Hoàn thiện các thông số công nghệ của hàn ma sát khuấy cho hợp kim nhôm

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN HẢI TRIỀU HOÀN THIỆN CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA HÀN MA SÁT KHUẤY CHO HỢP KIM NHƠM Chun ngành: Cơng Nghệ Chế Tạo Máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHIà VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Hải Triều Phái: Nam…………………… Ngày, tháng, năm sinh: 23/06/1984 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Chế tạo máy MSHV: 00407232 1- TÊN ĐỀ TÀI: HỒN THIỆN CÁC THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ CỦA HÀN MA SÁT KHUẤY CHO HỢP KIM NHÔM 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: + Nghiên cứu tổng quan lý thuyết công nghệ hàn ma sát khuấy ứng dụng cho vật liệu nhôm + Đề xuất giải pháp tính tốn thông số lực gây khuấy đảo, lực kẹp, gá phôi + Thực nghiệm kiểm chứng lý thuyết hồn thiện cơng nghệ 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS LƯU PHƯƠNG MINH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Tiến sĩ Lưu Phương Minh giúp tơi hồn thành đề tài “Hồn thiện thông số công nghệ hàn ma sát khuấy cho hợp kim nhơm” Việc hồn thành đề tài đóng góp vào việc hồn thiện lý thuyết công nghệ hàn ma sát khuấy ứng dụng thực tiễn vào sản xuất Ngoài xin cảm ơn thầy Đinh Lê Cao Kỳ cơng tác khoa Cơ khí, trường Đại học Cơng nghệ Thực phẩm TPHCM Trong suốt trình thực luận văn nhiệt tình giúp tơi kiến thức trang thiết bị máy móc phục vụ cho thí nghiệm đo lực dọc q trình hàn ma sát khuấy Xin chân thành cảm ơn Phòng Đào Tạo Sau Đại Học ĐHBK-TP.HCM, thầy cô, bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ tơi hai năm học vừa qua Xin chân thành cảm ơn bạn Trần Thanh Chung công tác Xưởng C1, Khoa Cơ khí trường đại học Bách Khoa TPHCM, anh Mai Đăng Tuấn cơng tác Khoa Cơ Khí Trường Cao Đẳng Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân cổ vũ động viên tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Lần tơi trân trọng ghi nhận cơng lao người giúp tơi hồn hồn thành luận văn Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng năm 2010 Trần Hải Triều TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Hiện nay, ngành hàn đóng góp đáng kể hầu hết lĩnh vực sản xuất phục vụ hữu hiệu cho sống người, nhiên phương pháp hàn tiên tiến số nhược điểm như: lượng tiêu hao lượng đáng kể, sản sinh lượng khí thải độc hại gây nhiểm mơi trường, gây ảnh hưởng đến sức khỏe người công nhân hàn, chưa hàn số kim loại có tính hàn khó, Vì nhà khoa học nghiên cứu đưa phương pháp hàn ma sát khuấy nhằm khắc phục nhược điểm Đề tài “Hoàn thiện thông số công nghệ hàn ma sát khuấy cho hợp kim nhơm” với mục đích nghiên cứu trình hàn ma sát khuấy, sâu vào lý thuyết công nghệ hàn ma sát khuấy, thiết kế dụng cụ hàn, xác định thông số trình hàn, thực nghiệm xác định lực dọc phát sinh trình hàn ma sát khuấy, sau kiểm tra tính mối hàn so sánh với phương pháp hàn khác Với đề tài trên, tác giả hy vọng góp bước nhỏ việc phát triển ứng dụng công nghệ hàn ma sát khuấy ngành khí nước nhà i MỤC LỤC MỤC LỤC i MỤC LỤC HÌNH ẢNH iii MỤC LỤC BẢNG BIỂU vii Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP HÀN MA SÁT KHUẤY 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tính cấp thiết đề tài .1 1.2 Tóm tắt sở lý thuyết .4 1.3 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.4 Mục tiêu đề tài 15 1.5 Phương pháp thực .15 1.6 Giới hạn đề tài – phạm vi nghiên cứu 15 1.7 Kết luận 16 Chương 2: HỢP KIM NHÔM TRONG HÀN MA SÁT KHUẤY 17 2.1 Khái quát hợp kim nhôm 17 2.2 Đặc tính học hợp kim nhôm hàn ma sát khuấy .23 2.3 Sự thay đổi tổ chức hợp kim nhôm sau hàn 33 Chương 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT KHUẤY 56 3.1 Quá trình sinh nhiệt hàn .56 3.2 Dòng chảy vật liệu 63 Chương 4: PHÂN TÍCH LỰC Q TRÌNH HÀN MA SÁT KHUẤY VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN 73 4.1 Phân tích lực trình hàn ma sát khuấy 73 4.2 Sự ảnh hưởng chế độ hàn đến chất lượng mối hàn 84 Chương 5: THỰC NGHIỆM VÀ HỒN THIỆN THƠNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT KHUẤY 92 5.1 Phương pháp thực nghiệm phát biểu toán hộp đen 92 5.2 Thiết bị, phôi, dụng cụ hàn, đồ gá thiết bị đo, mơ hình thí nghiệm 93 5.3 Thực nghiệm đơn yếu tố 97 ii 5.4 Quy hoạch yếu tố thực nghiệm toàn phần 99 5.5 Kết luận thí nghiệm đo lực dọc 105 5.6 So sánh kết thực nghiệm kết [13] mục 4.1 106 5.7 Hồn thiện thơng số cơng nghệ hàn ma sát khuấy 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 So sánh độ cong vênh sau hàn Hình 1.2 So sánh tổ chức tế vi mối hàn Hình 1.3 Các kiểu lien kết hàn Hình 1.4 Một số sản phẩm hàn ma sát khuấy .3 Hình 1.5 Dụng cụ xuống bắt đầu hàn Hình 1.6 Dụng cụ dọc hướng hàn tạo thành mối hàn Hình 1.7 Các giai đoạn trình hàn Hình 1.8 Hình minh họa q trình hàn hợp kim nhơm sắt .5 Hình 1.9 Các vùng kim loại mối hàn .6 Hình 1.10 Khoảng cách bước hàn Hình 1.11 Một số hình ảnh dụng cụ hàn ma sát khuấy Hình 1.12 Cấu tạo đầu khuấy Hình 1.13 Dây chuyển thiết bị hàn ma sát khuấy HITACHI Hình 1.14 Dây chuyển thiết bị hàn ma sát khuấy đại học OSAKA 10 Hình 2.1 Góc giãn đồ pha Al – nguyên tố hợp kim 18 Hình 2.2 Góc giàu Al giãn đồ pha Al - Cu 20 Hình 2.3 Hóa già hợp kim AlCu4 sau 21 Hình 2.4 Tổ chức tế vi hợp kim Al - (10-13)% Si .22 Hình 2.5 Hình minh họa vùng khác hàn ma sát khuấy 24 Hình 2.6 Kết độ cứng cho hàn ma sát khuấy nhôm 2024 với độ tuổi tự nhiên lớn tháng .25 Hình 2.7 Độ cứng tế vi hàn ma sát khuấy vị trí khác mặt cắt.26 Hình 2.8 Đường cong S-N mối hàn giáp mí 6mm so sánh với mối hàn giáp mí có chiều dày mỏng 28 iv Hình 2.9 Tỷ lệ gia tăng nứt hàn ma sát khuấy nhôm 2024-T351 so sánh với kim loại 29 Hình 2.10 Sự dịch chuyển độ hở đầu nứt so với gia tăng nứt ổn định 29 Hình 2.11 Biên dạng độ cứng theo phương ngang cắt ngang mối hàn ma sát khuấy AA5083 đo 1,7mm từ chân đường hàn 30 Hình 2.12 Độ cứng tế vi ngang mối hàn ma sát khuấy 5083-H131 dày 25,4mm, 250 vòng/phút 127 mm/phút 31 Hình 2.13 Đặc tính sức căng mối hàn 5083-H112 hàn ma sát khuấy, hàn MIG hàn khí bảo vệ .32 Hình 2.14 Vị trí kích thước mẫu thí nghiệm ứng suất dọc giản đồ độ bền kéo (YS) độ bền uốn (UTS) 33 Hình 2.15 Mặt cắt ngang mối hàn .42 Hình 2.16 Sự phân bố độ cứng mối hàn 42 Hình 2.17 Ảnh hưởng vận tốc hàn đến phân bố ứng suất 43 Hình 2.18 Sự liên hệ biến dạng ứng suất 43 Hình 2.19 Sự phân bố độ cứng mối hàn 44 Hình 2.20 Mối liên hệ vận tốc lượng hàn 46 Hình 2.21 Ảnh hưởng vận tốc hàn đến độ cứng kim loại mối hàn 47 Hình 2.22 Ảnh hưởng vận tốc hàn đến độ cứng vùng tâm mối hàn 47 Hình 2.23 Ảnh hưởng vận tốc hàn đến độ cứng vùng HAZ .48 Hình 2.24 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ cứng mối hàn .48 Hình 2.25 Sự phân bố độ cứng mối hàn 51 Hình 2.26 Sự liên hệ số vịng quay đến cỡ hạt 51 Hình 2.27 Ảnh hưởng số vòng quay đến độ cứng mối hàn .52 Hình 2.28 Sự liên hệ số vòng quay đến a) giới hạn bền chảy b) giới hạn bền kéo c) độ giản dài d) độ giản dài toàn phần .53 Hình 2.29 Ảnh hưởng số vòng quay đến tổ chức kim loại mối hàn 54 Hình 2.30 Hình ảnh khuếch tán ngược hàn với tốc độ hàn khác 55 Hình 3.1 Sự phân bố nhiệt mối hàn 57 v Hình 3.2 Ảnh hưởng điều kiện trượt-dính đến q trình sinh nhiệt 58 Hình 3.3 Các giai đoạn trình hàn 59 Hình 3.4 Khoảng cách bước hàn 64 Hình 3.5 Tổ chức kim loại mối hàn 64 Hình 3.6 Sự hình thành vịng dạng củ hành .64 Hình 3.7 Các dạng cấu trúc vùng mối hàn .65 Hình 3.8 Vết mảnh dây kim loại 66 Hình 3.9 Vết mảnh kim loại vùng tiến vùng lùi 66 Hình 3.10 Sự kết hợp dòng chảy .67 Hình 3.11 Sự xen kẽ hai dòng chảy 68 Hình 3.12 Các vùng kim loại mơ hình 68 Hình 3.13 Sự bố trí lực hệ trục tọa độ 70 Hình 3.14 Ảnh hưởng lực ép đến chất lượng mối hàn 70 Hình 3.15 Sự liên hệ vận tốc hàn số vòng quay dụng cụ 71 Hình 3.16 Các vùng kim loại 71 Hình 3.17 Các dịng chảy kim loại 72 Hình 4.1 Dịch chuyển kim loại theo lớp tác dụng vai chốt dụng cụ hàn điều kiện trượt dính 74 Hình 4.2 Dụng cụ hình trụ sử dụng thực nghiệm để phân tích tượng dòng chảy kim loại theo lớp .76 Hình 4.3 Mơ hình thí nghiệm đo lực dọc suốt hành trình di chuyển dụng cụ 77 Hình 4.4 Mơ hình thí nghiệm đo lực dọc suốt hành trình hàn ma sát khuấy 78 Hình 4.5 Phân bố áp lực xung quanh dụng cụ hàn hình trụ 79 Hình 4.6 Biến thiên mơmen xoắn cho vòng vòng quay dụng cụ hàn 80 Hình 4.7 Dịng kim loại theo lớp thu chuyển động dụng cụ hàn 81 Hình 4.8 Giá trị tính tốn thực nghiệm lực dọc tương ứng với thay đổi khối lượng kim loại dịch chuyển suốt trình di chuyển dụng cụ .83 Hình 4.9 Sơ đồ trình hàn FSW 85 vi Hình 4.10 Hình dáng vùng biến dạng 86 Hình 5.1 Bài tốn hộp đen cho trình nghiên cứu .93 Hình 5.2 Máy phay hiệu MAIKE Đài Loan 94 Hình 5.3 Dụng cụ hàn ma sát khuấy 94 Hình 5.4 Hình vẽ mặt cắt dụng cụ điển hình 95 Hình 5.5 Đồ gá thiết bị đo lực .95 Hình 5.6 Mơ hình sơ đồ khối thí nghiệm đo lực dọc .96 Hình 5.7 Sơ đồ điện mạch đo thí nghiệm đo lực dọc 96 Hình 5.8 Mơ hình lấy giá trị lực đo trình hàn 97 Hình 5.9 Phân bố lực dọc theo chiều dài đường hàn .99 Hình 5.10 Mẫu mối hàn ma sát khuấy chế độ gia công n=700 vịng/phút, V=25 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=4 mm 107 Hình 5.11 Mẫu mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=1200 vịng/phút, V=50 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=8 mm 107 Hình 5.12 Mẫu mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=1200 vịng/phút, V=75 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=8 mm 107 Hình 5.13 Mẫu mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=950 vịng/phút, V=50 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=6 mm 108 Hình 5.14 Mẫu mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=1200 vịng/phút, V=50 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=6 mm 108 Hình 5.15 Sự ảnh hưởng hai nhân tố đến hàm mục tiêu 109 Hình 6.1 Một số hình ổ trượt 111 101   Phương trình trình hồi quy có dạng: ,                             5.4 Trong đó: (5.5)           5.6 (5.7) với: (5.8) (5.9) (5.10) (5.11) Giá trị T1-T6 tra bảng sau: Dạng quy hoạch 2, 3, 14 4, 24 5, 1,25 0,40624 0,22917 0,15821 0,75 0,15624 0,0625 0,15821 0,16667 0,1 0,05556 0,0332 0,5 0,5 0,5 0,02941 0,25 -0,09375 -0,10417 -0,0918 0,25 0,125 0,0625 0,03125 Bảng 5.5 Bảng tra giá trị T1 – T6 Trong thí nghiệm ta gọi giá trị mức cao, thấp, sở yếu tố đầu vào là: Đường kính đầu khuấy: Số vòng quay dao: 700 Tốc độ hàn: 25 ƒ Đường kính đầu khuấy: + Mức cao:   8  8  1200  ⁄ 75  8  ⁄ ̀ ́ ́ 42 102   + Mức thấp: 4    6  + Mức sở: 2  + Khoảng biến thiên: ∆ + Ta đặt (5.12) ∆ 700 ƒ Số vòng quay dao: + Mức cao: 1200    + Mức thấp: + Ta đặt + Mức cao: + Mức thấp: 25 ⁄ 75  25    ́ (5.13) 75    50  + Mức sở: ́ ⁄ ̀ ́ ⁄ ̀ ⁄ ́ ́ ⁄ 50  + Khoảng biến thiên: ∆ + Ta đặt ⁄ ̀ ∆ ƒ Tốc độ hàn: ́ ́ 250  + Khoảng biến thiên: ∆ ⁄ ́ ⁄ ̀ ̀ ́ ⁄ ̀ 950  + Mức sở: ⁄ ̀ 700    1200  ́ (5.14) ∆ Với thí nghiệm đo lực dọc phát sinh trình hàn ma sát khuấy ta có bảng kết thí nghiệm sau: N 10 11 12 13 14 X1 8 8 6 6 X2 700 700 1200 1200 700 700 1200 1200 950 950 700 1200 950 950 X3 25 25 25 25 75 75 75 75 50 50 50 50 25 75 y, L1 117.7 402.2 363.0 725.9 225.6 725.9 745.6 1,422.5 735.8 912.3 716.1 833.9 441.5 794.6 y, L2 107.9 225.6 304.1 510.1 166.8 412.0 421.8 1,079.1 441.5 549.4 284.5 402.2 186.4 500.3 y, L3 88.3 176.6 157.0 480.7 137.3 323.7 274.7 912.3 304.1 412.0 235.4 313.9 147.2 304.1 103   Bảng 5.6 Bảng kết thí nghiệm đo lực dọc tương ứng với vị trí L1, L2 L3 5.4.1 Quy hoạch thực nghiệm vị trí L1 dao bắt đầu thực mối hàn: Bảng quy hoạch thực nghiệm thí nghiệm đo lực dọc tương ứng ăn dao ví trí L1 sau: N 10 11 12 13 14 x1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 x2 -1 -1 1 -1 -1 1 0 -1 0 x3 -1 -1 -1 -1 1 1 0 0 -1 x1x2 -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 x1x3 -1 -1 -1 -1 0 0 0 x2x3 1 -1 -1 -1 -1 1 0 0 0 y, L1 117.7 402.2 363.0 725.9 225.6 725.9 745.6 1,422.5 735.8 912.3 716.1 833.9 441.5 794.6 Áp dụng công thức từ (5.4) tới (5.11) hệ số T1-T6 tra bảng 5.5 ta tính tốn hệ số phương trình hồi quy quy hoạch sau: b0= 813,1 b1= 200,1 ; b11=11,1 ; b12=31,9 b2=190,3 ; b22=-37,9 ; b13=66,2 b3=186,4 ; b33= -194,9 ; b23=80,9 Phương trình hồi quy có dạng: 813,1 200,1 31,9 190,3 66,2 186,4 11,1 37,9 194,9 80,9 Thay công thức (5.12), (5.13), (5.14) vào phương trình ta có: , , , , , , , , , , 5.4.2 Quy hoạch thực nghiệm vị trí L2 dao bắt vị trí mối hàn: 104   Bảng quy hoạch thực nghiệm thí nghiệm đo lực dọc tương ứng ăn dao ví trí L2 sau: N 10 11 12 13 14 x1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 x2 -1 -1 1 -1 -1 1 0 -1 0 x3 -1 -1 -1 -1 1 1 0 0 -1 x1x2 -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 x1x3 -1 -1 -1 -1 0 0 0 x2x3 1 -1 -1 -1 -1 1 0 0 0 y, L2 107.9 225.6 304.1 510.1 166.8 412.0 421.8 1,079.1 441.5 549.4 284.5 402.2 186.4 500.3 Áp dụng công thức từ (5.4) tới (5.11) hệ số T1-T6 tra bảng 5.5 ta tính tốn hệ số phương trình hồi quy quy hoạch sau: b0= 389,4 b1= 133,4 ; b11=106,1 ; b12=62,5 b2=152,1 ; b22=-45,9 ; b13=72,3 b3=124,6 ; b33= -45,9 ; b23=55,2 Phương trình hồi quy có dạng: 389,4 133,4 152,1 62,5 124,6 72,3 106,1 45,9 45,9 55,2 Thay cơng thức (5.12), (5.13), (5.14) vào phương trình ta có: , , , , , , , , , , 5.4.3 Quy hoạch thực nghiệm vị trí L3 dao bắt chuẩn bị khỏi mối hàn: Bảng quy hoạch thực nghiệm thí nghiệm đo lực dọc tương ứng ăn dao ví trí L3 sau: 105   N 10 11 12 13 14 x1 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 x2 -1 -1 1 -1 -1 1 0 -1 0 x3 -1 -1 -1 -1 1 1 0 0 -1 x1x2 -1 -1 1 -1 -1 0 0 0 x1x3 -1 -1 -1 -1 0 0 0 x2x3 1 -1 -1 -1 -1 1 0 0 0 y, L3 88.3 176.6 157.0 480.7 137.3 323.7 274.7 912.3 304.1 412.0 235.4 313.9 147.2 304.1 Áp dụng công thức từ (5.4) tới (5.11) hệ số T1-T6 tra bảng 5.5 ta tính tốn hệ số phương trình hồi quy quy hoạch sau: b0= 269,8 b1= 134,4 ; b11=88,3 ; b12=85,8 b2=117,7 ; b22=4,9 ; b13=51,5 b3=90,3 ; b33= -44,1 ; b23=44,1 Phương trình hồi quy có dạng: 269,8 134,4 117,7 51,5 90,3 88,3 4,9 44,1 85,8 44,1 Thay công thức (5.12), (5.13), (5.14) vào phương trình ta có: , , , , , , , , , , 5.5 Kết luận thí nghiệm đo lực dọc: + Trong phương trình hồi quy thí nghiệm vị trí L1, nhân tố đường kính đầu khuấy vận tốc hàn ảnh hưởng lớn đến lực dọc phát sinh q trình hàn Nhân tố số vịng quay dụng cụ khơng có độ ảnh hưởng lớn hai nhân tố Qua ta thấy mối liên hệ lực kẹp đồ gá gia công thông số cơng nghệ đường kính đầu khuấy vận tốc hàn theo mối tương quan X1 X3 106   + Ở vị trí L2, ta thấy nhân tố đường kính đầu khuấy ảnh hưởng lớn đến phương trình hồi quy lực dọc, hai nhân tố cịn lại số vòng quay dụng cụ vận tốc hàn có ảnh hưởng khơng đáng kể + Tương tự, vị trí L3 nhân tố đường kính đầu khuấy dụng cụ nhân tố có ảnh hưởng lớn đến kết lực dọc sinh trình hàn + Ở ba trường hợp trên, mối tương quan nhân tố đường kính đầu khuấy dụng cụ vận tốc hàn đáng kể so với mối tương quan đường kính đầu khuấy số vòng quay dụng cụ hay mối liên hệ số vòng quay dụng cụ vận tốc hàn 5.6 So sánh kết thực nghiệm kết [13] mục 4.1: + Ta thấy mặt định tính có phù hợp hai mơ hình tính tốn thí nghiệm + Trong thí nghiệm [13], nhân tố ảnh hưởng đến lực dọc sinh trình hàn lượng dịch chuyển kim loại số vòng quay tức tổ hợp yếu tố số vịng quay dụng cụ, vận tốc hàn thơng số hình học dụng cụ.Và ta có mối liên hệ tuyến tính nhân tố lượng dịch chuyển kim loại với lực dọc sinh trình hàn ma sát khuấy + Trong phần thực nghiệm luận văn sâu vào phân tích ảnh hưởng nhân tố xây dựng mô hình tốn thể mối tương quan nhân tố với trình sinh lực hàn ma sát khuấy 5.7 Hồn thiện thơng số cơng nghệ hàn ma sát khuấy: + Trong hàn ma sát khuấy, yếu tố yếu tạo mối hàn ma sát Nếu ma sát nhỏ không tạo mối hàn kim loại chưa kịp nóng chảy hòa quyện vào nhau, ma sát lớn làm sinh nhiệt cao ảnh hưởng không tốt đến dao hàn tính vật liệu Vì để tạo mối hàn có chất lượng tốt đồng thời đảm bảo yếu tố tính kinh tế, cần phải có chế độ cơng nghệ gia cơng hợp lý + Trong thí nghiệm đo lực dọc phát sinh trình hàn ma sát khuấy, tiến hành hàn chế độ số vòng quay mức thấp mức sở với lượng ăn dao mức thấp, đường kính đầu khuấy dao hàn nhỏ (d=4 mm) ta tạo mối hàn đẹp (Hình 5.10), nhiên suất chậm, đáp ứng tính kinh tế + Khi tiến hành hàn dùng đầu khuấy có đường kính lớn (d=8 mm), chế độ gia cơng số vịng quay lượng ăn dao mức vừa cao ta nhận thấy lượng kim loại dịch chuyển lớn với tốc độ mức cao ma sát sinh không đủ lớn Điều làm 107   cho lượng nhiệt cần thiết để kim loại “ngấu” không đủ, dẫn tới mối hàn bị nứt hai mép chi tiết hàn chưa dính vào (Hình 5.11, Hình 5.12), đồng thời lực sinh lớn gây khó khăn q trình kẹp phơi Hình 5.10 Mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=700 vịng/phút, V=25 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=4 mm Hình 5.11 Mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=1200 vịng/phút, V=50 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=8 mm 108   Hình 5.12 Mối hàn ma sát khuấy chế độ gia công n=1200 vịng/phút, V=75 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=8 mm + Trong đó, tiến hành hàn với dao hàn có đường kính đầu khuấy trung bình (d=6 mm), chế độ gia cơng số vịng quay mức vừa cao, lượng chạy dao mức vừa cho ta mối hàn đẹp, có chất lượng cao (Hình 5.13, Hình 5.14) Hình 5.13 Mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=950 vịng/phút, V=50 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=6 mm Hình 5.14 Mối hàn ma sát khuấy chế độ gia cơng n=1200 vịng/phút, V=50 mm/phút, đường kính đầu khuấy d=6 mm + Qua phân tích mối hàn chế độ gia công khác đồng thời tham khảo ảnh hưởng hai nhân tố đến hàm mục tiêu [12] (Hình 5.15), ta nhận thấy thơng số cơng nghệ sau góp phần hồn thiện chất lượng mối hàn ma sát khuấy đồng thời giúp nâng cao suất hàn, mang lại hiệu kinh tế cao: 109   ƒ Đường kính đầu khuấy d=6 mm, số vịng quay dụng cụ n= 900÷1200 vịng/phút, tốc độ hàn V=50 mm/phút Hình 5.15 Sự ảnh hưởng hai nhân tố đến hàm mục tiêu 110 Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài 6.1 Kết luận: Luận văn giải quýêt vấn đề sau: + Tổng quan hàn ma sát khả ứng dụng phương pháp hàn nước ta + Cơ sở lý thuyết trình hàn ma sát khuấy + Thiết kế dụng cụ hàn ma sát khuấy + Đề mơ hình tính tốn lực dọc phát sinh q trình hàn ma sát khuấy + Thực nghiệm xác định giá trị lực dọc qua phục vụ cho việc tính tốn lực kẹp gá đặt thông số khác moment + Hồn thiện thơng số cơng nghệ hàn thơng số hình học, số vịng quay dụng cụ, vận tốc hàn 6.2 Những hạn chế chưa giải đề tài số giải pháp khắc phục: 6.2.1 Hạn chế: + Trong mơ hình thí nghiệm đo lực dọc tác động dao hàn, bàn gá nhỏ trượt rãnh then ép vào load cell tạo tín hiệu số hình hiểu thị Tuy nhiên trình ăn dao, moment xoay dao tạo lực ngang làm xoay then tạo ma sát then rãnh then, điều làm ảnh hưởng đến kết đo + Do nguồn vật liệu nhôm nước ta khơng có chất lượng cao, tính đồng vật liệu chưa cao điều làm cho lực đo có độ sai số cao + Một số hạn chế khác sai số thiết bị đo, máy móc, dao hàn… 6.2.2 Biện pháp khắc phục: + Để khắc phục lực ma sát sinh then rãnh then trình hàn, thay dùng then trượt ta đùng ổ trượt, biện pháp ta loại bỏ gần hồn toàn lực ma sát moment xoay gây 111 Hình 6.1 Một số hình ổ trượt 6.3 Hướng pháp triển đề tài: + Nghiên cứu sâu tác động nhiệt độ đến dòng chảy vật liệu từ có ảnh hướng cụ thể đến chất lượng mối hàn + Tính tốn mơ nhằm tối ưu hóa thơng số hình học dụng cụ hàn chế tạo dụng cụ loại bỏ lỗ thoát sau hàn cho tất vật liệu hàn + Sử dụng phần mềm FEM chuyên dụng AnSys, Deform, Abaqus kết hợp thông số cơng nghệ phân tích, mơ q trình hàn ma sát khuấy tương tác đầu hàn chi tiết hàn trình hàn cách chi tiết + Xây dựng mơ hình toán học, biểu đồ, mối liên hệ thơng số hàn Tiến hành thí nghiệm để xác định lực ép từ xuống hàn mơmen quay… Trên hướng nghiên cứu thực để mở rộng đề tài hay nghiên cứu đề tài sâu Với hiểu biết hạn chế, em mong nhận ý kiến, nhận xét q báo từ q thầy cho việc cần bổ sung, hướng nghiên cứu cần khai thác thêm nhằm giúp vấn đề nghiên cứu đề tài rõ ràng, xác phù hợp với thực tế 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Andre Lamarre, Olivier Dupuis and Michael Moles, Complete Inspection of Friction Stir Welding in Aluminium using Ultrasonic and Eddy current arrays, R/D Tech [2] ThS Trần Hưng Trà, Sự phát triển vết nứt mối hàn ma sát hai siêu hợp kim M240 INC718 điều kiện mỏi-dão (Fatigue-Creep Test), Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản số 01/2007 trường Đại học Nha Trang [3] Maria Posada, Jennifer P Nguyen, David R Forrest, Johnnie J De Loach, Friction Stir Welding Advances Joining Technology, Amptiac Quarterly Volume Number 32003 [4] Rajiv S Mishra and Murray W Mahoney, Friction Stir Welding and Processing, ASM International Material Park, Ohio 44073-0002 [5] Dan Birsan, Danut Iordachescu, Jose Luis Ocana and Pedro Vilaca, FEM Model for Friction Stir Welding of Aluminium, The Annals of “Dunarea de Jos” University of Galati Fascicle XII, Welding Equipment and Technology, Year XIX [6] L Cederqvist and A P Reynolds, Factors Affecting the Properties of Friction Stri Welded Aluminium Lap Joints, Mechanical Engineering Department at the University of South Carolina, Columbia S C [7] T Tesfu-Zeru, R Kießling(1), G Wagner(2), B Wolter(3), W Fürbeth, Microstructure oriented fatigue and damage analysis of friction stir welding of Al-alloys considering corrosive effects, Karl – Winnacker Institute [8] H K D H Bahdeshia, Friction Stir Welding, www.weld.4t.com [9] H Horn, Friction Stir Welding of Aluminium Foam materials, Institute of Werkstoffkunde and Schweißtechnik, D-20099 Hamburg [10] Lorelẹ COMMIN*, Jean-Eric MASSE*, Laurent BARRALLIER*,Residual stress determination in AZ31 Friction Stir Welds using X-Rays and Neutrons diffraction, ARTS ET METIERS PARISTECH, cours des arts et métiers, 13617 Aix en Provence, France 111 [11] Yingchun Chena,b, Huijie Liu a,b,‫כ‬, Jicai Feng b, Friction stir welding characteristics of different heat-treated-state 2219 aluminum alloy plates, Materials Science and Engineering A 420 (2006) 21–25 [12] Mai Đăng Tuấn, Nghiên cứu ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy cho kết cấu dạng tầm hợp kim nhôm, Luận văn Thạc sỹ ngành Chế tạo máy, khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa TPHCM, 2008 [13] S Muthukumaran, Force Analysis of Friction Stir Welding Process Using a Cylindrical Tool, National Institute of Technology Tiruchirappalli 6-20015, India [14] K.J.Colligan, Material flow behavior during friction stir welding of aluminium, Welding Journal, Vol 78/7, 1999, p 229- 237 [15] S.Xu, X.Deng and A.P.Reynolds and T.U Seidel, Finite element simulation of material flow in friction stir welding, Science and Technology of Welding and Joining, Vol 6/3, 2001, p 191- 193 [16] S Muthukumaran and S K Mukherjee, Multilayered metal flow and formation of concentric ring pattern in friction stir welding process, International Journal of Advanced Manufacturing and Technology, Vol 38, 2008, p 68–73 [17] P Sinha, S Muthukumaran and S K Mukherjee, Analysis of first mode of metal transfer in friction stir welded plates by image processing technique, J Mater Process Tech, Vol 197, 2008, p 17-21 [18] C Chen and R Kovacevic, Thermomechanical modelling and force analysis of friction stir welding by finite element method, IMechE Part C, Vol 218, 2004, p 509- 519 [19] S.K Chionopoulos1, CH.I Sarafoglou1, D.I Pantelis1, V.J Papazoglou, EFFECT OF TOOL PIN AND WELDING PARAMETERS ON FRICTION STIR WELDED (FSW) MARINE ALUMINIUM ALLOYS, [20] Dawes, C J., and Thomas, W M., Friction stir process welds aluminum alloys Welding Journal (75) 3: 41-45 [21] H.J Liu, H Fuji, M Maeda, K Nogi, Mechanical properties of friction stir welded joints of 1050 – H24 aluminium alloy, Science and Technology of Welding & Joining, Volume 8, Number 6, December 2003, pp 450-454(5) 112 [22] K Elangovan, V Balasubramanian, Influences of pin profile and rotational speed of the tool on the formation of friction stir processing zone in AA2219 aluminium alloy, Journal of Materials Science and Engineering A, 459 (2007) 7–18 [23] K Elangovan,V Balasubramanian, Effect of tool pin profile and axial force on the formation of friction stir processing zone in AA6061 aluminium alloy, Int J Adv Manuf Technol., in press [24] A Barcellona, G Buffa, L Fratini, D Palmeri, On microstructural phenomena occurring in friction stir welding of aluminum alloys, Materials Processing Technology 177 (2006) 340– 343 [25] Won-Bae Lee, Yun-Mo Yeon, Seung-Boo Jung, Mechanical Properties Related to Microstructural Variation of 6061 Al Alloy Joints by Friction Stir Welding Materials transactions, Vol.45 (5) (2004) 1700–1705 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: TRẦN HẢI TRIỀU Ngày, tháng, năm sinh: 23/06/1984 Nơi sinh: TP.HCM Địa liên lạc: 285/31C KINH DƯONG VƯONG, P AN LẠC, Q BÌNH TÂN QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO : 2002-2007 : Sinh viên khoa Cơ khí, trưịng Đại học Bách Khoa TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC : 2007-20010 : Nhân viên công ty Vivablast Vietnam 2010-hiện tai : Nh ân vi ên c ông ty Liên Doanh Điều Hành Cửu Long ... Minh giúp tơi hồn thành đề tài “Hồn thiện thông số công nghệ hàn ma sát khuấy cho hợp kim nhơm” Việc hồn thành đề tài đóng góp vào việc hồn thiện lý thuyết cơng nghệ hàn ma sát khuấy ứng dụng thực... Chương 2: HỢP KIM NHÔM TRONG HÀN MA SÁT KHUẤY 17 2.1 Khái quát hợp kim nhôm 17 2.2 Đặc tính học hợp kim nhơm hàn ma sát khuấy .23 2.3 Sự thay đổi tổ chức hợp kim nhôm sau hàn ... nhân hàn, chưa hàn số kim loại có tính hàn khó, Vì nhà khoa học nghiên cứu đưa phương pháp hàn ma sát khuấy nhằm khắc phục nhược điểm Đề tài “Hồn thiện thơng số công nghệ hàn ma sát khuấy cho hợp