Ứng dụng công nghệ hàn ma sát khuấy cho các kết cấu dạng tấm bằng hợp kim nhôm biến dạng

MỤC LỤC TRANG DANH SÁCH HÌNH ẢNH .i DANH SÁCH BẢNG v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .vi BẢNG CÁC KÝ HIỆU vii TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU PHẦN MỞ ĐẦU Tên đề tài .3 Mục tiêu Nội dung thực 3.1 Phân tích tìm hiểu sở lý thuyết cho quá trình: 3.2 Nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn: 3.3 Xây dựng quy trình cơng nghệ hàn phẳng 3.4 Tiến hành thực nghiệm tối ưu hóa các thơng số hàn Sản phẩm đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tính cấp thiết đề tài .8 1.1.1 Giới thiệu phương pháp FSW 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 15 1.2.1 Ngoài nước .15 1.2.1.1 Các nghiên cứu trình sinh nhiệt, truyền nhiệt .15 1.2.1.2 Các nghiên cứu lượng trình hàn 15 1.2.1.3 Các nghiên cứu lực phát sinh trình hàn .16 1.2.1.4 Các nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mối hàn 16 1.2.1.5 Các nghiên cứu công nghệ 17 1.2.1.6 Về mơ dịng chảy vật liệu, dòng chảy nhiệt 18 1.2.1.7 Về tối ưu hóa thơng số hàn .19 1.2.1.8 Về thiết bị .20 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 22 1.3 Tính cấp thiết đề tài 22 1.4 Ý nghĩa tính khoa học thực tiễn 23 1.5 Tình trạng đề tài .23 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 24 2.1 Nội dung 1: Cơ sở lý thuyết quá trình hàn FSW 24 2.1.1 Nhiệt lượng 24 2.1.1.1 Quá trình sinh nhiệt hàn 24 2.1.1.2 Nhiệt lượng sinh trình hàn 25 2.1.1.3 Sự truyền nhiệt vào vật hàn 29 2.1.2 Các mơ hình nhiệt 30 2.1.2.1 Mơ hình nhiệt H.Schmidt 30 2.1.2.2 Mô hinh nhiệt Samir Emam 36 2.1.3 Dòng chảy vật liệu 42 2.1.3.1 Mô hình động học thứ .45 2.1.3.2 Mô hình thứ hai 46 2.1.3.3 Đặc điểm dòng chảy kim loại .47 2.1.4 Các thông số hàn 51 2.1.4.1 Lực dọc trục 53 2.1.4.2 Số vòng quay trục N vận tốc tiến dụng cụ V .55 2.1.4.3 Hệ số WP 55 2.1.5 Thông số hình học dụng cụ hàn .57 2.1.6 Các dạng khuyết tật mối hàn FSW 57 2.1.6.1 Khuyết tật rổ khí .58 2.1.6.2 Khuyết tật đường hầm hay đường ngầm 59 2.1.6.3 Khuyết tật đùn thiểu tốc .60 2.1.6.4 Khuyết tật đứt quãng tốc .60 2.1.6.5 Khuyết tật dạng bavia 61 2.1.6.6 Khuyết tật dạng chảy xệ 62 2.1.6.7 Khuyết tật ngõ hay gọi khuyết tật cuối đường hàn 62 2.2 Nội dung 2: Nghiên cứu chế tạo dụng cụ hàn ma sát khuấy 64 2.2.1 Cấu tạo dụng cụ hàn 64 2.2.2 Thiết kế dụng cụ hàn .65 2.2.2.1 Vai dụng cụ (Shoulder) 66 2.2.2.2 Đầu khuấy (Pin) .66 2.2.3 Tối ưu các thông số dụng cụ hàn 69 2.2.4 Mơ hình hóa hình học động học trình hàn 69 2.2.4.1 Quy luật thể tích 70 2.2.4.2 Quy luật bề mặt 73 2.2.4.3 Quy luật vận tốc dòng chảy 74 2.2.5 Xây dựng lưu đồ giải thuật 78 2.2.6 Sử dụng giải thuật để xác định thông số hình học dụng cụ 81 2.2.7 Kiểm tra bền cho dụng cụ 86 2.2.8 Một số vật liệu chế tạo dụng cụ hàn đươc sử dụng: 90 2.2.9 Quy trình chế tạo dụng cụ hàn ma sát khuấy 94 2.3 Nội dung 3: Xây dựng quy trình cơng nghệ hàn phẳng 95 2.3.1 Xác định lực dọc trục 95 2.3.2 Xác định thời gian quay chỗ dụng cụ trước hàn 98 2.3.3 Xác định vận tốc tiến số vòng quay dụng cụ hàn .112 2.3.4 Quy trình cơng nghệ hàn nhơm phẳng dày từ 2-6mm 112 2.4 Nội dung 4: Tổng quan thiết bị tiến hành thực nghiệm tối ưu hóa thơng số hàn 117 2.4.1 Nghiên cứu thực nghiệm kiểm nghiệm thông số công nghệ 117 2.4.1.1 Thiết bị dùng để thực nghiệm: .117 2.4.1.2 Dụng cụ tiến hành thí nghiệm 119 2.4.2 Phương pháp thực nghiệm 123 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .133 3.1 Nội dung 133 3.2 Nội dung 133 3.3 Nội dung 134 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .137 4.1 Kết luận 137 4.2 Kiến nghị 138 Tài liệu tham khảo 139 Phần 5: PHỤ LỤC 143 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ngun lý hàn ma sát khuấy Hình 1.2 Dụng cụ dọc hướng hàn tạo thành mối hàn Hình 1.3 Các giai đoạn trình hàn Hình 1.4 Các vùng kim loại mối hàn Hình 1.5 Một số dạng mối hàn 12 Hình 1.6 So sánh độ cong vênh sau hàn 11 Hình 1.7 Những nhôm chuẩn bị trước để hàn du thuyền FSW 12 Hình 1.8 Các phận máy bay, tên lửa hàn hàn ma sát khuấy 13 Hình 1.9 Sử dụng hàn ma sát khuấy hàn mâm bánh xe 14 Hình 1.10 Khung gầm ô tô hãng Ford .14 Hình 1.11 Một số tác giả tiêu biểu hàn FSW loại vật liệu .18 Hình 1.12 Máy hàn đường cơng ty USC sản xuất 20 Hình 1.13 Máy hàn CNC TWI sản xuất 21 Hình 1.14 Máy hàn hãng AMP 21 Hình 1.15 Máy hàn điểm Robot hàn 21 Hình 2.1 Ảnh hưởng điều kiện trượt-dính đến trình sinh nhiệt 25 Hình 2.2 Sơ đồ các giai đoạn trình hàn 27 Hình 2.3 Đường kính vai chia nhiều phân đoạn 28 Hình 2.4 Sơ đồ phân bố nhiệt 33 Hình 2.5 Thơng số hình học dụng cụ 37 Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng .39 Hình 2.7 Biểu đồ hệ số tỷ lệ đề nghị 40 Hình 2.8 Khoảng cách các bước hàn 43 Hình 2.9 Tổ chức kim loại mối hàn 43 Hình 2.10 Sự hình thành vịng dạng củ hành .44 Hình 2.11 Sự kết hợp dòng chảy 45 Hình 2.12 Sự xen kẻ hai dòng chảy 46 Hình 2.13 Các vùng kim loại mơ hình 46 Hình 2.14 Sự bố trí lực hệ trục tọa độ 48 i Hình 2.15 Ảnh hưởng lực ép đến chất lượng mối hàn 48 Hình 2.16 Sự liên hệ vận tốc hàn số vòng quay dụng cụ 49 Hình 2.17 Các vùng kim loại mối hàn 49 Hình 2.18 Các dòng chảy kim loại 50 Hình 2.19 Các thơng số FSW 51 Hình 2.20 Biểu đồ thể liên quan thơng số hàn 52 Hình 2.21 Cây sơ đồ yếu tố hàn FSW lên tính mối hàn 53 Hình 2.22 Lực dọc trục quá trình đầu hàn lấn xuống 54 Hình 2.23 Biểu đồ nhiệt độ ứng với chế độ WP khác 56 Hình 2.24 Độ cứng tế vi mối hàn ứng với chế độ WP khác 57 Hình 2.25 Các dạng khuyết tật chủ yếu mối hàn FSW 58 Hình 2.26 Khút tật rổ khí dạng liên tục 58 Hình 2.27 Khút tật rổ khí dạng khơng liên tục 59 Hình 2.28 Khuyết tật dạng đường ngầm 60 Hình 2.29 Khuyết tật thiểu tốc 60 Hình 2.30 Khuyết tật đứt quãng .61 Hình 2.31 Khuyết tật bavia 61 Hình 2.32 Khuyết tật chảy xệ 62 Hình 2.33 Khuyết tật ngõ .63 Hình 2.34 Cấu tạo đầu khuấy 65 Hình 2.35 Quá trình hàn FSW 65 Hình 2.36 Một số cấu hình vai dụng cụ .66 Hình 2.37 Đầu khuấy có đỉnh cung trịn 66 Hình 2.38 Đầu khuấy có đỉnh phẳng 67 Hình 2.39 Đầu khuấy hình nón cụt 67 Hình 2.40 Đầu khuấy có vát cạnh 68 Hình 2.41 Đầu khuấy ba cạnh 68 Hình 2.42 Đầu khuấy không 69 Hình 2.43 Bavia tạo thành hai bên đường hàn 70 Hình 2.44 Phần lõm vai dụng cụ 70 Hình 2.45 Các phần thể tích phân chia 71 ii Hình 2.46 Vi phân thể tích V1 71 Hình 2.47 Hình chiếu V1 lên hệ trục x1y1z1 72 Hình 2.48 Phần vi phân diện tích chiếu lên x1y1z1 72 Hình 2.49 Các diện tích Si, Se 74 Hình 2.50 Lưu lượng dòng chảy vật liệu 75 Hình 2.51 Phần diện tích Ss Sp 76 Hình 2.52 Phân bố vận tốc vai phải dụng cụ dòng vật liệu hàn 77 Hình 2.53 Phân bố vận tốc vai trái dụng cụ dịng vật liệu hàn 77 Hình 2.54 Lưu đồ giải thuật xác định thông số hàn 80 Hình 2.55 Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng ở nhiệt độ cao 82 Hình 2.56 Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng ở nhiệt độ thấp .82 Hình 2.57 Kết từ lưu đồ giải thuật cho nhơm dày 6mm .83 Hình 2.58 Kết từ lưu đồ giải thuật cho mẫu nhơm 85 Hình 2.59 Mơ hình chịu tải dụng cụ hàn 87 Hình 2.60 Biểu đồ nội lực 88 Hình 2.61 Tải trọng mặt cắt nguy hiểm 89 Hình 2.62 Hình vẽ dụng cụ điển hình 94 Hình 2.63 Một số dụng cụ hàn dùng 94 Hình 2.64 Đồ thị biểu diễn thay đổi lực dọc trục 96 Hình 2.65 Quan hệ Fz số vòng quay trục N 97 Hình 2.66 Quan hệ Fz vận tốc dụng cụ theo phương ngang Vf 97 Hình 2.67 Quan hệ Fz N nhơm AA5083 .98 Hình 2.68 Mơ hình tốn nhiệt 99 Hình 2.69 Hình dạng phôi vật liệu hàn 99 Hình 2.70 Sơ đồ miêu tả điều kiện biên vật liệu hàn 101 Hình 2.71 Biểu đồ chọn hệ số s 103 Hình 2.72 Minh họa điều kiện biên dụng cụ hàn .106 Hình 2.73 Mơ hình hàn ma sát khuấy ANSYS .107 Hình 2.74 Mơ hình hàn ma sát khuấy tính tốn .107 Hình 2.75 Chia lưới mơ hình tính 108 Hình 2.76 Chia lưới cho tốn xét riêng vật hàn .108 iii Hình 2.77 Chia lưới cho toán xét riêng dụng cụ hàn 108 Hình 2.78 Giai đoạn ban đầu vai dụng cụ tiếp xúc vật hàn .109 Hình 2.79 Lúc dụng cụ bắt đầu di chuyển theo phương ngang 109 Hình 2.80 Mối qua hệ nhiệt độ tâm hàn thời gian dừng dụng cụ 109 Hình 2.81 Nhiệt độ dụng cụ hàn suốt trình hàn 110 Hình 2.82 Mối qua hệ nhiệt độ tâm hàn thời gian dừng dụng cụ 111 Hình 2.83 Biểu đồ quan hệ vận tốc tiến số vịng quay hàn phơi nhơm từ 2-6mm 112 Hình 2.84 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 113 Hình 2.84 Thơng số hình học dụng cụ hàn hợp kim nhơm AA5083 114 Hình 2.89 Máy phay CNC 118 Hình 2.90 Hình vẽ dụng cụ điển hình 119 Hình 2.91 Một số dụng cụ hàn dùng 119 Hình 2.92 Gá đặt phơi trước hàn 120 Hình 2.93 Sơ đồ quy trình thực nghiệm 121 Hình 2.94 Gá đặt phôi dụng cụ hàn lên máy 122 Hình 2.95 Kích thước mẫu thử .123 Hình 2.96 Liên kết mối hàn mẫu thử sau kéo .124 Hình 2.97 Bài tốn hộp đen cho quá trình nghiên cứu 125 Hình 3.1 Tổ chức kim loại mối hàn kim loại 135 Hình 3.2 Vết nứt tế vi bên mối hàn 136 iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Thông số điều kiện tiếp xúc 32 Bảng 2.2 Tổng hợp thơng số q trình hàn 86 Bảng 2.3 Các giá trị giới hạn bền vật liệu 90 Bảng 2.4 Đối với hợp kim nhôm .91 Bảng 2.5 Tính chất số vật liệu thường dụng làm đầu hàn 93 Bảng 2.6 Liên hệ thơng số cơng nghệ với q trình hàn .95 Bảng 2.7 Bảng giá trị theo nhiệt độ độ dẫn nhiệt nhiệt dung riêng 100 Bảng 2.8 Đặc tính dụng cụ dùng 101 Bảng 2.9 Tổng hợp thơng số q trình hàn 112 v DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Thuật ngữ tiếng Việt FSW Hàn ma sát khuấy BM Kim loại hàn (Kim loại bản) HAZ Vùng ảnh hưởng nhiệt TMAZ Vùng ảnh hưởng nhiệt FEM Phương pháp phần tử hữu hạn TWI The Welding Institute – Viện hàn nước Anh vi ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC + Mức sở: X 10  20mm + Khoảng biến thiên : X  2mm  Tốc độ quay dao: n = 1400 ÷1800 (vòng/phút) + Mức cao : X 2  1800 (v / p) + Mức : X 2  1400 (v / p) + Mức sở: X 20  1600 (v / p) + Khoảng biến thiên : X  200 (v / p)  Lượng chạy dao: s = 60 ÷90 (mm/phút) + Mức cao : X 3  90(mm / ph) + Mức : X 3  60(mm / ph) + Mức sở: X 30  75(mm / ph) + Khoảng biến thiên : X  15(mm / ph)  Số cạnh đa giác đầu khuấy + Mức cao : X 4  5(mm) + Mức : X 4  3(mm) + Mức sở: X 40  4(mm) + Khoảng biến thiên : X  1(mm ) Tiến hành thí nghiệm, ta thu kết bảng (2.11) STT X1 X2 (D-mm) (n-v/p) X3 (Vhmm/p) X4 (d- Y mm) (Mpa) 22 1800 90 254 22 1800 75 239 22 1800 60 216 22 1600 90 299 22 1600 75 222 22 1600 60 239 22 1400 90 298 22 1400 75 300 22 1400 60 287 129 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 10 20 1800 90 245 11 20 1800 75 258 12 20 1800 60 256 13 20 1600 90 290 14 20 1600 75 285 15 20 1600 60 278 16 20 1400 90 311 17 20 1400 75 316 18 20 1400 60 249 19 18 1800 90 252 20 18 1800 75 276 21 18 1800 60 180 22 18 1600 90 191 23 18 1600 75 212 24 18 1600 60 254 25 18 1400 90 244 26 18 1400 75 244 27 18 1400 60 230 28 22 1800 90 279 29 22 1800 75 283 30 22 1800 60 255 31 22 1600 90 272 32 22 1600 75 241 33 22 1600 60 233 34 22 1400 90 313 35 22 1400 75 309 36 20 1400 60 280 37 20 1800 90 281 38 20 1800 75 272 39 20 1800 60 266 40 20 1600 90 278 41 20 1600 75 297 42 20 1600 60 252 43 20 1400 90 311 44 20 1400 75 302 130 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 45 20 1400 60 285 46 18 1800 90 250 47 18 1800 75 249 48 18 1800 60 221 49 18 1600 90 242 50 18 1600 75 230 51 18 1600 60 241 52 18 1400 90 263 53 18 1400 75 244 54 18 1400 60 249 55 22 1800 90 282 56 22 1800 75 277 57 22 1800 60 267 58 22 1600 90 288 59 22 1600 75 274 60 22 1600 60 246 61 22 1400 90 312 62 22 1400 75 310 63 20 1400 60 299 64 20 1800 90 278 65 20 1800 75 289 66 20 1800 60 265 67 20 1600 90 262 68 20 1600 75 288 69 20 1600 60 257 70 20 1400 90 328 71 20 1400 75 313 72 20 1400 60 319 73 18 1800 90 290 74 18 1800 75 257 75 18 1800 60 269 76 18 1600 90 223 77 18 1600 75 240 78 18 1600 60 237 79 18 1400 90 242 131 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 80 18 1400 75 278 81 18 1400 60 264 Vậy phương trình cần tìm là: y  1639  272.75 X  0.99407 X  1.0259 X  2.5278 X  0.02375 X X  0.20648 X X  0.22222 X X  0.00051852 X X  0.015556 X X  0.20926 X X (1.120)  6.0926 X 12  0.0004463 X 22  0.027819 X 32  0.31481 X 42 Với số liệu σk đo thấy thông số chế độ hàn ảnh hưởng phi tuyến đến hàm mục tiêu từ phải tiến hành quy hoạch thực nghiệm toàn phần Số thí nghiệm cần thực là: N= 34 = 81 (thí nghiệm) Phương trình liên hệ thơng số hàn chất lượng mối hàn: y  0.03  0.33 X  0.03 X  X  0.06 X  0.02 X X  0.23 X X  1.05 X X  0.01X X  0.28 X X  0.47 X 12  0.05 X 32  0.25 X 42 (1.121) Tối ưu nghiệm phương trình, miền tối ưu chế độ hàn sau: Giá trị k = 345 MPa điểm có yếu tố thành phần: Biên dạng đầu khuấy tam giác, đường kính vai dụng cụ D = 22 mm, số vòng quay n = 1400 v/p vận tốc hàn Vh = 120 mm/ph Cũng từ biết với đường kính vai lớn, số vòng quay nhỏ vận tốc hàn phải phù hợp chất lượng mối hàn cao Do phương pháp hàn ma sát khuấy ở nước ta nên dựa theo Tiêu chuẩn ASTM (American Society for Testing and Materials) tương lai tiến tới thành lập tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn Việt Nam 132 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nội dung 1: Cơ sở lý thuyết  Quá trình sinh nhiệt hàn vấn đề quan trọng q trình hàn, xác định rõ thơng số trình hàn, mối liên hệ sinh nhiệt đầu khuấy vai dụng cụ cần thiết cho đề tài Trong đề tài này, ta sử dụng mơ hình nhiệt Samir Emam đễ xác định nhiệt độ đường hàn  Phân tích mơ hình dịng chảy vật liệu ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, số đặc điểm chúng các yếu tố ảnh hướng đến hình thành mối hàn Bên cạnh đó, đề tài tiến hành phân tích khuyết tật liên quan đến dịng chảy kim loại q trình hàn  Kết hợp lý thuyết thực nghiệm phân tích xác định thay đổi tính chất tổ chức vật liệu sau hàn  Thiết lập mơ hình tốn quá trình hàn FSW dùng để xác định nhiệt sinh đường hàn tối ưu hóa thơng số hàn như: lực dọc trục, số vịng quay trục chính, vận tốc tiến dụng cụ, hệ số WP – tỉ số vòng quay tốc độ tiến dụng cụ hàn 3.2 Nội dung  Từ việc xác định tính chất dụng cụ hàn, so sánh ưu nhược điểm loại vật liệu chế tạo dụng cụ, cần lưu ý vật liệu hàn khác chọn vật liệu dụng cụ khác  Sau xây dựng lưu đồ giải thuật, ta xác định thơng số q trình hàn nhơm mác AA5083 có chiều dày thay đổi từ 2-6mm Chiều dày 6mm 5mm 4mm 3mm 2mm Bán kính vai (Rs) 11 10 Bán kính đầu khuấy (Rp) 3 2.5 1.5 Chiều cao đầu khuấy (H) 5.7 4.7 3.8 2.8 1.8 5 5 Góc nghiêng (α) 133 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Vận tốc tiến (Vf) 120 126 138 150 150 Số vòng quay dụng cụ (N) 1400 1200 1000 900 850 Tỉ số WP (N/Vf) 11.67 9.52 7.25 5.67  Kiểm bền cho dụng cụ, lập quy trình chế tạo dụng cụ hàn xác định công suất cần thiết trục máy Pmin = 4,46 (kW)  Đối với đầu khuấy, có thể khơng ren có ren biên dạng ren ren tam giác, ren thang,…nhưng cần có tạo nhiệt ma sát nên góc cắt phải âm tối đa không  Do giới hạn đề tài nên không tập trung sâu vào thiết kế loại dụng cụ qua tìm hiểu phân tích kỹ các tính loại dụng cụ, cuối chọn dụng cụ hàn tiêu chuẩn loại đầu khuấy hình trụ có ren để thực nghiệm 3.3 Nội dung - Xây dựng mối liên hệ thông số công nghệ với trình hàn: lực dọc trục, thời gian quay chỗ dụng cụ trước hàn, vận tốc tiến số vòng quay dụng cụ để từ xây dựng quy trình cơng nghệ hàn nhôm phẳng dày từ 2-6mm - Tiến hành thực nghiệm máy phay CNC với dụng cụ với thông số hình học thơng số hàn nghiên cứu nội dung - Thông qua bảng giá trị độ bền kéo mẫu thực nghiệm với công cụ phương pháp quy hoạch tuyến tính, ta xác định miền tối ưu chế độ hàn: Giá trị k=345 MPa điểm có yếu tố thành phần: Biên dạng đầu khuấy tam giác, đường kính vai dụng cụ D = 22 mm, số vòng quay n = 1400 v/p vận tốc hàn Vh = 120 mm/ph - Về cấu trúc tế vi: độ hạt kim loại mối hàn mịn đồng so với kim loại nhiều Trong hình 4.1 biểu thị tổ chức cỡ hạt mối hàn có độ bền kéo cao với độ phóng đại: hình 4.1 a) 200 lần, hình 4.1 b) 500 lần, hình 4.1 c) 500 lần (Các mẫu soi kim tương Khoa Công nghệ vật liệu Trường Đại học Bách khoa Tp HCM) 134 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC a b ) ) c ) Hình 3.1 Tổ chức kim loại mối hàn kim loại - Tiến hành soi tổ chức tế vi mẫu có giới hạn bền kéo đạt gía trị cao mẫu có giới hạn bền kéo có gía trị thấp (mẫu 70, 72, 73 mẫu 10, 42, 68 bảng 3.5) mẫu 70 có giá trị bền kéo cao thì có tổ chức hạt mịn đồng (hình 4.1.c) Tuy nhiên mẫu 72 73 có xuất vài vết nứt tế vi (hình 4.2) Sở dĩ lượng nhiệt cấp cho mối hàn không thỏa đẫn đến chế hình thành tách lớp ở phía vòng củ hành, chạy dọc mối hàn Ngay thông số công nghệ như: tỷ số WP, lực ép.v.v thỏa khuyết tật dạng có thể xuất phía mối hàn mịn, bavia ít Đây dạng khuyết tật tiềm ẩn phát kiểm tra soi cấu trúc tế vi Khi góc nghiêng dụng cụ không phù hợp tạo vùng vật liệu bị dồn ép mạnh, vật liệu trượt lẫn làm xuất vết nứt 135 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình 3.2 Vết nứt tế vi bên mối hàn - Ngoài ảnh hưởng lớn kích thước biên dạng dụng cụ, góc nghiêng dụng cụ tỉ số số vịng quay dụng cụ vận tốc hàn (hay gọi bước hàn WP) thông số quan trọng cần xét đến hàn - Tác dụng cạnh vát đầu khuấy “cánh trộn” làm tăng vùng vật liệu bị biến dạng dẻo sản sinh dòng chảy hỗn loạn vật liệu dẻo cho mối hàn chất lượng tốt - Với điều kiện hàn nóng (vịng quay lớn, Vh nhỏ) vật liệu ở vùng vai bề mặt vật hàn có thể bám vào vai dụng cụ làm cản trở trình hàn - Với điều kiện hàn nguội (tốc độ quay thấp, Vh cao) khuyết tật dễ xảy ra, nguyên nhân vật liệu vùng tiến không đáp ứng đầy đủ, khuyết tật giảm lực ép tăng Từ kết tính tốn lý thút thực nghiệm cho phép xác định thông số cơng nghệ phù hợp có thể làm sở để thiết kế công nghệ hàn cho kết cấu dạng hợp nhôm biến dạng ở nước ta 136 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận - Khó khăn: + Tình hình nhân sự: Trong năm 2013, có Cán Bộ môn phụ trách đề tài nhận học bổng làm Nghiên cứu sinh ở Singapore Điều ảnh hưởng đến tiến độ hoàn thành đề tài + Khó khăn thuê khoán thiết bị mua sắm vật liệu dùng để chế tạo dụng cụ - Thuận lợi: + Được quan tâm, phối hợp hỗ trợ Sở Khoa học công nghệ từ phía trường Đại học Bách khoa + Ln có giúp đỡ chun mơn quý thầy chuyên gia lĩnh vực tạo hình vật liệu - Sau thực Đề tài, ta thu sản phẩm: + 03 báo Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí lần III, 4/2013 Như vượt 02 báo so với 01 báo đăng ký đề tài + 01 slide giảng Hàn ma sát giảng dạy môn học Kỹ thuật chế tạo (Hệ Đại học), Các phương pháp Hàn tiên tiến (Hệ Cao học) từ học kỳ II năm học 2012-2013 Đáp ứng đủ với sản phẩm đăng ký + 01 Quy trình hàn ghép nối hợp kim nhôm AA5083 dạng dày từ 2mm - 6mm Đáp ứng đủ với sản phẩm đăng ký + 05 dụng cụ hàn ma sát với hình dáng vai dụng cụ: vai lõm ; hình dáng đầu khuấy: biên dạng trụ trịn có ren biên dạng tam giác không ren Đáp ứng đủ với sản phẩm đăng ký - Việc thực Đề tài giải vấn đề sau: + Tổng quan hàn ma sát khả ứng dụng phương pháp hàn ở nước ta + Cơ sở lý thuyết trình hàn FSW: mơ hình nhiệt mơ hình dịng chảy vật liệu, ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mối hàn + Thiết kế dụng cụ hàn FSW: Sử dụng công cụ phần mềm Matlab, giải thuật xây dựng sở mơ hình hình học động học trình hàn 137 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC + Tính tốn mô để xác định thông số trình hàn: lực dọc trục, thời gian dụng cụ xoay chỗ để cung cấp đủ nhiệt lượng hình thành mối hàn, vậ tốc tiến theo phương ngang số vòng quay dụng cụ + Thực nghiệm qua kiểm nghiệm giá trị tối ưu thơng số hàn nghiên cứu lý thuyết + Soi kim tương kiểm tra tính mối hàn, so sánh tính ưu việt phương pháp hàn FSW với các phương pháp hàn tiên tiến Việc kết hợp lý thuyết thực nghiệm, phân tích xác định thay đổi tính chất tổ chức vật liệu sau hàn, tìm thông số hàn Với kết đạt chứng tỏ việc nghiên cứu hướng có hiệu Tìm ngành công nghiệp ứng dụng công nghệ hàn này, ngành đóng tàu nhơm phát triển ở nước ta nay, cụ thể Cơng ty đóng tàu nhơm Stratergic Marine Tập đoàn Hàng hải Úc hoạt động Vũng Tàu hứa hẹn sử dụng công nghệ hàn sau đề tài hoàn thành 4.2 Kiến nghị Do đề tài đặt móng ban đầu cho cho việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy FSW nước Nên tiếp tục nghiên cứu để phát triển đề tài theo nhiều hướng như: Tiến hành hàn cho kim loại khác nhau, hàn vật liệu composite phương pháp hàn ma sát khuấy tự tương tác (Self-reacting Friction Stir Welding) 138 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tài liệu tham khảo [1] R.S.Mishra M.W.Mahoney, Friction Stir Welding, AMS International, 2007 [2] Terry Khaled, An Outsider Looks At Friction Stir Welding, 2005 [3] McClure, J.C., W Tang, L.E Murr, X Guo, Z Feng, J.E Gould, “A Thermal Model of Friction Stir Welding”, Proceedings of the 5th Internationa l Conference on Trends in Welding Research, Pine Mountain, Georgia, June 1998 [4] Chao, Y.J and X Qi, “Thermal and Thermo-Mechanical Modeling of Friction Stir Welding of Aluminum Alloy 6061- T6”, Journal of Materials Processing and Manufacturing Science, 7, 215-233(1998) [5] Russell, M.J., and H.R Shercliff, “Analytical Modelling of Friction Stir Welding”, INALCO ’98, TWI, Cambridge, U.K., 1998 [6] Shmidt, H.N.B and J Hattel,”Heat Source Models in Simulation of Heat Flow in Friction Stir Welding”, International Journal of Offshoore and Polar Engineering, 14, 296-304 (2004) [7] Midling, O.T and G Rørvik, “Effect of Tool Shoulder Material on Heat Input During Friction Stir Welding”, Proceedings of the 1st International Symposium on Friction stir Welding, 14-16 June 1999, Thousand Oaks, CA, USA [8] Song, M., R Kovacevic, J Ouyang, and Mike Valant, “A Detailed Threeth Dimensional Transient Heat Transfer Model For Friction Stir Welding”, International Trends in Welding Research Conference Proceedings, 15-19 April 2002, Pine Mountain, GA, pp 212-217 [9] Frigaard, Ø., Ø Grong, B Bjørneklett, and O.T Midling, “Modelling of the Thermal and Microstructure Fields during Friction Stir Welding of Aluminum st Alloys”, Proceedings of the International Symposium on Friction Stir Welding, 14-16 June 1999, Thousand Oaks, CA, USA [10] Samir A Emam Ali El Domiaty, “A Refined Energy-Based Model for Friction-Stir Welding”, World Academy of science engineering and Technology 53 2009 139 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC [11] Tang, W., X Guo, J.C McClure and L.E Murr, “Heat Input and Temperature Distribution in Friction Stir Welding”, Journal of Materials Processing and Manufacturing Science, 7, 163-172 (1998) [12] Colegrove, P.A., and H.R Shercliff, “Experimental and numerical analysis of aluminium alloy 7075-T7351 friction stir welds”, Science and Technology of Welding and Joining, vol 8, no 5, 360-368 (2003) [13] William Russell Longhurst “Torque control of friction stir welding for manufacturing and automation”, Int J Adv Manuf Technol DOI, 10.1007/s00170-0102678-3 [14] Crawford “modeling of Friction Stir Welding for Robotic implementation”, ‘Modeling Identification and Control’, Volume Number 2, pages 101B106 2006 [15] Linder, K., Z Khandkar, J Khan, W Tang, and A.P Reynolds, “Rationalization of hardness distribution in alloy 7050 friction stir welds based on weld energy, weld power, and time/temperature history”, Proceedings of the th International Symposium on Friction Stir Welding, 14-16 May 2003, Park City, UT, USA th [16] Zahedul, M., H Khandkar, J.A Khan, and Anthony P Reynolds, International Trends in Welding Research Conference Proceedings, 15-19 April 2002, Pine Mountain, GA, pp 218-223 [17] Schmidt, H., J Hattel and J Wert, “An Analytical Model for the Heat Generation in Friction Stir Welding”, Modelling and Simulation in Material Science and Engineering, 12, 143-157 (2004) [18] J Yang, B.L Xiao, D.Wang, Z.Y Ma, “Effects of heat input on tensile properties and fracture behavior of friction stir welded Mg–3Al–1Zn alloy, “Materials Science and Engineering A 527 (2010) 708–714” [19] Juan Zhao, Feng Jiang *, Haigen Jian, Kang Wen, Long Jiang, Xiaobo Chen “Comparative investigation of tungsten inert gas and friction stir welding characteristics of Al–Mg–Sc alloy plates”, “Materials and Design 31 (2010) 306– 311” 140 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC [20] A.D.Reynols, W.D.Lozk wood, Processing - Property Correlation in Friction Stir welds, Mater Sci.Forum vol 331-337, 2000 [21] W.Tang, X.GuO Nunes, Heat input and Temperature Distribution in FSW, J.mater, Process, Manuf.Sci, Vol 7, 1998 [22] P.Colegrove, M.Painter T.Miller, 3-Dimensional Flon and Thermal Modelling of the FSW [23].Terry Khaled, An Outsider Looks at Friction Stir Welding, 2005 [24] F Gratecap · G Racineux · S Marya, “A simple methodology to define conical tool geometry and welding parameters in friction stir welding”,Int J Mater Form (2008) 1:143–158 DOI 10.1007/s12289-008-0370-z [25] R S Mishra, and Z Y Ma, "Friction Stir Welding and Processing", Materials Sciences and Engineering, R 50, pp 1-78, 2005 [26] Hamilton, S Dymek, and A Sommers, "A Thermal Model of Friction Stir Welding in Aluminum Alloys", International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol 48, pp 1120-1130, 2008 [27 ] O Frigaard, O Grong, and O T Milding, "Modeling of Heat Flow Phenomena in Friction Stir Welding of Aluminum Alloys", Proceedings of the 7th International Conference in Joints in Aluminum, Vol S16, 1998 [28] P Heurtier, M J Jones, C Desrayaud, J H Driver, F Fontheillet, and D Allehaux, "Mechanical and Thermal Modeling of Friction Stir Welding", Journal of Materials Processing Technology, Vol 171, pp 348-357, 2006 [29] Yuh J Chao Mem ASME, X Qi, W Tang “Heat Transfer in Friction Stir Welding—Experimental and Numerical Studies” Department of Mechanical Engineering,University of South Carolina 300 S Main, Columbia, SC 29208 [30] Thomas W M, Nicholas E D, Needham J C, Murch M G, “Improvements relating to friction welding”, Temple-Smith P and Dawes C J (TWI), European Patent Specification 615 480 B1 [31] Cook, G., Crawford, R., Clark, D., “A Robotic Friction Stir Welding” Industrial Robot, Volume 31, Number 1, pages 55B63, 2004 141 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC [32] Crawford “Modeling of Friction Stir Welding for Robotic Implementation” Modeling, Identification and Control, Volume 1, Number 2, pages 101B106, 2006 [33] Thaiping Chen “Process parameters study on FSW joint of dissimilar metals for aluminum–steel”J Mater Sci (2009) 44:2573–2580 142 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Phần 5: PHỤ LỤC 143