4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HÀN TIG LIÊN KẾT HYBRID NHÔM – THÉP DẠNG CHỮ T
4.4.2. Các chế độ và quy trình thí nghiệm
Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ hàn đến khả năng hình thành liên kết hàn trong trường hợp này, phù hợp với dải điều chỉnh tốc độ hàn của xe hàn tự hành, trước hết ta ấn định vận tốc hàn sẽ thực nghiệm (như cột 2 của bảng 4.3), đồng thời bám sát vào kết quả đã tính toán dải năng lượng đường tối ưu ở mục 3.4.3 để tiến hành lựa chọn các giá trị dòng điện hàn (Ih) và điện áp hàn (Uh) cho phù hợp.
(4.1)
với: là hiệu suất của quá trình hàn (theo tài liệu [53], quá trình hàn TIG có = 0,7). Đối với mỗi thiết bị hàn cụ thể, Uh và Ih là hai thông số phụ thuộc nhau theo đường đặc tuyến ngoài của máy chứ không phải là các thông số độc lập nhau. Do vậy để có được năng lượng đường như mong muốn, ta phải tiến hành giai đoạn điều chỉnh máy và hàn thử trên phôi vụn để xác nhận các cặp (Uh, Ih) hoạt động ổn định tương ứng. Kết quả xác nhận các cặp thông số Uh và Ih của máy hàn MasterTIG 2500 xung AC/DC của hãng Kemppi – Phần Lan đã lựa chọn được liệt kê trong bảng 4.3 (ở đây lấy giá trị trung bình của 3 lần thử). Cuối cùng tiến hành tính toán giá trị năng lượng đường đối với các trường hợp cụ thể theo công thức (4.1) ở trên để so sánh với dải năng lượng đường tối ưu cần thiết đã tính toán ở mục 3.4.3. Kết quả tính toán năng lượng đường được điền vào cột 5 của bảng 4.3.
Lưu ý rằng: kết quả tính toán dải năng lượng đường tối ưu ở mục 3.4.3 là q = 680 720 J/mm, tuy nhiên đó mới chỉ là tính toán lý thuyết. Để kiểm tra xem dải năng lượng đường tính toán này có thực sự phản ánh đúng thực tế hay không, trong quá trình thực nghiệm ta tiến hành thí nghiệm ở phạm vi rộng hơn – tức là thí nghiệm ở cả vùng q > 720 J/mm và vùng q < 680 J/mm.
Các chế độ hàn thí nghiệm được liệt kê chi tiết trong bảng 4.3 dưới đây, trong đó, ứng với mỗi chế độ hàn sẽ tiến hành thực hiện trên 10 mẫu rồi lấy giá trị trung bình để bảo đảm độ tin cậy của kết quả thực nghiệm.
Bảng 4.3 Các chế độ thí nghiệm hàn TIG liên kết hybrid nhôm – thép dạng chữ T dày 5 mm
Trong 8 chế độ thí nghiệm ở trên, duy nhất chế độ hàn số 1 là sử dụng góc nghiêng mỏ hàn 45o để kiểm tra ảnh hưởng của sự tác động trực tiếp hồ quang vào bề mặt tấm thép. Các chế độ còn lại đều sử dụng góc nghiêng mỏ hàn 20o như đã tính toán mô phỏng ở chương 3. Đối với mỏ hàn TIG, sử dụng điện cực vonfram 2,4mm, chụp khí có đường kính 10mm, sử dụng khí Ar loại 99,98% và lưu lượng khí bảo vệ khi hàn là 10 lít/phút.
Trong trường hợp này, để khử lớp màng Al2O3 trên bề mặt tấm nhôm (nhiệm vụ số 1 trong bảng 2.11), tác giả sử dụng dòng hàn xoay chiều (AC); để kiểm soát tốt chế độ nhiệt, tác giả sử dụng loại dòng hàn xung – Nghĩa là ở đây sử dụng dòng hàn xung AC với sóng tín hiệu dạng chữ nhật. Kết quả hàn thử nghiệm với nhiều giá trị khác nhau của chế độ hàn xung AC cho biết rằng: nếu tần số xung T quá nhỏ thì khả năng làm sạch lớp ôxit nhôm sẽ kém, dẫn đến mối hàn bị lẫn ôxit nhôm và tính thấm ướt của KLMH lên trên bề mặt tấm thép sẽ kém. Độ rộng xung dương a quá lớn (độ rộng xung âm b quá nhỏ) thì khả năng đánh sạch lớp màng ôxit nhôm sẽ tốt nhưng liên kết lại bị thiếu nhiệt. Các giá trị hợp lý của thông số xung AC được lựa chọn sử dụng trong luận án như sau:
Giá trị Ih ghi trong bảng 4.3 chính là dòng đỉnh của xung AC chữ nhật. Tần số xung: T = 120 Hz.
Độ rộng xung dương: a = 0,6T. Độ rộng xung âm: b = 0,4T.
Hình 4.5 Biểu đồ tín hiệu dòng hàn xung AC khi hàn liên kết nhôm – thép bằng quá trình hàn TIG 80 Chế độ hàn Vh [mm/s] Ih [A] Uh [V] q [J/mm] Ghi chú
Quy trình thí nghiệm:
Để bảo đảm thực hiện thành công mối ghép, cần phải tuân thủ triệt để các cơ sở khoa học đã phân tích và rút ra được ở chương 2, trong đó đặc biệt là các giải pháp kỹ thuật đã được tổng hợp trong bảng 2.11. Trên cơ sở đó, tác giả đưa ra quy trình thí nghiệm tuần tự như sau:
1. Chuẩn bị thiết bị và đồ gá hàn như yêu cầu và mô tả trong mục 4.2 2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm như yêu cầu và mô tả trong mục 4.3 3. Gá kẹp mẫu thí nghiệm như mục 4.4.1
4. Điều chỉnh thiết bị hàn và xe hàn tự hành theo đúng các chế độ hàn ở bảng 4.3 và hình 4.5
5. Tiến hành thí nghiệm với các kỹ thuật đã nêu trong bảng 2.11 và các kết luận ở chương 2
6. Kiểm tra ngoại dạng và chất lượng liên kết hàn bằng các thiết bị trong mục 4.5
4.5. Các trang thiết bị kiểm tra chất lượng hàn4.5.1. Thử kéo và bẻ liên kết hàn