1.4 Mục tiêu va nội dung nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sự ảnh hưởng tổng hợp của các thông số đến tính chất của mối hàn ma sát khuấy, trong đó phân tích ảnh hưởng của yếu
Mục tiêu va nội dung nghiên cttu
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu sự ảnh hưởng tổng hợp của các thông số đến tính chất của mối hàn ma sát khuấy, trong đó phân tích ảnh hưởng của yếu tố góc nghiêng đầu tạo ma sát là mục tiêu chính của luận văn.
Quá trình hàn ma sát khuấy chịu ảnh hưởng của nhiều thông số, việc phân tích để xác định đúng các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn ma sát khuấy là cực kỳ quan trọng Do đó vấn đề cần tiến hành:
JV Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình hàn ma sát khuấy.
Dựa trên các nghiên cứu trong và ngoài nước, các đánh giá của chuyên gia để hạn chế các thông số thí nghiệm.
Quá trình làm dẻo kim loại là do ma sát giữa dau han với phôi và lực ép giữa vai dụng cụ với phôi, do vậy cần phải xây dựng phương trình cân bằng nhiệt để xác định các thông số ảnh hướng đến quá trình hàn. vx Tiến hành thực nghiệm, sử dụng phương pháp thống kê và tối ưu hóa để phân tích dữ liệu, từ đó rút ra bộ thông số công nghệ tốt nhất trong điều kiện thí nghiệm Ba thông số thí nghiệm chính được thực hiện là tốc độ quay trục chính, vận tốc hàn và góc nghiêng đầu dụng cụ Thực nghiệm sẽ lấy các kết quả về độ bền kéo của mối hàn, lực theo hướng hàn và lực dọc trục để phân tích.
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn với vật liệu hợp kim nhôm A5052, với tốc độ trục chính 1000-1800 vòng/phút, tốc độ hàn từ 30-80 mm/phút, góc nghiêng đầu dụng cụ nhỏ hơn 5°.
Ý nghĩa và đóng góp của đề tai 2.000000 ee ĩ
Thuctién 0.0 000000000000 0000000008 7
Trong chương này tôi xin trình bày nguyên lý hàn ma sát khuấy, tổ chức tế vi,thuộc tính cơ khí của mối hàn, quá trình hình thành nhiệt và biến dạng dẻo của mối hàn ma sát khuấy.
Quá trình sinh nhiệt khihàn
Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hàn
Vai dụng cụ cung cấp nhiệt và quyết định vùng tạo nhiệt, trong khi đó đầu khuấy tạo dáng dòng biến dạng để tạo thành mối hàn và cũng tạo ra sự cân đối thành phần nhiệt mối hàn (tùy thuộc vào kích thước của nó) Dụng cụ xoay ở tốc độ cao nhưng ở đây tốc độ vùng biên ngoài của vai và đầu khuấy cao hơn nhiều so với tốc độ di chuyển hàn Hàn FSW chủ yếu là dùng sự phân tán sệt trong vật liệu phôi điều khiển bởi ứng suất cắt lớn ở bề mặt giữa dụng cụ và phôi Tuy nhiên điều kiện biên trong mối hàn này là khá phức tạp Vật liệu ở bề mặt tiếp xúc có
2 CƠ SỞ LÝ THUYET thể: một là bám dính vào dụng cụ, trong trường hợp đó có cùng vận tốc với vận tốc dụng cụ, hai là có thể trượt, trong trường hợp này vận tốc thấp hơn và không cùng chiều với dụng cụ Nhiệt độ và ứng suất tiếp xúc thay đổi lớn trên khắp dụng cụ, do đó không giống như điều kiện tiếp xúc đơn thuần Tiếp xúc có thể một phần bị trượt, một phần bị dính và nếu có hiện tượng nóng chảy cục bộ xảy ra thì sẽ có sự kết hợp hiện tượng trượt, dính Nóng chảy cục bộ của phân tử pha thứ hai hoặc cấu trúc cùng tinh sẽ làm giảm nhanh chóng ứng suất cắt một cách hiệu quả dần đến giá trị không sẽ dẫn đến sự giảm mạnh ở lượng nhiệt sinh ra và sự gia nhiệt.
Do đó, sự tạo nhiệt có thé tự ổn định ở nhiệt độ gần đường rắn, khối lượng kim loại nóng chảy được khống chế duy trì rất nhỏ nhằm giảm tối đa những vẫn đề có liên quan như nứt kết tinh, rổ khí, Để dễ dàng cho việc tính toán, có thể chia quá trình ma sát khuấy thành 5 giai đoạn sau:
Giai đoạn ban đầu (Plunge period): Trong giai đoạn này, dụng cụ xoay đến chạm vào vật liệu phôi tại mối ghép Ban đầu hệ số ma sát cao (0,4 + 0,5), moment xoắn và lực đi xuống của dụng cụ cần đủ lớn để đầu khuấy xâm nhập hết vào phôi Bằng thực nghiệm thông thường thời gian để đầu khuấy hoàn toàn tiến sâu vào phôi là từ 2s + 5s, tùy thuộc vào chiều dày phôi, số vòng quay và lực tác dụng.
Giai đoạn quay tại chổ (Dwell): Khi vai vừa tiếp xúc vào phôi, giai đoạn dừng bắt đầu Lực đi xuống giảm dần xuống dưới giá trị lực đi xuống chuyển tiếp. Ban đầu lượng nhiệt tạo ra trong giai đoạn này là khá cao so với nhiệt độ tạo ra trong lúc dụng cụ di chuyển, khi vật liệu phôi được làm mềm, hệ số ma sát giảm đến 0.35 Vật liệu dưới vai được nung nóng và cùng với biến dạng dẻo trước khi hàn.
Giai đoạn nhiệt không ổn định (Transient Heating): Lực đi xuống tăng khi vai đến tiếp xúc với vật liệu mới Hệ số ma sát giảm đến 0.3 Nhiệt bắt đầu hình thành xung quanh vai cho đến khi trạng thái bảo hòa xảy ra.
Giai đoạn chuẩn ổn định (Pseudo Steady State): Lực đi xuỗông và moment xoắn ồn định, hệ số ma sát duy trì ở 0.3, không có thêm nhiệt hình thành xung quanh vai Nhiệt độ gần như duy trì không đổi.
Giai đoạn sau ổn định (Post Steady State): Gần cuối đường hàn nhiệt độ có thể phản hồi từ cuối tấm dẫn đến tăng thêm nhiệt xung quanh vai dụng cụ. Để đạt được quá trình xử lý tốt, vật liệu hàn phải được nung nóng trước cùng với quá trình biến dạng dẻo trong khi thực hiện Điều này có thể đạt được bằng
2 CƠ SỞ LÝ THUYET cách tăng số vòng quay n hoặc tăng bán kính vai Rg Khi V, tăng, nhiệt độ trước dụng cụ giảm, điều này xảy ra là do không đủ thời gian để phân phối nhiệt.
Hình 2.2: Sơ đồ các giai đoạn của quá trình hàn
Sự truyền nhiệt vào vat hàn 12 2.2 Dong chảy vật liệu La 13
Sự truyền nhiệt chủ yếu xảy ra theo các định luật truyền nhiệt, mặc dù các dong đối lưu trong kim loại gây ảnh hưởng nhất định đối với sự tải nhiệt ở gần vùng hàn, khối lượng vùng hàn càng lớn thì vai trò của chúng càng lớn.
Trên cơ sở các nguyên tắc tác dụng cục bộ và tham gia có thể nhận thấy rằng các đặc điểm truyền nhiệt và khối lượng dòng kim loại phân tán sệt cũng như các sai số tức thời của công suất nguồn so với các giá trị trung bình, có ảnh hưởng hạn chế đối với trường nhiệt độ Sự phân tích trường nhiệt độ trong vật han khi nguồn nhiệt hàn di động thông thường được thực hiện trong hệ tọa độ không gian di chuyển cùng với nó Sau một thời gian nhất định khi tốc độ hàn và công suất hiệu dụng ổn định, bắt đầu trạng thái ổn định, ở đó trường nhiệt độ di động hầu như không thay đổi.
Thời gian bắt đầu trạng thái tĩnh định (thời gian của chu kỳ bảo hòa nhiệt) phụ thuộc vào tốc độ hàn, khoảng cách giữa các khối lượng được khảo sát và cường độ dẫn nhiệt của nó.Chu kỳ bảo hòa nhiệt được rút ngắn bởi sự giảm khoảng cách tới nguồn nhiệt, sự tăng tốc độ hàn và độ dẫn nhiệt của vật liệu, sự tăng thể tích vật thể và tốc độ truyền nhiệt vào môi trường xung quanh và sự giảm nhiệt dung
2 CƠ SỞ LÝ THUYET của vật liệu.
Trong han FSW, hầu hết nguồn nhiệt được phân bố trên khắp dụng cụ Dòng nhiệt phân bố trên một đơn vị diện tích của vai được xác định:
= on me WI) (2.1) g1 Ỏ đây q, là một hàm của bán kính vai, cường độ nhiệt tăng khi bán kính r tăng vì Ry