(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061

(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061(Luận văn thạc sĩ file word) Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn TIG xung đến chất lượng của liên kết hàn từ hợp kim nhôm A6061

Giớithiệuvềnhômvàhợpkimnhôm

Đặcđiểm

Sir Humphrey Davy phát hiện ra nhôm (Al) vào đầu thế kỷ XIX, và Hans Christian Oersted đã phân tách nó vào năm 1825 Tuy nhiên, nhôm vẫn là một bí ẩn trong phòng thí nghiệm trong suốt 30 năm tiếp theo cho đến khi việc khai thác từ quặng bauxite trở thành một ngành công nghiệp vào năm 1886 Phương pháp khai thác được phát minh đồng thời bởi Paul Heroult và Charles M Hall, và quá trình này vẫn được sử dụng cho đến ngày nay Nhôm không tồn tại dưới dạng kim loại trong tự nhiên mà có trong lớp vỏ trái đất dưới dạng các hợp chất, chủ yếu là bauxite Quá trình chiết xuất bao gồm hai giai đoạn: tách oxit nhôm (Al2O3) từ quặng và giảm điện phân alumina ở nhiệt độ từ 950 °C đến 1000 °C trong cryolite (Na3AlF6) Phương pháp này cho ra nhôm chứa khoảng 5-10% tạp chất như silic (Si) và sắt (Fe), sau đó được tinh chế để đạt độ tinh khiết 99,9% Vào cuối thế kỷ XX, một lượng lớn nhôm được thu hồi từ rác thải và phế liệu, cung cấp gần 2 triệu tấn hợp kim nhôm mỗi năm ở châu Âu Nhôm nguyên chất hiếm khi được sử dụng trong các kết cấu do độ bền thấp, vì vậy thường được hợp kim hóa với đồng (Cu), mangan (Mn), magiê (Mg), silic (Si) và kẽm (Zn) để tăng cường độ bền cơ học.

Việc ứng dụng rộng rãi các hợp kim nhôm đã đặt ra nhiều thách thức cho các kỹ sư hàn Để đảm bảo mối hàn có chất lượng cao, đội ngũ kỹ sư hàn cần phải có trình độ chuyên môn cao.

Nhôm, với số thứ tự 13 trong bảng tuần hoàn Mendeleev, thuộc nhóm III và có cấu hình điện tử là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ Điện thế ion hóa của lớp 3p là 5,98 eV, trong khi lớp 3s có điện thế ion hóa lần lượt là 18,82 eV và 28,44 eV Từ các điện thế ion này, nhôm có thể hình thành các ion Al⁺¹ và Al⁺³ Ngoài oxit Al₂O₃ bền vững, nhôm cũng có thể tạo ra các hợp chất không ổn định như AlF và AlCl₃.

Với nhiệt độ bể điện phân khoảng 950 - 980 0 C Nhôm có cấu trúc mạng tinh thểởdạnglậpphươngdiệntâm(Al).

HK nhiệt luyện hóa bền

HK AL không hóa bền bằng nhiệt luyện

1886, nhôm được điều chế từ oxit và đã trở thành vật liệu kỹ thuật quan trọng Do nhẹ,chống ănmòn trong cácmôi trườngnhưkhông khí, nước, dầu vàn h i ề u h ó a c h ấ t , nhômđượcdùngrộngrãitrongcôngnghiệpvàdândụng.

Khối lượng riêng của nhôm chỉ bằng một phần ba so với thép, trong khi tính dẫn điện và dẫn nhiệt của nhôm cao gấp bốn lần thép, khiến nhôm trở thành lựa chọn phổ biến trong các thiết bị điện thay cho đồng Nhôm không có từ tính và có hệ số dãn nở nhiệt gấp hai lần thép Mặc dù độ bền của nhôm không cao, nhưng nó có tính dẻo tuyệt vời, đặc biệt ở nhiệt độ dưới 0°C Độ bền của nhôm có thể được tăng cường thông qua hợp kim hóa, biến dạng ở trạng thái nguội, nhiệt luyện hoặc kết hợp các phương pháp này Ngoài ra, nhôm còn có khả năng chống ăn mòn cao nhờ lớp oxit nhôm bền vững trên bề mặt.

Theo tính công nghệ, hàm lượng hòa tan các nguyên tố hợp kim trong nhôm, cóthểchiathànhhợpkimđúc(2)vàhợpkimbiếndạng(1),hình1.1. t

Hợp kim nhôm được chia thành hai nhóm chính: hợp kim biến dạng và hợp kim đúc Hợp kim biến dạng, bao gồm vật liệu cán và rèn, được phân loại thành nhóm có thể nhiệt luyện (như Al-Mg-Cu, Al-Zn-Mg) và nhóm không thể nhiệt luyện (như Al-Si-Mg) Trong khi đó, hợp kim đúc thuộc hệ Al-Si chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng hàn, đặc biệt là trong việc sửa chữa và phục hồi các bộ phận hỏng hóc trong ngành công nghiệp.

Hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện được chứa các nguyên tố hợp kim như Si,Mn,

Mg là nguyên tố có hiệu quả cao nhất trong việc tăng độ bền của hợp kim Al-Mg thông qua việc hình thành các dung dịch đặc hoặc pha phân tán Các hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện thường biến cứng khi bị biến dạng ở trạng thái nguội, dẫn đến suy giảm tính dẻo Hợp kim Al-Mg và Al-Mn có khả năng hàn tốt và sau khi ủ, chúng có thể phục hồi cơ tính ban đầu nếu được xử lý sau khi biến cứng nguội, cho phép đạt được độ bền tương đương với kim loại cơ bản sau khi ủ.

Mnđều dễ hàntrongm ô i t r ư ờ n g k h í b ả o v ệ b ằ n g c ả đ i ệ n c ự c n ó n g c h ả y l ẫ n đ i ệ n c ự c k h ô n g n ó n g chảy(riêngvớihợpkimđúcAl-Sithìcòncầnphảisử dụngcácquytrìnhđặcbiệt).

Tất cả hợp kim nhôm loại biến dạng không hóa già đều được sử dụng ở trạng thái tự nhiên, do đó chu trình nhiệt hàn không làm giảm độ bền vùng ảnh hưởng nhiệt Ngược lại, với hợp kim hóa già, chu trình nhiệt hàn tạo ra các hợp chất giữa các kim loại tại vùng ảnh hưởng nhiệt, dẫn đến giảm độ bền (còn 60-70% so với kim loại cơ bản) Vì lý do này, hợp kim nhôm loại này không nên hàn, trừ khi sau khi hàn có thể thực hiện nhiệt luyện để phục hồi cơ tính vùng ảnh hưởng nhiệt.

- Nhôm là một kim loại nhẹ khối lượng riêng 2,7 g/cm 3 nhiệt độ nóng chảylà657 0 C,độdẫnđiệncaohơnthép3lần.

- Oxit nhôm tạo ra có cơ tính cao hơn nhôm nhiều chính vì thế các đồ dùng hàngngàymớicókhảnăngchịuđượcnhiệtđộ

- Tronghợpkimnhôm:AlMncóchứa1(1,6%Mn;AlMgcóchứa6%Mgcònlạilàn hôm).

- Hợpk i m duyarac ó c ơ t ín h c a o, n h ẹ do đ ó đư ợc d ù n g r ộ n g r ã i t r o n g n gà n h hàngkhông,thànhphầngồm:Al,Cu,Mg,Mn.

Nhôm nguyên chất và hợp kim nhôm Mg, Mn đều có tính hàn tốt, trong khi hợp kim Duyara lại có tính hàn kém Độ bền của kim loại mối hàn trong hợp kim Duyara chỉ bằng một nửa so với độ bền của kim loại cơ bản, dẫn đến việc rất dễ xuất hiện vết nứt.

Các hợp kim nhôm thường được hàn bằng các phương pháp có khí trơ bảo vệ như hàn TIG và MIG Những phương pháp này không yêu cầu chất trợ dung, giúp đảm bảo chất lượng mối hàn tối ưu ở mọi vị trí mà không có xỉ.

Khi hàn nhôm, việc sử dụng dòng điện AC là cần thiết vì nó kết hợp khả năng dẫn điện, điều khiển hồ quang và làm sạch mép hàn Nguồn điện thường được sử dụng là biến áp một pha hoặc ba pha với điện áp khoảng 80 ÷ 100V.

- Khi áp dụng hàn TIG cho hợp kim nhôm, có thể xuất hiện vết trắng dọc theođườnghàn.Nếuvệttrắngcóchiềurộngkhôngquá0,1mmthìlớpkhíbảovệlàđủ, nếurộnghơnthìlượngkhíquánhiềuvàlãngphívìargonlàloạikhíđắt.

- Nhômcótínhdẫnđiệntốt,dođócầnphảinungnóngtrướcchokimloạinềncó chiều dầy lớn hơn 6,3 mm Khi hàn phẳng cho chi tiết có chiều dầy 9,5mm nhiệt độnungnónglà200 0 C.

Phânloạinhômvàhợpkimnhôm

Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1859-75) quy định ký hiệu cho các hợp kim nhôm bắt đầu bằng ký hiệu Al, tiếp theo là ký hiệu của các nguyên tố hợp kim chính và phụ Các con số sau ký hiệu biểu thị hàm lượng theo phần trăm tương ứng Đối với hợp kim đúc, ký hiệu sẽ có thêm chữ Đ; ví dụ, AlMg5 là hợp kim nhôm biến dạng có hàm lượng trung bình 5% Mg, trong khi AlSi12Mg1Cu2Mn0,6Đ là hợp kim nhôm đúc chứa trung bình 12% Si, 1% Mg, 2% Cu và 0,6% Mn.

Hệthốnghợp kim Kíhiệu Hệthốnghợp kim Kíhiệu

Al-CuvàAl-Cu-Mg 2000 Al-Cu 200,0

Al-Mn 3000 Al-Si-MgvàAl-Si-Cu 300,0

AL-Mg-Si 6000 Al-Zn 700,0

Al-Zn-MgvàAl-Zn-Mg-Cu 7000 Al-Sn 800,0

Cácnư ớc M ỹ , C a na đ a c ả L i ê n B a n g n g a n g à y naysửd ụ n g h ệ t h ố n g k ý h i ệ u gồ mcácconsố(thườnggồm4chữ số)đểkýhiệunhôm

Al-Cu AlCu4,4Mg0,5Mn0,8 2014 4,4Cu-0,5Mg-0,8Mn

Al-Cu-Mg AlCu4,4Mg1,5Mn0,6 2024 4,4Cu-1,5Mg-0,6Mn

Al-Mn AlMn1,2 3004 1,2Mn-0,12Cu

Al-Mg-Si AlMn1Si0,6 6061 1Mg5,5Si-0,2Cr-0,3Cu

Al-Zn-Mg AlZn4,5 Mg1,4 7005 4,5Zn-1,4Mg-0,12Cr

0,4Mn-0,15Zr Al-Zn-Mg-Cu AlZn5,6Mg2,5Cu1,6 7075 5,6Zn-2,5Mg-1,6Cu

Al-Cu AlCu4,5Đ 295,0 4,5Cu-1Si

Al-Si-Cu Al-Si5,5 Cu4,5Đ 308,0 5,5Si-4,5Cu

Al-Si-Mg AlSi5,5Cu4,5Đ 356,0 7Si-0,3Mg

Al-Si-Mg-Cu AlSi12Mg1,3Cu4M0,6 Đ

+ Tiêu chuẩn của hiệp hội nhôm AA(Aluminum Association) qui định kí hiệuhợpkimnhômbằngcácconsốtheobảng1.1:

The United Numbering System (UNS) in the United States designates aluminum alloys using a numeric code established by the Aluminum Association, with A9 representing wrought aluminum and A0 indicating cast aluminum.

Bảng 1.2 thành phần – kí hiệu một số nhôm và hợp kim nhôm theo TCVN vàtheoAA

Ngoài ký hiệu 4 chữ số như trên, hợp kim nhôm có thể được ký hiệu bổ sungbằngchữ như sau:

Bảng 1.3 Ký hiệu chữ và trạng thái gia công bổ sung của nhôm và hợp kimnhômm ộ t sốnước

Kýhi ệu Ýnghĩa Kýhi ệu Ýnghĩa

Biếndạngt i ế p t h e o ổ n đ ị n h h ó a ( X biếnđổitừ 2đến9) T4 Tôi T1 Tôi,saub i ế n d ạ n g n ó n g , h ó a g i à t ự nhiên T5 Tôi,hóagiàmộtphần T3 Tôi,biếndạngnguội,hóagiàtựnhiên

T7 Tôi,hóagiàổđịnh T5 Tôi,saubiếndạngnóng,hóa giànhân tạo T8 Tôi, hóa giàbiếnmềm(quáhóagià)

T7 GiốngT6 T8 Tôi,biếndạngnguội,hóagiànhântạo T9 Tôi,hóagiànhântạo,biếndạngnguội Thí dụ, hợp kim 2014 T6 là hợp kim nhôm với đồng (loạt 2XXX) dưới dạngdungdịchđặcđãđượcnhiệtluyệnvàhóagiànhântạo.

Ngày nay, nhôm và hợp kim nhôm được ưa chuộng trong nhiều ngành kinh tế nhờ vào tính năng nhẹ, bền, dai, chịu nhiệt độ thấp, khả năng chống ăn mòn và dễ tái chế Chúng được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu hàn công nghiệp và dân dụng Ba ứng dụng quan trọng thúc đẩy việc gia tăng sử dụng nhôm và hợp kim nhôm bao gồm: chi tiết ô tô trong ngành vận tải, vật liệu dẫn điện nhẹ trong kỹ thuật điện, và vật liệu bền, nhẹ trong ngành hàng không Bảng 1.4 liệt kê một số hợp kim nhôm và thành phần tiêu biểu của chúng.

2219 Cóthểnhiệtluyện 6,3Cu;0,3Mn;0,18Zr;0,1V;Alcònlại

3004 Khôngthể nhiệtluyện 1,2Mn;1,0Mg;Alcònlại

5456 Khôngthể nhiệtluyện 0,6Mn;5,1Mg;0,12Cr;Alcòn lại

6061 Cóthểnhiệtluyện 0,6Si;0,27Cu;1,0Mg; 0,2Cr;Alcònlại

7039 Cóthểnhiệtluyệnđộbềncao 0,27Mn;2,8Mg;0,2Cr;4,0Zr;Alcònlại

2014 Cóthểnhiệtluyệnđộbềncao 0,8Si;4,4Cu;0,8 Mn; 0,5Mg;Al cònlại

4032 Cóthểnhiệtluyện 12,2Si;0,9Cu,1,1Mg; 0,9Ni;Alcònlại

2024 Cóthểnhiệtluyệnđộbềncao 4,4Cu;0,6Mn;1,5Mg;Alcònlại

7075 Cóthểnhiệtluyệnđộbềncao 1,6Cu;2,5Mg;0,3Cr;5,6Zr;Alcònlại

Hàn nhôm đang trở thành một xu hướng mạnh mẽ trong ngành chế tạo ôtô, với nhiều chi tiết quan trọng như giá đỡ động cơ, khung cầu trước và sau, trục truyền động, vành bánh xe, và bộ trao đổi nhiệt điều hòa nhiệt độ được sản xuất từ hợp kim nhôm Những vật liệu này dần thay thế thép truyền thống nhờ vào tính năng vượt trội của nhôm Các bộ phận cấu trúc hàn nhôm chủ yếu là hợp kim nhôm với manhê và silic (loạt 6xxx), được chế tạo bằng phương pháp ép chảy và hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy.

Sự phát triển của ngành đóng tàu, đặc biệt là phà cao tốc, đã thúc đẩy công nghệ hàn nhôm lên một tầm cao mới Các tàu cánh ngầm hiện đại có thiết kế đa thân, khả năng chở nặng, chịu sóng lớn và tốc độ nhanh, với chiều dài từ 35 đến 45m và tốc độ đạt từ 40 đến 74 km/h Những phà lớn có thể dài đến 90m, chở tới 700 hành khách và 150 xe hơi, với tốc độ thông thường lên đến 128 km/h Chúng được chế tạo từ hợp kim nhôm có độ bền cao và sử dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ, giúp tiết kiệm từ 40 đến 50% khối lượng so với tàu thép.

Hợpkimnhômđộbềncaocóthể nhiệtluyệnđược (loạt7xxx)đượcsửdụng làm k ế t c ấ u t h à n h m ỏ n g c h o k h u n g x e đ ạ p , g ậ y đánhg o l f , g ậ y đánhb ó n g ch ày, x e trượttuyết

Hợp kim nhôm có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt độ âm, phù hợp để sản xuất thùng chứa hàng và các bộ phận của xe tải Trong ngành chế tạo hàng không và vũ trụ, hợp kim nhôm manhê không nhiệt luyện cùng với một số hợp kim nhiệt luyện khác đều là những vật liệu truyền thống quan trọng.

Hàn là quá trình ghép nối các kim loại và hợp kim thông qua việc làm nóng chảy vật liệu tại mối ghép Sau khi nguội đi, vật liệu sẽ đông đặc và tạo thành mối hàn chắc chắn Quá trình hàn có thể sử dụng kim loại bổ sung hoặc không, và tính hàn của các kim loại, hợp kim phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm quá trình luyện kim và tính chất của vật liệu hàn.

HợpkimnhômA6061

Đặctính

Hàm lượng magiê lên đến 5% trong hợp kim nhôm giúp tăng cường độ bền, vượt trội hơn so với magiê nguyên chất Tuy nhiên, lượng magiê có thể bị giải phóng ở nhiệt độ môi trường chỉ khoảng 1,4%, cho thấy rằng magiê có xu hướng thoát ra khỏi dung dịch khi hợp kim chứa nhiều magiê được nung nóng và làm nguội chậm Quá trình này xảy ra chậm và hàn không gây ra thay đổi đáng kể, ngoại trừ việc làm lạnh nhanh có thể làm giảm cơ tính của hợp kim.

Các hợp kim nhôm-magiê tiêu chuẩn thường chứa tạp chất như sắt và silic, với việc bổ sung khoảng 0,4-0,7% mangan để tăng cường độ bền Để đạt được độ bền mong muốn, chromium có thể được thêm vào cùng với mangan Khi có 0,2% Cr và 0,4% mangan, sự kết hợp với sắt tạo thành hợp chất có đặc tính vượt trội.

FeMnAl6; silicon kết hợp với magiê để tạothànhhợpchấtmagnesiumsilicide,Mg2Si.Hầuhếttrongsốđólàkhônghòatan.

Các hợp kim magiê có thể bị thay đổi tổ chức tế vi do quá trình hàn Tổ chức tế vi của mối hàn hợp kim nhôm 5083 (AlMg4.5Mn0.7) với dây hàn 5356 cho thấy kim loại nền có cấu trúc hạt mịn và độ bền cao hơn hợp chất Mg2Al3 Trong vùng HAZ, nhiệt độ khoảng 250°C tạo ra Mg2Al3, làm cấu trúc hạ tùng thô hơn Ở nhiệt độ gần 400°C, một số Mg2Al3 không thể hòa tan, trong khi gần mối hàn, nơi nhiệt độ vượt 560°C, xảy ra hiện tượng nóng chảy một phần, dẫn đến tình trạng co ngót kim loại và rỗ khí Mối hàn có tổ chức tương tự như tổ chức đúc magiê trong nhôm, với tổ chức hạt không hòa tan như Mg2Si Tốc độ làm nguội của mối hàn cần đủ nhanh để ngăn chặn sự kết tủa của Mg2Al3 Độ bền kéo của mối hàn hợp kim nhôm-magiê gần giống với kim loại cơ bản đã qua ủ, và nếu kim loại cơ bản chứa trên 4% magiê, giới hạn bền kéo có thể cao hơn Khi hàn MIG, lượng magiê có thể bị mất, do đó thường sử dụng dây hàn bổ sung 5556 (AlMg5.2Cr).

Hợp kim 5083 thường được sử dụng dây hàn bổ sung với thành phần tương tựKLCBvìhàmlượngmagiêcaosẽlàmtăngnguycơbịnứtdoứngsuấtdư.

Trong môi trường ăn mòn nhẹ, hàm lượng magiê trong hợp kim nên được hạn chế tối đa ở mức 3% Đối với hợp kim 5251 hoặc 5454 trong điều kiện thường, có thể sử dụng dây hàn phụ 5554 (AlMg3) Khi thực hiện hàn nhiều lớp, hàm lượng magiê trong dây hàn phụ có thể lên đến 5% ở lớp lót để giảm nguy cơ nứt nóng Các lớp hàn tiếp theo và lớp phủ có thể sử dụng dây hàn phụ 5554.

Hợp kim đầu 5xxx với 1% đến 2,5% magiê có nguy cơ nứt nóng khi hàn tự động hoặc sử dụng dây hàn phụ có thành phần tương tự kim loại cơ bản Giải pháp hiệu quả là sử dụng dây hàn phụ có chứa hơn 3,5% magiê.

Nhôm hợp kim A6061 là vật liệu có độ bền cao, chứa lượng lớn Mg cùng với các nguyên tố nhỏ như Cr, Si, Fe, Cu, Mn và Zn Hợp kim này có giới hạn bề kéo lớn hơn so với các loại nhôm khác như 1050, 3003 và hầu hết các hợp kim nhôm 5xxx A6061 là hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền, dễ hàn và được làm cứng thông qua quá trình làm lạnh Nó có tính hàn tốt, dễ định hình và khả năng chống ăn mòn, bao gồm cả khả năng chống nước muối, rất phù hợp cho lĩnh vực đóng tàu, bồn chứa và các ứng dụng khác.

Nhôm A6061 là một loại vật liệu được ưa chuộng hiện nay nhờ vào những đặc tính nổi bật như nhẹ, bền bỉ, không bị oxi hóa, khả năng chịu tải trọng tốt và dễ gia công Với những ưu điểm này, nhôm A6061 thường được sử dụng để thay thế cho các vật liệu như sắt và gang, vốn có độ cứng cao nhưng khó gia công và dễ bị oxi hóa, dẫn đến tình trạng gỉ sét.

ThôngsốkỹthuậtcủahợpkimnhômA6061

Mg Si Fe Cu Cr Zn Mn Khác Al

Cơtính Nhiệtđộsôi Sựdãnnởnhiệt Đànhồi Hệsốdẫn nhiệt Điệntrở

Giớihạn bềnkéo,MPa Giớihạnchảy,MPa Độgiándài,%

Ứngdụng

Nhôm và hợp kim nhôm đã trở thành vật liệu quan trọng trong nhiều ngành kinh tế nhờ vào các đặc tính vượt trội như nhẹ, bền, dai, chịu nhiệt độ thấp, dễ ép chảy và chống ăn mòn Ngày nay, chúng được sử dụng rộng rãi trong các kết cấu hàn công nghiệp và dân dụng Một số ứng dụng quan trọng đang thúc đẩy việc gia tăng sử dụng nhôm và hợp kim nhôm bao gồm sản xuất chi tiết ô tô, vật liệu dẫn điện nhẹ trong kỹ thuật điện và vật liệu bền, nhẹ trong ngành hàng không.

Hợpk i m n h ô m A 6 0 6 1 c ó t r ọ n g l ư ợ n g n h ẹ , đ ộ b ề n c a o , d ễ g i a c ô n g n ê n v ớ i chiềudàymỏngthìnhômhợpkimA6061đượcsửdụnglàmvởngoàicủacácchitiếttrong các thiết bị điện tử tiêu dùng như máy tính xách tay, thiết bị di động và

TV.Ngoàiravớinhững đặc tínhnhưđã n ê u ởt rê n, hợpkimnhômA 60 61 cònđ ư ợ c sử dụnglàmthùngchứanhiênliệutrênmáybay,hệthốngtraođổinhiệt,bìnháplực,mộtsốbộphậnt rongtủlạnh,…

Nó thường được ứng dụng trong thân xe ô tô, các cấu trúc tiếp xúc với môi trường biển, và trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong tủ bếp, thuyền nhỏ, máy làm đá gia đình, thùng sữa, ống máy bay, hàng rào và nhiều thiết bị khác.

Tìnhhìnhnghiêncứutrongnướcvànướcngoài

Tìnhhìnhnghiêncứuởnướcngoài

Sanjeevkumar và cộng sự đã áp dụng công nghệ hàn TIG cho các tấm có chiều dày lớn và sử dụng công nghệ hàn TIG xung cho tấm dày từ 3 đến 5 mm, với dòng điện hàn từ 48 đến 112A và lưu lượng khí bảo vệ từ 7 đến 15 lít/phút Kết quả cho thấy ứng suất cắt của KLMH (73 Mpa) thấp hơn KLCB (85 Mpa) Qua phân tích các mẫu hàn dưới kính hiển vi, người ta nhận thấy rằng kim loại đắp có cấu trúc dạng nhánh cây đồng trục dọc theo đường viền chảy, và sự phá hủy mẫu thử xảy ra chủ yếu ở khu vực này.

Nghiên cứu cho thấy rằng khi tốc độ hàn giảm xuống từ 700 đến 760 mm/phút và tần số xung 3 và 7 Hz, giới hạn chịu kéo và giới hạn bền kéo của KLMH và KLCB gần như tương đương Kết quả thử nghiệm cho thấy mẫu thử kéo đứt tại vùng HAZ Ahmed Khalid Hussain và cộng sự đã điều tra tác động của tốc độ hàn đến giới hạn bền kéo của liên kết hàn TIG từ hợp kim nhôm AA6351 với độ dày 4 mm, sử dụng mối ghép vát kiểu chữ V và tốc độ hàn 1800 đến 7200 mm/phút Kết quả thử kéo cho thấy khu vực mối hàn và vùng lân cận có giá trị nhỏ hơn vùng KLCB, trong khi giới hạn bền kéo tăng lên khi tốc độ hàn giảm.

Norman và cộng sự đã nghiên cứu tổ chức tế vi của hợp kim Al-Mg-Cu- Mntrongphạmvichếđộhànrộng(dòngđiệnhàntừ100÷190A),tốcđộhànthayđổitừ

420÷ 1500mm/phút.Tổchứctếviquansátđượcởvùngtrungtâmmốihànkhilàm nguộivớitốcđộlớnsosánhvớitổchứctếvitạivùngviềnchảy.Normanđãđưarakết luận rằng nếu tốc độ hàn tăng, tốc độ nguội ở vùng KLMH tăng thì tổ chức tế vi tạivùngKLMHcódạnghìnhnhánhcâynhưngkíchthướcnhỏhơn.

Kumarand S u n d a r r a j a n đã n g h i ê n c ứ u cô ng n g h ệ h à n T I G x u n g k h i hà nh ợp kimnhômAAcóchiềudày2,14mmvớidòngđiệnhàn(40÷90A),vậntốchàn(210 ÷ 230 mm/ phút) Tác giả đã sử dụng phương pháp Taguchi để tối ưu hóa các thông sốchếđộhànTIGxungvớimụcđíchlàmtăngcơtínhcủaKLMH.

Preston và các đồng nghiệp đã áp dụng kỹ thuật mô phỏng số để dự đoán ứng suất dư và biến dạng của hợp kim nhôm A2024 với độ dày 3,2 mm, sử dụng phương pháp hàn TIG Kết quả nghiên cứu cho thấy mối quan hệ giữa giới hạn chảy và các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất và biến dạng trong quá trình hàn.

Khoa Kỹ thuật Hàng hải - Đại học Hàng hải Gdynia, Ba Lan, đã nghiên cứu các tính chất cơ học của liên kết hàn hợp kim nhôm 5083 bằng phương pháp hàn MIG Hợp kim 5083 và 5059, được chọn để so sánh, đều là những hợp kim có độ bền cao, thường được sử dụng trong ngành công nghiệp đóng tàu Nghiên cứu này tập trung vào công nghệ hàn MIG, nhằm xác định bộ thông số chế độ hàn, thực nghiệm hàn, thử độ bền kéo và đánh giá kết quả theo tiêu chuẩn PN-EN10002:2004 của Ba Lan Mục tiêu chính là khẳng định tính hiệu quả của phương pháp hàn MIG trong việc hàn hợp kim nhôm, đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn PN-EN10002:2004 và có năng suất cao hơn so với hàn TIG.

Hộinghịquốctếlầnthứ6về”CơtinvàKỹthuậtảo”diễnratrong2ngày15,16 tháng

Vào năm 2015 tại Braşov, Romania, tác giả Polixenia Iuliana Simion và các cộng sự đã trình bày quy trình hàn MIG hợp kim nhôm cho các cabin tàu thủy trong ngành công nghiệp đóng tàu Bài báo nêu rõ các thuộc tính vật liệu của hợp kim nhôm 5083 và 6061, đồng thời áp dụng công nghệ hàn MIG với khí bảo vệ Ar để hàn các hợp kim này Tác giả đã đánh giá độ ngấu của liên kết hàn và áp dụng kính hiển vi quang học để khảo sát cấu trúc tế vi, từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của xung đơ và xung ép đến chất lượng hàn.

Tình hìnhnghiêncứutrongnước

Là một bước đột phá trong công nghệ đóng tàu cao tốc vỏ hợp kim nhôm ở ViệtNam, năm 1997, Công ty 189 chế tạo thànhc ô n g t à u t u ầ n t r a c a o t ố c v ỏ n h ô m m a n g kýhiệuST112choBộTư LệnhBộđộiBiênPhòng.

TheosausảnphẩmtàuhợpkimnhômST112,năm1997,Côngtychếtạohàng loạt xuồng cao tốc vỏ hợp kim nhôm mang ký hiệu thiết kế ST450, ST520, ST660,ST570,ST700,ST650,ST750,ST750-

CN,ST750CNX,ST737,ST850,ST880,

ST900, ST920, ST1200, ST740, SD530, và SD420 là các sản phẩm phục vụ cho các bộ và ngành trong các chương trình kiểm tra phòng chống bão lụt, tuần tra, cứu hộ cứu nạn, đổ bộ và du lịch Tất cả sản phẩm này đã được kiểm nghiệm thực tế trong khai thác sử dụng, và nhận được đánh giá cao từ các thị trường khó tính về chất lượng và tính năng sử dụng.

Công ty 189 không chỉ nổi bật với việc chế tạo xuồng cao tốc vỏ hợp kim nhôm mà còn thành công trong việc sản xuất hàng loạt tàu tuần tra quân sự tiên tiến Các sản phẩm tiêu biểu bao gồm tàu tuần tra ST126 của Bộ Công an, tàu tuần tra ST112 của Bộ đội Biên phòng, tàu tuần tra DS197 của Tổng cục Hải quan, và tàu tuần tra ST146 của Biên phòng.

Tàu chở khách như tàu KT01 của Huyện đảo Cô Tô và tàu Bạch Long (ST138) của Ban QLDA Bạch Long Vĩ, cùng với nhiều loại tàu khác như tàu đo đạc địa chính và tàu khảo sát thủy văn, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển giao thông đường thủy.

Năm 2001, Công ty 189 đã có bước phát triển vượt bậc khi chế tạo thành công tàu cảnh sát biển cao tốc vỏ hợp kim nhôm mang ký hiệu TT120 cho lực lượng Cảnh sát Biển Việt Nam Đây là tàu cao tốc vỏ hợp kim nhôm có giá trị và quy mô lớn được lắp ráp tại Việt Nam Sản phẩm tàu TT120 đã được Thủ trưởng Bộ và các cơ quan chức năng đánh giá cao về chất lượng, thẩm mỹ và đáp ứng đầy đủ các tính năng kỹ chiến thuật được phê duyệt Hiện nay, Công ty đã xuất xưởng chiếc tàu thứ 8.

Công ty 189 không chỉ nổi bật trong việc đóng tàu tuần tra cao tốc phục vụ quốc phòng mà còn thành công trong lĩnh vực đóng mới tàu khách, tàu du lịch và tàu công vụ cao tốc bằng vỏ hợp kim nhôm Hiện tại, công ty đã xuất xưởng nhiều tàu, xuồng du lịch và tàu công vụ cao tốc, đáp ứng nhu cầu vận chuyển khách và phục vụ các hoạt động công vụ hiệu quả.

ST880, ST1500, ST138, ST166-1&2, ST1600,ST1650-

1&2,ST155,K103,ST176,ST196,ST182,ST1360,1706…nhữngsảnphẩm này đã được kiểm nghiệm qua thực tế khai thác và được khách hàng đánh giá cao. Chủyếunghiêncứuhànhợp kimnhôm5083.

Vũ Đình Toại đã nghiên cứu và bảo vệ thành công luận án tiến sĩ kỹ thuật khihànliênkếtgócgiữanhôm1010vàthép.

Nguyễn Quốc Mạnh đã hoàn thành nghiên cứu và bảo vệ thành công luận án tiến sĩ về kỹ thuật hàn, tập trung vào mối hàn và liên kết góc giữa hợp kim nhôm 6061 và 5083 với thép không gỉ 304 và 316.

Nghiên cứu của Dương Đình Hảo và các cộng sự trên tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 3/2015 đã chỉ ra rằng, độ bền kéo của mối hàn ma sát khuấy tấm hợp kim nhôm AA7075 đạt chất lượng cao nhất khi tỉ số tốc độ quay ω và tốc độ tịnh tiến v nằm trong khoảng 4.0÷10.0 vòng/mm, với độ bền kéo và độ biến dạng lần lượt là 76% và 68% so với vật liệu nền Vị trí phá hủy của mẫu thử luôn nằm ngoài vùng hàn, nơi có độ cứng thấp nhất Nghiên cứu cũng đã xác định được chế độ hàn hợp lý, đảm bảo cấu trúc không khuyết tật và độ bền kéo tối ưu cho mối hàn.

Nghiên cứu về hàn hợp kim nhôm và hợp kim nhôm với thép (thép carbon và thép không gỉ) ở Việt Nam còn hạn chế, với số lượng công trình khoa học và chuyên gia nghiên cứu ít ỏi Phương pháp hàn hiện tại chưa được áp dụng hiệu quả, dẫn đến việc chưa nâng cao được chất lượng hàn và giảm thiểu nguy cơ hình thành các khuyết tật trong quá trình hàn.

Tác giả chọn đề tài nghiên cứu hàn hợp kim nhôm A6061 và phương pháp hàn TIG nhằm tổng hợp tình hình nghiên cứu và thực nghiệm hiện tại Mục tiêu là so sánh kết quả nghiên cứu của mình với các nghiên cứu trước đó Qua công trình nghiên cứu, tác giả mong muốn các kết quả đạt được có thể áp dụng trong thực tiễn sản xuất, góp phần vào công cuộc bảo vệ an ninh tổ quốc.

Tổngquanvềcácquátrìnhhànnhômvàhợpkimnhôm

Hàn masát

Hàn ma sát khuấy (FSW) được phát minh vào năm 1991 bởi TWI (The Welding Institute) Công nghệ này nổi bật với độ bền cao, hiệu quả kinh tế và tính thân thiện với môi trường, vượt trội hơn so với các phương pháp hàn truyền thống như TIG, MIG, và TAW Kể từ khi ra đời, FSW đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, dẫn đến sự gia tăng đáng kể số lượng công trình nghiên cứu hàng năm Công nghệ này đang được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi trong các hợp kim khó hàn bằng phương pháp hàn chảy truyền thống, đặc biệt là trong hàn hợp kim nhôm, cho thấy hiệu quả vượt trội.

2 Hànmasátxoay Đây là phương pháp hàn không sử dụng nhiệt năng để nối hai chi tiết lại vớinhau cho nên tránh được hiện tượng nứt nóng, vùng ảnh hưởng nhiệt tương đối nhỏ, sựtồn tại ứng suất dư sau hàn là rất nhỏ Bên cạnh đó phương pháp hàn này không cầnphảisử dụngkimloạibổsung.

Hàn ma sát là một quá trình hàn áp lực đặc biệt, trong đó kim loại cơ bản chỉ đạt đến trạng thái dẻo Quá trình này diễn ra khi hai mặt cần hàn tiếp xúc với nhau, một chi tiết xoay tròn và một chi tiết đứng yên Nhiệt độ tạo ra trong quá trình hàn làm chảy dẻo cục bộ vùng kim loại cơ bản tiếp xúc Sau đó, lực ép được tăng cường và chi tiết không còn xoay, dẫn đến việc tạo thành liên kết hàn chắc chắn.

Hàn ma sát xoay là một phương pháp hàn quan trọng, cho phép hàn tất cả các loại kim loại, bao gồm cả những kim loại trước đây không thể hàn Phương pháp này có khả năng tạo ra các mối nối hàn giữa các kim loại khác nhau, như thép, đồng và nhôm, cũng như hàn các hợp kim, ví dụ như đồng 2,5% Al.

2618 và hợp kim AlZnMgCu 7075 màkhôngbịnứtnóng.

Hàn điệntrở

Hàn điện trở là một phương pháp hàn sử dụng nhiệt và lực, trong đó nhiệt lượng cần thiết cho quá trình hàn được tạo ra từ dòng điện chạy qua điện trở của vùng hàn và phôi hàn, theo định luật Ôm.

F p: Điện trở riêng (.cm), l: Chiều dài vật dẫn (cm)và F: Diện tích tiết diện vậtdẫncm 2 Điệntrởriênglàmộtyếutốrấtquantrọng đốivớihànđiệntiếpxúc.

Các hợp kim có điện trở lớn tạo ra nhiệt lượng lớn trong quá trình hàn, cho phép sử dụng máy hàn có công suất nhỏ để hàn vàng Điện trở riêng của các hợp kim này phụ thuộc vào thành phần hóa học, nhiệt độ và mức độ gia công cơ khí của vật liệu.

Hàn hồquangtay(SMAW)

Hàn hồ quang tay với que hàn thuốc bọc (SMAW) là một trong những phương pháp hàn cổ điển và phổ biến nhất hiện nay Quá trình hàn này được thực hiện bằng tay, sử dụng nhiệt lượng từ cột hồ quang giữa vật hàn và que hàn có vỏ bọc thuốc hàn Phương pháp SMAW được ưa chuộng nhờ tính đa dạng, thiết bị đơn giản, dễ di chuyển và chi phí thấp so với các phương pháp hàn khác.

Hànhồquangdướilớpthuốc(SAW)

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc (SAW) là phương pháp hàn tương tự như hàn hồ quang với điện cực nóng chảy trong môi trường bảo vệ, nhưng sử dụng thuốc hàn dạng hạt thay vì khí bảo vệ Phương pháp này có năng suất rất cao và chủ yếu được áp dụng để hàn thép, với cường độ dòng điện khoảng 400-1000A Hiệu suất nhiệt của hàn hồ quang dưới lớp thuốc rất cao nhờ vào khả năng cách nhiệt tốt của lớp thuốc bảo vệ.

Hànhồquangvớiđiệncựcnóngchảytrongmôitrườngkhíbảovệ(GMAW)

Quá trình hàn GMAW (Gas Metal Arc Welding) là một phương pháp hàn đáng tin cậy, sử dụng điện cực nóng chảy dạng dây trong môi trường khí trơ, chủ yếu là argon Được phát triển vào thập kỷ 50 và ban đầu được gọi là hàn MIG, GMAW vẫn là một trong những kỹ thuật hàn phổ biến nhất hiện nay nhờ vào nhiều ưu điểm nổi bật Phương pháp này có thể áp dụng cho cả chế độ hàn tự động và bán tự động, phù hợp với nhiều loại vật liệu, độ dày và vị trí hàn, đồng thời có năng suất cao trong cả hai chế độ hàn.

Hàn điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ có ứng dụng quan trọng trong hàn nhôm với khí argon và hàn thép với khí CO2 hoặc hỗn hợp Ar/CO2 Thành phần khí bảo vệ ảnh hưởng lớn đến đặc trưng quá trình hàn, hình dạng mối hàn, mức độ bắn tóe và cơ tính của kim loại mối hàn, đặc biệt là độ dai va đập Khí CO2 thường được sử dụng cho hàn thép cacbon thấp, yêu cầu cao về hình dạng mối hàn và độ dai va đập Mặc dù chi phí cao, hỗn hợp khí Ar/CO2 hoặc Ar/CO2/O2 giúp cải thiện đáng kể hình dạng bề ngoài mối hàn Ưu điểm chính của phương pháp này là khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao trong các ứng dụng công nghiệp.

- Chế độ hàn xung cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình hàn so vớih à n k h ô n g cóxung.

Giá thành thiết bị hàn thường cao hơn so với phương pháp hàn hồ quang tay Hơn nữa, nếu cần tối ưu hóa các thông số hàn để kiểm soát quá trình hàn một cách hiệu quả hơn, chi phí cho thiết bị sẽ tăng lên đáng kể.

Hành ồ q u a n g đ i ệ n c ự c k h ô n g n ó n g c h ả y t r o n g m ô i t r ư ờ n g k

Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy sử dụng điện cực tungsten thay thế cho điện cực nóng chảy trong hàn hồ quang que hàn thuốc bọc Quá trình này diễn ra trong môi trường khí bảo vệ như argon, helium hoặc hydrogen, giúp ngăn chặn kim loại khỏi bị oxy hóa Nguồn nhiệt được tạo ra từ hồ quang giữa điện cực và vũng hàn, làm nóng chảy mép hàn Phương pháp hàn này có khả năng hàn hầu hết các kim loại và tạo ra mối hàn chất lượng cao, tuy nhiên tốc độ hàn chậm hơn so với các quy trình hàn khác.

QuátrìnhhànTIG

Nguyênlý,đặcđiểmvàứngdụngcủahànTIG

Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong khí trơ bảo vệ (TIG) là phương pháp hàn sử dụng hồ quang giữa một điện cực tungsten không nóng chảy và bể hàn Phương pháp này hoạt động với khí bảo vệ và không cần áp lực Kim loại điền có thể được sử dụng hoặc không tùy thuộc vào yêu cầu của công việc.

Phương pháp hàn TIG, phát triển từ những năm 1930, sử dụng hồ quang heli và hàn hồ quang khí trơ, chuyên dùng để hàn các kim loại không chứa sắt như mangan và nhôm, cũng như các mối ghép kim loại khó hàn TIG, hay hàn điện cực không nóng chảy trong khí trơ, được biết đến ở Châu Âu với tên gọi WIG welding, với từ "Wonfram" chỉ tungsten.

Quá trình hàn TIG là phương pháp lý tưởng cho hàn kim loại tấm có độ dày từ 5 đến 6 mm Đối với kim loại dày hơn, cần thực hiện hàn nhiều lớp và vát mép, điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng hàn do tăng biến dạng và ứng suất dư, làm giảm cơ tính của vật liệu Hàn TIG mang lại chất lượng mối hàn cao, cho phép kiểm soát tốt nhiệt lượng cấp vào bể hàn và dây hàn Phương pháp này có thể áp dụng ở mọi vị trí trong không gian và rất hiệu quả trong hàn mối ghép dạng ống Hàn TIG ít yêu cầu làm sạch sau hàn và có thể thực hiện tự động hoặc bằng tay, thường được gọi là "hàn công nghệ cao" trong ngành công nghiệp.

ThiếtbịhànTIG

Dựa vào các thiết bị hàn TIG điển hình, tác giả nhận thấy chúng có khả năng hàn thép các bon, thép hợp kim, kim loại và hợp kim màu Tuy nhiên, thiết bị hàn TIG MATRIX 400 AC/DC nổi bật với những ưu điểm vượt trội, đặc biệt khi hàn nhôm và hợp kim nhôm Vì vậy, tác giả đã quyết định lựa chọn thiết bị hàn TIG MATRIX cho công việc của mình.

Vậtliệuhànnhômvàhợpkimnhôm

Khi hàn nhôm, việc lựa chọn vật liệu hàn không phù hợp có thể dẫn đến hiện tượng nứt tại kim loại mối hàn do tính dẻo và độ bền thấp của vùng ảnh hưởng nhiệt Để giảm thiểu nứt giữa các tinh thể trong vùng này, nên sử dụng vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy bằng hoặc thấp hơn kim loại cơ bản, với hàm lượng nguyên tố hợp kim cao hơn Nếu hợp kim chứa 0,6% S, kim loại mối hàn sẽ dễ bị nứt khi hàn bằng dây hàn có cùng thành phần hóa học Do đó, nên chọn dây hàn chứa 5% Si, vì nó có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn, giúp tăng tính dẻo và giảm ứng suất co Trong nhiều trường hợp, dây hàn Al-5% Mg mang lại mối hàn có tính dẻo và độ bền cao, nhưng cần tránh sử dụng dây Al-Si cho hợp kim Al-Mg để không gây ra hiện tượng nứt do sự xuất hiện đồng thời của Mg và Si.

Tương tự như vậy, Mg và Cu không được đồng thời tồn tại trong mối hàn nhôm,cónghĩalàdâyhànAl-MgkhôngđượcdùngđểhànhợpkimAl-

Khi hàn hợp kim nhôm Al-Mg, không nên sử dụng dây hàn Al-Cu Đối với hàn hợp kim Al-Si bằng dây Al-Si, cần đảm bảo rằng thành phần hóa học của kim loại mối hàn, bao gồm cả phần kim loại cơ bản hòa tan, phải nằm ngoài dải 0,5% đến 2% Si để tránh tình trạng dễ nứt Tương tự, thành phần kim loại mối hàn của hợp kim Al-Mg cũng cần phải không nằm trong khoảng 0,5% đến 2% Mg.

Khí trơ sử dụng trong hàn cần có độ tinh khiết cao, như Ar (99,99% hoặc 99,98%) và He (99,985%) Điện cực W thường được pha thêm LaO hoặc Yttrium oxyt (Y2O3) Dòng điện hàn nên là dòng xoay chiều Vật liệu kim loại hàn cần có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn và dải nhiệt độ kết tinh rộng hơn so với kim loại cơ bản để đảm bảo tính hàn và giảm thiểu nguy cơ nứt Dây hàn thường có thành phần gần giống với kim loại cơ bản hoặc chứa Ce để đảm bảo tính dẻo của mối hàn.

Các loại quá trình hàn điện nóng chảy phổ biến đối với nhôm và hợp kim nhômlàhànhồquangtay,hànhồquangdướilớpthuốc,vàhàntrongmôitrườngkhíbảovệ.

Kýhiệu Thànhphần[%] Độbền[Mpa] Limloạicơbản

Các hợp kim loại5XXX,6XXX(2,5% Mg);h ợ p k i m đ ú c A l - Si;1100;1350;3003

Que hàn nhôm và hợp kim nhôm[1][2][3]được sử dụng để hàn hồ quang taytrongchếtạocáckếtcấuchịutảiđơngiảnvàtrongsửachữa.TiêuchuẩnAWSA5.3 phânra3loạiquehàn,bảng2.1

ER2319 6,3Cu;(V+Zr)cókiểmsoát,Alcònlại

CôngnghệhànTIG

Dòngđiệnhàn

- Khi dòng điện hàn quá thấp, đường hàn sẽ cao, độ ngấu sâu kém, và có khảnăngcủachồnglấpởrìađườnghàn

- Khi nhiệt cung cấp quá lớn, điều đó có thểx ả y r a t ừ m ộ t d ò n g đ i ệ n h à n q u á cao hoặc tốc độ hàn quá chậm, đường hàn trở nên vô cùng rộng, thường rộng và bằng.Điềuđólàmchođộngấucũngnhiềuvàcóthểbịbắntoé.

1 DCEN(dòngmộtchiềuđấuthuận) ĐâylàphươngpháphànTIGsửdụngdòngđiệnhàn1chiềuđấuthuận(điệncực Von fram được nối với cực âm) Đây là kiểu đấu dòng một chiều (DC) được ápdụng rộng rãitrongquá trìnhhànTIG.Vớikiểuđấu này điện cực nhậnđ ư ợ c 3 0 % nănglượngnhiệthồquang.

CáchđấunàyđiệncựcVonframđượcnốivớidươngcực.Cáchđấunàyítđượcáp dụng vì nhiệt lượng của hồ quang tập trung vào điện cực sẽ làm điện cực bị quánhiệtvànhanhbịmòn.

3 Dòngxoaychiều(AC) Đây là loại dòng điện được ưa dùng khi hàn vật liệu trắng như nhôm và ma giê. Ởmột nửa chu kỳ, điện cực Vonfram mang cực dương, điện tử sẽ từ phía kim loại cơ bảndịchchuyểnvềphíađiệncực.Kếtquảlàlớpôxíttrênbềmặtkimloạicơbảnsẽbịphá vỡ cho nên nó còn được gọi làquá trình làm sạch lớp ô xít nhôm bề mặt Ở nửachu kỳ sau, điện cực Vonfram mang cực tính âm, điện tử sẽ dịch chuyển từ điện cực vềphíakimloạicơbản.NửachukỳnàyđượcgọilànửachukỳngấucủasóngAC.

Sự phát triển của ngành điện tử đã dẫn đến việc tạo ra các thiết bị hàn xoay chiều với dạng sóng hình vuông Dạng sóng này cho phép kiểm soát tốt hơn, mang lại hiệu quả hàn sạch và tăng cường độ bền cho mối hàn.

ChếđộhànTIG

Chất lượng của mối hàn TIG được xếp vào loại có chất lượng cao hơn chấtlượngcủabấtcứ phươngpháphànhồquangnàokhác[2].

Dòng điện hàn phụ thuộc vào đường kính của điện cực, với đường kính lớn hơn dẫn đến dòng điện hàn cao hơn Đối với phương pháp hàn TIG, người ta thường sử dụng điện cực có đường kính tối đa lên đến 2,4mm.

Việc lựa chọn đường kính chụp sứ phụ thuộc vào chiều dày vật liệu, tuy nhiên, thường chỉ sử dụng chụp sứ có đường kính tối đa 12,5 mm Đối với vật liệu có chiều dày lớn, hàn bằng tay thường yêu cầu vát mép vật hàn theo tiêu chuẩn Ngoài ra, lưu lượng khí bảo vệ cũng cần được điều chỉnh tương ứng với trường hợp sử dụng khí bảo vệ là Argon hay Helium.

Hình 2.17 chỉ ra rằng việc sử dụng dòng điện hàn lớn là cần thiết khi vật hàn có chiều dày lớn Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc áp dụng dòng điện hàn lớn có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng mối hàn.

KỹthuậthànnhômA6061bằngphươngpháphànTIG

TínhcôngnghệcủahợpkimnhômA6061

Hàm lượng magiê trong hợp kim nhôm có thể lên đến 5%, giúp tăng cường độ bền vượt trội so với magiê nguyên chất Tuy nhiên, lượng magiê có thể bị giải phóng ở nhiệt độ môi trường chỉ khoảng 1,4%, cho thấy rằng magiê có xu hướng thoát ra khỏi dung dịch khi hợp kim chứa nhiều magiê được nung nóng và làm nguội chậm Mặc dù phản ứng này diễn ra chậm, quá trình hàn không gây ra sự thay đổi đáng kể, ngoại trừ việc làm lạnh nhanh có thể làm giảm cơ tính của hợp kim.

Khi hàn, oxit Al2O3 có thể xuất hiện do nhiệt độ nóng chảy cao (2050°C) hơn so với nhôm (660°C), với khối lượng riêng lớn hơn (3,6 g/cm³ so với 2,7 g/cm³), dẫn đến hiện tượng cạnh mối hàn khó nóng chảy và lẫn xỉ Để khắc phục, cần khử màng oxit nhôm bằng các phương pháp cơ học như giũa, cạo hoặc chải bằng bàn chải thép không gỉ, hoặc bằng các biện pháp hóa học như dung dịch axit hoặc kiềm Trong quá trình hàn, có thể sử dụng hiệu ứng catot để phá vỡ màng oxit hoặc dùng thuốc hàn để hòa tan oxit nhôm, tạo ra các chất dễ bay hơi Công thức thuốc hàn bao gồm 50% KCl, 15% NaCl và 35% Na3AlF2, sẽ phản ứng với Al2O3 để tạo ra AlCl3 và K2O Sau khi hàn, cần khử thuốc hàn dư để tránh hiện tượng ăn mòn kim loại mối hàn.

Khi hàn nhôm ở nhiệt độ cao, độ bền của vật liệu giảm nhanh, dẫn đến nguy cơ sụt lún tấm nhôm Độ chảy loãng của nhôm khiến nó dễ dàng chảy ra khỏi chân mối hàn Do nhôm không thay đổi màu sắc khi hàn, việc kiểm soát kích thước vùng hàn trở nên khó khăn.

- Hệ số dãn nở nhiệt cao, mô đun đàn hồi thấp, nhôm dễ bị biến dạng khi hàn(phảikẹpchặtbằngđồgácótínhdẫnnhiệtkém).

Để đảm bảo chất lượng mối hàn, cần phải làm sạch mép hàn và dây hàn không chỉ để loại bỏ oxit nhôm mà còn để ngăn ngừa dầu mỡ, nguyên nhân gây ra rỗ khí Rỗ khí chủ yếu xảy ra tại kim loại mối hàn và đường chảy, làm giảm độ bền và tính dẻo do hydro có hệ số khuếch tán thấp trong nhôm Việc nung nóng sơ bộ và nung đồng thời trong quá trình hàn sẽ giúp giảm thiểu hiện tượng rỗ Ngoài ra, cần khử các chất chứa hydro trên bề mặt vật hàn như dầu, mỡ, sơn và hơi ẩm, có thể thực hiện bằng hơi nước hoặc dung môi thích hợp trước khi lắp ghép phần.

- Nhôm dẫn nhiệt tốt, phải dùng nguồn nhiệt có công suất cao hoặc nguồn nhiệtxungkhihàn.

- Kim loại mối hàn dễ nứt do cấu trúc hạt hình cột thô và cùng tinh có nhiệt độnóngchảythấpởtinhgiới,cũngnhư docongót(7%)khikếttinh.

- Nhôm không có chuyển biến thù hình nên không xử lý nhiệt để cải thiện tổchứccơtínhcủanhômđược.

Khi hợp kim có khả năng nhiệt luyện trải qua quá trình ủ đồng nhất hóa tổ chức và hóa già, việc hàn hồ quang sẽ dẫn đến sự suy giảm độ bền và tính dẻo tại vùng ảnh hưởng nhiệt Vùng này được chia thành ba khu vực: vùng ủ, vùng ủ không hoàn toàn và vùng hóa già quá mức Nếu liên kết hàn được ủ đồng nhất hóa tổ chức và hóa già, độ bền ban đầu có thể phục hồi, nhưng tính dẻo không thể khôi phục hoàn toàn Ngược lại, nếu chỉ thực hiện hóa già, cả độ bền và tính dẻo đều sẽ giảm Do đó, để đạt được cơ tính tối ưu, hợp kim cần được hàn ở trạng thái ủ trước khi tiến hành nhiệt luyện.

Khi hàn nhôm và hợp kim nhôm, nên tránh nung nóng sơ bộ nếu có thể, vì nó làm tăng chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt và giảm cơ tính liên kết hàn Chỉ những chi tiết dày mới yêu cầu nung nóng sơ bộ, và thời gian nung nóng cần được hạn chế tối đa Nhiệt độ nung không nên vượt quá 1500°C Đối với hợp kim chứa 3-5,5% Mg, nhiệt độ nung nóng sơ bộ không được vượt quá 120°C và nhiệt độ giữ các đường hàn tối đa là 150°C.

Hợp kim nhôm không thể nhiệt luyện được chứa các nguyên tố hợp kim như Si,Mn,

Magnesium (Mg) là nguyên tố quan trọng giúp tăng độ bền của hợp kim nhôm thông qua việc hình thành các dung dịch đặc hoặc các pha phân tán Trong số các nguyên tố, Mg có hiệu quả cao nhất, làm cho hợp kim Al-Mg có độ bền vượt trội ngay cả trong trạng thái ủ Các hợp kim nhôm không thể tôi luyện thường sẽ bị biến cứng, dẫn đến giảm tính dẻo khi ở trạng thái nguội Hợp kim thuộc hệ Al-Mg và Al-Mn cũng có khả năng hàn dễ dàng.

Sau khi ủ, hợp kim nhôm có thể phục hồi cơ tính ban đầu nếu được hàn sau khi trải qua quá trình biến cứng nguội Điều này cho phép đạt được độ bền cao trong vùng ảnh hưởng nhiệt, tương tự như các loại kim loại cơ bản khác Hợp kim nhôm, đặc biệt là hợp kim Al-Mg và Al- , thể hiện khả năng này rõ rệt.

Mnđều dễ hàntrongm ô i t r ư ờ n g k h í b ả o v ệ b ằ n g c ả đ i ệ n c ự c n ó n g c h ả y l ẫ n đ i ệ n c ự c k h ô n g n ó n g chảy(riêngvớihợpkimđúcAl-Sithìcòncầnphảisử dụngcácquytrìnhđặcbiệt).

Hợp kim nhôm chứa các nguyên tố như Cu, Mg, Zn và Si có thể được nhiệt luyện để cải thiện độ bền Độ bền của chúng phụ thuộc vào thành phần hóa học, tương tự như các hợp kim không thể nhiệt luyện Các hợp kim này có thể trải qua quá trình ủ đồng nhất hóa tổ chức, tôi, và hóa già tự nhiên hoặc nhân tạo Ngoài ra, độ bền còn có thể tăng cường thông qua biến dạng ở trạng thái nguội Hợp kim Al-Mg-Si dễ hàn, trong khi các hợp kim Al-Zn có tính hàn kém nhưng có thể cải thiện khi thêm Mg Hợp kim Al-Cu yêu cầu quy trình hàn đặc biệt và liên kết hàn có tính dẻo kém.

Hàn nhôm đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành chế tạo ôtô, với nhiều chi tiết quan trọng như giá đỡ động cơ, khung cầu trước và sau, trục truyền động, vành bánh xe, và bộ trao đổi nhiệt điều hòa nhiệt độ được làm từ hợp kim nhôm Các vật liệu truyền thống như thép đang dần được thay thế bằng nhôm, chủ yếu là các hợp kim nhôm chứa magie và silic (loạt 6xxx), được ép chảy và hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy.

Sự phát triển của ngành đóng tàu, đặc biệt là trong sản xuất phà cao tốc, đã nâng cao công nghệ hàn nhôm lên một tầm cao mới Các tàu cánh ngầm, với thiết kế một hoặc nhiều thân, có khả năng chở nặng, chịu sóng lớn và đạt tốc độ cao, thường có chiều dài từ 35 đến 45 m và tốc độ từ 40 đến 74 km/h Những phà cỡ lớn có thể dài tới 90 m, chở được 700 hành khách và 150 xe hơi, với tốc độ thông thường đạt 128 km/h Chúng được chế tạo từ hợp kim nhôm có độ bền cao, sử dụng công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ, giúp tiết kiệm 40-50% khối lượng so với tàu thép.

Hợp kim nhôm độ bền cao, đặc biệt là loại 7xxx có khả năng nhiệt luyện, được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo các kết cấu mỏng cho khung xe đạp, gậy golf, gậy bóng chày và xe trượt tuyết Những hợp kim này không chỉ chịu được nhiệt độ âm mà còn được sử dụng làm xitec chở hàng và các bộ phận khác của thân xe tải Trong ngành hàng không và vũ trụ, hợp kim nhôm không nhiệt luyện và một số hợp kim nhiệt luyện cũng là những vật liệu truyền thống quan trọng.

Ảnhhưởngcủacácthôngsốcôngnghệđếnchấtlượnghàn

- Khi dòng điện hàn quá thấp, đường hàn sẽ cao, độ ngấu sâu kém, và có khảnăngcủachồnglấpởrìađườnghàn

- Khi nhiệt cung cấp quá lớn, điều đó có thểx ả y r a t ừ m ộ t d ò n g đ i ệ n h à n q u á cao hoặc tốc độ hàn quá chậm, đường hàn trở nên vô cùng rộng, thường rộng và bằng.Điềuđólàmchođộngấucũngnhiềuvàcóthểbịbắntoé.

Khi kìm hàn cách vật hàn quá xa, hồ quang sẽ dài hơn, dẫn đến việc giảm hiệu quả của khí bảo vệ Hệ quả là chất lượng mối hàn bị ảnh hưởng nghiêm trọng, đặc biệt trong quá trình hàn nhôm.

Dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn đến hình dáng, kích thước, tốc độ và chất lượng của mối hàn Trong hàn TIG, thường sử dụng đấu điện cực với cực âm (DCEN) để đạt được chiều sâu ngấu tốt hơn và tốc độ hàn cao hơn so với đấu với cực dương (DCEP) Việc đấu nghịch thường làm nóng nhanh và mòn nhanh đầu điện cực, nhưng lại có lợi trong hàn hợp kim nhôm nhờ làm sạch bề mặt vật hàn Sử dụng dòng xoay chiều (AC) khi hàn hợp kim nhôm và magiê là lựa chọn tốt hơn, vì nó giúp cân bằng nhiệt và làm sạch hiệu quả bề mặt vật hàn, với chiều sâu ngấu nằm giữa DCEN và DCEP.

Dòng DC xung ở tần số thấp (1 ÷ 10 Hz) có thể được sử dụng để giảm biếndạng trong quá trình hàn Ngược lại, dòng xung ở tần số cao (5 ÷ 30 Hz) giúp cải thiện bề mặt mối hàn, tăng chiều sâu ngấu, tăng tốc độ hàn và giảm sự hình thành khuyết tật trong KLMH Dòng điện hàn xung tần số cao thường được áp dụng trong hàn tự động.

Bảng2.4Sosánhcáchsửdụngdòngđiệnmộtchiềuvàxoaychiều Điệncựcbắtđầulàdươngcực Điệncựcbắtđầulàâmcực Điệncựcbịnungnóngtrước ThíchhợpvớidòngđiệnDC

Hình 2.19 cho thấy ảnh hưởng của tần số xung đến chiều sâu ngấu trong quá trình hàn Khi sử dụng dòng xoay chiều với tần số xung thấp, chiều rộng bể hàn sẽ lớn nhưng chiều sâu ngấu lại giảm Ngược lại, khi tần số xung cao, hồ quang sẽ tập trung hơn và chiều sâu ngấu được đảm bảo.

Hình2.19HànTIGxung Trên hình 2.20 ta nhận thấy rằng khi hàn với tần số xung thấp, mối hàn khôngngấuvàkhihànvớitầnsốxungcaomốihànchochiềusâungấutốthơn.

Mối hàn bị bẩn, đặc biệt là mối hàn nhôm, thường xuất phát từ các vấn đề trong hệ thống cung cấp khí Những vấn đề này có thể bao gồm rò rỉ trong ống kết nối, khí bảo vệ chất lượng kém, ống phun khí quá lớn, hoặc khoảng cách từ miệng ống phun tới vật hàn quá xa Những yếu tố này dẫn đến luồng khí không hiệu quả, gây ảnh hưởng xấu đến sự bảo vệ của khu vực hồ quang.

Khí bảo vệ trong hàn TIG thường là Ar, He hoặc hỗn hợp Ar + He, có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ điện cực và kim loại nóng chảy khỏi tác động tiêu cực của không khí xung quanh Đặc biệt, trong hàn thép không gỉ, hàn kim loại và hợp kim màu, cần sử dụng khí bảo vệ ở đáy mối hàn và bề mặt kim loại cơ bản để giảm thiểu oxy hóa, ngăn ngừa nứt ở chân mối hàn và rỗ khí.

Trongthựctếthườngsửdụnghỗnhợp70%He+30%Arđểhànkimloạivàhợpkimmàu,70% Ar+30%Hechohànthépđạthiệuquảcao.

Khí Argon được sử dụng trong hàn TIG giúp giảm hiệu điện thế hồ quang so với khí He và CO2, dẫn đến chiều sâu nóng chảy thấp hơn Điện cực trong hàn TIG thường là loại không nóng chảy, như Vonfram hoặc Vonfram pha thêm các oxit như ThO2, La2O3, ZrO2, có tác dụng duy trì hồ quang cháy ổn định trong quá trình hàn.

Vonfram là vật liệu lý tưởng cho điện cực hàn nhờ vào khả năng chịu nhiệt cao với nhiệt độ nóng chảy lên đến 3410°C Nó có khả năng phát xạ điện tử tốt, dễ dàng ion hóa hồ quang và duy trì sự ổn định của hồ quang Các điện cực vonfram thường có đường kính từ 1,0 đến 4,0 mm và chiều dài từ 75 đến 175 mm, được sử dụng phổ biến trong ngành hàn.

Chất lượng mối hàn trong hàn TIG phụ thuộc vào vị trí của điện cực Tungsten trong kim loại mối hàn đông đặc, điều này có thể được phát hiện thông qua phương pháp chụp ảnh phóng xạ Hiện tượng này, trước đây được gọi là nổ mìn nhỏ tungsten, liên quan đến dòng điện quá cao so với kích thước hoặc loại của điện cực Tungsten.

Kim loại điền đầy và lớp phủ bên ngoài bị oxit quá mức có thể dẫn đến mối hàn bị bẩn Hơi ẩm thường tích tụ trong lớp oxit này Để đảm bảo chất lượng, dây kim loại điền đầy cần được làm sạch bằng giấy nhám.

Hàn trên kim loại bẩn và vật liệu thấm dầu mỡ yêu cầu loại bỏ hoàn toàn các khuyết tật vật liệu Việc làm sạch triệt để và gia nhiệt là cần thiết để loại bỏ sự hấp thụ dầu, mỡ, hơi ẩm và các tạp chất khác, đặc biệt khi sửa chữa các vết nứt trong các bộ phận chi tiết máy.

Các sự rò rỉ nước trong kìm hàn thường được phát hiện qua màu sắc của bề mặt mối hàn Sự ngưng hơi có thể xảy ra bên trong ống dẫn khí, và hơi ướt trong hồ quang có thể làm cho tungsten trở thành bẩn và bị nhiễm.

Nóitómlại,cácmốihàncóchấtlượngtốtđòihỏitấtcảcácđiềukiệnchínhxác, các vật liệu được dùng có đặc điểm kỹ thuật phù hợp Máy móc thiết bị trong tình hoạtđộngtốt.

3 Ảnhhưởngcủakỹ thuậthàn Điện cực phải được chuẩn bị, chọn chủng loại, kích cỡ phù hợp với từng loại vậtliệuvàtheochiềudày:

- Để hàn với dòng xoay chiều (AC) hoặc một chiều (DCEP) đầu điện cực đượcđịnhhìnhcódạngbáncầu.

Chiều dài từ đầu tiếp điện đến mũi điện cực nên nhô ra khoảng 1 lần đường kính điện cực để đảm bảo hiệu quả hàn, đặc biệt trong trường hợp hàn góc cần nhô ra nhiều hơn Để bảo vệ vùng hàn, cần chọn kích thước mỏ phun và lưu lượng khí hợp lý; mỏ phun lớn cung cấp khí nhiều hơn nhưng khó quan sát, trong khi mỏ phun nhỏ cần điều chỉnh lưu lượng để tránh dòng chảy rối, giúp bảo vệ vùng hàn hiệu quả và giảm nguy cơ oxy hóa điện cực.

Khi tốc độ hàn tăng mà dòng điện và điện áp không thay đổi, nhiệt năng cấp vào vũng hàn sẽ giảm Tốc độ hàn không ảnh hưởng đến lực điện trường và áp lực hồ quang, vì chúng không phụ thuộc vào dòng điện Tốc độ hàn tăng sẽ làm giảm kích thước bể hàn, bao gồm chiều rộng và chiều sâu ngấu Tỷ lệ giữa chiều sâu ngấu và chiều rộng bể hàn cũng bị ảnh hưởng bởi tốc độ hàn Đối với hàn TIG, tốc độ hàn khuyến cáo nằm trong khoảng 100 ÷ 500 mm/phút, tùy thuộc vào dòng điện, loại vật liệu và chiều dày vật hàn.

Chiều dài cột hồ quang, khoảng cách giữa đầu điện cực và vật hàn, trong hàn TIG thường dao động từ 2 đến 5 mm Khi chiều dài hồ quang tăng để duy trì sự ổn định, điện áp cần được nâng cao Tuy nhiên, điều này có thể dẫn đến việc giảm sâu ngấu và mặt cắt bể hàn nóng chảy.

I NGHIÊNC Ứ U T H Ự C N G H I Ệ M V À M Ô P H Ỏ N G C Ủ A C H Ế ĐỘHÀNTIG

Mụcđíchnghiêncứuthựcnghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm nhằm so sánh và đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng liên kết hàn của hợp kim nhôm A6061 Kết quả thực nghiệm sẽ được so sánh với tính toán lý thuyết nhằm tối ưu hóa các thông số công nghệ trong quá trình hàn.

Xâydựngquytrình hànsơbộ chohợpkim nhômA6061

Mn Si Cr Fe Mg Ti Cu Zn Al

Kí hiệu: ER5356, theo AWS

Hệ số giãn nở nhiệt (20 ÷ 300 o C): 23,7 ×10 -6 /

Mn Si Cr Fe Mg Ti Cu Zn Al

STT Têntrang thiếtbị phụtrợ Mụcđíchsửdụng

Kínhcóchếđộtự độngchuyểntốip hù hợ pvớiánhsángkhihàn.

Quầnáochịunhiệt -Quần áo chịu nhiệt/ yếm chịu nhiệt cần đượclàm từ những vật liệu khó cháy, ít hấp thunguồnnhiệt.

Máymài cầmtay -Dùngđể màimépcácmẫu(nếucần)

- Kiểuliênkếthàn:Giáp mối,hàn1phía(2lớp)

Hình 3 2 Chuẩn bị mép vátYêucầu:Mépvátphẳng,thẳng

Bề mặtphôikhôngdínhdầu,mỡhoặctạpchất Làmsạchvùnghàn(khoảng15mm về mỗiphía)trướckhi hànbằngbà nchảisợithépkhônggỉ.

Kiểuliênkếthàn: Giápmối PHƯƠNGPHÁPHÀN Đệmphíasau:Không GMAW □ GTAW ☑

Chiềudày:6 mm Điệncực: Đườngkính: Cỡ: Loại:

Răngcưa☑ B á nnguyệt□K h á c□ Hàn:1 lượt ☑ nhiềulượt□

Kiểmtrakhôngpháhủy:bằng mắtthườngKiểmtrapháhủy:thử kéo

Kiểuliênkếthàn: Giáp mối PHƯƠNGPHÁPHÀN Đệmphíasau:Không GTAW ☑ SAW □

Chiềudày:6 mm ĐiệncựcVonfram(GTAW) Đườngkính: Cỡ:2,4mm Loại: EWZr

Góc độ mỏ hàn:= 80÷85 o 90 o Gócđộdâyhàn:20 o Kiểudaođộngđầuhàn:

Răngcưa☑ B á nnguyệt□Khác□ Hàn:1 lượt □ nhiềulượt☑

Kiểmtrakhôngpháhủy:bằng mắtthườngKiểmtrapháhủy:thử kéo

Kimloạibổsung Chếđộhàn Kíhiệu Đường kính

Kiểuliênkếthàn: Giáp mối PHƯƠNGPHÁPHÀN Đệmphíasau:Không GTAW ☑ SAW □

Chiềudày:6 mm ĐiệncựcVonfram(GTAW) Đườngkính: Cỡ:2,4mm Loại: EWZr

Gócđộ mỏ hàn:÷85 o  o Gócđộdâyhàn:20 o Kiểudaođộngđầuhàn:

Răngcưa☑ B á nnguyệt□K h á c□ Hàn:1 lượt□ nhiềulượt☑

Kiểmtrakhôngpháhủy:bằng mắtthườngKiểmtrapháhủy:thử kéo

Kimloạibổsung Chếđộhàn Kíhiệu Đường kính

Kiểuliênkếthàn: Giáp mối PHƯƠNGPHÁPHÀN Đệmphíasau:Không GTAW ☑ SAW □

Chiềudày:6 mm ĐiệncựcVonfram(GTAW) Đườngkính: Cỡ:2,4mm Loại: EWZr

Gócđộmỏ hàn:÷85 o  o Góc độ dây hàn:

Răngcưa☑ B á nnguyệt□K h á c□ Hàn:1 lượt □ nhiềulượt☑

Kiểmtrakhôngpháhủy:bằng mắtthườngKiểmtrapháhủy:thử kéo

VẼPHÁCLIÊN KẾT Đườngh à n Quát rì n h h àn

Kimloạibổsung Chếđộhàn Kíhiệu Đường kính

Mặtsaumốihàncóchỗchưangấu Mặtt r ư ớ c k h ô n g t h ấ y h i ệ n t ư ợ n g n ứ t b ề mặt,có1vàilỗkhíđườngkínhdưới1mm

Rỗkhíbề m ặ t dolưu l ư ợ n g khínhỏquá hoặclớnquáhoặcnơicógiólùa>5mm.

Ngấulệchvề1phía:Nguyênnhândonguồnnhiệt hàntậptrunglệchvề1phía

Nhưv ậ y , v ớ i cá c m ẫ u h à n t h ự c n g h i ệ m k h i t h a y đổilư u l ư ợ n g k hí b ả o v ệ t a thấ yrằngởmức13lít/phútchochấtlượngmốihàntốtnhất.

Khi hàn với các chế độ hàn khác nhau như dòng điện, vận tốc hàn và lưu lượng khí bảo vệ, tần số hàn (2, 3, 5 xung/giây) đóng vai trò quan trọng Tần số càng cao sẽ tạo ra bề mặt mối hàn mịn hơn và chiều sâu ngấu cũng tốt hơn so với hàn xung với tần số thấp.

Mẫusố Vậtliệu Chiềudày Tầnsố Quansátbằng mắtthường

1 A6061 6mm 5Hz Khôngp h á t hiệnk h u y ế t t ậ t t r o n g v ù n g mốihàn

4 A6061 6mm 5Hz Khôngp h á t hiệnk h u y ế t t ậ t t r o n g v ù n g mốihàn

5 A6061 6mm 3Hz Khôngp h á t hiệnk h u y ế t t ậ t t r o n g v ù n g mốihàn

6 A6061 6mm 3Hz Khôngp h á t hiệnk h u y ế t t ậ t t r o n g v ù n g mốihàn

10 A6061 6mm 2Hz Khôngp h á t hiệnk h u y ế t t ậ t t r o n g v ù n g mốihàn

12 A6061 6mm 2Hz Khôngp h á t hiệnk h u y ế t t ậ t t r o n g v ù n g mốihàn

MôphỏngsốquátrìnhhànTIGnhôm

Trong nghiên cứu của mình tác giả có sử dụng thêm kỹ thuật mô phỏng dựa trênphươngphápphầntửhữuhạnbằngphầnmềmSYSWELDcủatậpđoànESI.

Goldakvàcộngsự[7][8][9]đãđưaramôhìnhnguồnnhiệtcómậtđộphânbố ellipsoidképđượcxácđịnhkhikếthợphaikhốibánellipsoidkhácnhauđểtạothànhmộtnguồn nhiệt(hình3.3).

Bảng3.6MôhìnhnguồnnhiệttheoGoldak Đườnghàn b(mm) c(mm) af(mm) ar(mm)

Bảng3.7Chếđộhàn Đườnghàn Ih(A) Uh(V) Vh(mm/s) Dd(mm)

Trongđó:Vh:Vậntốchàn[mm/s];Dd:Đườngkínhdâyhàn[mm].

Hình3.4Nhiệtlượng cấpvào mô hình

Dòngđiện hàn:Ih=165÷190A Điệnáphồ quang:Uh=(14,0÷14,5)VLưulượngkhíbả ovệ:13lít/phút

Số S(mm) qo(J/mm) Vh(mm/s) Môphỏng Thựcnghiệm

Mẫu q(W) Tần số xung(Hz)

Khí bảo vệ (lít/phút) Độl ồ i b ề mặt (mm) Độ lồi mặt đáy(mm)

Vận tốc hàn có ảnh hưởng đáng kể đến độ lồi của mặt đáy và bề mặt mối hàn Khi vận tốc hàn chậm, độ lồi bề mặt mối hàn tăng lên, dẫn đến chiều rộng mối hàn lớn Ngược lại, khi vận tốc hàn tăng, bề rộng mối hàn giảm và đuôi bể hàn dài ra, đồng thời độ lồi bề mặt cũng giảm xuống Để đảm bảo ngấu hoàn toàn (tấm mỏng) khi hàn với chế độ hàn khoảng I h 5A, lưu lượng khí bảo vệ cần đạt 13 lít/phút.

Tathấyrằng,mẫu1,2,4vịtríđứtcủamẫunằmởvùngviềnchảy,cácmẫucònlạiđứtởvùnggiò nxanh(cáchvùngviềnchảykhoảng5mm).

Kết quả thử nghiệm các mẫu hợp kim nhôm A6061 cho thấy độ bền kéo của KLMH và KLCB tương đối giống nhau, ngoại trừ mẫu hàn M-4 có giới hạn bền kéo chênh lệch đáng kể so với KLCB Do đó, quy trình hàn (WPS) được nghiên cứu có thể áp dụng thực tế cho các cơ sở chế tạo liên kết nhôm và hợp kim nhôm bằng hàn.

- Môphỏngsốtrườngnhiệtđộ,ứngsuấtvàbiếndạnghànkhihàngiápmối,vát mép1phíahợpkimnhômA6061cóchiềudày6mm,bằngphươngpháphànMIG.

- Đánh giá được các thông số như: tốc độ nguội, độ lồi mặt đáy, lồi mặt trên,khoảngnănglượngđườngphùhợp.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thử nghiệm kéo liên kết hàn hợp kim nhôm A6061 trên máy thử kéo nén WDW-600 tại phòng thí nghiệm phá hủy 103-A5, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Kết quả cho thấy khả năng chịu lực của các mẫu hàn, đặc biệt là các mẫu hàn ở chế độ 5 xung, rất khả quan.

+Ih5A,Uh( V )V,Vh( m m / s )=4(mm/s),fhz=5(Hz)

Đánhgiákếtquảvàbànluận

3.4.1 Cáckếtquảthuđược Đềtài:NghiêncứuảnhhưởngcủachếđộhànTIGxungđếnchấtlượngcủaliênkếthàntừ hợpkimnhôm A6061tácgiảđã:

- Ứngdụngcôngcụmôphỏngsốvàoviệcphântích,đánhgiásựphânbốnhiệtđộ,ảnhh ưởngcủachếđộhànđếnhìnhdáng,kíchthướcbểhàn;

Luận văn kết hợp lý thuyết và thực nghiệm, cho thấy kết quả thực nghiệm xác thực tính đúng đắn của lý thuyết Bản thông số quy trình hàn được tác giả xây dựng và đã được kiểm tra đánh giá cơ tính thông qua thử kéo tại các vùng có thay đổi thông số hàn.

Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu sâu về công nghệ hàn TIG cho hợp kim nhôm A6061, đồng thời áp dụng các tiêu chuẩn hàn và đưa ra những khuyến cáo cụ thể khi thực hiện hàn với hợp kim nhôm A6061 và các loại hợp kim nhôm khác.

Trong luận văn này, tác giả đã tham khảo tài liệu chuyên môn đáng tin cậy và xin ý kiến từ các chuyên gia có kinh nghiệm trong hàn hợp kim nhôm Nghiên cứu bao gồm thực nghiệm để so sánh kết quả giữa lý thuyết và thực tế, nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến chất lượng mối hàn Luận văn này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở sản xuất, nhà máy, và xí nghiệp có sản xuất hàn và chế tạo nhôm hợp kim A6061.

Tác giả khuyến nghị cần mở rộng nghiên cứu về vật liệu hợp kim nhôm A6061 với độ dày lớn hơn 6mm khi hàn (vát mép chữ X, V, …) nhằm ứng dụng rộng rãi hơn trong ngành công nghiệp phản kim loại và hợp kim màu tại Việt Nam.