CăS LÝ THUY T

Một phần của tài liệu Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn vảy thiếc siêu âm (Trang 26)

Siêuăơmăđ căđ nhăngh aălƠăn ngăl ngăđ c t o ra b i sóng âm thanh khi truy n

quaămơiătr ng v t ch t v i t n s l năh năho c b ng 20 (kHz). T n s nh nh t c a siêu

ơmăđ căxácăđnh là t n s t iăđaămƠăconăng i có th ngheăđ c hay còn g iălƠăng ng nghe trên.

Hình 3.1: Các vùng t n s c a sóng âm.

Siêu âm có t n s l năh nă100ăkHzăđ c ng d ng nh ng n i mà s truy n sóng

không gây nh h ng nào lên v t th mà nó truy n qua, bao g m các ng d ng nh siêu âm trong y h c, ki m tra không phá h y. N ng l ng t i n i mà nh ng sóng này đ c t o ra là t ng đ i nh v i c ng đ trong kho ng 0.1-0.5W/cm2.

Siêu âm có t n s t 20-100 (kHz) đ c s d ng trong nh ng ng d ng đòi h i

m t l ng n ng l ng l n ví d nh quá trình gia công ch t o (g i là siêu âm n ng

l ng cao).ăC ng đ thôngăth ng đ c s d ng trong siêu âm n ng l ng cao là trên

10W/cm2. N ng l ng c n thi t c a nh ng ng d ng này đ c truy n t i v t li u c n

đ c gia công thông qua m t ho c nhi u chi ti t siêu âm nh b chuy năđ i, chuy năđ i t daoăđ ngăđi năthƠnhădaoăđ ngăc .

3.2. Nguyên lý hàn siêu âm

Ngu n phát siêu âm nh n ngu năđi n xoay chi u 220V/50Hz và bi n chúng thành t n s 20ăkHz.ăN ngăl ngănƠyăđ c truy n t i b chuy năđ i g măápăđi n, giúp chuy n

đ iădaoăđ ngăđi năthƠnhădaoăđ ngăc ăcùngăt n s .ăBiênăđ daoăđ ngăc ă đ u ra c a b chuy năđ i l năl tăđ c khuy chăđ i qua b khuy chăđ i (booster) và khuôn hàn (horn) [1].

Hình 3.2: S ăđ nguyên lý hàn siêu âm.

KhnăhƠnăđóngăvaiătrịăr t quan tr ng, nhăh ng tr c ti păđ n ch tăl ng s n ph m và kh n ngăcôngăngh .ăKhuônăhƠnăđ c thi t k tùy thu c vào v tríăgáăđ t, khơng gian s d ng và s n ph m ng d ng.ăThơngăth ng, hình d ng khn hàn thi t k theo hình kh i h p ch nh t và hình tr trịn.

3.3. Hàn v y thi c siêu âm

Hàn v yălƠăph ngăphápăn i các chi ti t kim lo i ho c h p kim tr ng thái r n nh m t kim lo i trung gian g i là v y hàn (kim lo i có nhi tăđ nóng ch y th păh năkimă

lo i chi ti t hàn). S hình thành m i hàn đơyăch y u d a vào q trình hịa tan và khu ch tán c a v y hàn (do v y hàn ch y) vào kim lo i v t hàn ch n iăchoăđ n khi v y

hƠnăđôngăđ c. [9]

Hàn v y siêu âm dùng là quá trình hàn v y có h tr siêu âm. Hàn v y thi c siêu âm s d ng thi c làm c u n i liên k t chính khi hàn.

Liên k t kim lo i đ c hình thành khi l p oxit c a v t li u c n hàn đ c lo i b thông qua xâm th c siêu âm. Sauăđóăkim lo i c u n i s ti p xúc tr c ti p v i v t li u hàn, ti p t c xâm th c và l c hút ion gi a hai ch t t o thành liên k t. Ví d khi hàn dây

đ ng và dây nhôm.

Khi s d ng hàn trên v t li u phi kim, t c là khơng có l p oxit kim lo i t n t i. S xâm th c trên b m t v t hàn t o ra các l c bám dính các v t li u và t o thành liên k t c ă h c l ng vào nhau. Ví d nh ăkhiăhƠnăt m solar v iădơyăđ ng.

Hàn v yăsiêuăơmăđ c s d ngătrongătr ng h p:

- Khi không s d ng ch t kh oxit b m t. Ho c v t li u khó x lý l p oxit b m t b ng hóa ch t hay nhi tăđ .

- Áp d ng cho hàn g m s và các v t li u khó dính b ngă ph ngă phápă thơngă th ng.

Có 2 lo i hàn v y siêu âm: hàn d ng b nhúng và hàn d ngăđ u hàn c m tay.

Hình 3.3: Hàn d ng b nhúng, khn hàn n m ngồi b

- Hàn d ng b nhúng:ăđ c ng d ng cho các s n ph m d ng s i, t m, có kh

n ngădiăđ ng và kíchăth c gi i h n, n m trong không gian b hàn và b gi i h n b i thi t k siêuăơm.ăTh ng là nh h nă60mm,ăb dày nh h nă10mm.

- Hàn d ngăđ u hàn c mătay:ăđ c ng d ng cho các s n ph m d ng s i, t m, có kh n ngădiăđ ngăkémăvƠăkíchăth c t m n n l n.

Hình 3.4: Nguyên lý hàn v y d ngăđ u hàn c m tay.

3.4. Lý thuy tăc ăb n v s ph n x sóng 3.4.1 Âm tr c a mơi tr ng 3.4.1 Âm tr c a môi tr ng

Âm tr / tr khángăơmăZă(rayls):ălƠăđ d i l i c aăsóngăơmătrongămơiătr ng

Trongăđó:

• v (m/s) ậ V n t c lan truy năsóngăơmătrongămơiătr ng. • (kg/m3) ậ M tăđ mơiătr ng.

Âm tr có vai trị quy tăđ nhăđ i v iăbiênăđ sóng ph n x trên m t phân cách gi a

haiămôiătr ng.

3.4.2 Các đnh lu t truy n âm

Ểmăđ c truy n theo nh ng tia g i là tia âm. Th c nghi m ch ngăminhătiaăơmăc ngă

b ph n x , khúc x , tán x và h p th nh ătiaăsáng. 3.4.2.1 Ph n x và khúc x

Khi g p m tăphơnăcáchăđ l n gi aăhaiămơiătr ng có tr kháng âm khác nhau, sóng âm s tuơnătheoăđ nh lu t ph n x và khúc x . M t ph năn ngăl ng c a sóng âm s ph n x ng c tr l i và ph n còn l i s truy n ti păvƠoămôiătr ng th hai.

l n c aăn ngăl ng ph n x ph thu c vào s khác bi t c a âm tr Z gi a hai

môiătr ng. H s ph n x Kăđ c tính theo cơng th c:

K= Pr/Pi= [(Z2. Cos –Z1. Cos )/( Z2. Cos + Z1. Cos )]2 (3.2)

Trongăđó: • , , l năl t là góc t i, góc ph n x và góc khúc x . • Pr ậ biênăđ áp l c c a sóng ph n h i. • Pi ậ biênăđ áp l c c a sóng t i. • Z1, Z2 ậ âm tr c aăhaiămơiătr ng Cóăhaiătr ng h p s x y ra: • Tia t i vng góc v i m t phân cách: = =0 ✓ Khiăđóăsóngătruy năquaăcùngăh ng v i sóng t i, ta có h s ph n x : K= [(Z2-Z1)/(Z2+ Z1)]2 (3.3) • Góc t i #ă0.ăTheoăđnh lu t ph n x = . ✓ Sóng truy năquaălúcănƠyăkhơngăcịnăcùngăh ng v i sóng t i và t o m t góc # , hi năt ng này g i là khúc x .

✓ Góc khúc x ph thu c vào v n t c truy năơmătrongăhaiămôiătr ng

vƠăđ căxácăđ nh b i công th c:

sin = (v2/v1).sin (3.4)

Theo đnh lu t khúc x ta có:

n1.sin = n2. (3.5)

 sin = (v2/v1). sin (3.6)

Trongăđó:

• c ậ v n t c ánh sáng, c=3*108(m/s) • n1, n2 ậ chi t su tămơiătr ng

✓ N u v2 > v1 => > khi góc t i đ t 90o thì góc khúc x đưă >90o.ăKhiăđóăx y ra hi năt ng ph n x toàn ph n, góc t i gi i h n t i giá tr góc khúc x đ t 90o khiăđóăsin = v2/v1 (sin =1). Khi ≥

(v2/v1) thì sóng âm s khơng khúc x đ c sang môi tr ng th hai bên kia m t phân cách mà toàn b n ngăl ngăđ c ph n x tr l i

môiătr ng th nh t.

✓ Ngoài ra khi tia t i g n ti p tuy n v i m t phân cách (x y ra v i c u trúc hình c u, m t c t ngang c u trúc ng) thì sóng ch tr t trên b m t phân cách mà không truy n ti păvƠoămôiătr ng th hai.

T các công th c trên ta th y h s ph n h i c a m t phân cách gi aăhaiămôiătr ng ph thu c vào Z= Z2-Z1 gi aăhaiămơiătr ng.

Z càng l năthìăn ngăl ng ph n x càng l n và ch m t ph n r t nh n ngăl ng sóng siêuăơmăđiăquaăđ cămơiătr ng phía bên kia m t phân cách. N u Z v aăđ đ t o ra m t phân cách thì ph n l năn ngăl ng sóng âm s truy năđ c qua phía bên kia.

Hình 3.5: S ph n x ph thu c vào chênh l ch tr kháng âm c aăhaiămôiătr ng 3.4.2.2 S tán x 3.4.2.2 S tán x

Khi g p các c u trúc nh ho c v i b m tăkhôngăđ ngăđ u, tia siêu âm s b tán x

điăkh păcácăh ng và ch m t ph n nh theoăđúngătínhătốn.ăVi c ghi nh n các tia tán x r tăkhóăkh nănh ngăchúngăcóăm t l i th là khơng ph thu c vào góc t i c a tia sóng.

3.4.2.3 S h p th và đ suy gi m n ng l ng c a tia siêu âm Tr kháng khác nhau ít Tr kháng khác nhau nhi u

Khi sóng âm truy n trong v tăthìăbiênăđ vƠăn ngăl ng c a tia sóng b suy gi m theo kho ng cách, s suy gi m tuõn theo hm:

Ix= Ioexp(-à.f.x) (3.7)

Trongú:

ã Ix ậ c ngăđ tia siêu âm t i v trí x. • Io ậ c ng tia t i x=0.

ã à - h s suy gi m âm c aămôiătr ng. • f ậ t n s c a sóng âm.

• x ậ v trí sóng truy n t i.

T cơng th c tính trên ta th y s suy gi m ph thu c r t nhi u vào t n s , g nănh ă

t l thu n. S ph thu c này là h n ch c a siêu âm cao t n vì t n s caoăthìăđ suy gi m

caoădoăđóăn ngăl ng càng gi m.

Nguyên nh n gây ra s suy gi m c a tia sóng âm là: • S ph n x và tán x trên t ch c.

S h p thu c aămôiătr ng do m t ph năn ngăl ng c a tia siêu âm b chuy năthƠnhăn ngă l ng c aăcácădaoăđ ng nhi t.

3.4.2.4 Bi u đ chùm tia ph n x

Nh ăđưăđ c nh c t i trong các ph nătr c, lu năv nănƠyăt p trung nghiên c u cách th c ng d ng s ph n x c aăg ngălõmăvƠoăvi căgiaăt ngăch tăl ngăvƠăđ bao ph cho m i hàn v y thi c.

Công ngh siêu âm v b n ch tălƠădaoăđ ngăc ăcaoăt n, ch u nhăh ng c a các quy lu t v tălỦăc ăb nănh ăđưătrìnhăbƠyătrongăph nătr c.ăTaăxemămơiătr ng thi c l ngăt ngă

t nh ămôiătr ngăn c, tia t i là chùm tia song song phát ra t đ u rung siêu âm, áp d ng các quy t c ph n x g ngălõmăhoƠnătoƠnăcóăth tínhătốnăđ căs ăđ tia sóng siêu âm ph n x .

có th v đ căs ăđ tia này, ta s v n d ng hai quy t c ph n x c aăg ngălõm:

• B t k tia t iănƠoăđiăsongăsongăv i tr căchínhătrênăđ ng t iăg ng s điăquaătiêuă đi m khi ph n x .

• B t k tia t iănƠoăđiăquaătiêuăđi mătrênăđ ng t iăg ngăs truy n song song v i tr c chính khi ph n x

Hình 3.6: Mô ph ngăs ăđ tia ph n x trongămôiătr ng Crocodile Physics 605 S d ng các công c mô ph ng v tălỦăđ năgi n, ta xácăđ nhăđ cătiêuăđi m h i t S d ng các công c mô ph ng v tălỦăđ năgi n, ta xácăđ nhăđ cătiêuăđi m h i t F c a chùm tia ph n x , t đóătínhătốnăv trí l păđ t t m ph n x cong trong th c t .

K t qu taăthuăđ c là v tríăđi m h i t F s n m trên tr c chính, cách b m t

g ngălõmăm tăđo n có giá tr b ng m t n aăbánăkínhăg ng.ăT k t qu này, ta thi t l p

mơ hình mơ ph ng h siêuăơmătrênămáyătính,ăđ m b o khi ch t o có th đápă ngăcácăđi u ki n l p ráp, h n ch cácătr ng h p t m ph n x cóăđi m h i t cách quá xa ho c quá g n,ăgơyăkhóăkh nătrongăvi c s d ng và thí nghi m.

3.5. Qui ho ch th c nghi m 3.5.1 T ng quan 3.5.1 T ng quan

Ngày nay, quy ho ch th c nghi mă đ c s d ngă t ngă đ i r ng rãi trong các ngành kinh t và d ch v . Quy ho ch th c nghi măđóngăvaiătrịăquanătr ng trong khoa h c, công ngh và k thu tầăđ thi t k và phát tri n s n ph m, quy trình m i, nâng cao ch tăl ng s n ph m hi n có, qu n lý q trình.

Trongămơiătr ng s n xu t, các thí nghi măth ngăđ c lên k ho ch và th c hi n

đ th mădị,ă c tính ho c xác nh n.ăTh mădịăcóăngh aălƠăhi u d li uăquyătrình.ă c tính

lƠăxácăđnh cách các thơng s q trình nhăh ngăđ năđ c tính c a hi u su tăđ u ra. Xác nh năđ c păđ n vi c xác minh k t qu d đoánăc a các th nghi m.

Quy ho ch th c nghi m là m t q trình hồn ch nh bao g m l p k ho ch, thi t k và phân tích th nghi măđ đ tăđ c các k t lu n h p lý và khách quan m t cách hi u qu . B ng cách tích h păcácăph ngăphápăth ngăkêăđ năgi n và m nh m , chúng ta có th

rút ra các k t lu n th ngă kêă đúngă đ n t th nghi m. S thành công c a b t k th nghi m công nghi pănƠoăđ c thi t k ph thu c vào vi c l p k ho ch h p lý, l a ch n thi t k phù h p, phân tích th ng kê d li u và k n ngălƠmăvi c nhóm.

Khi th c hi n m t th nghi măđưăthi t k , các thông s đ u vào ho c các bi n (các y u t ) s đ căthayăđ i m t cách có ch Ủăđ có th quan sát nh ngăthayăđ iăt ngă ng

trongăđ u ra c a quá trình. K t qu đ uăraăđ tăđ c t các thí nghi măđ c l p k ho ch, ti n hành và phân tích phù h păđ c s d ngăđ c i thi n hi u su t c a s n ph m, gi m t l ph ph m ho c t l làm l i, gi m th i gian chu k phát tri n s n ph m và gi m s bi n

đ ng quá m c trong quy trình s n xu t,ầă

Hình 3.7: Mơ hình nghiên c u q trình

Trong th c t , m t s bi n s ho c y u t c a q trình có th thao tác khá d dàng trong khi nh ng bi n s ho c y u t khác có th khó ho c th m chí t năkémăđ ki m sốt trong q trình s n xu tăbìnhăth ng ho căđi u ki n tiêu chu n. Hình 3.7 minh h a mơ hình chung c a m t q trình hàn v y thi c, v iăđ uăraălƠăcácăđ c tính hi u su tăđ c p

đ n hi u su t c a quá trình /s n ph m. Các bi n có th ki m sốt là các y u t có th thay

đ i d dàng trong quá trình th nghi m và nh ng y u t đóăcóăth nhăh ng tr c ti p

đ năđ c tính c a quá trình. Các bi n khơng th ki m soát là các y u t khó ki m sốt trong q trình th nghi m. Nh ng bi n s này là lý do chính d năđ n s không nh t quán c a hi u su t s n ph m. B ngăcáchăxácăđ nh t iă uăc aăđ uăra,ăsauăđóăcóăth gi m thi uătácăđ ng c a nhi u [10].

Trongăhìnhătrên,ăcácăđ c tính c a m u b nhăh ng b i các thơng s (ho c y u t ) có th ki m sốt và khơng ki măsoátăđ c.

Nhân t có th ki m sốt:

Quá trình hàn v y thi c siêu âm

Các nhân t có th ki m sốt

Các nhân t khơng th / khó ki m soát

V t li u hàn M uăđưăhƠn

Th i gian Biênăđ Bán kính cong

Nhi tăđ vƠăđ

mămơiătr ng V trí gá T n s siêu âm

-Th i gian phát siêu âm. -Biênăđ siêu âm.

-Bán kính cong c a t m ph n x . -Nhi tăđ b hàn.

Nhân t khó ho c khơng th ki m sốt:

-Nhi tăđ vƠăđ mămơiătr ng. -V trí gá m u.

-T n s siêu âm.

Khi s d ng công ngh hàn v y thi c siêu âm, các y u t có th ki măsốtăđ c s

nhăh ng tr c ti păđ năđ c tính c a m u, trong khi y u t khơng ki măsốtă đ c là ngun nhân d năđ n s bi năđ ng c a k t qu thí nghi m. Khi phân tích và th c hi n thành cơng t p h p các tham s đ c t iă uăhóa,ăcóăth gi m thi u s không nh t quán c a các k t qu đ c th nghi m do các y u t khơng ki măsốtăđ c.

3.5.2 Các lo i thí nghi m

3.5.2.1 Thí nghi m sàng l c (Screening Experiment) M căđíchăthíănghi m: M căđíchăthíănghi m:

- Xácăđnh đơuălƠăcácăy u t nhăh ngăchínhăđ năđ iăt ng hay q trình c n kh o sát;

- ánhăgiáăm căđ nhăh ng c a các y u t ;

- ánhăgiáăm căđ nhăh ngăt ngătácăgi a các y u t .

Thí nghi m sàng l căth ng khai thác các d ng thi t k thí nghi m tồn ph n 2 m c khi s y u t thí nghi m khơng l n; ho c thi t k thí nghi m riêng ph n hay thi t k thí nghi m P-B.

3.5.2.2 Thí nghi m so sánh (Comparative Expriment)

Th ngăđ c th c hi năđ soăsánhăvƠăđánhăgiáăsaiăkhácăgi aăhaiănhómăđ iăt ng m u hay hai quá trình nh m tr l i câu h i: Có hay khơng s sai khác gi aăcácănhómăđ i

t ng hay quá trình? Câu h iănƠyăth ngăđ t ra khi ki m ch ng m t s n ph m hay m t

Một phần của tài liệu Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn vảy thiếc siêu âm (Trang 26)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(113 trang)