Luận văn ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mối hàn thép sus

Công nghệ hàn Laser là phương pháp hàn đặc biệt có thể hàn các bề mặt phôi mẫu một cách chính xác với độ bền cao và được ứng dụng trên bề mặt có độ mỏng từ 0.1 mm. Tại các điểm hàn vùng chịu ảnh hưởng nhiệt rất nhỏ, quá trình đốt nóng – làm nguội và khả năng điều khiển nguồn năng lượng tia laser chính xác… Tất cả các yếu tố trên khiến nguồn nhiệt phát sinh trên vật liệu phôi mẫu thấp nhất. Nhờ vào những ưu điểm nổi trội này, công nghệ hàn Laser được nghiên cứu, ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các ngành công nghiệp (sản xuất ô tô, hàng không và hàng không vũ trụ, bán dẫn, y tế...) cũng như trong phục hồi các chi tiết máy có độ chính xác cao. Tuy nhiên, trong quá trình hàn laser, việc tối ưu hóa quá trình hàn nhằm tận dụng tối đa ưu điểm của nhiệt phát sinh thấp, tạo ra các mối hàn có chất lượng cao là một thách thức. Phân tích, lựa chọn và kiểm soát các thông số đầu vào của quá trình hàn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng hàn.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGÔ VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP KHÔNG GỈ SUS 304 BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN LASER LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - NGÔ VĂN DŨNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP KHÔNG GỈ SUS 304 BẰNG CÔNG NGHỆ HÀN LASER Ngành: Kỹ thuật khí Mã ngành: 8.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN XUÂN CHUNG TS NGUYỄN TUẤN LINH Hà Nội - 2021 i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Nguyễn Xuân Chung TS Nguyễn Tuấn Linh Những kết thử nghiệm lưu giữ, giới thiệu thuyết minh ghi hình ảnh hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm cam đoan Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2021 Tác giả Ngô Văn Dũng ii Lời cảm ơn Quá trình thực luận văn tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới TS.Nguyễn Xuân Chung TS.Nguyễn Tuấn Linh, người hướng dẫn trực tiếp tận tình giúp đỡ việc như: định hướng nghiên cứu đề tài, hướng dẫn thực trình viết thành luận văn hoàn chỉnh Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, Trung tâm sau đại học Khoa Cơ khí trường đại học cơng nghiệp Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn tới lãnh đạo PTN trọng điểm công nghệ Hàn Xử lý bề mặt – Viện nghiên cứu khí đồng nghiệp giúp đỡ tác giả trình học tập, nghiên cứu, làm thực nghiệm hoàn thành đề tài luận văn thạc sỹ Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể gia đình, bạn bè, người chia sẻ, động viên, giúp đỡ học tập, nghiên cứu hoàn thành Luận văn Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2021 Tác giả Ngô Văn Dũng iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục hình ảnh vii Danh mục bảng biểu x MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu luận văn, đối tượng nghiên cứu Nội dung phương pháp nghiên cứu Kết cấu luận văn CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN LASER 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN LASER 1.1.1 Đặc điểm, nguyên lý công nghệ hàn laser 1.1.2 Ưu nhược điểm công nghệ hàn Laser 1.2 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ HÀN LASER TRONG CÔNG NGHIỆP 1.2.1 Ứng dụng hàn Laser ngành Cơ Khí - Chế Tạo 1.2.2 Ứng dụng Hàn laser vật liệu kim loại nhựa ngành điện tử - bán dẫn 1.2.3 Ứng dụng hàn laser khuôn mẫu 10 1.3 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ HÀN LASER TRÊN THẾ GIỚI 13 1.4 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ HÀN LASER Ở VIỆT NAM 15 iv 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 16 CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ HÀN LASER 18 2.1 NGUYÊN LÝ HÌNH THÀNH TIA LASER VÀ CÁC ĐẶC TÍNH THIẾT BỊ HÀN LASER 18 2.1.1 Nguyên lý tạo thành tia laser 18 2.1.2 Đặc tính thiết bị hàn laser 20 2.2 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH MỐI HÀN BẰNG CÔNG NGHỆ LASER 31 2.2.1 Đặc điểm hình thành mối hàn laser 31 2.2.2 Tia laser nguồn nhiệt 32 2.2.3 Các chế độ hàn laser tương tác tia laser với vật liệu 34 2.3 ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU HÀN LASER 38 2.3.1 Phân loại vật liệu hàn laser 38 2.3.2 Tính hàn yếu tố hợp kim vật liệu hàn laser 41 2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN TỚI CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN LASER 46 2.4.1 Công suất chùm tia laser 47 2.4.2 Mật độ công suất, mật độ lượng lượng hàn 49 2.4.3 Tốc độ hàn laser 51 2.4.4 Kích thước điểm chùm tia vị trí tiêu điểm 52 2.4.5 Dạng mối ghép hàn 55 2.4.6 Khí bảo vệ áp suất khí hàn laser 58 2.4.7 Ảnh hưởng độ rộng xung tốc độ lặp lại 61 2.4.8 Ảnh hưởng thuộc tính vật liệu 62 2.4.9 Lựa chọn thông số thí nghiệm hàn laser 64 2.5 CHỈ TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN LASER 65 2.5.1 Hình dáng hình học mối hàn 65 v 2.5.2 Các khuyết tật mối hàn laser xảy giải pháp 67 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 70 CHƯƠNG - THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 71 3.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM HÀN LASER 71 3.2 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 72 3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 72 3.2.2 Thiết bị thí nghiệm 72 3.3 THỰC NGHIỆM HÀN, KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN TRÊN CÁC MẪU THÍ NGHIỆM THEO TIÊU CHUẨN 74 3.3.1 Các bước tiến hành thí nghiệm 74 3.3.2 Xác định thông số cơng nghệ quan trọng q trình hàn laser: 75 3.3.3 Tìm giới hạn mức độ thơng số q trình: 75 3.3.4 Các phương pháp đánh giá chất lượng liên kết hàn 78 3.3.5 Các thiết bị kiểm tra 79 3.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN 79 3.4.1 Kết đo kích thước hình dạng mối hàn 79 3.4.2 Kết kiểm tra độ bền kéo mối hàn 83 3.5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 84 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 89 KẾT LUẬN CHUNG 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 94 vi Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Viết tắt P Tiếng anh Tiếng Việt Laser power Công suất laser Welding speed Tốc độ hàn Optical fiber diameter Đường kính sợi quang Φspot Focal spot diamter Đường kính tiêu điểm A Angle of incidence Góc tới D Defocus distance Khoảng cách lấy nét ED Energy density Mật độ lượng LE Line energy Năng lượng dòng Wh Weld width Chiều rộng mối hàn Dp Weld penetration depth Độ sâu thâm nhập Tm Melting temperature Nhiệt độ nóng chảy PW Power Cơng suất xung K Tensile strength Giới hạn bền kéo R Rank Mức độ ảnh hưởng S V F vii Danh mục hình ảnh Hình 1.1 Phân loại phương pháp cơng nghệ hàn [1,2] Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý thiết bị hàn laser Hình 1.3 Mật độ cơng suất tương đối nguồn nhiệt hàn laser so với phương pháp hàn khác [4,5] Hình 1.4 Ứng dụng công nghệ hàn laser nối kim loại (hợp kim) có chiều dày mỏng Hình 1.5 Hàn laser chi tiết phức tạp yêu cầu độ xác cao Hình 1.6 Hàn laser ngành công nghiệp bán dẫn 10 Hình 1.7 Hàn laser sửa chữa phục hồi khuôn mẫu 11 Hình 1.8 Hàn đắp laser phục hồi chi tiết trục 12 Hình 2.1 Sơ đồ phần tử tạo thành tia laser [9,10] 18 Hình 2.2 Photon phát xạ tự phát từ mơi trường hoạt động bị kích thích 19 Hình 2.3 Q trình photon phát xạ kích thích [9,10] 19 Hình 2.4 Phản hồi quang học photon để khuếch đại công suất laser 20 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị hàn laser [12] 21 Hình 2.6 Mối quan hệ công suất hàn chiều sâu ngầu nguồn hàn laser khác [12,14,15] 24 Hình 2.7 Sơ đồ đặc tính đầu nguồn laser hàn khác với dải thời lượng xung công suất đỉnh 25 Hình 2.8 Kích thước khe hở mối ghép hàn laser [17,18] 27 Hình 2.9 Sơ đồ laser sợi quang đơn chế độ có khơng có rung lắc 28 Hình 10 Mối quan hệ khoảng cách làm việc với độ dài tiêu cự 29 Hình 2.11 Mối quan hệ công suất, lượng độ rộng xung 30 Hình 2.12 Cấu trúc mối hàn Laser [5] 32 viii Hình 2.13 Q trình hấp thụ đốt nóng laser 33 Hình 2.14 Sơ đồ hấp thụ tia laser theo thời gian để hàn 33 Hình 2.15 Các chế độ hàn laser (a) dẫn nhiệt (b) hàn lỗ khóa 34 Hình 2.16 Sự kết hợp lượng vào vật liệu thông qua (a) đẳng hướng (b) dẫn ưu tiên phụ thuộc vào mật độ lượng 35 Hình 2.17 Chế độ hàn lỗ khóa (xuyên thấu) [12] 36 Hình 2.18 Mối quan hệ mật độ công suất chế độ hàn 37 Hình 2.19 Phân loại đặc tính loại vật liệu hàn laser [24] 39 Hình 2.20 Ảnh hưởng cơng suất hàn đến kích thước mối hàn 48 Hình 2.21 Ảnh hưởng vận tốc hàn laser đến độ ngấu 51 Hình 2.22 Các tham số hội tụ (phân bố chùm tia phản xạ/truyền qua) 52 Hình 2.23 Ảnh hưởng đường kính tia laser đến độ xuyên mối hàn 53 Hình 2.24 Mối quan hệ đường kính chùm tia khoảng cách tiêu điểm 55 Hình 2.25 Các thiết kế mối hàn laser thông dụng 56 Hình 2.26 Khoảng cách tối đa khuyến nghị cho thiết kế mối hàn laser 56 Hình 2.27 Ảnh hưởng khe hở đến độ lõm đầu (SD) (RD) mối hàn giáp mối [23] 57 Hình 2.28 Mối quan hệ kích thước khe hở chiều rộng mối hàn 58 Hình 2.29 Phân loại khí bảo vệ sử dụng phương pháp hàn laser 60 Hình 2.30 Ảnh hưởng khí bảo vệ đến độ xuyên thấu chiều rộng 61 Hình 2.31 Xu hướng hình thành hình dạng mối hàn liên quan đến độ rộng xung tốc độ lặp lại hàn laser Nd: YAG 62 Hình 32 Các khuyết tật mối hàn xảy hàn laser 66 Hình 2.33 Mặt cắt ngang thể vết nứt phía tâm mối hàn 69 Hình 3.1 Mơ hình hàn thực nghiệm 71 Hình 3.2 Hệ thống thiết bị thí nghiệm hàn laser Hl-MJ400 73 80 Ảnh thô đại mối hàn soi chụp lại với tỷ lệ x10: Mối hàn gia công, mài tẩm thực phù hợp với vật liệu vật liệu vùng mối hàn cho trường hợp cụ thể Hình 3.7 Hình ảnh thơ đại cấu trúc vùng mối hàn laser 1- Vùng kim loại mối hàn; 2- Vùng ảnh hưởng nhiệt HAZ; 3- Vùng kim loại Nhìn chung mặt cắt ngang vật liệu sau hàn laser, trước hết cho thấy phần mở rộng vùng ảnh hưởng nhiệt không đáng kể Đây hiệu ứng tích cực điển hình liên quan đến nguồn nhiệt hàn tập trung cao Kiểm tra kim loại mối hàn không cho thấy vết nứt mẫu thử kiểm tra, số vết rỗ cô lập tìm thấy số mối hàn Khơng có tạp chất đáng ý nhận thấy vùng nhiệt hạch Đặc điểm đáng ý tính chất định hướng cao cấu trúc vi mơ xung quanh trục chùm tia laser Điều đông đặc kim loại mối hàn tốc độ nguội cao so với hàn thơng thường Hình dạng kích thước mối hàn đánh giá theo tiêu chuẩn AWS D1.1/D1.1M:2010, gồm hình dạng kích thước bên ngồi bên mối hàn Hình 3.7 ảnh chụp liên kết hàn mẫu sau hàn 81 Đánh giá quan sát biên dạng bên mối hàn, sử dụng dưỡng, thước đo kích thước chiều rộng chiều cao mối hàn từ mẫu sau hàn Hình 3.8 Kiểm tra chiều rộng mối hàn laser Kết kiểm tra kích thước chiều rộng mối hàn (Wh) mẫu thực nghiệm, thể bảng 3.5 Bảng 3.5 Kết đo kiểm chiều rộng mối hàn mẫu thực nghiệm Thông số chế độ hàn laser Mẫu thử Chiều rộng mối hàn Wh (µm) Cơng suất laser (P), W Tốc độ hàn (S), mm/s Độ rộng xung (W), ms P1 255 4.0 4.5 848.72 P2 255 5.0 5.5 842.50 P3 255 6.0 6.5 852.91 P4 270 4.0 5.5 940.12 P5 270 5.0 6.5 859.40 P6 270 6.0 4.5 825.39 P7 285 4.0 6.5 875.24 P8 285 5.0 4.5 850.97 P9 285 6.0 5.5 960.13 Ghi Bề mặt mối hàn không xuất vết nứt 82 Sử dụng phương pháp phân tích Taguchi phần mềm Minitab 19 để tìm mức độ ảnh hưởng thông số hàn laser: công suất P, tốc độ hàn S độ rộng xung W đến kích thước bề rộng mối hàn laser thép khơng gỉ 304 đồ thị ảnh hưởng hình 3.9 Hình 3.9 Đồ thị ảnh hưởng thơng số hàn laser (P, S W) đến kích thước chiều rộng mối hàn Từ kết kiểm tra hình dạng bên mối hàn liên kết hàn mẫu cho thấy: - Các mối hàn không bị cháy cạnh, mặt ngồi mối hàn khơng bị nứt rỗ khí quan sát kính lúp - Các kích thước mối hàn phù hợp với tiêu chuẩn kiểm tra cho phép Từ kết kiểm tra đánh giá, hình dạng kích thước mối hàn liên kết hàn mẫu đáp ứng yêu cầu 83 - Chiều rộng mối hàn tăng theo công suất laser độ rộng xung Điều lượng lớn kim loại bị nung chảy công suất laser tăng độ rộng xung mật độ công suất tăng - Khi tốc độ quét tăng, chiều rộng mối hàn giảm dần Năng lượng dòng (tức tỷ số công suất laser tốc độ quét, tính lượng đầu vào đơn vị chiều dài) giảm tốc độ hàn tăng nhiệt truyền đến mối hàn 3.4.2 Kết kiểm tra độ bền kéo mối hàn Cơ tính liên kết hàn phụ thuộc nhiều yếu tố thành phần hóa học mối hàn, cấu trúc tở chức liên kết hàn, chế độ công nghệ vật liệu hàn nhiên mức độ ảnh hưởng yếu tố đến tính mối hàn khác Trong phạm vi nghiên cứu luận văn sâu phân tích ảnh hưởng chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn Quá trình thực kiểm tra độ bền kéo thực PTN trọng điểm CN hàn xử lý bề mặt– Viện nghiên khí Hình 3.10 Quá trình kiểm tra độ bền kéo mối hàn Sau hoàn thành việc hàn, tất mẫu thử chịu kéo máy thử nghiệm đa (UTM) Các giá trị dịch chuyển v/s tải mẫu 84 ghi nhận Ngoài ra, tải trọng cao điểm trường hợp phát ghi lại Độ bền kéo kim loại mối hàn kiểm tra theo AWS D1.6 thiết bị thử độ bền kéo – nén HT-2010 Sử dụng bảng trực giao Taguchi L9 để thiết kế thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng công suất hàn, tốc độ hàn độ rộng xung đến độ bền kéo mối hàn, số liệu thực nghiệm thể bảng 3.6: Bảng Kết kiểm tra độ bền kéo mẫu hàn thử nghiệm Thông số chế độ hàn Mẫu Kết Công Tốc độ Độ rộng Độ bền kéo, suất laser hàn (S), xung MPa (P), W mm/s (W), ms P1 255 4.0 4.5 570.67 P2 255 5.0 5.5 580.25 P3 255 6.0 6.5 527.15 P4 270 4.0 5.5 610.33 P5 270 5.0 6.5 667.40 P6 270 6.0 4.5 530.17 P7 285 4.0 6.5 627.14 P8 285 5.0 4.5 625.20 P9 285 6.0 5.5 530.40 thử Vị trí phá huỷ Ngoài vùng mối hàn 3.5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để xét ảnh hưởng yếu tố đầu vào có điều khiển cơng suất hàn, tốc độ hàn độ rộng xung đến độ bền kéo mối hàn, sử dụng hệ số tín hiệu SNi (Signal to noise ratio): 85 y SN i = 10log i2 Si (3.1) Trong đó: yi = Ni Ni y u =1 i ,u : Giá trị trung bình lần đo giá trị lực cho thí nghiệm Si2 = N ( yi ,u − yi ) : Giá trị phương sai N i − u=1 i i - Thí nghiệm (i = 1÷9) u – Lần thử (u = 1÷3) Ni – Số lần thử cho thí nghiệm thứ i (Ni = 3) Trường hợp yêu cầu lớn giá trị độ bền kéo, SNi xác định theo công thức: SN i = −10log( Ni Ni y u =1 u (3.2) ) Hệ số SN tính tốn cho số cấp độ sau: SN P1,1 = ( SN1 + SN + SN3 ) ; ( SN4 + SN5 + SN6 ) ; SN P1,3 = ( SN7 + SN8 + SN9 ) SN P 2,1 = ( SN1 + SN + SN7 ) ( SN + SN5 + SN8 ) ; SN P 2,2 = ; 3 SN P 2,3 = ( SN3 + SN6 + SN9 ) SN P 3,1 = ( SN1 + SN6 + SN8 ) ; SN P 3,2 = ( SN + SN + SN9 ) ; SN P 3,3 = ( SN3 + SN5 + SN7 ) SN P 4,1 = ( SN1 + SN5 + SN9 ) ; SN P 4,2 = ( SN + SN6 + SN7 ) ; SN P 4,3 = ( SN3 + SN + SN8 ) SN P1,2 = Sử dụng phương pháp phân tích Taguchi phần mềm Minitab 19 để tìm mức độ ảnh hưởng thông số hàn laser: công suất P, tốc độ hàn S độ rộng xung W đến độ bền kéo mối hàn thép không gỉ 304 bảng 3.7 Từ ta có biểu đồ đánh giá mức độ ảnh hưởng thông số chế độ hàn laser đến độ bền kéo hình 3.11 86 Bảng Hệ số SN tính tốn cho số cấp độ thông số chế độ hàn laser độ bền kéo mối hàn K Mức độ Hệ số SN P (W) 54.95 55.60 55.18 55.56 55.89 55.16 55.45 54.47 55.62 Delta 0.62 1.42 0.47 R Hệ số SN S Hệ số SN W (mm/s) (ms) Với R = SNcao - SNthấp, R cao mức độ ảnh hưởng nhân tố lớn Với dải R bảng 3.6 thấy mức độ ảnh hưởng tốc độ hàn nhiều nhất, sau đến ảnh hưởng cơng suất, thơng số độ rộng xung có mức ảnh hưởng đến độ bền kéo khơng nhiều Hình 3.11 Đồ thị ảnh hưởng thông số hàn laser (Công suất P, Tốc độ hàn S Độ rộng xung W) đến độ bền kéo mối hàn thép không gỉ 304 87 - Ảnh hưởng công suất P: + Để phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng khác biệt công suất chùm tia laser độ bền kéo liên kết hàn khác nhau, ba công suất theo chế độ khác nhau: 255 W; 270W 285 W sử dụng Trong tất trường hợp này, tốc độ hàn 5,0 mm/s, độ rộng xung 5.5 ms tần số laser 10 Hz giữ không đổi Kết kiểm tra độ bền kéo liên kết hàn theo bảng 3.6 ta thấy công suất laser thông số ảnh hưởng đến tỷ lệ chiều sâu ngấu/chiều rộng mối hàn + Sự thay đổi độ bền tối đa mối nối với công suất hàn độ rộng xung (ở tốc độ hàn không đổi 5,0 mm/s) thể rõ kết kiểm tra độ bền mối hàn Như quan sát đồ thị ảnh hưởng thông số hàn laser: công suất P, Tốc độ hàn S độ rộng xung W đến độ bền kéo mối hàn thép khơng gỉ 304 (Hình 3.11) ta nhận thấy, độ rộng xung tốc độ hàn không đổi, cách tăng công suất hàn, độ bền mối hàn tăng lên đạt giá trị tối đa 270 W sau đó, độ bền liên kết giảm + Ta thấy độ bền kéo mối hàn (UTS) tăng công suất laser lên đến giá trị ngưỡng sau bắt đầu giảm Giá trị ngưỡng công suất laser liên quan đến nhiệt độ phân hủy (tức nhiệt độ chất mà chất bị phân hủy mặt hóa học) kim loại Điều cho thấy gia tăng công suất laser, làm tăng UTS đạt đến nhiệt độ phân hủy tới hạn - Ảnh hưởng độ rộng xung W (ms): + Để khảo sát mức độ khác độ rộng xung laser độ bền liên kết hàn khác nhau, ba thông số độ rộng xung khác nhau: 4,5, 5,5 6,5 ms sử dụng Trong tất trường hợp này, tốc độ hàn, công suất laser trung bình tần số laser giữ mức tương ứng 5,0 mm/s, 270 W 10 Hz Ở cơng suất trung bình khơng đởi (W) tần số laser (10 Hz), độ rộng xung 88 khác biểu thị công suất xung tối đa khác Như thể Bảng 3.4, thông số độ rộng xung 4,5, 5,5 6,5 ms tỷ lệ độ bền mối nối mẫu tương ứng khác mối hàn phá hủy ngồi vùng hàn Mẫu hàn P05 có độ rơng xung 6.5 ms đạt độ bền cao + Mặt khác, công suất tốc độ hàn không đổi cách tăng độ rộng xung, độ bền mối nối tăng lên đạt giá trị lớn nhất, sau độ bền mối nối giảm Hơn nữa, độ bền kéo cực đại đạt mức công suất hàn 270 W độ rộng xung 5,5 ms + Các đặc tính kéo mối hàn bị ảnh hưởng độ rộng xung giải thích hình học hạt (vũng nóng chảy) Khi độ rộng xung thấp, vũng hàn nóng chảy khơng có đủ thời gian để hình thành thâm nhập đầy đủ, xảy tượng phản ứng khơng hồn tồn - Ảnh hưởng vận tốc hàn S (mm/s): + Để khảo sát khác tốc độ hàn độ bền mối nối khác nhau, ba tốc độ hàn khác xem xét: 4; mm/s Từ đồ thị ảnh hưởng ta thấy, tốc độ hàn tăng làm giảm chiều sâu ngấu mối hàn ngược lại Độ bền kéo mối hàn đạt giá trị lớn tốc độ hàn mm/s + Thay đổi tốc độ hàn laser thay đổi tỷ lệ phần trăm chồng chéo chỗ Ở kích thước điểm không đổi tần số xung 10 Hz, tỷ lệ trùng lặp tốc độ hàn 4, mm/s khác + Như vậy, độ ngấu mối hàn laser bị ảnh hưởng trực tiếp vận tốc hàn đo ảnh hưởng đến giới hạn bền mối hàn - Lựa chọn thông số chế độ hàn phù hợp Trong tiêu chí lựa chọn thông số hàn phù hợp hàn vật liệu thép không gỉ 304 dày 1.0mm, mục tiêu đặt để tối đa hóa độ bền kéo cuối giảm thiểu chiều rộng mối hàn đồng thời; đó, 89 thơng số q trình giữ phạm vi không gian thiết kế nghiên cứu Các tham số đầu vào lựa chọn bao gồm: Công suất hàn laser, Vận tốc hàn, Độ rộng xung, tần số xung, lưu lượng khí bảo vệ, đường kính tiêu điểm….cho kết tham số đầu độ bền kéo chiều rộng mối hàn: Bảng Bảng thông số chế độ hàn phù hợp hàn vật liệu thép không gỉ 304 công nghệ hàn laser Thông số chế độ hàn Vật liệu Công suất laser (P), W Tốc độ hàn (S), mm/s Độ rộng xung (W), ms Chiều Độ bền rộng mối kéo, hàn MPa µm Ghi - Vị trí phá huỷ SUS 304 270 5.0 6.5 667.40 859.40 - Không xuất vêt nứt, khuyết tật 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Mơ hình thực nghiệm xây dựng dựa thơng số q trình hàn, tính chất mối hàn đầu ra, thiết kế thực nghiệm đến đánh giá tính chất mối hàn xác định - Các thông số công nghệ tham gia vào q trình hàn (Cơng suất, vận tốc hàn, độ rộng xung…) nhân tố ảnh hưởng tới chiều sâu ngấu, chiều rộng mối hàn định tới chất lượng mối hàn - Tiêu chí lựa chọn thông số hàn phù hợp hàn vật liệu thép không gỉ 304 dày 0.5 -1.0mm để tối đa hóa độ bền kéo cuối giảm thiểu chiều rộng mối hàn đồng thời Đã lựa chọn thông số chế độ hàn laser phù hợp( P=270 W; S=5.0 mm/s W=6.5 ms) 90 KẾT LUẬN CHUNG Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đề tài luận văn rút số kết luận sau: Đề tài tổng quan công nghệ ứng dụng hàn laser lĩnh vực phân tích tình hình nghiên cứu nước cơng trình nghiên cứu liên quan ngồi nước cơng nghệ hàn laser Đã khái quát sở lý thuyết cơng nghệ hàn laser, phân tích đặc tính nguyên lý hoạt động thiết bị hàn laser Đã nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ hàn tới hình dạng, kích thước, độ bền tính mối hàn laser, từ lựa chọn khoảng tham số chế độ để thực nghiệm thăm dị miền thơng số phù hợp Đã nghiên xây dựng mơ hình thực nghiệm hàn với thông số thực nghiệm P, S, W Các kết thu sau thử nghiệm kiểm tra chất lượng thấy thơng số dải chọn hồn tồn phù hợp đảm bảo tiêu chí hàn thực nghiệm Điều chứng tỏ kết phân tích lý thuyết tính tốn tin cậy áp dụng thực tế Trong khuôn khổ Đề tài tập trung sâu nghiên cứu phân tích thực nghiệm lựa chọn thông số hàn phù hợp đối với đối tượng cụ thể (thép không gỉ 304) vật liệu Với ưu điểm nổi trội công nghệ hàn laser nhiều lĩnh vực nay, việc sâu phân tích tối ưu hóa cơng nghệ hàn laser nhiều vật liệu khác góp phần nâng cao kiểm sốt chất lượng cơng nghệ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu nước [1] Ngô Lê Thơng (2007), Cơng nghệ hàn điện nóng chảy - Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Ngô Lê Thơng (2007), Cơng nghệ hàn điện nóng chảy - Tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật [3] TCVN 5017-1:2009: Hàn trình liên quan – Từ vựng - Phần 1: Các trình hàn kim loại Tài liệu nước [4] Lancaster, J F., 1984, The physics of welding, Physics in Technology, 15:73- 79 [5] Bull Mater Sci., Laser welding, Vol I1, Nos & 3, November 1988 [6] Norbert Radek, Jacek Pietraszek and Andrii Goroshko, The Impact of Laser Welding Parameters on the Mechanical Properties of the Weld [7] K.I Yaakob, M Ishak* and S.R.A Idris, The effect of pulse welding parameters on weld geometry of boron steel using low power fibre laser [8] Chintan P Mazmudar1, Ketan Patel2, Effect of Laser Welding process parameters on Mechanical Properties of Stainless Steel-316 [9] M Nagy and M Behúlová, Design of welding parameters for laser welding of thin-walled stainless steel tubes using numerical simulation, A Review of Laser Welding Process for Thin Steel Sheets, Ganpat University, Mehsana, Gujarat, IndiaD H Kim, S S Kim and C J Kim, A study on the pure Al weldability using a pulsed Nd: YAG laser, Journal of the Korean Welding Society, 11 (1) (1993) 52-61 [10] Dumord, E., Jouvard, J.M., Grevey, D., 1996, Keyhole modeling during CW Nd:YAG laser welding, In: Proceedings of SPIE, 2789, pp 213–220 92 [11] Kawarito Y., Kito M and Katayama S., In-process monitoring and adaptive control for gap in micro butt welding with pulsed YAG laser, Journal of Physics D: Applied Physics, 40 (2007), 183-190 [12] Lippold, J.C., Solidification behavior and cracking susceptibility of pulsed-laser welds in austenitic stainless steels, Welding Journal, 1994, 73(6):129s-139s [13] Wouters M., Powell J and Kaplan A., The influence of joint gap on the strength of hybrid Nd:yttrium-aluminum-garnet laser-metal inert gas welds, Journal of laser applications, 2006, 18(3): 181-184 [14] Lacroix, D., Jeandel, G., Boudot, C., 1996, Spectroscopic studies of laser- induced plume during welding with a Nd:YAG laser, In: Proceedings of SPIE, 2789, pp 221–227 [15] I.N Nawi a, Saktiotob, M Fadhalic, M.S Hussaind, J Alie and P.P Yupapinf, “Nd:YAG Laser Welding of Stainless Steel 304 for Photonics Device Packaging”, 2nd International Science, Social Science, Engineering and Energy Conference 2010:Engineering Science and Management (2010) [16] F Vakili Tahamia; E Safarib, and H Halimi Khosroshahia, “E ect of welding parameters on dissimilar pulsed laser joint between nickel-based alloy Hastelloy X and austenitic stainless steel AISI 304L”, Sharif University of Technology, 2020 [17] Kondapalli Siva Prasad, Chalamalasetti Srinivasa Rao and Damera Nageswara Rao, “A Review on Welding of AISI 304L Austenitic Stainless Steel”, Article in Journal for Manufacturing Science and Production January 2014 [18] Zhang, W W., Cong, S., Luo, S B., Fang, J H.: Effects of energy density and shielding medium on performance of laser beam welding (LBW) 93 joints on SAF2205 duplex stainless steel JOM 2018, 70(8), 1554-1559 [19] M Landowski, “Infuence of parameters of laser beam welding on structure of 2205 duplex stainless steel”, Aavances in material science, Vol 19, No (59), March 2019 [20] American Welding Society, “Welding Processes”, vol.2, 8th Ed., Miami, Fla., 1991 [21] B.Govardhan, P Rama Murty Raju, S.Rajesh, “Effect of process of parameters on mechanical properties of laser beam welder joints”, Tạp chí Nghiên cứu Quốc tế Kỹ thuật Cơng nghệ (IRJET), Volume: 05 Issue: 06 | June-2018 [22] Kwanwoo Kim, Jungkil Lee, and Haeyong Cho, “Analysis of pulsed Nd:YAG laser welding of AISI 304 steel”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Cơ khí 24 (11) (2010) 2253 ~ 2259 [23] Vicente Afonso Ventrella, Jose Roberto Berretta, Wagner de Rossi, “Plused Nd: AYG laser seam welding of AISI 316L stainless steel thin foil”, Journal of Materials Processing Technology Volume 210, Issue 14, November 2010, Pages 1838-1843 94 PHỤ LỤC LUẬN VĂN