Tóm tắt: Nghiên cứu này sẽ nghiên cứu các thông số công nghệ trên ảnh hưởng đến độ bền kéo, lực dọc trục và lực hàn của mối hàn FSW. Bên cạnh đó nghiên cứu này cũng xác định tác động của lực dọc trục, lực hàn tác động lên dụng cụ và thiết bị hàn. Quá trình phân tích ảnh hưởng của các thông số trên được tiến hành bởi quá trình xây dựng mô hình toán học và thiết kế mô hình thực nghiệm
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM NGUYỄN VẤN VŨ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CƠNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾN Q TRÌNH GIA CƠNG HÀN MA SÁT KHUẤY CHI TIẾT VẬT LIỆU HỢP KIM NHÔM 6061 DẠNG ỐNG TRỤ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Mã SỐ: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2017 Luận văn thạc sĩ Học viên: Nguyễn Văn Vũ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc Trang MSHV: 1570821 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng nãm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) Học viên: Nguyễn Văn Vũ Trang MSHV: 1570821 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc LỜI CẢM ƠN Lời đâu tiên cảm ơn đến Thầy Trần Thiên Phúc giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Thầy giảng dạy giúp từ mơn học đến việc hồn thành luận văn, cho tơi lời động viên thực đề tài, hỗ trợ thiết bị đo kiểm loại Sau thời gian học tập, tiếp thu nhiều kiến thức quý báu từ Thầy Cô để hồn thành đề tài tự tin nghiên cứu giải vấn đề kỹ thuật Một lần xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Trần Thiên Phúc quý Thầy/Cô trường Kỹ Thuật Cao Thắng, Phịng thí nghiệm sức bền vật liệu, mơn Kỹ thuật nhiệt, phịng thí nghiệm đo lường Đại Học Bách Khoa ln giúp đỡ tạo điều kiện cho thực thí nghiệm Tơi xin cám ơn đến anh chị, bạn bè đặc biệt thành viên lớp cao học ngành Kỹ Thuật Cơ Khí - Đợt 2/2015 chia sẻ giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Và lời cảm ơn cuối cùng, chân thành cảm ơn tất người thân gia đình ln giúp đỡ, động viên hỗ trợ tơi q trình học tập nghiên cứu trường Đại học Bách khoa TP.HCM Chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Văn Vũ Học viên: Nguyễn Văn Vũ Trang MSHV: 1570821 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc TĨM TẮT Nghiên cứu thí nghiệm hàn ma sát khuấy (FSW) mơ hình ống trụ, vật liệu hợp kim nhôm 6061 thực hiên máy phay vạn Makino Nhật với số vịng quay trục vơ cấp sử dụng biến tầng để điều chỉnh xưởng khí Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Hai đoạn ống nhôm cần hàn có kính thước đường kính ngồi 0100mm, dày 5mm, chiều dài 40mm gia công mặt đầu phẳng gá trục gá thiết kế đảm bảo độ cứng vững, đồng tâm định vị mặt ửong kẹp chặt hai đoạn đai ốc, trục gá lắp ửên hệ thống truyền dẫn vô cấp với mức tốc độ xác định khác Mô hình thiết kế để dự đốn độ tin thông số công nghệ gồm: Tốc độ dụng cụ, tốc độ hàn, bán kính vai hàn, điều kiện hàn ma sát dạng ống trụ Nghiên cứu nghiên cứu thông số công nghệ hên ảnh hưởng đến độ bền kéo, lực dọc trục lực hàn mối hàn FSW Bên cạnh nghiên cứu xác định tác động lực dọc trục, lực hàn tác động lên dụng cụ thiết bị hàn Q trình phân tích ảnh hưởng thơng số tiến hành q trình xây dựng mơ hình tốn học thiết kế mơ hình thực nghiệm Từ khóa: Hàn ma sát khuấy, ống nhơm 6061, số vịng quay trục chính, tốc độ hàn, bán kính vai dụng cụ, ứng suất kéo ABSTRACT This study aimed to experimentally explore the friction stir welding (FSW) on the aluminum alloy 6061 pipe (made on milling machine MAKING with stepless inverter control at Cao Thang Technical College in HCM City, Vietnam) Two pipe sections have the same outer diameter of 100mm, thickness 5mm, length 40mm is tightly hinged on a system specifically designed to be capable of rotation in the mold welding different speed, Học viên: Nguyễn Văn Vũ Trang MSHV: 1570821 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc easy installation and adjustment This model is used to predict the reliability parameters of the tool rotational speed, welding speed and radius shoulder tool This study will investigate the effect of welding parameters on the tensile strength, the axial force and the welding force of joint produced by the FSW process The process of analyzing the impact of the above parameters was carried out by the process of mathematical modeling and experimental design model Keywords: Friction Stir Welding, A6061-Pipe, tool rotational speed, welding speed, radius shoulder tool, tensile strength Học viên: Nguyễn Văn Vũ Trang MSHV: 1570821 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Nguyễn Văn Vũ MSHV: 1570821 Theo định giao đề tài luận văn cao học phòng Đào tạo Sau đại hoc, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, thực luận văn cao học với đề tài “Nghiên Cứu Các Thông số Cơng Nghệ Ảnh Hưởng Đến Q Trình Gia Cơng Hàn Ma Sát Khuấy Chi Tiết Vật Liệu Hợp Kim Nhôm 6061 Dạng Ống Trụ” hướng dẫn Thầy PGS.TS Trần Thiên Phúc Tôi xin cam kết luận văn tốt nghiệp cao học tôi, số liệu luận văn thực, thực hiên luận văn theo quy định phòng Đào tạo sau đại học theo hướng dẫn Thầy PGS.TS Trần Thiên Phúc Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Học viên MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN NGHIÊN cứu 15 1.1 GIỚI THIỆU 15 1.2 PHẠM VI ÚNG DỤNG 16 1.2.1 Trong ngành hàng không vũ trụ: .16 1.2.2 Trong ngành công nghiệp ô-tô 18 1.2.3 Trong ngành đường sắt 18 1.2.4 Trong cơng nghiệp đóng tàu: 19 1.3 TÌNH HÌNH CÁC NGHIÊN cứu TRÊN THÓI GIỚI 20 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu TRONG NƯỚC 20 1.5 NHẬN XÉT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: 22 1.6 Ý NGHĨA VÀ MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN cứu 22 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 1.6.2 Ý nghĩa nghiên cứu .23 Chương SỞ LÝ THUYẾT VÈ HÀN MA SÁT KHUẤY 24 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT KHUẤY 24 2.2 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT KHI HÀN 25 2.2.1 Đặc điểm chung 25 2.2.2 Quá trình nhiệt sinh trình hàn .26 2.2.3 Quá trình truyền nhiệt vào vật hàn 28 2.2.4 Hai mơ hình động học 29 2.3 Lực VÀ MOMENT TRONG QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT KHUAY 31 2.4 DỤNG cụ HÀN 33 Chương PHỮƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 44 3.1 MƠ HÌNH BÀI TỐN SINH NHIỆT 44 3.1.1 Mơ hình tốn nhiệt đầu dụng cụ khuấy hình trụ 44 3.1.2 Mơ hình tốn nhiệt đầu dụng cụ khuấy ống trụ 48 3.2 XÂY DỤNG MÔ HÌNH cin TIẾT THÍ NGHIỆM ' 50 3.2.1 Thiết bị máy dùng để thí nghiệm 51 3.2.2 Dụng cụ hàn 53 3.2.3 Phôi hàn .54 3.3 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN CÁC THÔNG SỐ THựC NGHIÊM 56 3.3.1 Phân tích 56 3.3.2 Chọn thông số đầu vào thực nghiệm 56 3.4 TRÌNH Tự THựC HIỆN THựC NGHIẸM: 62 3.5 KIÊM TRA ĐỘ BỀN KÉO CỦA MỐI HÀN .64 3.6 KIÊM TRA Lực DỌC TRỤC Fz, Lực HÀN Fx 66 Chương PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 68 4.1 THỰC NGHIÊM KHẢO SÁT MIỀN GIÁ TRỊ THÔ 68 4.2 THựC NGHIỆM ĐON YẾU TỐ .73 4.3 THỰC NGHIỆM YẾU TỐ TOÀN PHẤN 79 4.3.1 Xác định phưomg trình hồi quy 79 4.3.2 Kiểm tra ý nghĩa hệ số phưomg trinh hồi qui 90 4.3.3 Kiểm tra tương thích phương trinh hồi quy 91 4.4 PHÂN TÍCH MỐI TƯƠNG QUAN CỦA HÀM MỤC TIÊU VỚI TÙNG CẶP YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG .94 Chương KẾT LUẬN .97 5.1 NHẬN XÉT VẤ ĐÁNH GIÁ NGHIÊN cứu .97 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI .98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHU LỤC A 102 PHỤ LỤC B 103 PHỤ LỤC c 105 PHỤ LỤC D 107 PHỤ LỤC E 110 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hàn ma sát khuấy ống nhôm .15 Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hàn ma sát khuấy 16 Hình 1.3 Tàu thoi NASA 17 Hình 1.4 Các phận máy bay hàn phương pháp hàn ma sát khuấy .18 Hình 1.5 Phần khung cabơ ơtơ 18 Hình 1.6 Tàu Hitachi’s A-Train ngành đường sắt Anh .19 Hình 1.7 ứng dụng đóng tàu 19 Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hàn ma sát khuấy cho chi tiết dạng .25 Hình 2.2 Ảnh hưởng điều kiện trượt - dính đến q trình sinh nhiệt [12] 26 Hình 2.3 Biểu đồ giai đoạn trình hàn lực 28 Hình 2.4: Tổ chức vùng sinh nhiệt mối hàn ma sát khuấy 29 Hình 2.5 Mơ hình vùng hàn ma sát khuấy 31 Hình 2.6 Bố trí lực hệ trục tọa độ hàn .32 Hình 2.7 Lực tác dụng trình hàn ma sát khuấy 33 Hình 2.8 Các biên dạng đầu hàn 34 Hình 2.9: Vai lồi dạng cong hình nón .41 Hình 2.10: Một số dạng mặt vai 41 Hình 2.12 Đầu khuấy trụ ren đáy bo 42 Hình 2.13 Đầu khuấy có trụ ren đáy phẳng 43 Hình 3.1 Phân bố nhiệt bề mặt dụng cụ hàn 44 Hình 3.2 Mặt cắt thể phân bố nhiệt vi phân chốt vai 45 Hình 3.3 Sơ đồ mơ hình hàn mẫu ống trụ hợp kim nhơm 48 Hình 3.4: Hình tổng thể hệ thống thí nghiệm 51 Hình 3.5: Đồ gá hàn loadcell thiết bị đo lực Fz Fx 52 Hình 3.6 Bản vẽ chi tiết dụng cụ .53 Hình 3.7: Dao khuấy chế tạo để sử dụng thực nghiệm 54 Hình 3.8: Chuẩn bị phôi tiện cắt đứt phôi mở chống bị oxy hóa mặt đầu .55 Hình 3.9: Các thiết bị để điều chỉnh số vịng quay trục 58 Kết luận: Các hệ số ti2, ti3 tương ứng với bi2, bi3 chưa thỏa, phải thực nghiệm lại bước kiểm tra tương thích phương trình hồi quy khơng thỏa - Kiểm tra hệ số phương trình hồi quy y3 ứng suất kéo ữK (Mpa) S2(y2) 4.3.3 Kiểm tra tương thíchSbi phương bi ti trinh hồi quytb 0.494089 308.7229 2.05 kiểm0định theo Sự 0.941621 tương thích0.244124 phương trình hồi quy với thực nghiệm 0.052312 0.052312 0.228719 0.228719 " = sỆ)”/') 0.052312 0.228719 5.123649 0.078468 0.280122 3.486202 12 0.078468 0.280122 3.253788 13 0.280122 13.86733 23 tiêu chuẩn Fisher F _ s2, 0.078468 Ta có: F =—77— s (y) 0.156937 0.396153 -5.43992 -0.44278 -6.28148 0.156937 1.059087 Trong p số hệ số có 0.396153 ý nghĩa phương trình hồi quy (4,8) (4.9) 11 22 0.156937 0.396153 1.716452 33 0.117703 0.343078 2.087413 123 Kêt luận: Các hệ sơ Í2, Í22, Í33 tương ứng với b2, b22, b33 chưa thỏa, có thê phải thực nghiệm lại bước kiểm tra tương thích phương trình hồi quy không thỏa TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 yi y2 y3 y’1 y'2 y'3 (Fx) (Fz) (ơK) (Fx) (Fz) (ơK) 128 122 5595 4580 153.39 153.91 158.51 148.33 5276.30 4717.52 155.18 151.03 134 124 135 4234 5611 5183 149.74 151.82 149.48 138.15 146.56 148.33 4300.63 5339.99 4949.46 146.89 152.27 151.29 137 162 152 165 240 201 107 159 129 5207 4843 4629 4080 4604 3932 4249 4068 5647 152.60 155.21 147.14 154.95 163.28 147.92 139.32 150.78 160.68 150.11 134.60 148.33 162.07 198.21 207.78 217.35 206.00 207.78 4700.83 5067.24 4844.96 4764.58 4966.30 4518.02 4211.63 5140.49 4749.96 150.32 149.36 151.55 153.75 155.25 151.37 147.48 152.54 152.54 265 247 264 3595 5562 4923 157.29 150.00 150.00 209.56 213.79 207.78 4501.33 4978.24 4645.46 152.54 149.82 153.71 182 105 183 5586 6239 6541 160.16 150.00 154.69 201.76 154.57 183.89 4454.58 6090.18 5752.41 157.59 150.35 146.72 242 173 274 5417 6762 5132 143.75 136.98 151.82 213.21 182.11 183.89 5556.52 6374.88 5984.35 143.10 147.83 148.81 161 156 151 6273 6272 5478 148.96 155.21 146.35 185.67 209.65 183.89 5735.71 6323.13 5879.85 149.78 145.31 150.89 133 5164 158.07 158.13 5578.46 156.46 - Kiểm tra tính tương thích phương trình hồi quy lực hàn yi (Fx (N)) F„ = = 84'6423 =0.18346 với mức ý nghĩa p=0.05, số hệ số phương ” s2(y) 461.5833 trình có ý nghĩa p=5, fb= N-p = 27-5 = 22; fy= N (n-1) = 27(2-1) = 27 Tra bảng [20] ta có Fb=1.88 Vậy Ftt < Fp, phương trình tương thích với thực nghiệm y1 = 207.778 + 17.778*3 -15.458*3*3 -41.667*,2 -19.75*3*2*3 (4.10) - Kiểm tra tính tương thích phương trình hồi quy lực hàn y2 (Fz (N)) F6558.134 = X = 16848'82 =2.569149, với mức ý nghĩa J o rp=0.05, số hệ số phương F s" s (y) trình có ý nghĩa p=5, fb= N-p = 27-5 = 22; fy= N (n-1) = 27(2-1) = 27 Tra bảng [20] ta có Fb=1.88 Vậy Ftt > Fp, phương trình khơng tương thích với thực nghiệm Xét mức ý nghĩa p=0.01 Tra bảng [20] ta có Fb=2.63 Vậy Ftt