MөFÿtFKQJKLrQFӭu Nghiên cӭu sӵ ҧQKKѭӣng cӫa tӯng thông sӕ công nghӋ tӕFÿӝ quay dөng cө hàn n, vұn tӕc hàn Vh, chiӅu sâu xâm nhұp cӫa vai vào vұt hàn h ÿӃn quá trình hàn, tӕLѭXKyDFiFthôn
Trang 1ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH
75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$
0$,ĈĂ1*78ҨN
NGHIÊN CӬU Ҧ1++ѬӢNG CӪA CÁC THÔNG SӔ CÔNG NGHӊ Ĉӂ1&Ѫ7Ë1+9¬7Ә CHӬC MӔI HÀN
MA SÁT KHUҨY CHO CÁC KӂT CҨU PHҶNG
BҴNG HӦP KIM NHÔM BIӂN DҤNG
LUҰN ÁN TIӂ16ƬKӺ THUҰT
TP HӖ CHÍ MINH, 2019
Trang 2ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH
75ѬӠ1*ĈҤ,+Ӑ&%È&+.+2$
0$,ĈĂ1*78ҨN
NGHIÊN CӬU Ҧ1++ѬӢNG CӪA CÁC THÔNG SӔ CÔNG NGHӊ Ĉӂ1&Ѫ7Ë1+9¬7Ә CHӬC MӔI HÀN
MA SÁT KHUҨY CHO CÁC KӂT CҨU PHҶNG
BҴNG HӦP KIM NHÔM BIӂN DҤNG
Trang 3/Ӡ,&$0Ĉ2$1
7iFJLҧ[LQFDPÿRDQÿk\OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭXFӫDEҧQWKkQWiFJLҧ&iFNӃWTXҧQJKLrQFӭXYjFiFNӃWOXұQWURQJOXұQiQQj\OjWUXQJWKӵFYjNK{QJVDRFKpSWӯEҩWNǤPӝWQJXӗQQjRYjGѭӟLEҩWNǤKuQKWKӭFQjR9LӋFWKDPNKҧRFiFQJXӗQWjLOLӋXÿmÿѭӧFWKӵFKLӋQWUtFKGүQYjJKLQJXӗQWjLOLӋXWKDPNKҧRÿ~QJTX\ÿӏQK
7iFJLҧOXұQiQ
0DLĈăQJ7Xҩn
Trang 4TÓM TҲT LUҰN ÁN Hàn ma sát khuҩy (Friction Stir Welding - FSW) là mӝWEѭӟc tiӃn quan trӑng nhҩt vӅ
OƭQKYӵc hàn trong nhӳng thұp niên qua, và là mӝt ³F{QJQJKӋ [DQK´GRKLӋu quҧ QăQJOѭӧng và bҧo vӋ P{LWUѭӡng, tiêu thө tWQăQJOѭӧng mӝWFiFKÿiQJNӇ, không tiêu thө khí hàn, không có quá trình nóng chҧ\NK{QJFyNKtÿӝc khi hàn, không phát sinh tia hӗ TXDQJYjQăQJOѭӧng bӭc xҥ, Ngoài ra ma sát khuҩy không cҫn sӱ dөng kim loҥi que KjQÿӇ ÿLӅQÿҫy mӕi hàn, mӕi hàn chӏu lӵFFDRWăQJJLӟi hҥn bӅn mӓi, ít biӃn dҥng, ít khuyӃt tұt và không nӭt kӃt tinh
Hàn ma sát khuҩ\OjSKѭѫQJSKiSKjQNK{QJQyQJFKҧy có thӇ KjQÿѭӧc các loҥi hӧp NLPQK{PPjFiFSKѭѫng pháp hàn truyӅn thӕQJNK{QJKjQÿѭӧc
Tӯ nhӳQJѭXÿLӇPYѭӧt trӝi vӯa nêu, viӋc nghiên cӭu ӭng dөng cӫDSKѭѫQJSKiSKjQ
ma sát khuҩ\FyêQJKƭDUҩt thiӃt thӵc trong viӋc cҧi thiӋn chҩWOѭӧng mӕLKjQYjWăQJWKrPWtQKÿDGҥng vӅ mһt công nghӋ hàn trong gLDLÿRҥn hiӋn nay
Nӝi dung luұn án gӗPFKѭѫQJYjSKҫn kӃt luұn chung, cө thӇ QKѭVDX
&KѭѫQJ Giӟi thiӋu công nghӋ hàn ma sát khuҩy, các thông sӕ KjQFѫEҧn, các dҥng
khuyӃt tұt cӫa công nghӋ này Nhӳng công trình nghiên cӭXÿmÿѭӧc công bӕ WURQJQѭӟc
và trên thӃ giӟL7UrQFѫVӣ ÿyOXұn án tұp trung nghiên cӭu vӅ tӕLѭXWK{QJVӕ công nghӋ, ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn chҩWOѭӧng mӕi hàn
&KѭѫQJ 7UuQKEj\FѫVӣ lý thuyӃt vӅ sӵ hình thành nhiӋt do ma sát và biӃn dҥng dҿo
vұt liӋu kim loҥi cӫa quá trình hàn
&KѭѫQJ Phân tích và xác lұp mô hình truyӅn nhiӋt cӫa quá trình hàn
&KѭѫQJ Sӱ dөQJP{KuQKÿmFyYjRP{SKӓng sӕÿѭDUDPLӅn thông sӕ cӫa quá
trình hàn
&KѭѫQJ Thӵc nghiӋm theo kӃt quҧ mô phӓng, kiӇPWUDSKkQWtFKÿӇ [iFÿӏnh miӅn
thông sӕ tӕLѭXFӫa công nghӋ hàn
KӃt luұn: Nêu nhӳng kӃt quҧ ÿҥWÿѭӧFYjÿӏQKKѭӟng nghiên cӭXSKѭѫQJSKiSKjQPD
sát khuҩ\WURQJWѭѫQJODL
Trang 5ABSTRACT
Friction Stir Welding (FSW) is an important invention in the welding field over the past decades, and is an "eco-friendly technology" because of its energy efficiency and environmental protection, low energy consumption, no gas shielding, peak temperatures below the melting point, no toxic gas when welding, no arc formation and radiation, etc
In addition, the FSW method does not require the filler wire but provides the excellent mechanical properties in fatigue, tensile and bend tests
FSW is a solid-state welding process which can afford a high quality of welds even for aluminum alloys that are unmanageable with conventional welding
From these outstanding advantages, the research and application of FSW method have practical significance in improving weld quality and increasing the diversity of welding technology in the current period
The thesis consists of 5 chapters and the conclusion section, specifically as follows:
Chapter 1: Introduction to FSW method, the basic parameters, the defects types of this
technology The literature review with these studies published domestically and internationally Based on these researches, the thesis focuses on optimizing process parameters, the impact of technological parameters on weld quality
Chapter 2: Presentation of theoretical basis of heat formation due to friction and plastic
deformation of material during welding process
Chapter 3: Analysis and construction of heat transfer model of the welding process
Chapter 4: Using the existing model in numerical simulation to export the parameter
area of the welding process
Chapter 5: Conducting experiments from the results of simulation, testing and
analyzing to determine the optimal parameter area of welding technology
Conclusion: Presenting the achieved results and research orientation of FSW method
in the future
Trang 6LӠ,&È0Ѫ1
7Uѭӟc hӃt, tôi xin chân thành cҧPѫQ quý thҫy cô Bӝ môn ThiӃt bӏ và Công nghӋ Vұt
liӋX&ѫNKt.KRD&ѫNKt7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách khoa Thành phӕ Hӗ &Kt0LQKÿmJL~SW{LWKѭFhiӋn luұn án này
Ĉӗng thӡi xin chân thành cҧPѫQ76/ѭX3KѭѫQJ0LQK, PGS TS Hoàng Trӑng Bá ÿmWұQWuQKKѭӟng dүn tôi vӅ FKX\rQP{QÿӇ tôi có thӇ thӵc hiӋn và hoàn thành luұn án Tôi xin tӓ lòng biӃWѫQVkXVҳFÿӃn các thҫy phҧn biӋn, các thҫy trong hӝLÿӗng luұn án ÿmGjQKWKӡLJLDQÿӑc và góp nhӳng ý kiӃQTXêEiXÿӇ tôi hoàn thiӋn bҧn luұn án cӫa PuQKFNJQJQKѭJL~SW{LÿӏQKKѭӟng nghiên cӭu
Ban Giám HiӋu và quý Thҫy trong Khoa Cѫ NKt 7UѭӡQJ Ĉҥi hӑF 6ѭ SKҥm Kӻ thuұt 9ƭQK/RQJÿmWҥRÿLӅu kiӋQJL~Sÿӥ tôi hoàn thành thӵc nghiӋPFNJQJQKѭÿyQJJySnhiӅu ý kiӃn rҩt thiӃt thӵc
Các Thҫ\F{SKzQJ7KѭYLӋn - 7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách khoa TP HCM
*LiPÿӕc Công ty cung cҩp thiӃt bӏ KjQ+kQ$QK&ROWGÿmFXQJFҩp tài liӋXYjÿyQJgóp nhiӅu ý kiӃn quan trӑng, có giá trӏ
Tôi xin gӱi lӡi chân thành cҧPѫQÿӃn toàn thӇ JLDÿuQKEҥQEqÿӗng nghiӋp, nhӳng QJѭӡLÿmJL~Sÿӥÿӝng viên tôi thӵc hiӋn công trình này
Trang 7MӨC LӨC
LӠ,&È0Ѫ1 iv
DANH MӨC CÁC HÌNH ҦNH viii
DANH MӨC BҦNG BIӆU xiii
DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT xv
MӢ ĈҪU xvii
1 Lý do chӑQÿӅ tài: xvii
&+ѬѪ1* TӘNG QUAN 1
Giӟi thiӋu quá hình hàn ma sát khuҩy: 1
1.1.1 Nguyên lý hàn ma sát khuҩy: 1
1.1.2 Các thông sӕ FѫEҧn cӫa quá trình 4
ҦQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn chҩWOѭӧng mӕi hàn: 7
Quá trình sinh nhiӋt trong FSW: 8
Mô hình truyӅn nhiӋt và dòng vұt liӋu 11
Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn 14
KhuyӃt tұt hàn 15
KӃt luұn: 17
&+ѬѪ1* &Ѫ6Ӣ LÝ THUYӂT 19
2.1 Quá trình sinh nhiӋt khi hàn: 19
2.1.1 ĈһFÿLӇm chung: 19
2.1.2 /ѭӧng nhiӋt sinh ra trong quá trình hàn: 20
2.1.3 Lӵc tác dөng trong quá trình hàn: 21
2.1.4 NhiӋt sinh ra khi hàn: 24
2.1.5 Sӵ truyӅn nhiӋt vào vұt hàn: 27
2.2 Dòng chҧy vұt liӋu: 28
2.3 Sӵ WKD\ÿәi tә chӭc cӫa hӧp kim nhôm sau khi hàn: 30
2.3.1 Sӵ luyӋn kim cӫa hӧp kim nhôm: 30
2.4 KӃt luұn: 33
&+ѬѪ1* MÔ HÌNH NHIӊT 34
3.1 Mô hình truyӅn nhiӋt 34
3.2 Mô hình dòng vұt liӋu 36
Trang 83.3 Quá trình sinh nhiӋt 42
3.3.1 0{KuQKSKkQWtFKѭӟFOѭӧng nhiӋt sinh ra 42
3.3.2 ;iFÿӏQKOѭӧng nhiӋt sinh ra trong quá trình hàn ma sát khuҩy 43
3.3.3 Nguӗn nhiӋWÿӭng yên (không xét ҧQKKѭӣng cӫa vұn tӕc hàn) 44
3.3.4 Nguӗn nhiӋt chuyӇQÿӝng 48
&+ѬѪ1* MÔ HÌNH MÔ PHӒNG 50
4.1 3KѭѫQJWUuQKSKҫn tӱ hӳu hҥn 50
4.1.1 Mô hình truyӅn nhiӋt 50
4.1.2 Mô hình dòng vұt liӋu 52
4.1.3 0{KuQKWѭѫQJWiFFѫ± nhiӋt 57
4.2 Mô phӓng quá trình hàn 59
4.2.1 6ѫOѭӧc vӅ các phҫn mӅm phҫn tӱ hӳu hҥn 59
4.2.2 Mô phӓng quá trình hàn ma sát khuҩy trên phҫn mӅm Hyper Works 61
4.3 Thӵc nghiӋm kiӇm chӭng mô hình nhiӋWYjP{KuQKFѫQKLӋt 64
4.3.1 Quy hoҥch thӵc nghiӋm 64
4.3.2 Máy và các thông sӕ hàn ma sát khuҩy 65
4.4 KӃt quҧ mô phӓng 70
4.5 KӃt quҧ ÿRQKLӋWÿӝ bӅ mһt bҵQJPi\ÿRKӗng ngoҥi 77
4.6 KӃt luұn 79
&+ѬѪ1* THӴC NGHIӊM 82
5.1 Máy và các thông sӕ hàn: 83
5.2 3KѭѫQJSKiSKjQYjFKӃ ÿӝ hàn: 83
5.3 Giӟi hҥn các thông sӕ nghiên cӭu thӵc nghiӋm: 84
5.4 Phôi và dөng cө hàn: 84
5.5 Quy hoҥch thӵc nghiӋm 85
5.6 Hàm mөc tiêu cӫa hӋ thӕng: 85
5.7 3KѭѫQJSKiSSKkQWtFKNӃt quҧ 85
Ĉӕi vӟi mӕi hàn 3 mm 88
5.8 Thӵc nghiӋP[iFÿӏnh miӅn thông sӕ thӵc 108
5.9 KӃt quҧ 108
5.9.1 ҦQKKѭӣng cӫa thông sӕ KjQÿӃQFѫWtQKPӕi hàn 108
Trang 95.9.2 Tә chӭc kim loҥi mӕi hàn: 112
5.9.3 Sӵ hình thành khuyӃt tұt: 131
5.10 Nhұn dҥng và khҳc phөc các khuyӃt tұWWKѭӡng gһp 137
5.11 MiӅn thông sӕ thӵc nghiӋm 142
5.12 KӃt luұn 143
KӂT LUҰN 144
NhӳQJÿyQJJySPӟi cӫa luұn án 144
+ѭӟng phát triӇn 145
DANH MӨC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HӐC 146
TÀI LIӊU THAM KHҦO 148
Trang 10DANH MӨC CÁC HÌNH ҦNH
Hình 1.1 Dөng cө ÿL[Xӕng và bҳWÿҫu hàn 1
+uQK&iFJLDLÿRҥn cӫa quá trình hàn 2
Hình 1.3 Dөng cө ÿLGӑFKѭӟng hàn tҥo thành mӕi hàn 2
Hình 1.4 Các loҥi mӕi hàn ma sát khuҩy 3
Hình 1.5 Các thành phҫQFѫEҧn cӫa dөng cө hàn ma sát khuҩy 3
Hình 1.6 Các vùng tә chӭc tӃ vi trong mӕi hàn ma sát khuҩy 14
Hình 1.7 Các khuyӃt tұWWK{QJWKѭӡng 15
Hình 1.8 KhuyӃt tұt vӃWÿѭӡng hàn 16
Hình 1.9 Các loҥi khuyӃt tұt bӅ mһt thông dөng 16
Hình 2.1 ҦQKKѭӣng cӫDÿLӅu kiӋQWUѭӧt - GtQKÿӃn quá trình sinh nhiӋt 20
+uQK6ѫÿӗ lӵc hàn 21
+uQK6ѫÿӗ FiFJLDLÿRҥn cӫa quá trình hàn 23
+uQKĈѭӡQJNtQKYDLÿѭӧc chia ra nhiӅXSKkQÿRҥn 25
Hình 2.5 Khoҧng cách giӳDFiFEѭӟc hàn 28
Hình 2.6 Tә chӭc kim loҥi mӕi hàn 29
Hình 2.7 Sӵ hình thành các vòng dҥng xoҳn ӕc 29
Hình 3.1 MiӅn tính toán YjFiFELrQWѭѫQJWiF 34
+uQKĈLӅu kiӋn biên vұn tӕc trong hàn ma sát khuҩy 38
Hình 3D 6ѫÿӗ thӇ hiӋn mӕi liên hӋ giӳa nhiӋt sinh ra và các thông sӕE 6ѫÿӗ giҧi thuұt cho quá trình tính toán sinh nhiӋt 43
Hình 3.4 Các thông sӕ hình hӑc dөng cө ÿLӇn hình 46
Trang 11Hình 3.5 Phân bӕ WK{QJOѭӧng nhiӋt trên dөng cө 48
Hình 4.1 Lӵa chӑQÿѫQYӏ cho quá trình tính toán 61
Hình 4.2 Dөng cө và phôi hàn 62
+uQK&KLDOѭӟi cho mô hình 62
Hình 4.4 Gán vұt liӋu cho dөng cө và phôi hàn 63
+uQK&jLÿһWÿLӅu kiӋn biên cho quá trình 63
Hình 4.6 Giҧi mô hình trên HyperXtrude Solver 63
Hình 4.7 Máy phay CNC 65
+uQK0i\ÿRQKLӋWÿӝ EXTECH VIR50 66
Hình 4.9 KhuyӃt tұt bavia do lӵc ép quá lӟn, tӕFÿӝ quay cao gây quá nhiӋt 66
Hình 4.10 VӃt nӭt bӅ mһt do quá nhiӋt và thiӃXÿӝ sâu xâm nhұp cӫa vai 67
Hình 4.11 Sҫn sùi bӅ mһt do thiӃXÿӝ thâm nhұp cӫa vai và vӃWÿѭӡng hàn do thiӃu nhiӋt và thiӃu lӵc ép 67
+uQK.tFKWKѭӟc mүu hàn dùng trong thí nghiӋm 69
Hình 4.13 Bҧn vӁ ÿLӇn hình và các dөng cө KjQÿmGQJ 69
Hình 4.14 Bӕ WUtPi\ÿRQKLӋt dӑFWKHRÿѭӡng hàn 70
+uQK6ѫÿӗ bӕ trí cһp nhiӋWÿiӋQÿRQKLӋWÿӝ bên trong phôi 70
Hình 4.16 Bӕ trí cһp nhiӋWÿLӋn tҥi 3 vӏ WUt ÿҫu, giӳa, cuӕi) dӑFWKHRÿѭӡng hàn 71
Hình 4.17 Bӕ trí cһp nhiӋWÿLӋn tҥi 3 vӏ trí vuông góc vӟLÿѭӡng hàn 71
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 700 v/ph, 50 mm/ph 71
+uQK 7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 700 v/ph, 100 mm/ph 72
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 700 v/ph, 150 mm/ph 72
Trang 12+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 900 v/ph, 50 mm/ph 73
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 900 v/ph, 100 mm/ph 73
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 900 v/ph, 150 mm/ph 74
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 1100 v/ph, 50 mm/ph 74
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 1100 v/ph, 100 mm/ph 75
+uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 1100 v/ph, 150 mm/ph 75
Hình 4.27 Mӕi liên hӋ giӳa n, v và nhiӋt hàn 77
Hình 4.28 KӃt quҧ mô phӓng và thӵc nghiӋPÿREӅ mһt 78
Hình 4.29 KӃt quҧ ÿRQKLӋWÿӝ tҥLÿLӇm song song vӟLÿѭӡng hàn theo thӡi gian 78
Hình 4.30 KӃt quҧ ÿRQKLӋWÿӝ theo khoҧng cách so vӟi tâm hàn 78
Hình 4.31 MiӅn thông sӕ mô phӓng nhôm tҩm 6061 dày 4 mm 80
+uQK&iFEѭӟc quá trình thӵc nghiӋm 82
Hình 5.2 Gá kҽp phôi khi hàn 83
Hình 5.3 Mӝt sӕ mӕLKjQ PPPPPP ÿmKjQ 84
Hình 5.4 Bài toán hӝSÿHQFKRTXiWUuQKKjQ)6: 86
Hình 5.5 KiӇPWUDSKѭѫQJWUuQKKӗi qui trong Minitab 99
Hình 5.6 Mӭc ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ hàn 106
Hình 5.7 TӕLѭXFiFWK{QJVӕ hàn 106
Hình 5.8 Mӭc ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ hàn 4 mm 107
Hình 5.9 TӕLѭXFiFWK{QJVӕ hàn 4 mm 107
Hình 5.10 Mӭc ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ hàn 5 mm 108
Hình 5.11 TӕLѭXFiFWK{QJVӕ hàn 5 mm 108
Trang 13+uQK.tFKWKѭӟc mүu thӱ kéo 109
Hình 5.13 Mӝt sӕ mүu thӱ kéo 109
Hình 5.14 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo mӕi hàn nhôm 3 mm 110
Hình 5.15 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo mӕi hàn nhôm 4 mm 110
Hình 5.16 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo mӕi hàn nhôm 5 mm 110
Hình 5.17 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo, nhiӋWÿӝ mӕi hàn nhôm 4 mm 111
Hình 5.18 Mӕi liên hӋ giӳa lӵc kéo và biӃn dҥng cӫa kim loҥLFѫEҧn và mӕi hàn 111
Hình 5.19 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ cӭng mӕi hàn 111
Hình 5.20 Mһt cҳt mӕi hàn ӣ FiFÿLӅu kiӋn hàn khác nhau 113
Hình 5.21 Các vӏ WUtVRLNLPWѭѫQJ 113
Hình 5.22 Tә chӭc tӃ vi ӣ các vӏ trí cӫa mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn hӧp lý, 3 mm 114
Hình 5.23 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt cao, 3 mm 115
Hình 5.24 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt thҩp, 3 mm 116
Hình 5.25 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn hӧp lý, 4 mm 117
Hình 5.26 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt cao, 4 mm 118
Hình 5.27 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt thҩp, 4 mm 119
Hình 5.28 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn hӧp lý, 5 mm 120
Hình 5.29 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt cao, 5 mm 121
Hình 5.30 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt thҩp, 5 mm 122
Hình 5.31 Tә chӭc tӃ vi tҥi các vӏ trí tâm hàn, mӕi hàn 3 mm 123
Hình 5.32 Tә chӭc tӃ vi tҥi các vӏ trí tâm hàn, mӕi hàn 4 mm 124
Trang 14Hình 5.33 Tә chӭc tӃ vi tҥi các vӏ trí tâm hàn, mӕi hàn 5 mm 125
Hình 5.34 Tә chӭc tӃ vi ӣ các vùng cӫa mӕi hàn, mӕi hàn 3 mm 126
Hình 5.35 Tә chӭc tӃ vi ӣ các vùng cӫa mӕi hàn, mӕi hàn 4 mm 127
Hình 5.36 Tә chӭc tӃ vi ӣ các vùng cӫa mӕi hàn, mӕi hàn 5 mm 128
Hình 5.37 HiӋQWѭӧng thiӃu nhiӋt khi hàn 131
Hình 5.38 Ҧnh chөp X-Ray mӕi hàn vӟi n=700 v/ph và Vh=150 mm/ph 131
Hình 5.39 Ҧnh chөp mӕi hàn bӏ khuyӃt tұt do thiӃu nhiӋt 133
Hình 5.40 MӕLKjQKuQKWKjQKWURQJÿLӅu kiӋn thiӃu nhiӋt 134
Hình 5.41 HiӋQWѭӧng kim loҥi trӗi khӓi vai hình thành ba-via 134
Hình 5.42 Ҧnh tӃ vi mӕi hàn bӏ GѭQKLӋt 136
Hình 5.43 Ҧnh tӃ vi mӕi hàn thiӃXÿӝ xâm nhұp cӫDÿҫu khuҩy 137
Hình 5.44 KhuyӃt tұt bavia và co rút tâm hàn 138
Hình 5.45 MiӅn thông sӕ thӵc so vӟi miӅn thông sӕ mô phӓng tҩm 4 mm 142
Hình 5.46 MiӅn thông sӕ thӵc hӧp kim nhôm 6061 143
Trang 15DANH MӨC BҦNG BIӆU
Bҧng 1.1 Các loҥi khuyӃt tұt, nguyên nhân sinh ra khuyӃt tұt trong hàn ma sát khuҩy 17
Bҧng 4.1 Khҧ QăQJP{SKӓng cӫa mӝt sӕ phҫn mӅm cho hàn ma sát khuҩy 60
Bҧng 4.2 Các thông sӕ và mӭc thӵc nghiӋm 67
Bҧng 4.3 Các thông sӕ và các giá trӏ thӵc nghiӋm 68
Bҧng 4.4 Thành phҫn vұt liӋu hӧp kim nhôm 6061 68
Bҧng 4.5 Tính chҩt vұt liӋu hӧp kim nhôm 6061 68
Bҧng 4.6 Thành phҫn hóa hӑc thép dөng cө (H13) 69
Bҧng 4.7 Sӕ liӋu mô phӓng 76
Bҧng 4.8 KӃt quҧ ÿRQKLӋt bҵQJPi\ÿRKӗng ngoҥi 77
Bҧng 5.1 Các thông sӕ và mӭc thӵc nghiӋm 83
Bҧng 5.2 Các thông sӕ và các giá trӏ thӵc nghiӋm 86
Bҧng 5.3 Bҧng thông sӕ hàn và kӃt quҧ kiӇm tra các mӕi hàn nhôm dày 3 mm 87
Bҧng 5.4 Bҧng thông sӕ hàn và kӃt quҧ kiӇm tra các mӕi hàn nhôm dày 4 mm 88
Bҧng 5.5 Bҧng thông sӕ hàn và kӃt quҧ kiӇm tra các mӕi hàn nhôm dày 5 mm 89
Bҧng 5.6 Mã hoá thông sӕ hàn 89
Bҧng 5.7 Ma trұn qui hoҥch thӵc nghiӋm X 90
Bҧng 5.8 KiӇm tra tính thích hӧp 94
Bҧng 5.9 Mã hoá thông sӕ hàn 95
Bҧng 5.10 Ma trұn qui hoҥch thӵc nghiӋm X 96
Bҧng 5.11 KiӇm tra tính thích hӧp 99
Trang 16Bҧng 5.12 Mã hoá thông sӕ hàn 101
Bҧng 5.13 Ma trұn qui hoҥch thӵc nghiӋm X 102
Bҧng 5.14 KiӇm tra tính thích hӧp 105
Bҧng 5.15 Thông sӕ KjQ[iFÿӏnh miӅn thông sӕ thӵc 109
Trang 17DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT
FSW Friction Stir Welding Hàn ma sát khuҩy
FSP Friction Stir Processing Quá trình ma sát khuҩy
TWI The Welding Institude ViӋn hàn châu Âu
TMAZ Thermo Mechanically Affected Zone Vùng ҧQKKѭӣQJFѫQKLӋt
SAZ Shoulder Affected Zone Vùng ҧQKKѭӣng vai dөng cө hàn
UST Ultimate Tensile Strength Giӟi hҥQÿӝ bӅn kéo
FEM Finite-Element Method 3KѭѫQJSKiSSKҫn tӱ hӳu hҥn FVM Finite-Volume Method 3KѭѫQJSKiSWKӇ tích hӳu hҥn FDM Finite-Difference Method 3KѭѫQJSKiSVDLSKkQKӳu hҥn CFD Computational Fluid Dynamics 7tQKWRiQÿӝng hӑFOѭXFKҩt
Trang 18ALE Arbitrary Lagrangian-Eulerian Tùy biӃn Lagrangian Eulerian FEA Finite-Element Analysis Phân tích phҫn tӱ hӳu hҥn
NSRM Node Substitution and Replacement
TEM Transmission Electron Microscope Kính hiӇQYLÿLӋn tӱ truyӅn qua SEM Scanning Electron Microscope Kính hiӇQYLÿLӋn tӱ quét
DOE Design Of Experiments Quy hoҥch thӵc nghiӋm
Trang 19MӢ ĈҪU
1 LÝ DO CHӐ1Ĉӄ TÀI:
&{QJQJKӋKjQPDViWNKXҩ\ÿѭӧFSKiWWULӇQÿӇFKӃWҥRFiFFKLWLӃWYjFiFNӃWFҩXGҥQJWҩPPӕLKjQKuQKWKjQKÿѭӧFOLrQNӃWӣWUҥQJWKiLUҳQ NK{QJQyQJFKҧ\ c{QJQJKӋKjQPDViWNKXҩ\ÿѭӧFӭQJGөQJUӝQJUmLWURQJQKLӅXQJjQKQKѭÿyQJWjX{W{KjQJkK{QJYNJWUө«ORҥLKuQKF{QJQJKӋQj\FyӭQJGөQJWKӵFWӃFDR
Ĉk\OjSKѭѫQJSKiSKjQWLrQWLӃQFKRQăQJVXҩWFDRWLӃWNLӋPYұWOLӋXFyWKӇWӵ ÿӝQJKyDGӉGjQJ.KLVRViQKYӟLQKӳQJF{QJQJKӋKjQWUѭӟFÿk\WKu)6:WLrXWKөtWQăQJOѭӧQJPӝWFiFKÿiQJNӇNK{QJWLrXWKөNKtKjQNK{QJFyTXiWUuQKQyQJFKҧ\NK{QJFyNKtÿӝFNKLKjQNK{QJSKiWVLQKWLDKӗTXDQJYjQăQJOѭӧQJEӭF[ҥ1JRjLUDKjQPDViWNKXҩ\NK{QJFҫQVӱGөQJNLPORҥLTXHKjQÿӇÿLӅQÿҫ\PӕLKjQtWELӃQGҥQJYjNK{QJQӭWNӃWWLQK%ҩWNǤKӧSNLPQK{PQjRFNJQJFyWKӇKjQÿѭӧFPjNK{QJFҫQTXDQWkPÿӃQVӵÿӗQJEӝFӫDNLPORҥLYұWKjQYjJҫQQKѭNK{QJEӏELӃQGҥQJFKRPӕLKjQFKӏXOӵFFDRWăQJJLӟLKҥQEӅQPӓL
ĈӇÿҧPEҧR\rXFҫXFӫDPӕLKjQPDViWNKXҩ\YӅFѫWtQKWәFKӭFYjPӕLKjQNK{QJEӏNKX\ӃWWұWFѫKӑFKuQKWKjQKWURQJTXiWUuQKKjQWKuFҫQSKҧLFyFiFWK{QJVӕFKӃÿӝKjQFKRSKKӧS7UrQFѫVӣÿyYLӋF QJKLrQFӭXQKҵPWӕLѭXFiFWK{QJVӕFKӃÿӝKjQQJKLrQFӭXQJX\rQQKkQKuQKWKjQKGҥQJNKX\ӃWWұWFyêQJKƭDUҩWWKLӃWWKӵFQKҵPQkQJFDRFKҩWOѭӧQJORҥLEӓFiFVDLKӓQJPӕLKjQVӁPӣUDNKҧQăQJӭQJGөQJF{QJQJKӋKjQPDViWNKXҩ\YjRWKӵFWӃVҧQ[XҩWF{QJQJKLӋSWҥL9LӋW1DP
7URQJTXiWUuQKKjQGөQJFөKjQSKҧLÿiSӭQJEDFKӭFQăQJFҫQWKLӃWÿyOjWҥRQKLӋWFKRYұWOLӋXSK{LGLFKX\ӇQYjpSYұWOLӋXÿӇWҥRPӕLKjQQJăQFKһQYұWOLӋXSKtDGѭӟLYDLNK{QJEӏWUӗLUD1KLӋWÿѭӧFWҥRUDWURQJSK{LOjGRVӵPDViWFӫDFҧÿҫXNKXҩ\Yjvai GөQJFөKjQ YӟLSK{LFQJYӟLVӵELӃQGҥQJGҿRPmQKOLӋWFӫDYұWOLӋXWURQJYQJNKXҩ\3KҫQ YұWOLӋXÿѭӧFQKLӋWOjPPӅPFөFEӝ[XQJTXDQKÿҫXNKXҩ\FKX\ӇQÿӝQJWKHRFKLӅXTXD\FӫDÿҫXNKXҩ\OjPFKRYұWOLӋXGLFKX\ӇQWӯSKtDWUѭӟFUDSKtDVDXÿҫXNKXҩ\YjÿLӅQÿҫ\YjRNKRҧQJWUӕQJFӫDGөQJFөKjQ NKLQyÿLWӟLSKtDWUѭӟF9DLGөQJ
Trang 20FөKjQ NKӕQJFKӃNLPORҥLNK{QJEӏWUӗLUD NKӓLPӕLKjQQKҵPJLӳFKRFKLӅXFDRPӕLKjQWѭѫQJÿѭѫQJYӟLEӅPһWSK{LEDQÿҫX1JKLrQFӭXTXiWUuQKKjQOjQJKLrQFӭXFiFELӃQVӕ PDViWELӃQGҥQJWӕFÿӝELӃQGҥQJVӵWKD\ÿәLӭQJVXҩWFiFWK{QJVӕKuQKKӑFFӫDGөQJFөKjQWiFÿӝQJÿӗQJWKӡLÿӃQTXiWUuQKVLQKQKLӋWWKHRWKӡLJLDQĈӇJLҧLTX\ӃWEjL WRiQ ÿzL KӓL Vӵ NӃW KӧS JLӳD FiF SKѭѫQJ SKiS 0{ KuQK KyD- 0{ SKӓQJ- 7KӵFQJKLӋP
0{KuQKKyDFKRSKpSQJKLrQFӭXFiFEjLWRiQYұWOêEҵQJPӝWSKѭѫQJWUuQKWRiQKӑFWәQJTXiWFiFELӃQVӕWiFÿӝQJYjRTXiWUuQK.KLJLiWUӏFӫDFiFELӃQVӕWKD\ÿәLP{KuQKFNJQJVӁP{Wҧÿҫ\ÿӫӭQJ[ӱFӫDYұWOLӋXÿӃQTXiWUuQKVLQKQKLӋW1KӡYұ\YLӋFSKkQWtFKTXiWUuQKVӁÿѫQJLҧQKѫQUҩWQKLӅX6ӱGөQJSKҫQPӅPP{SKӓQJVӕVӁWLӃWkiӋPWKӡLJLDQYjJLҧPFKLSKtQJX\rQYұWOLӋX7KӵFQJKLӋPÿӇNLӇPFKӭQJP{KuQKKyDWK{QJTXDNӃWTXҧP{SKӓQJ1KѭYұ\YLӋFNӃWKӧSFiFSKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭXWUrQVӁÿҧPEҧRWtQKFKtQK[iFYjÿӝWLQFұ\PDQJOҥLKLӋXTXҧNLQKWӃFDR/XұQiQ
³1JKLrQFͱX̫QKK˱ͧQJFͯDFiFWK{QJV͙F{QJQJK͏ÿ͇QF˯WtQKYjW͝FKͱFP͙LKjQ PDViWNKX̭\FKRFiFN͇WF̭XG̩QJW̭PE̹QJKͫSNLPQK{PEL͇QG̩QJ´ FyWtQKFҩS
WKLӃWYjWKLӃWWKӵFFKRYLӋFӭQJGөQJFiFSKѭѫQJSKiSVҧQ[XҩWWLrQWLӃQFKRQăQJVXҩWFDRWKkQWKLӋQP{LWUѭӡQJYjRVҧQ[XҩWF{QJQJKLӋSWҥLQѭӟFWD
2 MөFÿtFKQJKLrQFӭu
Nghiên cӭu sӵ ҧQKKѭӣng cӫa tӯng thông sӕ công nghӋ (tӕFÿӝ quay dөng cө hàn n, vұn tӕc hàn Vh, chiӅu sâu xâm nhұp cӫa vai vào vұt hàn h) ÿӃn quá trình hàn, tӕLѭXKyDFiFthông sӕ nhҵm nâng cao chҩWOѭӧng mӕi hàn, loҥi bӓ các khuyӃt tұt mӕLKjQWăQJQăQJsuҩt và khҧ QăQJӭng dөng cӫa công nghӋ hàn ma sát khuҩy
Trang 21HӧSNLPQj\ÿѭӧc ӭng dөng rӝQJUmLWURQJQJjQKKjQJNK{QJFѫNKtWӵ ÿӝng hoá, bán dүn, gia công thӵc phҭm, khuôn gia công chӃ tҥRFyÿӝ bӅn cao, chӕQJăQPzQWӕt và
có tính hàn tӕWÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn và rӝng rãi nhҩt
4 PKѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu
x Tәng quan tài liӋu: kӃ thӯa và vұn dөng kiӃn thӭc
x Phân tích các dӳ liӋu, xây dӵng mô hình toán
x Sӱ dөng phҫn mӅm HyperWords ÿӇ mô phӓng
x Xây dӵng mô hình thӵc nghiӋm và tiӃn hành thӵc nghiӋm
Nghiên cӭu lý thuyӃt công nghӋ hàn ma sát khuҩy, lý thuyӃt mô hình hóa quá trình sinh nhiӋt, ӭng xӱ Fѫ- nhiӋt cӫa vұt liӋu, lý thuyӃt biӃn dҥng dҿo Tӯ ÿyNӃt hӧSFiFSKѭѫQJpháp nghiên cӭu: Lý thuyӃt - Mô phӓng - Thӵc nghiӋm
éQJKƭDNKRDKӑFYjêQJKƭDWKӵc tiӉn cӫa luұn án
7UrQFѫVӣ kӃt quҧ nghiên cӭXÿm[iFÿӏnh miӅn thông sӕ công nghӋ, tӯ ÿyFiFQKjVҧn xuҩt có thӇ lӵa chӑn, ӭng dөng sao cho phù hӧp nhҵm nâng cao chҩWOѭӧng sҧn phҭm
và hiӋu quҧ kinh tӃ Ngoài ra, luұn án còn là tài liӋu tham khҧRWURQJOƭQKYӵc hàn, tҥo hình vұt liӋu
6 Nhӳng kӃt quҧ ÿҥWÿѭӧc và nhӳQJÿyQJJySPӟi cӫa luұn án
LuұQiQÿmSKkQWtFKFiFP{KuQKYұt liӋXP{KuQKÿjQ hӗi dҿo vұt liӋu, mô hình hóa
và mô phӓng quá trình, so sánh vӟi kӃt quҧ thӵc nghiӋm cho thҩy sӵ phù hӧSYjWѭѫQJthích cao
Mô phӓng sӕ quiWUuQKKjQÿmÿѭӧFWKѭF KLӋn, kӃt quҧ mô phӓQJ [iFÿӏQK ÿѭӧc các thông sӕ quá trình công nghӋ Dӵa vào miӅn thông sӕ vӯa xác lұp, tiӃn hành thӵc nghiӋm hàn trên nhôm tҩm 6061 dày 3, 4, 5 mm, các mӕLKjQQj\ÿѭӧc kiӇm tra bҵQJSKѭѫQJpháp kiӇm tra không phá hӫy (chөp X-5D\ SKѭѫQJSKiSNLӇm tra phá hӫy (soi tә chӭc
tӃ vi) và kiӇPWUDFѫWtQK ÿӝ bӅQNpR ÿӇ kiӇm tra chҩWOѭӧng mӕi hàn Tӯ ÿyWuPPLӅn thông sӕ công nghӋ thích hӧp cӫa công nghӋ hàn
KӃt quҧ nghiên cӭu cho thҩy viӋc lӵa chӑn P{KuQKFѫQKLӋt ÿѭӧc xây dӵQJWUrQFѫVӣ giҧi quyӃt bài toán truyӅn nhiӋWWURQJSK{LKjQVDXÿyVӱ dөng kӃt quҧ WUѭӡng nhiӋWÿӝ
Trang 22ÿӇ tính toán ӭng suҩt và biӃn dҥng theo mô hình vұt liӋu rҳn dҿo nhӟt Zener- Holoman, viӋc lӵa chӑn phҫn mӅm mô phӓng và mô hình thӵc nghiӋPÿm thӵc hiӋn là hoàn toàn chính xác, mang lҥi hiӋu quҧ cao
Nӝi dung cӫa luұn án
- Nghiên cӭXFѫVӣ lý thuyӃt quá trình sinh nhiӋt, truyӅn nhiӋWNKLKjQ[iFÿӏnh rõ các thông sӕ FѫEҧn trong quá trình hàn, mӕi liên hӋ cӫa sӵ sinh nhiӋt cӫDÿҫu khuҩy và vai dөng cө hàn, phân tích các mô hình cӫa dòng chҧy vұt liӋu ҧQKKѭӣQJÿӃn chҩWOѭӧng cӫa mӕi hàn, mӝt sӕ ÿһFÿLӇm cӫDFK~QJFNJQJQKѭFiF\Ӄu tӕ ҧQKKѭӟQJÿӃn sӵ hình thành mӕi hàn
- Phân tích, lӵa chӑn, xác lұp mô hình nhiӋt cӫa quá trình hàn
- Mô phӓng sӕ quá trình hàn, tiӃn hành thӵc nghiӋm kiӇm chӭng mô hình
- Áp dөng mô hình nhiӋt và mô hình sӕ [iFÿӏnh miӅn thông sӕ hàn, thӵc nghiӋm và tӕi ѭXFiFWK{QJVӕ hàn, xây dӵng miӅn thông sӕ thích hӧp cӫa quá trình hàn
Luұn án gӗm 5 FKѭѫQJ và phҫn kӃt luұn chung:
&K˱˯QJ Giӟi thiӋu công nghӋ hàn ma sát khuҩy, các thông sӕ FѫEҧn, các dҥng
khuyӃt tұt cӫa công nghӋ hàn này Nhӳng công trình nghiên cӭXÿmÿѭӧc công bӕ trong Qѭӟc và trên thӃ giӟL7UrQFѫVӣ ÿyOXұn án tұp trung nghiên cӭu vӅ tӕLѭXWK{QJ sӕ công nghӋ và ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn chҩWOѭӧng cӫa mӕi hàn
&K˱˯QJ 7UuQKEj\FѫVӣ lý thuyӃt vӅ sӵ hình thành nhiӋt do ma sát và biӃn dҥng dҿo
vұt liӋu kim loҥi cӫa quá trình hàn ma sát khuҩy
&K˱˯QJ Phân tích và xác lұp mô hình truyӅn nhiӋt cӫa quá trinh hàn ma sát khuҩy
&K˱˯QJ Sӱ dөQJP{KuQKÿmFyYjRP{SKӓng sӕÿѭDUDPLӅn thông sӕ cӫa quá
trình hàn
&K˱˯QJ Thӵc nghiӋm theo kӃt quҧ mô phӓng, kiӇPWUDSKkQWtFKÿӇ [iFÿӏnh miӅn
thông sӕ tӕLѭXFӫa công nghӋ hàn
K͇t lu̵n: Nêu nhӳng kӃt quҧ ÿҥWÿѭӧFYjÿӏQKKѭӟng nghiên cӭXWURQJWѭѫQJODL
Trang 23&+ѬѪ1* TӘNG QUAN
Giӟi thiӋu quá hình hàn ma sát khuҩy:
Hàn ma sát khuҩ\OjSKѭѫQJSKiSKjQNK{QJQyQJFKҧy tҥo ra nhӳng liên kӃWKjQѭXviӋt nhҩt, có thӇ KjQÿѭӧc các loҥi hӧSNLPQK{PPjFiFSKѭѫQJSKiSKjQWUX\Ӆn thӕng NK{QJKjQÿѭӧc
Công nghӋ hàn này cho mӕi hàn chӏu lӵFFDRWăQJJLӟi hҥn bӅn mӓi, giҧm biӃn dҥng, không bӏ khuyӃt tұt
1.1.1 Nguyên lý hàn ma sát khṷy:
1JX\rQOêFѫEҧn cӫDSKѭѫQJSKiSKjQPDViWNKXҩ\WѭѫQJÿӕLÿѫQJLҧn: Dùng mӝt dөng cө xoay không nóng chҧ\ÿѭӧc thiӃt kӃ ÿһc biӋt có mӝWÿҫu khuҩy (có ren hoһc không có ren) và phҫQYDLÿӇ tiӃp xúc vӟi bӅ mһt cӫa phôi hàn
7Uѭӟc tiên dөng cө hàn Qj\ÿL[Xӕng, phҫQFyUHQ[X\rQYjRSK{LKjQ WѭѫQJӭng vӟi chiӅu sâu ngҩu cҫn thiӃW VDXÿyGLFKX\Ӈn dӑFWKHRKѭӟQJKjQÿӇ tҥo thành mӕi hàn Dөng cө hàn vӯa xoay vӯa tӏnh tiӃn xuӕng tiӃp xúc vӟi bӅ mһt vұt hàn nhҵm tҥo nguӗn nhiӋt cҫn thiӃWEDQÿҫu, kӃ tiӃSOjÿL[X\rQYjRYұt hàn (chiӅu sâu bҵng vӟi chiӅu sâu ngҩu) tҥo nhӳng WKD\ÿәi vӅ tә chӭc vұt liӋu; làm cho quá trình biӃn dҥng dҿo mãnh liӋt
ӣ vùng khuҩ\VDXÿyGLFKX\Ӈn dӑFWKHRKѭӟng hàn tҥo thành mӕLKjQ ÿӇ lҥi phía sau dөng cө hàn phҫn kim lӑai vӯa kӃt tinh lҥi, ÿҷQJKѭӟng, cҩu trúc dҥng hҥt mӏn)
Hình 1.1 Dөng cө ÿL[Xӕng và bҳWÿҫu hàn [1]
$Ĉҫu khuҩ\ÿLYjRYұt hàn, B Di chuyӇn dӑFÿѭӡng hàn
Trang 24Có hai khái niӋm cҫn có sӵ hiӇu biӃWÿyOjFҥnh tiӃn và cҥnh lùi cӫa mӕi KjQĈӇ xác ÿӏQKÿ~QJFҫn phҧi biӃt chiӅu quay cӫa dөng cө YjKѭӟng hàn Trong hình 1.1 dөng cө KjQTXD\QJѭӧc chiӅXNLPÿӗng hӗ YjKѭӟQJKjQÿLYjRWURQJWUDQJJLҩ\&NJQJWURQJhình 1.1 thì cҥnh tiӃn nҵm bên phҧi, ӣ ÿy Kѭӟng xoay cӫa dөng cө FQJ Kѭӟng vӟi KѭӟQJKjQ QJѭӧc vӟi chiӅu cӫa dòng chҧy vұt liӋu) và cҥnh lùi nҵm bên trái mӕi hàn,
ӣ ÿyKѭӟng xoay cӫa dөng cө QJѭӧFKѭӟng vӟLKѭӟng hàn (song song vӟi chiӅu cӫa dòng chҧy vұt liӋu)
Dөng cө hàn ma sát khuҩy gӗm 2 phҫQOjYDLYjÿҫu khuҩ\ +uQK ÿҫu khuҩy sӁ thâm nhұp vào phôi và vai sӁ ép lên bӅ mһt phôi TiӃp xúc giӳa vai và vұt liӋu sӁ sinh nhiӋWGRPDViWWURQJNKLÿҫu khuҩy sӁ khuҩy vұt liӋu và tҥo ra mӕi hàn Các hình dҥng ÿLӇn hình cӫDÿҫu khuҩy gӗm dҥng tam giác, trөYX{QJF{Q«QJRjLUD ÿҫu khuҩy còn ÿѭӧc tҥRUHQÿӇ QJăQQJӯa sӵ hình thành khuyӃt tұt hàn và tҥRÿLӅu kiӋn thuұn lӧi cho dòng vұt liӋu di chuyӇn tӕWKѫQ
Hình 1.2 &iFJLDLÿRҥn cӫa quá trình hàn
Hình 1.3 Dөng cө ÿLGӑFKѭӟng hàn tҥo thành mӕi hàn
Trang 25Dөng cө hàn ma sát khuҩ\ÿѭӧc làm bҵng vұt liӋXFyÿӝ cӭQJFDRQKѭ0ROLSGHQ 0R Vonfram (W), Carbide Vonfram (WC) Nhӳng loҥi vұt liӋu này chӕQJÿѭӧc sӵ mài mòn
và biӃn dҥng khi chӏu lӵc lӟn và tӕFÿӝ quay cao Thép là vұt liӋXÿѭӧFѭXWLrQOjPGөng
cө ÿӇ hàn nhôm có thӇ tҥRUDÿѭӧc mӕi hàn có chҩWOѭӧQJYjÿӝ bӅn tӕt vӟi tӕFÿӝ mòn dөng cө thҩp tҥi các thông sӕ phù hӧp [1]
Dөng cө hàn phҧLÿiSӭng ba chӭFQăQJFҫn thiӃWÿyOjWҥo nhiӋt cho vұt liӋu phôi, di chuyӇn và ép vұt liӋXÿӇ tҥo mӕLKjQQJăQFKһn vұt liӋXSKtDGѭӟi vai không bӏ trӗi ra NhiӋWÿѭӧc tҥo ra trong phôi là do sӵ ma sát cӫa cҧ ÿҫu khuҩy và vai dөng cө vӟi phôi cùng vӟi sӵ biӃn dҥng dҿo mãnh liӋt cӫa vұt liӋu trong vùng khuҩy Phҫn vұt liӋXÿѭӧc nhiӋt làm mӅm cөc bӝ [XQJ TXDQK ÿҫu khuҩy chuyӇQ ÿӝng theo chiӅu quay cӫD ÿҫu khuҩy làm cho vұt liӋu di chuyӇn tӯ SKtDWUѭӟFUDSKtDVDXÿҫu khuҩ\YjÿLӅQÿҫy vào khoҧng trӕng cӫa dөng cө NKLQyÿLWӟLSKtDWUѭӟc Vai dөng cө hàn khӕng chӃ kim loҥi
Hình 1.4 Các loҥi mӕi hàn ma sát khuҩy
(a) Hàn giáp mí, (b) Hàn chӗng, (c) Hàn chӳ T, (d) Hàn góc
Hình 1.5 Các thành phҫQFѫEҧn cӫa dөng cө hàn ma sát khuҩy
Trang 26không bӏ trӗi ra khӓi mӕi hàn nhҵm giӳ cho chiӅu cao mӕLKjQWѭѫQJÿѭѫQJYӟi bӅ mһt SK{LEDQÿҫu
1.1.2 Các thông s͙ F˯E̫n cͯa quá trình
ĈҥLOѭӧng ҧQKKѭӣng trӵc tiӃp lên chҩWOѭӧQJFѫWtQKPӕi hàn là nhiӋWOѭӧQJÿҫu vào ĈҥLOѭӧQJQj\ÿѭӧFÿLӅu khiӇn bӣi các thông sӕ FKtQKQKѭVDX Oӵc ép dӑc trөc P, tӕc
ÿӝ quay dөng cө hàn n, vұn tӕc hàn Vh, chiӅu dày vұt hàn, vұt liӋu hàn, thông sӕ hình hӑc, góc nghiêng cӫa dөng cө KjQ«7URQJÿyEDWK{QJVӕ P, n, Vh có mӕi liên hӋ rҩt chһt chӁ vӟLQKDXYjÿѭӧc xem là chӃ ÿӝ KjQWURQJSKѭѫQJSKiSKjQ)6:
Kim [2] ÿmÿѭDUDPӕi quan hӋ giӳa các yӃu tӕ WUrQWK{QJTXDSKѭѫQJWUuQKVDX
7URQJÿy
Q: NhiӋWOѭӧng trên mӝWÿѫQYӏ ÿӝ dài (J/mm)
Ƚ: HiӋu suҩt nhiӋWÿҫu vào
Khi hàn ma sát mӟLÿѭӧc phát triӇn, ba thông sӕ quan trӑng nhҩWÿѭӧc quan tâm nhiӅu nhҩt là chiӅu sâu xâm nhұp cӫa dөng cө hàn, vұn tӕc hàn, tӕFÿӝ quay trөc chính Các thông sӕ Qj\ÿѭӧFÿLӅu khiӇn mӝWFiFKÿӝc lұp nhau trong quá trình hàn Trong ba yӃu
tӕ thì rõ ràng chiӅu sâu xâm nhұp cӫa dөng cө vào vұt hàn có ҧQKKѭӣng lӟQÿӃn lӵc dӑc
Trang 27trөc Dөng cө hàn xuӕng càng sâu thì lӵc dӑc trөFFjQJWăQJYjQJѭӧc lҥi
7URQJTXiWUuQKKjQSK{LKjQÿѭӧFQXQJQyQJÿӃn mӭc vұt liӋu mӅm ÿLÿӃn trҥng thái chҧy dҿRTXDÿyVӁ làm giҧm lӵc dӑc trөc cҫn thiӃt cӫa dөng cө hàn Tuy vұy, ngay cҧ khi thӱ nghiӋm vӟi nhӳng kim loҥLÿLӇQKuQKFKRSKѭѫQJSKiSKjQPDViWNKXҩ\QKѭnhôm thì lӵc dӑc trөc cҫn thiӃt vүn rҩt lӟQĈӇ dөng cө hàn ÿL xuӕng vài milimet thì lӵc dӑc trөc sinh ra có thӇ OrQÿӃn vài ngàn N Chҷng hҥn theo nghiên cӭu cӫa Zhao và cӝng
sӵ [3] thӱ nghiӋm vӟi 2 mӕLKjQFyÿӝ dày là 4,2 mm và 5,2 mm KӃt quҧ cho thҩy, lӵc dӑc trөFGDRÿӝng tӯ 1ÿӃn 5000N, tӕFÿӝ quay trөc chính GDRÿӝng trong khoҧng
1300 v/ph ÿӃn 1900 v/ph, và vұn tӕc hàn WăQJWӯ PPVÿӃn 3,2 mm/s Qua kӃt quҧ cӫa nghiên cӭu trên ta có thӇ WuPÿѭӧc mӝWSKѭѫQJWUuQKWKӵc nghiӋm có thӇ WtQKÿѭӧc lӵc dӑc trөc qua các thông sӕ hàn và thông sӕ hình hӑc dөng cө hàn3KѭѫQJWUuQKFyGҥng QKѭVDX[3]:
ൌ ͲǤʹͲͶ ଵǤ଼ସ (2.4) vӟi d là ÿѭӡng kính dөng cө hàn
7URQJJLDLÿRҥn chuyӇn tiӃp, dөng cө hàn lҩn sâu mӝt khoҧng rҩt bé có thӇ sinh ra mӝt lӵc dӑc trөc rҩt lӟn và lӟQKѫQUҩt nhiӅu so vӟi lӵc dӑc trөc sinh ra trong trҥng thái әn ÿӏnh Mһt khác, lӵc dӑc trөFWăQJOrQJҩSÿӃn 5 lҫn so vӟi trҥQJWKiLWƭQK
Trong quá trình hàn, tӯ O~Fÿҫu khuҩy bҳWÿҫu tiӃS[~FÿӃn khi vai dөng cө bҳWÿҫu tiӃp xúc vӟi mһt trên cӫa vұt hàn lӵc dӑc trөFWăQJOrQÿӃn giá trӏ cӵFÿҥi Khi dөng cө hàn bҳWÿҫu di chuyӇQÿӃn khi kӃt thúc hành trình thì lӵc dӑc trөc gҫQ QKѭOjPӝt giá trӏ NK{QJÿәi
ĈӇ Fyÿѭӧc sӵ ÿLӅu khiӇQFKtQK[iFÿӕi vӟi thông sӕ lӵc dӑc trөc, trên thӵc tӃ mӝt sӕ hӋ thӕng ÿROӵc ÿѫQJLҧQÿѭӧc lҳSÿһt cùng vӟi tҩPÿӃ ViӋc làm này rҩt quan trӑng vì nó
sӁ quyӃWÿӏnh rҩt nhiӅXÿӃn chҩWOѭӧng bӅ mһt và cҩu trúc tinh thӇ cӫa mӕi hàn
1.1.2.2 T͙Fÿ͡ quay dͭng cͭ và v̵n t͙c hàn
Trong các yӃu tӕ thì nhiӋt chính là yӃu tӕ WiFÿӝng trӵc tiӃSÿӃn chҩWOѭӧQJFѫWtQKPӕi hàn, quyӃWÿӏnh khuyӃt tұt cӫa mӕi hàn YӃu tӕ này lҥi là hàm sӕ cӫa rҩt nhiӅu thông sӕ NKiFWURQJÿyKDLWK{QJVӕ FѫEҧn nhҩt là tӕFÿӝ quay trөc chính và vұn tӕc hàn
Trang 28Khi tӕFÿӝ quay cӫa trөFFKtQKWăQJOrQQKLӋWVLQKUDWUrQÿѭӡQJKjQWăQJGүQÿӃn vұt liӋu hàn sӁ mӅPKѫQQrQ\rXFҫu cӫa lӵc dӑc trөc giҧm xuӕQJ7X\QKLrQNKLWDWăQJgiá trӏ tӕFÿӝ quay trөc chính sӁ gһp mӝt sӕ hҥn chӃ QKѭVLQKUDEDYLDWUrQÿѭӡng hàn
do vұt liӋu hàn bӏ WiFKUDYjÿҭ\UDGѭӟi vai dөng cө hàn Nên trong quá trình hàn ta phҧi lӵa chӑn giá trӏ lӵc dӑc trөc phù hӧp cho chҩWOѭӧng mӕLKjQYjÿӝ cӭng vӳng cӫa máy công cө
Khi tӕFÿӝ quay trөc chính (n) trong mӝWÿѫQYӏ thӡLJLDQWăQJNpR theo diӋn tích tiӃp xúc giӳa dөng cө hàn và vұt liӋXWăQJOrQ1Ӄu hӋ sӕ PDViWFRLQKѭNK{QJÿәi, nhiӋt OѭӧQJÿҫu vào trên mӝWÿѫQYӏ thӇ tích sӁ WăQJOrQ1Jѭӧc lҥi, khi vұn tӕc hàn WăQJ (Vh), thӇ tích vұt liӋu cҫn gia nhiӋt sӁ WăQJOrQOѭӧng nhiӋWÿҫu vào chӍ WKD\ÿәLtWGRÿyQKLӋt OѭӧQJWUrQÿѫQYӏ thӇ tích giҧm
Hai thông sӕ này có liên hӋ chһt chӁ vӟLQKDXYjFNJQJҧQKKѭӣQJÿӃn thông sӕ lӵc dӑc trөc Khi n và Vh WăQJWKuÿӅu làm lӵc dӑc trөFWăQJĈһc biӋWNKL9WăQJGөng cө hàn
và trөc chính phҧi chӏu lӵc uӕQWѭѫQJӭng
;iFÿӏnh tӕLѭXKDLWK{QJVӕ trên là mӝt quá trình rҩWNKyNKăQĈӇ khҳc phөFQJѭӡi ta nghiên cӭu thêm mӕi quan hӋ giӳDFK~QJYjÿѭDUDPӝWÿҥLOѭӧng có tên là hӋ sӕ WP,
sӁ ÿѭӧc trình bày ӣ phҫn tiӃp theo
1.1.2.3 H͏ s͙ t͑ s͙ giͷa t͙Fÿ͡ quay và v̵n t͙c hàn WP
1KѭÿmWUuQKEj\FiFWK{QJVӕ ҧQKKѭӣng trӵc tiӃSÿӃn chҩWOѭӧng mӕi hàn là vұn tӕc hàn, tӕFÿӝ quay dөng cө hàn, lӵc ép dӑc trөF«7X\QKLrQYLӋc tӕLѭXKyDFiFWK{QJ
sӕ vұn tӕc hàn và tӕFÿӝ quay rҩWNKyNKăQ7URQJEiRFiRQăP&$:HLV2OHD[4]ÿmÿѭDUDPӝt khái niӋm mӟi hӋ sӕ weld pitch (WP) HӋ sӕ :3ÿiQKJLiQăQJOѭӧng ÿҫXYjRWURQJSKѭѫQJSKiSKjQ)6:ÿyOj\Ӄu tӕ quyӃWÿӏQKÿӃn viӋc hình thành mӕi hàn
HӋ sӕ WP là tӍ sӕ giӳa tӕFÿӝ quay và vұn tӕc hàn cӫa dөng cө hàn
Tӯ ÿyWKҩ\ÿѭӧc khi WP càng lӟn thì thӡi gian thӵc hiӋn mӕi hàn càng lӟnFyQJKƭDOjnhiӋt tҥo ra càng lӟn
Trang 29Trong quá trình hàn, hӋ sӕ WP này có thӇ WKD\ÿәi tùy theo nhu cҫu nhiӋt cӫa tӯng giai ÿRҥQ7Kѭӡng thì, mӝWÿѭӡQJKjQWDFKLDUDOjPEDJLDLÿRҥQ*LDLÿRҥQÿҫu, khi dөng
cө hàn ÿѭӧc khoan sâu vào lӟp vұt liӋu, ta cҫn nhiӋWÿҫu vào lӟQÿӇ có thӇ gia nhiӋt cho lӟp vұt liӋXÿҥWÿӃn nhiӋWÿӝ chҧy dҿo KӃWWK~FJLDLÿRҥQÿҫu, khi nhiӋWÿӝ mӕLKjQÿmәQÿӏnh, chӍ cҫn bә sung thêm mӝWOѭӧng nhiӋWtWKѫQYuOӟp vұt liӋXÿmÿѭӧc gia nhiӋt
ҦQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn chҩWOѭӧng mӕi hàn:
Song và Kovacevic [5] ÿmQJKLrQFӭu sӵ ҧQKKѭӣng cӫa tӕFÿӝ dөng cө ÿӃn moment xoҳn khi hàn bҵng cách thӵc nghiӋPWKD\ÿәi vӟi nhiӅu tӕFÿӝ hàn và tӕFÿӝ quay và tӕFÿӝ ÿL[Xӕng cӫa dөng cө
Tang [6] ÿmWKD\ÿәi tӕFÿӝ dөng cө và chiӅu sâu dөng cө NKLWăQJtӕFÿӝ quay dөng cө WKuWăQJQKLӋt vào Tҩt cҧ nghiên cӭu trên nhҵm nêu lên sӵ WKD\ÿәi nhiӋWÿӝ vùng hàn
và thông sӕ KjQQKѭQJNK{QJGӵ ÿRiQFKҩWOѭӧQJÿѭӡng hàn
A.K LaNVKPLUD\DQDÿmWuPUDYQJWK{QJVӕ tӕLѭXFKRFiFKӧSNLPQK{PFyÿӝ cӭng cao và rҩt khó hàn 2219 ± T87 HӧSNLPQK{P[[[Qj\ÿѭӧc ӭng dөng rӝng rãi trong các ngành công nghiӋp cӵc kì quan trӑQJQKѭ KjQJNK{QJYNJWUө«[7]
Yuh J Chao, Shu Liu and Chi ± +XL&KLHQÿmPӣ rӝQJKѭӟng nghiên cӭu sang các mӕi KjQFyÿӝ dày lӟn Nhóm nghiên cӭXQj\ÿmWKӵc hiӋn mӕi hàn hӧp kim nhôm AA 6061
± T6 có chiӅu dày lên tӟi 37.6 mm ChӃ ÿӝ KjQÿѭӧc áp dөng trong nghiên cӭu này là
Trang 30tӕFÿӝ quay trөc chính 350 v/ph, vұn tӕc hàn 2.5 mm/s [8]
<XKXD&KHQ&KDQJKXD/LXDQG*HSLQJ/LXÿmKjQWKjQKF{QJKDLKӧp kim nhôm LF6 và hӧp kim titan TC1 Ӣ chӃ ÿӝ tӕFÿӝ quay trөc chính 950 v/ph và tӕFÿӝ hàn 118 mm/s mӕLKjQFKRÿӝ cӭng cao nhҩt Quá trình hàn hai hӧSNLPQj\NKyNKăQKѫQYj
dӉ xҧy ra khuyӃt tұWKѫQUҩt nhiӅu so vӟi hàn hai hӧp kim cùng loҥi Thành công trên càng minh chӭQJFKRWtQKѭXYLӋt cӫDSKѭѫQJSKiSKjQPDViWNKXҩy [9]
3HHO0QăPÿmQJKLrQFӭu vӅ tә chӭc tӃ vi, tính chҩWFѫKӑc và ӭng suҩWGѭWURQJmӕi hàn ma sát khuҩ\QKѭPӝt hàm cӫa vұn tӕc hàn cho hàn nhôm AA5083 Nghiên cӭu cho thҩy rҵQJÿһc tính cӫa mӕi hàn chӏu ҧQKKѭӣng tӯ nhiӋt cҩSYjRKѫQOjELӃn dҥQJFѫKӑc bӣi dөng cө hàn Kim loҥi kӃt tinh lҥi trong vùQJKjQFyÿӝ cӭng và giӟi hҥn chҧy thҩSKѫQVRYӟi kim loҥi gӕFĈӝ lӟn cӫa ӭng suҩt dӑc trөFWăQJOrQNKLWăQJtӕFÿӝ hàn
Tran Hung Tra >@ÿmQJKLrQFӭXҧQKKѭӣQJFӫDWӕFÿӝTXD\GөQJFөYjWӕFÿӝKjQÿӃQFiFWtQKFKҩWFѫKӑFFӫD PӕLKjQAA6063-7ҦQKKѭӣQJFӫDWӹVӕ WӕFÿӝTXD\ GөQJFө và WӕFÿӝKjQÿӃQ QKLӋWKjQÿӝFӭQJYjÿӝEӅQNpRFӫD PӕLKjQ
1KѭYұ\FiFQJKLrQFӭXFKӍ[pWPӕLOLrQKӋJLӳDFiFWK{QJVӕF{QJQJKӋÿӃQFKҩWOѭӧQJPӕLKjQPjKҫXQKѭ NK{QJÿӅFұSÿӃQYLӋFWtQKWRiQP{SKӓQJÿӇGӵÿRiQPLӅQWK{QJVӕQKҵPWҥRFѫVӣFKRFiFEѭӟFF{QJQJKӋWLӃSWKHRFӫDTXiWUuQKKjQ
Quá trình sinh nhiӋt trong FSW:
Sӵ hình thành nhiӋt và sӵ truyӅn nhiӋt là mӝt vҩQÿӅ ÿѭӧc nghiên cӭu nhiӅu liên quan ÿӃn hàn ma sát khuҩy trong suӕt nhӳQJQăP 7X\QKLrQÿӇ hiӇXÿѭӧc quá trình hình thành nhiӋt và truyӅn nhiӋt trong hàn ma sát khuҩy cҫn phҧi hiӇu nhiӅu quá trình vұt lý: vұt liӋu chҧy xung quanh dөng cө hàn, áp lӵc tiӃp xúc gây ra bӣi dөng cө hàn, hӋ
sӕ ma sát, mòn, sӵ WKD\ÿәi tính chҩWFѫQKLӋt và hӋ sӕ truyӅn nhiӋW«1DQGDQYjFӝng
sӵ [10] ÿmWUuQKEj\Wәng quan vӅ quá trình nhiӋt trong hàn ma sát khuҩy tӯ lúc phát PLQKÿӃQQăP
Chao và Qi [11] ÿmJLӟi thiӋu mӝt mô hình truyӅn nhiӋt 3D trong hàn ma sát khuҩy vӟi nhiӋWÿҫXYjRNK{QJÿәi Dòng nhiӋWNK{QJÿәi tҥi vai và ÿҫu khuҩy, áp lӵc tiӃp xúc NK{QJÿәLYjÿӏnh luұt ma sát Coulomb thuҫQW~\ÿӇ ѭӟFOѭӧng ӭng suҩt cҳt và nhiӋt làm giҧ ÿӏnh chính cӫa mô hình Các thí nghiӋm hàn tҩPÿѭӧc thӵc hiӋn trên hӧp kim
Trang 31nhôm 6061-7YjѭӟFOѭӧng quá trình sinh nhiӋt cӫa tҩm NhiӋWÿҫXYjRÿѭӧFWKD\ÿәi (theo nguyên lý thӱ dҫQ