hay quá trình hay không Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần kiểm tra một số sản phẩm hoặc quá trình mới, trong đó một số sản phẩm mới có thông số đặc trưng nằm trong khoảng 200 đến 300 Ngược lại, sản phẩm mặc có thông số này lại phân bố trong khoảng 180 đến 310 Do đó, cần làm rõ liệu thông số đặc trưng của hai loại sản phẩm có sự khác biệt đáng kể hay không, và liệu sản phẩm mới có thể mang lại lợi ích hơn so với sản phẩm mặc.

Thí nghiệm mô hình hóa là một phương pháp tìm kiếm tối ưu các yếu tố đầu vào để xác lập các giá trị tối ưu của đầu ra Thí nghiệm này sử dụng thiết kế thí nghiệm với mục tiêu "Response Surface" Trong trường hợp hàm mục tiêu không có các ràng buộc trong phạm vi khảo sát, thí nghiệm cho phép chúng ta tạo ra các xác lập để xác định các giá trị tối ưu của hàm mục tiêu.

3.5.3 Các d ng thi t k thí nghi m

Có 4 d ng thi t k thí nghi măc ăb n là: Thí nghi m m t y u t ; Thí nghi măđaăy u t ; Thí nghi m b m t ch tiêu và Thí nghi m Taguchi

3.5.3.1 Thí nghi m m t y u t d ng thí nghi m này, ta ch kh oăsátăđ đánhăgiáă nhăh ng c a m t y u t đ n hàm m că tiêuănh ăth nào Y u t đ c xem xét có th là d ngăđ nhătínhăhayăđ nh l ng

Yếu tố định tính là yếu tố mà các cấp đánh giá chưa đo đếm được Ví dụ, có hay không nội dung chất lượng; nhận định của các loại đánh giá khác nhau, loại vật liệu chi tiết Thí nghiệm về yếu tố định tính cho phép đánh giá nhanh chóng các yếu tố trong phạm vi và có khả năng xác định các tiêu chí không thể đo đếm được kết quả các cấp khác.

Các yếu tố định lượng là những yếu tố mà có thể đo lường được, chẳng hạn như nhiệt độ, áp suất, độ pH, và nồng độ Những yếu tố này không chỉ cho phép đánh giá ảnh hưởng của chúng đến mục tiêu mà còn có thể dự đoán một cách chính xác các chi tiết, hệ thống và quá trình ngoại vi được khảo sát.

Trong thí nghi măđaăy u t , nhi u y u t có th đ căđánhăgiáăm tăcáchăđ ng th i

Mục tiêu của các thí nghiệm nhằm xác định các yếu tố có ảnh hưởng đến hàm mục tiêu, đồng thời đưa ra những đánh giá chính xác về các yếu tố này trong một khoảng thời gian nhất định Việc dự đoán giá trị hàm mục tiêu hay ngữ cảnh của hệ thống bên ngoài phụ thuộc vào việc khảo sát cẩn thận các yếu tố được kiểm soát, nhằm đảm bảo tính cân nhắc và chính xác.

Các d ng thí nghi măđaăy u t thông d ng bao g m: a Thí nghi m đa y u t t ng quát

Trong thiết kế thí nghiệm toàn phần (General Full Factorial Design), mỗi yếu tố có thể nhận nhiều mức giá trị khác nhau Bên cạnh đó, các yếu tố có thể bao gồm cả các biến định tính và định lượng.

Thí nghiệm hai m cấp độ (Two Level Full Factorial Designs) là phương pháp cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều yếu tố bằng cách thay đổi các giá trị của chúng Thí nghiệm này giúp xây dựng mô hình quan hệ giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc Thí nghiệm hai m thường được ký hiệu là thí nghiệm m^2, trong đó m là số biến Phương pháp này mang lại cái nhìn sâu sắc về cách các yếu tố tương tác với nhau trong nghiên cứu.

Thí nghiệm hai mức riêng phần (Two Level Fractional Factorial Design) là một phương pháp độc đáo trong thiết kế thí nghiệm, cho phép xem xét một số tổ hợp giá trị của các yếu tố không đầy đủ Phương pháp này được áp dụng khi số lượng các yếu tố là lớn và chi phí cho thí nghiệm cao Việc sử dụng thiết kế thí nghiệm hai mức riêng phần giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết trong khi vẫn đánh giá được các ảnh hưởng chính Thí nghiệm hai mức riêng phần thường được ký hiệu là thí nghiệm 2^k-p, trong đó có thể kể đến thí nghiệm Plackett-Burman.

Thí nghiệm Plackett-Burman, thường được gọi là thí nghiệm P-B, là một phương pháp thiết kế thí nghiệm nhằm xác định ảnh hưởng của các yếu tố chính mà không cần xem xét các tương tác giữa chúng Thiết kế này được phát triển bởi R L Plackett và J P Burman, cho phép nghiên cứu nhanh chóng các yếu tố quan trọng trong một hệ thống.

QUÁ TRÌNH THI T K VÀ CH T O MÁY HÀN V Y THI C

Thi t k h c ăkhíăsiêuăơm

H c ăsiêuăơmă(thanhărungăsiêuăơm)ălƠăb chuy năđ i tín hi uăđi năthƠnhădaoăđ ng c ăvƠătruy n nó t i chi ti t c n hàn, chúng c năđ c thi t k phù h p v i t n s s d ng c a ngu năđi n và các yêu c u khác v kíchăth c chi ti t

Thi t k h c ăđ c th nghi măcóăđ u rung siêu âm làm t thép crom H c ăđ c mô ph ng hoàn chnhăvƠăđ c gia công s d ng trong t t c các thí nghi m thu c khuôn kh đ tài này

Hình 4.1: Thi t k h thanh rung siêu âm

Trongăđó:ăBulongăM14ă(1),ăKh i nhôm 01ătransduceră(2),ă aăth ch anh (3), C c đ ng d năđi n (4), Kh i nhụm 02 transducer (5), Bulong ẵ-20 (6), Booster (7), Bulong ẵ-20 (8), Khuụn hàn (9)

Hình 4.2: K t qu mô ph ng trên Abaqus/Standard 6.14-1

H siêuăơmăđ c thi t k trên ph n m m Solidworks 2016 và mô ph ng tính toán trên ph n m m Abaqus/Standard 6.14-1

KhuônăhƠnăđ c t iă uăv i t n s 19.9kHz, ho tăđ ngăđ c nhi tăđ cao.

Thi t k t m ph n x

Những năm gần đây, việc xem xét ảnh hưởng của các thành phần trong thiết kế và chất lượng của môi trường sống đã trở nên quan trọng Điều này đặc biệt liên quan đến việc thiết kế và chất lượng các thành phần xây dựng, nhằm nâng cao trải nghiệm sống cho cư dân.

Các yêu c u c a t m ph n x cong khi thi t k bao g m:

• Có b r ng m tăcongăđ l n (l năh năm u và nh h năho c b ngăđ ng kính đ u rung siêu âm)

• Cóăđi m h i t n m trong v trí có th gá l păđ c, không b v ng b i ph n h siêu âm

• V trí t m ph n x không l năh nă20mm,ăt k t qu các thí nghi mătr c đóăkhiăs d ng v i t m ph n x ph ng

Taărútăraăđ c bi u th c v bán kính cong thôngăquaăph ngăphápămôăhìnhăhoá:

N uăđi m h i t f < 6mm, khi gá l p ta s b v ng ph n h siêu âm, không th đ t m uăvƠoăđúngăv trí h i t N u bán kính cong R > 40mm v tríăđi m h i t s n m ngoài b hàn

Dựa trên các điều kiện tính toán, chúng ta chọn các bán kính cong R = {15, 20, 25, 30, 35} (mm) kết hợp với các đường kính d = {30, 40, 50, 60, 70} (mm) và tiêu điểm hủy f = {7,5; 10; 12,5; 15; 17,5} (mm) là các thông số thông thường yêu cầu để thực hiện.

Thi t k c ăc u thí nghi m

Hình 4.3: Thi t k 3Dăc ăc u thí nghi m

Trongăđó:ăkhuônăhƠnă(1),ăv t hàn (2), t m ph n x cong (3), b hàn (4), bàn nâng

B thi căđ c gia nhi t, thi t k d ng hình thang, có tác d ng ti t ki măl ng thi c s d ngăvƠăt ngăs ph n x theoăcácăh ng c a siêu âm

Các chi ti tăđ c gia công b ngăph ngăphápăCNC,ăsauăkhiăgiaăs đ c ph m t l p m Niken nh m b o v ch ng han g vƠăt ngătínhăth m m

Hình 4.4: Các t m ph n x sau khi gia công

1 - Thanh rung siêu âm, 2 - m t bích, 3 ậ b hàn, 4 ậ Vít, 5- B ph năđi u chnhăđ cao, 6 ậ Thanh gá siêu âm, 7 ậ Qu t t n nhi t, 8 ậ M u hàn, 9 ậ gá m u, 10 ậ T m ph n x , 11 ậ K p c d nh b hàn, 12-

TI N TRÌNH THÍ NGHI M VÀ K T QU Oă T

Trang thi t b thí nghi m

Hình 5.1: H th ng thí nghi m hàn v y thi c k t h p siêu âm

Bộ điều khiển nhiệt độ là thiết bị dùng để điều chỉnh nhiệt độ bể hàng Với bộ điều khiển này, không chỉ giúp điều hòa không khí mà còn kiểm soát hoàn toàn nhiệt độ của bể hàng Cấu tạo của bộ điều khiển nhiệt độ bao gồm các thành phần sau:

C m bi n: lƠ m t d ng c p nhi tăđi n K, đoăl ng các giá tr nhi tăđ

B đi u khi n: sau khi nh năđ c tín hi u t c m bi n, b đi uăđi u khi n s đ t nóng tr nhi t, cung c p nhi t cho b thi c

Hình 5.2: B siêu âm c a máy hàn v y Thông s k thu t:

- Công su t l n nh t: 2000W căđi m c a b siêu âm:

- Có th đi u chnhăbiênăđ t đ ng t 0% ậ 100%, khuyên dùng 10%ậ 90%

- Ghi nh ch ngătrìnhăhƠnăvƠoăb nh

Hình 5.3: Máy ki m tra l c kéo

Máy ki m tra s c b n v t li u v năn ngăInstronăModelă3369,ăki uăđ bàn,

- Kho ng t căđ c aăđ uătr t:ă0,005ăđ n 500 mm/phút

- chính xác c a t căđ đ uătr t: 0,2% t căđ th

- T căđ quay tr l i c aăđ uătr t: 500 mm/phút g n li n v i b đi u khi n chính xác v trí d ng

- C p chính xác c a c m bi n l c 0,5% giá tr đoă

- Kho ng cách gi a hai c t: 420 mm

- Kíchăth c thi t b : cao 1.582 mm, r ng 756 mm, sâu 707 mm

- Công su t tiêu th đi n: 700 VA

1 ậ u k pădiăđ ng; 2 ậ M u th nghi m; 3 ậ u k p c đnh

M u thí nghi m

5.2.1 M u 1: M u ki m tra ch t l ng b m t m i hàn

Ta s d ng ng vật liệu đồng (Cu) với kích thước 2mm×8mm×15mm Do bề mặt đồng tiếp xúc với không khí nên bị oxi hóa, vì vậy cần sử dụng giấy nhám P800 hoặc P1000 để mài lớp oxi hóa trên bề mặt đồng Việc này giúp tạo ra bề mặt mới có độ bám dính tốt, từ đó có thể đánh giá sự tác động của các thành phần khác.

5.2.2 M u 2: M u ki m tra đ ch c ch n c a m i hàn (th kéo)

Ta sử dụng mũi hàn có đường kính 1mm, tiếp theo cần cắt chiều dài khoảng 200mm để hàn Khi kiểm tra độ kéo, chiều dài hàn phải đạt chính xác 5mm.

Hỡnh 5.6: S ăđ chu n b m uădơyăđ ng ỉ1mm

Hình 5.7 minh họa mẫu chuẩn bậc khi hàn, với mục tiêu đảm bảo độ chính xác cho chiều dài hàn Để đạt được điều này, chúng ta sử dụng lá nhôm kẹp chặt tại đầu mối hàn Việc sử dụng nhôm giúp giảm thiểu tình trạng bám dính của vật liệu hàn, từ đó cho phép điều chỉnh chiều dài hàn một cách hiệu quả, với kích thước đề xuất là 5mm.

Xây d ng thí nghi m

Hình 5.8: S ăđ gá k p m u khi hàn

Mũ hàn được gắn trên máy hàn siêu âm như hình minh họa Khi nhiệt độ đạt đến ngưỡng nóng chảy, các thành phần sẽ được định hình theo khuôn hàn Mũ hàn phải được đặt chính xác để đảm bảo khoảng cách giữa mũ hàn và đầu thanh rung siêu âm Khuôn hàn truyền động theo hướng vuông góc với các bề mặt cần hàn Sau đó, bộ nguồn phát siêu âm sẽ kích hoạt, thiết lập các thông số cần thiết như biên độ dao động và thời gian hàn khác nhau.

Khi bắt đầu thí nghiệm, bạn gia nhiệt đến khoảng 30 độ Sau khi bếp được nung nóng và thiết bị bắt đầu chạy, nguồn nhiệt được cung cấp liên tục Điều này giúp hạn chế nguy cơ ảnh hưởng đến quá trình thí nghiệm, đảm bảo rằng các mẫu rung được ngâm sâu trong bể chứa.

Trước khi bắt đầu quy trình hàn, vị trí của mũi hàn và tâm phần cần hàn phải được xác định chính xác theo đúng thiết kế Dao động siêu âm của đầu rung cần được phát khi chuẩn bị hoàn tất, và dao động sẽ tự động tắt sau một khoảng thời gian nhất định, có thể điều chỉnh trên bảng điều khiển.

• Sauăkhiădaoăđ ng siêu âm d ng, bàn nâng thí nghi măđ c h xu ng, m u th s đ c l y ra b ng k p

• Th i gian phát siêu âm (th i gian hàn) t 0,5săđ n 40s

• Biênăđ daoăđ ng c a sóng siêu âm t 10%ăđ n 90%

Nhiệt độ hàn của vật liệu có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng mối hàn Nhiệt độ tối ưu được xác định là T = 300 °C ± 10 °C Khi nhiệt độ không đạt yêu cầu, quá trình hàn sẽ gặp khó khăn, dẫn đến việc sinh ra xỉ và ảnh hưởng đến tính chất cơ học của mối hàn Nhiệt độ thấp có thể làm giảm khả năng truyền nhiệt và khiến vật liệu hàn bám dính kém.

5.3.2 Các ch đ và quy trình thí nghi m

Thí nghi m 1: So sánh s nhăh ng c aăbiênăđ daoăđ ngăsóngăsiêuăơmăđ n ch t l ng b m t m i hàn

CƠiăđ t nhi tăđ b hàn c đnh T = 300 o C

Thi t l p th iăgianătácăđ ng c a siêu âm t = 4s

S d ngăthanhăđ ngăkíchăth c 2x8mmăđemăhƠnă1ăđ u v iăbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm l năl t là 10%, 30%, 50%, 70% và 90%

Vimu 1 (mẫu thanh 2x8mm) là một thiết bị hiện đại được sử dụng để so sánh nhanh các siêu âm ngành âm thanh trước và sau khi hàn Mặt trước của thiết bị là một chùm siêu âm được phát ra từ thanh rung siêu âm, trong khi mặt sau là một hệ thống thu nhận tín hiệu từ các phân tử xung quanh.

V i m u 2 (m uădơyăđi năỉ1mm),ătaăđemăm u th nghi măđ b năkộoăđ ki m tra đ ch c ch n c a m i hàn

Thí nghi m 2: So sánh s nhăh ng c a th i gian tác d ng c aăsóngăsiêuăơmăđ n ch tăl ng b m t m i hàn

CƠiăđ t nhi tăđ b hàn c đnh T = 300 o C

Thi t l păbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm Ra P%

S d ngăthanhăđ ngăkíchăth c 2x8mm đemăhƠnă1ăđ u v i th iăgianătácăđ ng c a daoăđ ng siêu âm

VimU1 (một thanh hàn 2x8mm) là một thiết bị quan trọng trong việc so sánh nhanh chóng các siêu âm ngành ẩm thực, với hai mặt: mặt trước là mặt chịu sức ảnh hưởng trực tiếp của thanh rung siêu âm, còn mặt sau là mặt tiếp xúc với các thành phần khác.

V i m u 2 (m uădơyăđi năỉ1mm),ătaăđemăm u th nghi măđ b năkộoăđ ki m tra đ ch c ch n c a m i hàn

Sau khi th c hi n 2 thí nghi m, s gi i h n thông s nhă h ngăđ điă đ n thí nghi m hàng lo t

Thí nghiệm 3: Sau khi thực hiện thí nghiệm 1 và 2, cần đánh giá kết quả và điều chỉnh phương pháp thí nghiệm để đáp ứng mục tiêu đề ra Tác giả sẽ tiến hành quy hoạch thí nghiệm một cách khoa học

B ngă5.1:ă B ng thông s thí nghi m:

B ngă5.2:ă B ng ma tr n quy ho ch th c nghi m:

Các thí nghi măđ c th c hi n ng u nhiên theo c t NTN.

K t qu thí nghi m 1 và 2

5.4.1.1 Thí nghi m 1: Thay đ i biên đ dao đ ng c a siêu âm

Hình 5.9: K t qu thí nghi m 1 (m tătr c)

Hình 5.10: K t qu thí nghi m 1 (m t sau)

Hình 5.11: nh SEM m tătr că(đ phóngăđ i 100 l n)

Hình 5.13: nh SEM m tăsauă(đ phóngăđ i 100 l n)

Hình 5.14: nh SEM m t sau (đ phóngăđ i 2000 l n)

Nh n xét: Ch tăl ng b m t hàn ph thu căvƠoăbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm

Các mối hàn có đặc điểm khác nhau về độ bền khi tiếp xúc với sóng siêu âm Khi sóng siêu âm tương tác với mối hàn, độ bền của mối hàn sẽ giảm nếu có lớp oxit bám trên bề mặt.

5.4.1.2 Thí nghi m 2: Thay đ i th i gian hàn

Hình 5.15: K t qu thí nghi m 2 (m tătr c)

Hình 5.16: K t qu thí nghi m 2 (m t sau)

Nh n xét: V i m uăthanhăđ ng v n có s nhăh ng c a th iăgianăhƠnăđ n ch t l ng m i hàn Tuy s nhăh ng không l nănh ngăb m t hàn v n có s thayăđ i khi thayăđ i th i gian hàn khác nhau

5.4.2.1 Thí nghi m 1: Thay đ i biên đ dao đ ng c a siêu âm

➢ M uăkhôngăs ăd ngădaoăđ ng siêu âm

Hình 5.23: M uă0%ătr c và sau khi kéo

Hình 5.24: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 0%

➢ M uăs ăcóăd ngăbiênăđ ădaoăđ ngăsiêuăơm

Hình 5.27: M u 30% tr c và sau khi kéo

Hình 5.35: Bi uăđ l c ậ đ dãn dài m u thí nghi măthayăđ iăbiênăđ

B ngă5.3:ă K t qu th nghi m kéo m uăthayăđ i biênăđ daoăđ ng siêu âm

Hình 5.36: Bi uăđ đ b n kéo c a m uăsauă3ăl t kéo

Hình 5.37: Bi uăđ đ dãn dài phá h y c a m uăsauă3ăl t kéo

Hình 5.38: b n kéo c a m iăhƠnătheoăbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm

Hình trên cho thấy các mức độ kéo căng khác nhau của các mẫu vật liệu siêu bền Nhìn chung, các mẫu siêu bền có độ kéo cao hơn năm, với độ kéo trung bình đạt 124.6 ± 25.7 N Trong số các mẫu siêu bền, độ kéo cao nhất ghi nhận là 174.9 ± 7.7 N, với độ biến thiên lên đến 30% Khi ngâm trong dung dịch, độ kéo giảm còn 40.36% so với mẫu khô Tuy nhiên, sau khi xử lý mẫu siêu bền, độ kéo lại đạt 158.3 ± 8.1 N, tương ứng với mức giảm 9.49% so với mẫu khô và 27.04% so với mẫu ngâm trong dung dịch.

5.4.2.2 Thí nghi m 2: Thay đ i th i gian tác d ng c a sóng siêu âm

Hình 5.39: M uă2ăgiơyătr c và sau khi kéo

Hình 5.40: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 2 giây

Hình 5.41: M u 4 giây tr c và sau khi kéo

Hình 5.47: Biêuăđ l c ậ đ dãn dài m u thí nghi măthayăđ i th i gian

B ngă5.4:ă K t qu th nghi m kéo m uăthayăđ i th i gian tác d ng c a siêu âm

Hình 5.48: Bi uăđ đ b n kéo c a m uăsauă3ăl t kéo

Hình 5.49: Bi uăđ đ dãn dài phá h y c a m uăsauă3ăl t kéo

Hình 5.50: b n kéo c a m i hàn theo th i gian tác d ng c a siêu âm

Hình trên mô tả các đặc điểm của sóng siêu âm và cách chúng tác động đến các vật thể khác nhau Các số liệu cho thấy sóng siêu âm có tần số cao nhất đạt 124.6 ± 25.7 N, trong khi tần số trung bình là 184.6 ± 12.3 N trong khoảng thời gian 6 giờ Đặc biệt, sóng siêu âm có giá trị tác động cao nhất là 167.1 ± 9.7 N sau khi áp dụng trong 2 giờ, với tỷ lệ ảnh hưởng lên tới 48.15% Tuy nhiên, khi sóng siêu âm được giảm xuống, giá trị tác động chỉ còn 34.1% sau một năm.

Hình 5.51: Bi uăđ soăsánhăđ b n kéo c a m iăhƠnătheoăbiênăđ daoăđ ng và th i gian tác d ng c a siêu âm

Xét về biến động siêu âm, giá trị của sản phẩm có thể tăng lên đến 30% Trong tình huống này, giá trị có thể giảm xuống 0% cho những kho hàng bị ảnh hưởng, trong khi giá trị tối đa có thể đạt 70% Về thời gian, giá trị sản phẩm có thể tăng lên trong khoảng 6 giây, với giá trị tối thiểu là 8 giây Do đó, biến động giá trị được xác định có thể dao động từ 10% đến 50%, trong khi thời gian biến động giá trị được xác định là từ 3 đến 7 giây.

K t qu thí nghi m 3

Các thí nghi măđ c th c hi n theo th t ng u nhiên, các k t qu trìnhăbƠyăbênăd iăđưă s p s p l i th t theo ma tr n quy ho ch

Hình 5.52: M u NTN09:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo

B ngă5.5:ă Giá tr l c kéo NTN09 a) b) c)

B ngă5.7:ă Giá tr l c kéo NTN04-a a) b) c)

B ngă5.8:ă Giá tr l c kéo NTN04-b

Hình 5.59: M u NTN06:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) b) c)

B ngă5.9:ă Giá tr l c kéo NTN06

Hình 5.61: M u NTN11: a) Sau khi hàn; b) M u chu n b kéo a) b)

Hình 5.71: M u NTN20: a) Tr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) b) c)

B ngă5.18:ă Giá tr l c kéo NTN17-a

B ngă5.19:ă Giá tr l c kéo NTN17-b

B ngă5.27:ă B ng ma tr n quy ho ch

Ti n hành lo i các giá tr sai s thô (công th c 2.13-page 24) [10] m i th c nghi m ta ti n hành tính toán (N = 20) v i giá tr nghi ng :

Theo b ng phân b Student, ta ch n tb = 3,18

V i s h tr c a Microsoft Excel, ta l năl t tính:

- Giá tr trung bình c a các giá tr còn l i = average(xi)

- l ch chu n c a các giá tr còn l i s = stdev(xi)

N u ttt > tb thì lo i b giá tr nghi ng

Ví d c th tr ng TH N=4:

4 216,81 195,7 197,39 199,58 203,39 B1 S p x p các giá tr t l năđ n bé: 216,81; 203,39; 199,58; 197,39; 195,7

Giá tr nghi ng s là giá tr l n nh t và nh nh t, n u m t trong 2 giá tr b lo i s xét đ n giá tr k c n

B2 Ch n giá tr nghi ng : 216,81

Tính trung bình 4 giá tr còn l i (l nh average): l ch chu n (l nh stdev):

B3 Nh n th y ttt > tb => lo i giá tr 216,81

Do giá tr 216,81 b lo i, nên s xét ti p t c v i h s k c n là 195,7

Nh n th y ttt < tb => không lo i giá tr nghi ng

Ti p theo ta th c hi n v i giá tr nh nh t là 195,7

Nh n th y ttt < tb => không lo i giá tr nghi ng

L năl t th c hi n 20 thí nghi m,ătaăđ c k t qu đưăb giá tr sai s thô:

B ngă5.28:ă B ng ma tr n quy ho chăđưălo i b sai s thô

Tìmăph ngătrìnhăh i quy b ng Minitab

Th c hi n tính toán trên ph n m măMinitabă20.2,ătaăthuăđ c các k t qu :

Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF

Source DF Adj SS Adj

Hình 5.94: th chu n hóa các nhăh ng (Pareto Chart)

Ph ngătrìnhăh i quy không mã hóa có d ng: y = -91 + 3,38 A + 82,5 B + 1,73 C - 0,0428 AA - 7,77 BB - 0,1026 CC - 0,247 AB + 0,0367 AC + 0,350 BC

Trong Hình 5.94, Minitab sử dụng giá trị trung bình để thể hiện dữ liệu hình ảnh Các giá trị này được biểu diễn bằng các thanh nằm ngang Các yếu tố liên quan đến thanh biểu diễn ở phía bên phải giới hạn là các giá trị có ảnh hưởng đáng kể, bao gồm biến (A), thời gian (B), bình phương biến (AA) và bình phương thời gian (BB) Trong khi đó, các yếu tố biểu diễn ở bên trái giới hạn là những yếu tố có ảnh hưởng yếu, trong đó bán kính (C) và bình phương bán kính (CC) có ảnh hưởng yếu, còn các yếu tố tương tác (AB, AC, BC) không có ảnh hưởng đáng kể.

Hình 5.95: Residual Plots cho L c kéo th Hình 5.95 cho th yăcácăđ th th ng kê v s d ă(saiăkhác)ăc a d li u thí nghi m so v i giá tr h i quy d đoán.

P er ce n t F re q u en cy R es id u al R es id u al

Hình 5.96: Contour Plot c a L c kéo: a)Th i gian và Biênăđ ; b) Bán kính và Biênăđ ; c) Bán kính và Th i gian; d) B m tăđápă ng L c kéo và Th i gian;

Trong hình 5.96, chúng ta thấy rằng không có giá trị lực kéo trong vùng khảo sát, với giá trị lực kéo lớn hơn 200N/m trong khu vực khảo sát.

Ti n hành lo i b các h s nhăh ng y uăvƠăkhôngăđángăk (có h s p-value > 0,05 ậ b ng 5.29) là C, CC, AB, AC, BC, t ch y l iăph ngătrìnhăh i quy:

B ngă5.31:ă Coded Coefficients sau khi lo i b h s nhăh ng

Term Coef SE Coef T-Value P-Value VIF

B ngă5.32:ă Model Summary sau khi lo i b h s nhăh ng

S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)

Bảng 5.31 cho thấy các hệ số AA, A, B, AB có giá trị xác suất tương ứng với mô hình hồi quy Các hệ số này có ý nghĩa thống kê, với giá trị R-sq và R-sq(adj) trong bảng 5.32 lần lượt là 27,49% và 24,15%, cho thấy mô hình hồi quy có độ chính xác nhất định so với các giá trị thực nghiệm, mặc dù có sai số kéo dài Tuy nhiên, để đánh giá tính phù hợp của mô hình với dữ liệu, cần xem xét thêm các phép kiểm định có tên là kiểm định mô hình không phù hợp.

B ngă5.33:ă Analysis of Variance sau khi lo i b h s nhăh ng

Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value

Hình 5.97: th chu n hóa các nhăh ng sau khi lo i b h s nhăh ng m c ki măđnh m căđ không phù h p c a mô hình h i quy (Lack-of-Fit ậ b ng

Giá trị p bằng 0,340 cho thấy có sự liên quan đáng kể giữa các thành phần trong mô hình hồi quy Khi xem xét các thành phần riêng rẽ của mô hình hồi quy (tuyến tính, bậc hai), chúng ta nhận thấy các giá trị của các thành phần này đều có sự tương tác rõ rệt Điều này cho thấy rằng một trong các thành phần có ảnh hưởng cao trong mô hình hồi quy.

Hình 5.98: Residual Plots cho L c kéo sau khi lo i b h s nhăh ng

Hình 5.98 cho thấy đồ thị Normal Probability Plot so sánh xác suất phân bố của các dữ liệu với phân phối chuẩn, cho thấy các dữ liệu phân bố rời rạc so với phân phối chuẩn Histogram thể hiện tần suất xuất hiện của các dữ liệu Đồ thị Versus Fit biểu diễn mối quan hệ giữa các dữ liệu và giá trị dự đoán của mô hình hồi quy Các điểm phân bố ngẫu nhiên, không theo quy luật nào, chứng tỏ dữ liệu không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác Đồ thị Versus Order biểu diễn mối quan hệ giữa các dữ liệu và thứ tự các điểm dữ liệu, cho thấy các điểm phân bố ngẫu nhiên, không theo quy luật nào, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố theo thời gian.

Ph ngătrìnhăh i quy không mã hóa sau khi lo i b có d ng: y = -65,7 + 2,86 A + 80,7 B - 0,0397 AA- 7,46 BB

Sauăđóăti n hành t iă uăhóaăph ngătrìnhăh i quy, v i m c tiêu là l c kéo l n nh t:

P er ce n t F re q u en cy R es id u al R es id u al

B ngă5.34:ă Thông s t iă uăchoăl c kéo

Solution Biênăđ Th iăgian L căkéo Composite Desirability

K t qu trên B ng 5.34 và Hình 5.99 cho ta th y, l i gi i t iă uăđ c tìm th y cho ra L căkéoăđ t giá tr 204,2919N v iăbiênăđ 35,94% và th iăgiană5,4ăgiơy,ăđ t m căđ k v ng là trên 86,199% (desirability = 0,861995)

Bán kính cong của tấm phẳng xếp ngắn không đáng kể đến chất lượng hàn của thiếc LF-307B Nhiệt độ hàn đạt 100 độ C, biên độ đắp xếp 36%, thời gian hàn là 5,4 giây, trong khi mối hàn có độ kéo cao nhất là 204,3N.

Tùy theo yêu c u c th c a nhà s n xu t, có th yêu c uăn ngăsu t (th i gian hàn) t iă uăv i m căđ b n c a m i hàn ch p nh năđ c, ta có th tínhătoánăđ c thông s hàn phù h p.

K T LU N VÀ KI N NGH

K t lu n

Lu năv năđưăgi i quy tăđ c các v năđ sau:

• T ng quan hàn v y thi c ng d ng siêu âm và t m quan tr ng c a nó

• Thi t k mô ph ng khuôn hàn v y thi c siêu âm

• Thi t k và ch t o máy hàn v y thi c t m ph n x cong

• Th c nghi m kh o sát các y u t công ngh c aăph ngăphápăhàn v y thi c siêu âm v i t m ph n x cong

• aăraăthôngăs t iă uăchoătr ng h păhƠnădơyăđ ng v i ch t hàn là thi c LF-307B

Việc khắc phục công việc lắp đặt, hạn chế thiết bị đo đạc, trong khuôn khổ tài chính, phương pháp áp dụng siêu âm chẩn đoán là giải pháp hiệu quả nhất để kiểm tra chất lượng bề mặt hàn với vật liệu có diện tích nhỏ hơn 0.785 mm², chẳng hạn như các mối hàn có kích thước 2x8mm, nhằm đảm bảo độ bền và tính an toàn của các vật liệu như nhôm-nhôm, đồng-nhôm, hoặc đồng.

• Ngoài y u t đ b n m i hàn ra, thì y u t d năđi năc ng là m t thông s quan tr ng c n nghiên c u thêm.

Ki n ngh

Công nghệ hàn và gia công bằng siêu âm hiện đại đang dần trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp điện tử Với nhiều ưu điểm vượt trội, công nghệ này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm Do đó, ngày càng có nhiều nghiên cứu về hàn và gia công siêu âm, nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và đáp ứng các tiêu chuẩn phát triển bền vững.

• Nghiên c u các thông s công ngh nhăh ngălênăđ d năđi n c a m i hàn v y đ ng-đ ng ti t di n nh

• Nghiên c u các thông s công ngh nhăh ngălênăđ d năđi n c a m i hàn v y đ ng-nhôm ti t di n nh

• Nghiên c u các thông s công ngh nhăh ngălênăđ d năđi n c a m i hàn v y nhôm-nhôm ti t di n nh

1 T H Nguyen, K D Truong, K D Bui, Q D Dao, and C B Hoang,ắInvestigation theăUltrasonicăVibrationăonăTinăSoldering Welding of Copper Wires and Plates,” Key Eng Mater., vol 904, pp 392ậ397, 2021

2 H.ăNguyen,ăT.ăQ.ăLe,ăH.ăL.ăNguyen,ăandăK.ăD.ăTruong,ăắDesignăofăaăradial ultrasonic horn for plastic welding using finite element analysis.”ăJpn J Appl.

Phys., vol 60, pp 096502-1ậ7, 2021, doi: 10.35848/1347-4065/ac1ecf

3 T Khoa và N T H i, ắ nhăh ng c aăbiênăđ và th i gian lên m iăhƠnăđ ng trongămôiătr ng thi c LF-307B v i t n s 20 kHz có t m ph n x cong,”ăT p chí c khí Vi t Nam, tr 187-192, s 1+2ăn mă2022

4 N T H i, N T Ki t, và T Khoa,ăắThi t k , ch t o máy hàn v y thi c siêu âm t n s 20KHz s d ng t m ph n x cong.”ăT p chí c khí Vi t Nam, tr 50ậ52,

5 N T H i và T Khoa,ăắThi t k ch t oăđ u rung siêu âm ng d ng cho hàn v y thi c b ng thép h p kim crôm.”ăT p Chí Khoa H c Và Công Ngh - i H c à

6 L Q Thành, T Khoa, và P.ă ăLơm,ăắThi t k , ch t o dây chuy n s n xu t túi v i không d t s d ng công ngh hàn siêu âm.”ăT p chí c khí Vi t Nam, tr 63ậ66,

[1] N T H i và N D Nam, "Nghiên c u thi t b hàn v y thi c siêu âm." trong H i ngh

C h c toàn qu c l n th X, Hà N i, 8-9/12/2017, tr 1029 -1034

[2] Viet Nam ultrasonic equipment Co., LTD, "Máy hàn v y thi c siêu âm." Internet: www.vietsonic.vn/san-pham/san-pham-vietsonic/may-han-vay-thiec-sieu-am/

[3] J N Antonevich, "Fundamentals of Ultrasonic Soldering." Welding reseach supplement, pp 200-207, 1976

[4] P Vianco, F M Hosking and J A Rejent, "Ultrasonic soldering for structural and electronic applications." Welding Journal, vol 75, no 11, pp 343-355, 1996

[5] MECS TECH Co., LTD., "Ultrasonic Dip Soldering," Internet: www.mecstech.com/en/product/ultrasonic-soldering/ultrasonic-dip-soldering/

[6] KURODA TECHNO Co., LTD., "Static ultrasonic soldering tank - KDB series," Internet: www.kuroda-techno.com/english/product/kdb.html

[7] KURODA TECHNO Co., LTD., "Vertical jet-flow ultrasonic soldering tank - ACSS series - ACSS-KV," Internet: www.kuroda-techno.com/english/product/acss- kv.html

[8] SEBA Developments, "Ultrasonic Products - Seba Developments,"Internet: www.seba.co.uk/solbraze/ultrasonic-products/

[9] Caoăđ ng K thu t Cao Th ng, "V t Li uăC ăKhíăVƠăCôngăNgh Kim Lo i,"

Internet: https://sites.google.com/site/vlckcnkl/chuong-xi-cong-nghe-han/11-4-cong- nghe-han-khi-va-han-vay, Jan 3, 2018

[10] N H L c, Quy ho ch và phân tích th c nghi m, TP HCM: Nhà xu t b nă i h c

[11] N V D andăN.ă ăBình,ăQuy ho ch th c nghi m trong k thu t, Hà N i: Nhà xu t b n khoa h c và k thu t, 2011

[12] NIST SEMATECH, "NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods,", Internet: www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/pri.htm, 2012.

Tiêu đề	Nghiên Cứu Các Thông Số Công Nghệ Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Mối Hàn Vảy Thiếc Siêu Âm
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thanh Hỉ
Trường học	Đại Học Bách Khoa
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	luận văn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	5,26 MB