Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cơ tính và tổ chức mối hàn ma sát khuấy cho các kết cấu phẳng bằng hợp kim nhôm biến dạng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA MAI ĐĂNG TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN CƠ TÍNH VÀ TỔ CHỨC MỐI HÀN MA SÁT KHUẤY CHO CÁC KẾT CẤU PHẲNG BẰNG HỢP KIM NHÔM BIẾN DẠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH, 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA MAI ĐĂNG TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN CƠ TÍNH VÀ TỔ CHỨC MỐI HÀN MA SÁT KHUẤY CHO CÁC KẾT CẤU PHẲNG BẰNG HỢP KIM NHÔM BIẾN DẠNG CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH VẬT LIỆU MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 62520405 Phản biện độc lập 1: PGS TS LÊ CHÍ CƯƠNG Phản biện độc lập 2: PGS TS BÙI VĂN HẠNH Phản biện 1: PGS TS ĐÀO MINH NGỪNG Phản biện 2: PGS TS NGUYỄN HỮU LỘC Phản biện 3: TS NGUYỄN ĐẠI ĐOÀN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LƯU PHƯƠNG MINH PGS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Mai Đăng Tuấn i TÓM TẮT LUẬN ÁN Hàn ma sát khuấy (Friction Stir Welding - FSW) bước tiến quan trọng lĩnh vực hàn thập niên qua, “công nghệ xanh” hiệu lượng bảo vệ mơi trường, tiêu thụ lượng cách đáng kể, khơng tiêu thụ khí hàn, khơng có q trình nóng chảy, khơng có khí độc hàn, không phát sinh tia hồ quang lượng xạ, Ngồi ma sát khuấy khơng cần sử dụng kim loại que hàn để điền đầy mối hàn, mối hàn chịu lực cao, tăng giới hạn bền mỏi, biến dạng, khuyết tật khơng nứt kết tinh Hàn ma sát khuấy phương pháp hàn khơng nóng chảy hàn loại hợp kim nhôm mà phương pháp hàn truyền thống không hàn Từ ưu điểm vượt trội vừa nêu, việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy có ý nghĩa thiết thực việc cải thiện chất lượng mối hàn tăng thêm tính đa dạng mặt cơng nghệ hàn giai đoạn Nội dung luận án gồm chương phần kết luận chung, cụ thể sau: Chương 1: Giới thiệu công nghệ hàn ma sát khuấy, thông số hàn bản, dạng khuyết tật cơng nghệ Những cơng trình nghiên cứu công bố nước giới Trên sở đó, luận án tập trung nghiên cứu tối ưu thông số công nghệ, ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mối hàn Chương 2: Trình bày sở lý thuyết hình thành nhiệt ma sát biến dạng dẻo vật liệu kim loại q trình hàn Chương 3: Phân tích xác lập mơ hình truyền nhiệt q trình hàn Chương 4: Sử dụng mơ hình có vào mô số, đưa miền thông số trình hàn Chương 5: Thực nghiệm theo kết mơ phỏng, kiểm tra, phân tích để xác định miền thơng số tối ưu công nghệ hàn Kết luận: Nêu kết đạt định hướng nghiên cứu phương pháp hàn ma sát khuấy tương lai ii ABSTRACT 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 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 iii LỜI CÁM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Thiết bị Cơng nghệ Vật liệu Cơ khí, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh giúp thưc luận án Đồng thời xin chân thành cảm ơn TS Lưu Phương Minh, PGS TS Hồng Trọng Bá tận tình hướng dẫn tơi chun mơn để tơi thực hồn thành luận án Tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng luận án dành thời gian đọc góp ý kiến q báu để tơi hồn thiện luận án mình, giúp tơi định hướng nghiên cứu Ban Giám Hiệu quý Thầy Khoa Cơ khí Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long tạo điều kiện, giúp đỡ hồn thành thực nghiệm đóng góp nhiều ý kiến thiết thực Các Thầy phịng Thư viện - Trường Đại Học Bách khoa TP HCM Giám đốc Công ty cung cấp thiết bị hàn Hân Anh.Co,ltd cung cấp tài liệu đóng góp nhiều ý kiến quan trọng, có giá trị Tơi xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tồn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, người giúp đỡ, động viên thực cơng trình iv MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .xv MỞ ĐẦU xvii Lý chọn đề tài: xvii CHƯƠNG TỔNG QUAN Giới thiệu hình hàn ma sát khuấy: .1 1.1.1 Nguyên lý hàn ma sát khuấy: 1.1.2 Các thơng số q trình Ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mối hàn: Quá trình sinh nhiệt FSW: Mơ hình truyền nhiệt dòng vật liệu .11 Tổ chức tế vi mối hàn .14 Khuyết tật hàn 15 Kết luận: .17 CHƯƠNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 Quá trình sinh nhiệt hàn: 19 2.1.1 Đặc điểm chung: 19 2.1.2 Lượng nhiệt sinh trình hàn: .20 2.1.3 Lực tác dụng trình hàn: 21 2.1.4 Nhiệt sinh hàn: .24 2.1.5 Sự truyền nhiệt vào vật hàn: 27 2.2 Dòng chảy vật liệu: 28 2.3 Sự thay đổi tổ chức hợp kim nhôm sau hàn: 30 2.3.1 2.4 Sự luyện kim hợp kim nhôm: 30 Kết luận: .33 CHƯƠNG MƠ HÌNH NHIỆT 34 3.1 Mô hình truyền nhiệt 34 3.2 Mơ hình dịng vật liệu 36 v 3.3 Quá trình sinh nhiệt 42 3.3.1 Mô hình phân tích ước lượng nhiệt sinh 42 3.3.2 Xác định lượng nhiệt sinh trình hàn ma sát khuấy 43 3.3.3 Nguồn nhiệt đứng yên (không xét ảnh hưởng vận tốc hàn) 44 3.3.4 Nguồn nhiệt chuyển động 48 CHƯƠNG 4.1 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 50 Phương trình phần tử hữu hạn 50 4.1.1 Mơ hình truyền nhiệt .50 4.1.2 Mơ hình dịng vật liệu 52 4.1.3 Mơ hình tương tác – nhiệt 57 4.2 Mô trình hàn .59 4.2.1 Sơ lược phần mềm phần tử hữu hạn 59 4.2.2 Mơ q trình hàn ma sát khuấy phần mềm Hyper Works 61 4.3 Thực nghiệm kiểm chứng mơ hình nhiệt mơ hình nhiệt 64 4.3.1 Quy hoạch thực nghiệm 64 4.3.2 Máy thông số hàn ma sát khuấy 65 4.4 Kết mô 70 4.5 Kết đo nhiệt độ bề mặt máy đo hồng ngoại 77 4.6 Kết luận 79 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 82 5.1 Máy thông số hàn: 83 5.2 Phương pháp hàn chế độ hàn: 83 5.3 Giới hạn thông số nghiên cứu thực nghiệm: 84 5.4 Phôi dụng cụ hàn: 84 5.5 Quy hoạch thực nghiệm .85 5.6 Hàm mục tiêu hệ thống: 85 5.7 Phương pháp phân tích kết 85 5.7.1 Đối với mối hàn mm 88 5.8 Thực nghiệm xác định miền thông số thực 108 5.9 Kết .108 5.9.1 Ảnh hưởng thông số hàn đến tính mối hàn 108 vi 5.9.2 Tổ chức kim loại mối hàn: 112 5.9.3 Sự hình thành khuyết tật: .131 5.10 Nhận dạng khắc phục khuyết tật thường gặp .137 5.11 Miền thông số thực nghiệm 142 5.12 Kết luận 143 KẾT LUẬN 144 Những đóng góp luận án 144 Hướng phát triển 145 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC .146 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dụng cụ xuống bắt đầu hàn .1 Hình 1.2 Các giai đoạn trình hàn Hình 1.3 Dụng cụ dọc hướng hàn tạo thành mối hàn Hình 1.4 Các loại mối hàn ma sát khuấy Hình 1.5 Các thành phần dụng cụ hàn ma sát khuấy .3 Hình 1.6 Các vùng tổ chức tế vi mối hàn ma sát khuấy 14 Hình 1.7 Các khuyết tật thông thường 15 Hình 1.8 Khuyết tật vết đường hàn .16 Hình 1.9 Các loại khuyết tật bề mặt thông dụng 16 Hình 2.1 Ảnh hưởng điều kiện trượt - dính đến trình sinh nhiệt .20 Hình 2.2 Sơ đồ lực hàn .21 Hình 2.3 Sơ đồ giai đoạn trình hàn 23 Hình 2.4 Đường kính vai chia nhiều phân đoạn .25 Hình 2.5 Khoảng cách bước hàn .28 Hình 2.6 Tổ chức kim loại mối hàn .29 Hình 2.7 Sự hình thành vòng dạng xoắn ốc 29 Hình 3.1 Miền tính tốn biên tương tác 34 Hình 3.2 Điều kiện biên vận tốc hàn ma sát khuấy .38 Hình 3.3 a) Sơ đồ thể mối liên hệ nhiệt sinh thông số, b) Sơ đồ giải thuật cho q trình tính tốn sinh nhiệt 43 Hình 3.4 Các thơng số hình học dụng cụ điển hình 46 viii diện tích mặt cắt ngang hình trụ 2R z tốc độ hàn V, để tăng nhiệt độ mối hàn nhiệt độ dụng cụ, dụng cụ cần phải cung cấp thêm lượng với tốc độ: Q =  ( Rz ) VC (T − T0 ) (5.17) Với ρ khối lượng riêng, C nhiệt dung riêng kim loại hàn Năng lượng cần thiết cấp vào dụng cụ: M   2 R2z (5.18) Năng lượng phải bổ sung nhiệt mát dẫn nhiệt, đối lưu mát khác (ví dụ dẫn nhiệt dụng cụ nhỏ bỏ qua tính xấp xỉ) Sự cân lượng cho phép ước lượng nhiệt độ bề mặt cắt miễn ước lượng ứng suất chảy  kim loại hàn theo nhiệt độ Khi đó, đường đẳng nhiệt vẽ đồ thị thông số hàn (tốc độ quay-tốc độ hàn) theo phương trình:    R   k V  − R   C (T − T0 )    CR ln  R      (5.19) Nếu ứng suất chảy phụ thuộc đáng kể vào thời gian khơng phụ thuộc vào tốc độ biến dạng đường đẳng nhiệt xấp xỉ đường thẳng qua điểm trục tốc độ hàn (  = ) Một cặp đường đẳng nhiệt tạo giới hạn cho phép thông số hàn Khi vấn đề thiếu nhiệt xảy phía giới hạn đường đẳng nhiệt, vấn đề dư nhiệt xảy phía đường đẳng nhiệt Đường đặc tính lập khuyết tật xây dựng mặt lý thuyết hiểu rõ khuyết tật xác định thực nghiệm Những đường giới hạn vùng thông số mà khuyết tật xảy Khi tất khuyết tật xem xét, tạo vùng tổ hợp thông số cho mối hàn không khuyết tật Các thông số danh nghĩa chọn để hàn thường tâm vùng giới hạn nhằm cho phép tối đa sai lệch 141 Nhiều thơng số xét đến với khối đa chiều tạo thành không gian giới hạn thông số Ở xét đến đặc điểm khuyết tật ảnh hưởng xấu đến độ bền mối hàn, cịn đặc điểm khơng ảnh hưởng đến độ bền mối hàn khó phát phương pháp khơng phá hủy khơng xem khuyết tật 5.11 Miền thông số thực nghiệm Dựa vào giá trị độ bền đo được, giá trị 70% kim loại [79], miền thơng số chọn hình 5.44 hình 5.45 thể miền thơng số cho hợp Tốc độ quay (v/ph) kim nhôm 3, 4, mm Miền thông số mô thực nghiệm nhôm 4mm 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 Mô Thực nghiệm 4mm 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Vận tốc hàn (mm/ph) Hình 5.45 Miền thơng số thực so với miền thông số mô mm Miền thơng số thực hồn tồn tương thích với miền thơng số mơ phỏng, khác biểu đồ mô chọn nhiệt độ hàn 430 – 580oC theo nhiệt độ dập nóng, cịn thực tế nhiệt độ hàn ma sát khuấy (0.8 – 0.9)Tm [79] Do điều kiện gá đặt phôi ảnh hưởng đến khả truyến nhiệt, phụ thuộc vào cơng suất máy, miền có phạm vi hẹp Đối với vật liệu mỏng đồ thị miền thông số dịch bên phải xuống phía Đối với vật liệu dày đồ thị miền thông số hẹp lại, dịch bên trái di chuyển phía 142 Hình 5.46 Miền thông số thực hợp kim nhôm 6061 5.12 Kết luận Mối hàn thực máy phay CNC với điều kiện khác nhau, miền thông số xác định mối hàn hình thành tốt, khơng khuyết tật, đảm bảo tính tốt đạt tổ chức hạt mịn Qua kết thực nghiệm, tính tốn xử lý số liệu khẳng định độ xác mơ hình nhiệt, kết mơ việc lựa chọn xác lập mơ hình để nghiên cứu q trình hàn Mặc dù có nhiều thơng số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn trình bày phần trước qua kiểm tra (đặc biệt tổ chức tế vi độ bền kéo), đánh giá phân tích khẳng định ba thông số (tốc độ quay dụng cụ hàn, vận tốc hàn chiều xâu xâm nhập vai dụng cụ vào vật hàn) có tác động nhiều đến chất lượng mối hàn Miền thơng số thích hợp cho mối liên kết hàn có chiều dày mm tốc độ quay 700 – 1500 (v/ph), vận tốc hàn 100 – 400 (mm/ph), WP từ - chiều sâu xâm nhập 0.1 mm Miền thông số thích hợp cho mối liên kết hàn có chiều dày mm tốc độ quay 800 – 1500 (v/ph), vận tốc hàn 100 – 400 (mm/ph), WP từ - chiều sâu xâm nhập 0.1 mm Miền thơng số thích hợp cho mối liên kết hàn có chiều dày mm tốc độ quay 900 – 1500 (v/ph), vận tốc hàn 50 – 350 (mm/ph), WP từ 16- chiều sâu xâm nhập 0.2 mm 143 KẾT LUẬN CHUNG Những đóng góp luận án Luận án phân tích mơ hình vật liệu, mơ hình đàn dẻo vật liệu, mơ hình hóa mơ q trình, so sánh với kết thực nghiệm cho thấy phù hợp tương thích cao Bằng việc phân tích, xác lập sử dụng mơ hình nhiệt hợp lý thành lập miền thông số hàn mô từ thành lập miền thơng số thực cho hợp kim nhôm 6061 - Miền thông số thích hợp cho hợp kim nhơm 6061 tốc độ quay từ 700 – 1500 (v/ph), vận tốc hàn khoảng 100 – 350 (mm/ph), hệ số WP từ đến 12 Với tốc độ quay thấp 900 – 1200 (v/ph) WP – 9, với tốc độ quay 1200 – 1500 (v/ph) WP – 12 - Cơ tính mối hàn (độ bền kéo) giảm tỉ số WP tăng, tỉ số khoảng đến 12 (tùy vùng mà có thay đổi) Trong khoảng mối hàn đảm bảo tính 70% so với kim loại - Tổ chức tế vi vùng tâm hàn có cấu trúc hạt mịn so với kim loại bản, vùng ảnh hưởng nhiệt vùng ảnh hưởng nhiệt có biên giới hạt rõ rệt - Khi hàn điều kiện hàn thích hợp tổ chức tế vi nhỏ mịn, đồng đồng so với hàn nhiệt cao hàn nhiệt thấp - Khi hàn điều kiện hàn nhiệt thấp, cản trở dịng vật liệu q trình khuấy trộn, pha không khuếch tán vào hạn chế hòa tan pha rắn α hợp chất hóa học, độ hạt lớn, thơ, tinh thể bị bẻ cong gập lại - Khi hàn điều kiện hàn nhiệt cao, hạt nhỏ mịn tâm hàn TMAZ HAZ pha rắn có kích thước lớn, mức độ kết tinh lại lớn nên có xuất số vùng hạt thơ dẫn đến bền so với điều kiện hàn thích hợp - Kích thước xếp, phân bố hạt vùng khác Vùng tâm hàn có kích thước hạt mịn, đồng vùng bề mặt sát với vai dụng cụ vùng phôi tiếp xúc với đe hàn - Vùng ảnh hưởng nhiệt vùng ảnh hưởng nhiệt hình dáng kích thước hạt có 144 khác biệt nhau, bên phía vùng tiến vùng lùi mối hàn có bẻ cong hạt có tượng hạt tinh thể bị xoay góc hạt lớn dần phía kim loại có kích thước lớn đa cạnh - Khuyết tật mối hàn hình thành phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay vận tốc hàn Với tốc độ quay 900 - 1200 v/ph WP phải chọn lớn nhỏ 10 mối hàn đạt tính tốt, với tốc độ quay lớn 1200 – 1500 v/ph WP nhỏ đến 12, tức vận tốc hàn lớn vùng phía – vùng có tốc độ quay thấp Xây dựng hàm thực nghiệm thông số hàn tốc độ quay, vận tốc hàn, chiều sâu xâm nhập vai dụng cụ Thông số ảnh hưởng lớn đến trình hàn ma sát khuấy là: tốc độ quay dụng cụ hàn, vận tốc hàn chiều sâu xâm nhập vai dụng cụ hàn lên bề mặt phôi, việc lựa chọn thơng số hàn phù hợp nguồn nhiệt sinh trình hàn cho biến dạng lớp vật liệu vùng hàn đồng đều, từ tác động tích cực đến tính tổ chức mối hàn, mối hàn đảm bảo chất lượng không bị khuyết tật Đã nghiên cứu lý thuyết, mô số thực nghiệm, xây dựng biểu đồ giới hạn công nghệ cho hợp kim nhơm 6061 có chiều dày khoảng (3 – 5) mm (hình 5.44) Trên sở đó, việc nghiên cứu tối ưu thông số chế độ hàn, nghiên cứu, phân tích ngun nhân hình thành khuyết tật, loại bỏ sai hỏng mối hàn, nhằm nâng cao chất lượng mối hàn tốt Mặt khác, luận án sở cho việc tham khảo, thiết kế quy trình cơng nghệ hàn, mở khả ứng dụng công nghệ hàn ma sát khuấy vào thực tế sản xuất công nghiệp Việt Nam Hướng phát triển - Nghiên cứu cho loại hợp kim nhôm biến dạng có tính hàn khó hợp kim 2xxx 7xxx - Tối ưu cho miền mô nhiệt - Thực nghiệm cho vật liệu dày hàn hai phía - Nghiên cứu dạng liên kết hàn khác như: hàn chồng, hàn góc, hàn chữ “T” - Nghiên cứu trình xử lý nhiệt sau hàn 145 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Trần Đăng Khuê, Ứng dụng Công nghệ Hàn Ma sát khuấy cho kết cấu dạng hợp kim nhôm biến dạng, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí 2013 Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Trần Thiên Phúc, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng mối hàn ma sát khuấy nhôm phẳng 5052, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí 2013 Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Hoàng Trọng Bá, Ảnh hưởng thông số công nghệ đến tính tổ chức mối hàn ma sát khuây cho kết cấu phẳng hợp kim nhôm biến dạng 5083, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí 2013 Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Đào Duy Q, Mơ hình nhiệt hàn ma sát khuấy hợp kim nhôm, Hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc khí- động lực 2017 ĐHBK Tp HCM Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Trần Ngọc Phước Thạnh, Nghiên cứu phương pháp hàn ma sát khuấy tự tương tác cho kết cấu phẳng hợp kim nhôm biến dạng, Hội nghị khoa học cơng nghệ tồn quốc khí- động lực 2017 ĐHBK Tp HCM Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Hồ Thị Mỹ Nữ, Phân tích thơng số hình học động học hàn ma sát khuấy cho kết cấu dạng tấm, HN Cơ học toàn quốc lần thứ 10- 2017, Hà Nội Mai Đăng Tuấn, Lưu Phương Minh, Trương Minh Nhật, Thông số nhiệt độ hàn hàn ma sát khuấy nhơm thép, HN Cơ học tồn quốc lần thứ 10- 2017, Hà Nội Trương Minh Nhật, Lưu Phương Minh, Trương Quốc Thanh, Mai Đăng Tuấn, Simulation and experiment of Tig welding assisted by hybrid Friction stir welding between steel and aluminium, International conference on machining, materials and mechanical technologies (IC3MT) in Ho Chi Minh City, Viet Nam on September 19-22, 2018 146 Mai Đăng Tuấn, Trần Trung Hồng, Đào Duy Q, Trương Minh Nhật, Lưu Phương Minh, Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học dụng cụ hàn hàn ma sát khuấy, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số năm 2018 10 Mai Đăng Tuấn, Hồng Trọng Bá, Đào Duy Q, Trương Minh Nhật, Nguyễn Đăng Minh Đạt, Lưu Phương Minh, Mô hình nhiệt, mơ thực nghiệm xác định miền thông số công nghệ hàn ma sát khuấy hợp kim nhơm, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Kim loại, số 82, tháng năm 2019 11 Mai Đăng Tuấn, Hồng Trọng Bá, Đào Duy Q, Trương Minh Nhật, Lưu Phương Minh, Ảnh hưởng thông số công nghệ đến tính tổ chức mối hàn ma sát khuây cho kết cấu phẳng hợp kim nhơm biến dạng, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Kim loại, số 82, tháng năm 2019 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R.S.Mishra M.W.Mahoney, Friction Stir Welding, AMS International, 2007 [2] Kim, Y.G., Fujii, H., Tsumura, T., Komazaki, T and Nahata, Three defect types in friction stir welding of aluminum die casting alloy, Materials Science and Engineering, 2006, p 250-254 [3] Zhao, X Kalaya, P Landers, Krishnamurthy, Design and Implementation of a Nonlinear Axial Force Controller for Friction Stir Welding Processes, Proceedings of the 2007 American Control Conference, 2007 [4] C A Weis Olea, Influence of Energy Input in Friction Stir Welding on Structure Evolution and Mechanical Behaviour of Precipitation-Hardening in Aluminium Alloys (AA2024-T351, AA6013-T6 and Al-Mg-Sc), Helmholtz Gemeinschaft, Geesthacht Germany, 2008 [5] Song, M and R Kovacevic, “Numerical and Experimental Study of the Heat Transfer Process in Friction Stir Welding”, Proceedings of the Instn of Mechanical Engineer, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 217, 73-85 (2003) [6] 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, 1998, p 163-172 [7] A.K.Lakshmirayana, S Malarvizhi, V.Balasubramanian, Developing friction stir welding window for AA2219 aluminium alloy, ScienceDirect, 21, 2011, p 23392347 [8] Yuh J Chao, Shu Liu and Chi Hui Chien, Friction Stir Welding of AA6061–T6 thick plates, Journal of the Chinese Institude of Engineers, Vol 31, No.5, 2008, p 757-767 [9] Yuhua Chen, Changhua Liu and Geping Liu, Study on the Joining of Titanium and Aluminum Similar Alloys by Friction Stir Welding, Nanchang Hangkong University, 2011 148 [10] Nandan, R Deb Roy, T and Bhadeshia, H K D H (2008) Recent advances in friction-stir welding–Process, weldment structure and properties Progress in Materials Science, Vol 53(6), pp 980-1023 [11] Chao, Y J and Qi, X (1998) Thermal and thermo-mechanical modeling of friction stir welding of aluminum alloy 6061-T6, Journal of Materials Processing & Manufacturing Science, Vol 7, No 2, pp.215-233 [12] Frigaard Ø Grong, Ø (1998) Modeling of the heat flow phenomena in friction stir welding of aluminum alloys, Paper presented at: INALCO 98 Proceedings of the Seventh International Conference on Joints in Aluminum, Cambridge, 15– 17 April [13] Gould, F E and Feng, Z (1998) Heat flow model for friction stir welding of Aluminum alloys, Journal of Material Processing and Manufacturing Science, Vol 7, No 2, pp.185-194 [14] Russell M.J Shercliff H.R (1999) Analytical modeling of microstructure development in friction stir welding, Proceedings of the first International Symposium on Friction Stir Welding, Thousand Oaks, CA June [15] Rosenthal D (1946) The theory of moving sources of heat and its application to metal treatments [J] Transaction ASME,, 43(11): 849−866 [16] Colegrove P Painter M Graham D Miller, T (2000) Dimensional Flow and Thermal Modeling of the Friction Stir Welding Process, Proceedings of the Second International Symposium on Friction Stir Welding, June 26–28,, Gothenburg, Sweden [17] Shercliff H.R Colegrove P.A (2002) Modelling of friction stir welding, Mathematical Modelling of Weld Phenomen Maney Publishing, London, UK, 2002; 6: 927-974 [18] Khandkar M.Z.H Khan J.A Reynolds A.P (2003) Prediction of temperature distribution and thermal history during friction stir welding: input torque based model Science and Technology of Welding & Joining.; 8(3): 165-174 [19] Song, M and Kovacevic, (2003) R Thermal modeling of friction stir welding in a moving coordinate system and its validation, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol 43, No 6, pp.605-615 149 [20] Schmidt, H and Hattel, J (2004) An analytical model for the heat generation in friction stir welding, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol 12, No 1, pp.143-157 [21] Hamilton C Dymek S Sommers A (2008) A Thermal Model of Friction Stir Welding Applied to Sc-Modified Al-Zn-Mg-Cu Alloy Extrusions International Journal of Machine Tools and Manufacture 49: 230 – 238 [22] Nandan, G.G Roy, T.J Lienert, T Debroy, (2007) Three-dimensional heat and material flow during friction stir welding of mild steel, Acta Materialia 2007; 55: 883–895 [23] Ulysse, P (2002) Three-dimensional modeling of the friction stir-welding process, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol 42, No 14, pp.1549-1557 [24] Steuwer A Peel M Withers, P.J Dickerson, T.L Shi, Q Shercliff, H.R (2003) Measurement and prediction of residual stresses in aluminium friction stir welds Journal of Neutron Research 2003; 11: 267-272 [25] Chao Y J Qi X Tang W (2003) Heat transfer in friction stir weldingexperimental, and numerical studies Transactions of the ASME 2003; 125: 138– 145 [26] Heurtier, P Jones, M J Desrayaud, C Driver, J H Montheillet, F and Allehaux, D.(2006) Mechanical and thermal modelling of Friction Stir Welding, Journal of Materials Processing Technology, Vol 171, No 3, pp.348-357 [27] Santiago D.H et al (2004) Numerical Modeling of Welded Joints by the Friction Stir Welding Process Materials Research.; 7(4): 569-574 [28] Schmidt H Hattel J (2005) A Local Model for the Thermo-mechanical Conditions in Friction Stir Welding Modelling and Simulation in Mat Science and Eng 2005; 3: 77-93 [29] Colligan, K J and Mishra, R S (2008) A conceptual model for the process variables related to heat generation in friction stir welding of aluminum, Scripta Materialia, Vol 58, No 5, pp.327-331 [30] Kalya P Krishnamurthy K Mishra RS Baumann J (2007) Specific Energy and Temperature Mechanistic Models for Friction Stir Processing of Al–F35 150 Presented at: 2007 TMS Annual Meeting Friction Stir Welding and Processing IV Orlando, FL;, pp 113-126 [31] Kumar K Kalyan C Kaias SV Srivatsan TS (2009) An Investigation of Friction During Friction Stir Welding of Metallic Materials Mat and Man Proc.; 24(4): 438-445 [32] Colligan, K (1999) Material flow behavior during Friction Stir Welding of Aluminum, Welding Journal, Vol 75, No pp.229-237 [33] Nandan R et al (2007) Improving reliability of heat transfer and materials flow calculations during friction stir welding of dissimilar aluminum alloys Welding Journal,; 86(10): 313S-322S [34] Ouyang JH Kovačević R (2002) Material Flow and Microstructure in the Friction Stir Butt Welds of the Same and Dissimilar Aluminum Alloys The Journal of Materials Engineering and Performance ASM International.; 11(1): 51-63 [35] Lorrain O Favierb V Zahrounic H Lawrjaniec D (2010) Understanding the material flow path of friction stir welding process using unthreaded tools, Journal of Materials Processing Technology; 210 : 603–609 [36] Schmidt, H and Hattel, J (2003) A local model for the thermomechanical conditions in friction stir welding, Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol 13, No 1, pp.77-93 [37] Langerman M, Kvalvik E (2003) Modeling plasticised aluminum flow and temperature fields during friction stir welding Proceedings of the 6th ASME– JSME Thermal Engineering Joint Conference TED-AJ03-133 [38] K Lindner, Z Khandkar, J Khan, W Tang, and A.P Reynolds: in4th International Symposium on FSW (CD-ROM), Utah, 2003, TWI [39] Chao, Y J and Qi, X (1998) Thermal and thermo-mechanical modeling of friction stir welding of aluminum alloy 6061-T6, Journal of Materials Processing & Manufacturing Science, Vol 7, No 2, pp.215-233 [40] Zhang, Zhao, and Hongwu Zhang "The simulation of residual stresses in friction stir welds." Journal of Mechanics of Materials and Structures 2.5 (2007): 951964 151 [41] Scialpi A De Filippis L A C Cavaliere P (2007) Influence of shoulder geometry on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 6082 aluminium alloy Materials and Design 28: 1124–1129 [42] Heurtier, P Desrayaud, C and Montheillet, F A (2002) Thermomechanical Analysis of the Friction Stir Welding Process, Material Science Forum, Vol Aluminum Alloys 2002 - ICAAS, No pp.1537-1542, Transtech Publications,Switzerlad [43] Heurtier, P Jones, M J Desrayaud, C Driver, J H Montheillet, F and Allehaux, D.(2006) Mechanical and thermal modelling of Friction Stir Welding, Journal of Materials Processing Technology, Vol 171, No 3, pp.348-357 [44] Mijajlović, Miroslav, and Dragan Milčić "Analytical model for estimating the amount of heat generated during friction stir welding: application on plates made of aluminium alloy 2024 T351." Welding Processes (2012): 247-274 [45] Leonard, A J and Lockyer, S A (2003) Flaws in friction stir welds In 4th International Symposium on Friction Stir Welding, May 2003, Vol 16 Park City, Utah, USA [46] Threadgill P.L (1999) Friction Stir Welding – State of the art, TWI report678/1999 [47] Uzun, H (2007) Friction stir welding of SiC particulate reinforced AA2124 Aluminium alloy matrix composite, Materials and Design, Vol 28, pp 1440– 1446 [48] Threadgill, P L., et al "Friction stir welding of aluminium alloys." International Materials Reviews 54.2 (2009): 49-93 [49] Kim, Y G Fujii, H, Tsumura, T Komazaki, T and Nakata, K (2006) Three defect types in friction stir welding of aluminum die casting alloy Materials Science and Engineering, Vol 415 (1), pp 250-254 [50] Hua, T (2006) Monitoring and Intelligent Control for Complex Curvature Friction Stir Welding, PhD thesis, Nelson Mandela Metropolitan University [51] Rajiv S Mishra, Center for Friction Stir Processing, University of Missouri-Rolla Murray W Mahoney, Rockwell Scientific Company, “Friction Stir Welding and Processing”, 2007 152 [52] Trimble, D., J Monaghan, and G E O’donnell "Force generation during friction stir welding of AA2024-T3." CIRP annals 61.1 (2012): 9-12 [53] Ilić G Radojković N Stojanović I Thermodynamics II: Basics of heat distribution (in Serbian), Vranje, Yugoslavia, 1996 [54] Peel, M Steuwer, A Preuss, M and Withers, P J (2003) Microstructure, mechanical properties and residual stresses as a function of welding speed in aluminium AA5083 friction stir welds, Acta Materialia, Vol 51, No 16, pp.4791-4801 [55] Rebelo, N and Kobayashi, S (1980), A coupled analysis of visco- plastic deformation and heat transfer, Part I, Int J Mech Sci 22 : 699 – 705 [56] Hart, E.W (1976), Constitutive relations for the non- elastic deformation of metals, J Eng Mater Technol 98 : 193 – 202 [57] Cho, J.-H Boyce, D E and Dawson, P R (2005) Modeling strain hardening and texture evolution in friction stir welding of stainless steel, Materials Science and Engineering: A, Vol 398, No 1-2, pp.146-163 [58] Fisher, E.S (1966), Temperature dependence of the elastic moduli in alpha uranium single crystals Part iv: (298° to 923°K), J Nucl Mater 18 (1): 39 – 54 [59] Zienkiewich, O.C and Cormeau, I.C (1974), Visco- plasticity – plasticity and creep in elastic solids – a unifi ed numerical solution approach, Int J Numer Method Eng : 821 – 45 [60] Cavaliere, P Campanile, G Panella, F and Squillace, A (2006a) Effect of welding parameters on mechanical and microstructural properties of AA6056 joints produced by Friction Stir Welding, Journal of Materials Processing Technology, Vol 180, No 1-3, pp.263-270 [61] Djurdjanović M (2000) Tribology, Welding, Friction Welding [unpublished materials used in studies at University of Nis, Faculty of Mechanical Engineering Nis, Serbia] [62] Vukicevic M Petrovic Z Djuric S Bjelic M (2007) Oxy-fuel welding (in Serbian) Faculty of Mechanical Engineering Kraljevo Serbia 153 [63] Mijajlović M (2012) Investigation and Development of Analytical Model for Estimation of Amount of Heat Generated During FSW (in Serbian), Ph D thesis, Faculty of Mechanical Engineering Nis, University of Nis, Nis, Serbia [64] Nandan, R Deb Roy, T and Bhadeshia, H K D H (2008) Recent advances in friction-stir welding–Process, weldment structure and properties Progress in Materials Science, Vol 53(6), pp 980-1023 [65] Djurdjanović M Mijajlović M Milčić D Stamenković D (2009) Heat Generation During Friction Stir Welding Process Tribology in Industry.; 31(12):8-14 [66] Cabibbo, M Mcqueen, H J Evangelista, E Spigarelli, S Di Paola, M and Falchero, A (2007) Microstructure and mechanical property studies of AA6056 friction stir welded plate, Materials Science and Engineering: A, Vol 460–461, No 0, pp.86-94 [67] Ying Li, L E Murr, McClure J C (1999) Flow visualization and residual microstructures associated with the friction-stir welding of 2024 aluminium to 6061 aluminium Material Science and Engineering A 271(1-2): 213-223 [68] De Giorgi, M Scialpi, A Panella, F and De Filippis, L (2009) Effect of shoulder geometry on residual stress and fatigue properties of AA6082 fsw joints, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol 23, No 1, pp.26-35-35 [69] Reddy, Junuthula Narasimha, and David K Gartling “The Finite Element method in heat transfer and fluid dynamics”, 2nd edn, Florida: CRC Press [70] Babu, S Elangovan, K Balasubramanian, V and Balasubramanian, M “Optimizing friction stir welding parameters to maximize tensile strength of AA2219 aluminum alloy joints”, Metals and Materials International, Vol 15, No 2, pp.321-330-330, 2009 [71] Zimmer, S Langlois, L Laye, J and Bigot, R (2010) Experimental investigation of the influence of the FSW plunge processing parameters on the maximum generated force and torque, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol 47, No 1, pp.201-215 154 [72] Padmanaban, G and Balasubramanian, V (2009) Selection of FSW tool pin profile, shoulder diameter and material for joining AZ31B magnesium alloy-An experimental approach, Materials and Design, Vol.30, pp.2647-2656 [73] Fratini, Livan, and Gianluca Buffa "CDRX modelling in friction stir welding of aluminium alloys." International Journal of Machine Tools and Manufacture 45.10 (2005): 1188-1194 [74] Zettler, Rudolf, et al "Dissimilar Al to Mg alloy friction stir welds." Advanced Engineering Materials 8.5 (2006): 415-421 [75] Zettler R da Silva A.A.M Rodrigues S Blanco A and dos Santos J.F (2006a) Dissimilar Al to Mg friction stir welds Advanced Engineering Materials, (5) [76] Arbegast J.A (2003) Modeling Friction Stir Joining as a Metalworking Process, Hot Deformation of Aluminum Alloys III, Z Jin, ed TMS (The Minerals, Metals, and Materials Society) [77] Gerlich A Avramovic-Cingara G and North T.H.(2006) Stir Zone Microstructure and Strain Rate during Al 7075-T6 Friction Stir Spot Welding Metallurgical and Materials Transactions A, 37A,, 2773–2786 [78] Gerlich A Yamamoto M and North T.H (2007) Local melting and cracking in Al 7075-T6 and Al 2024-T3 friction stir spot welds Science and Technology of Welding and Joining, 12 (6),, 472–480 [79] FSW Technical Handbook (2004) ESAB AB, Welding Automation, SE- 695 81 LAXA, Sweden [80] Tran Hung Tra, Effect of weld parameters on mechanical properties of the friction stir welding AA6063-T5, ASEAN Engineering Journal, Vol 4, pp 73-78, 2011 [81] Trần Văn Dũng (2010) Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, NXB BK Hà Nội [82] Nguyễn Hữu Lộc (2011) Quy hoạch phân tích thực nghiệm, ĐHQG TPHCM [83] Phan Đình Huấn (2011) Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn, NXB Tp HCM [84] Hồng Trọng Bá (2006) Cơng nghệ Kim loại, NXB Tp HCM 155 ... BÁCH KHOA MAI ĐĂNG TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ ĐẾN CƠ TÍNH VÀ TỔ CHỨC MỐI HÀN MA SÁT KHUẤY CHO CÁC KẾT CẤU PHẲNG BẰNG HỢP KIM NHÔM BIẾN DẠNG CHUYÊN NGÀNH: CƠNG NGHỆ TẠO... việc kết hợp phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính xác độ tin cậy mang lại hiệu kinh tế cao Luận án ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số cơng nghệ đến tính tổ chức mối hàn ma sát khuấy cho kết cấu dạng hợp. .. [47] nghiên cứu vùng tổ chức mối hàn nhôm dày mm (Hình 1.9) thể vùng tổ chức khác mối hàn ma sát khuấy hợp kim nhơm Hình 1.6 Các vùng tổ chức tế vi mối hàn ma sát khuấy [47] 14 Vùng không ảnh hưởng