5. TIN TRÌNH THÍ NGH IM VÀ KT QU OăT
5.1. Trang thi tb thí ngh im
5.1.3 B siêu âm
Hình 5.2: B siêu âm c a máy hàn v y Thông s k thu t:
- Tr ngăl ng: 20Kg - T n s : 20 kHz ± 0.5kHz - Công su t l n nh t: 2000W
căđi m c a b siêu âm:
- Có th đi u chnhăbiênăđ t đ ng t 0% ậ 100%, khuyên dùng 10%ậ 90%. - T đ ng dò t n s : 20 kHz ± 0.5kHz
- Ghi nh ch ngătrìnhăhƠnăvƠoăb nh .
5.1.4 Máy th nghi m đ b n kéo
Hình 5.3: Máy ki m tra l c kéo
Máy ki m tra s c b n v t li u v năn ngăInstronăModelă3369,ăki uăđ bàn, - L c t i t iăđaă50ăkN.
- Kho ng t căđ c aăđ uătr t:ă0,005ăđ n 500 mm/phút. - chính xác c a t căđ đ uătr t: 0,2% t căđ th .
- T căđ quay tr l i c aăđ uătr t: 500 mm/phút g n li n v i b đi u khi n chính xác v trí d ng.
- C p chính xác c a c m bi n l c 0,5% giá tr đoă. - Kho ng cách gi a hai c t: 420 mm.
- Kho ng ch y: 1.122 mm.
- Kíchăth c thi t b : cao 1.582 mm, r ng 756 mm, sâu 707 mm. - Tr ngăl ng 141 kg.
- Công su t tiêu th đi n: 700 VA. - Ngu năđi n: 220V/50Hz.
Hình 5.4: Ph ngăánăgáăđ t m u kéo 1 ậ u k pădiăđ ng; 2 ậ M u th nghi m; 3 ậ u k p c đnh 1 ậ u k pădiăđ ng; 2 ậ M u th nghi m; 3 ậ u k p c đnh
5.2. M u thí nghi m
5.2.1 M u 1: M u ki m tra ch t l ng b m t m i hàn
Ta s d ngăthanhăđ ngăthanhăđ ngă(Cu)ăkíchăth c 2mm×8mm×15mm. Do m u
đ ng đ ngồi khơng khí nên b m t s b oxi hóa, vì v y ta dùng gi y nhám m n P800 ho c P1000 mài l p oxi hóa trên b m t m uăđ ngăđ m iăhƠnăcóăđ bám dính t t nh t,
đ có th đánhăgiáăs ăb tác d ng c a t m ph n x .
Hình 5.5: M uăthanhăđ ng 2x8mm
5.2.2 M u 2: M u ki m tra đ ch c ch n c a m i hàn (th kéo)
Ta s d ng m uădơyăđi n b ngăđ ngă(Cu)ăkíchăth c Ø1mm, ti p theo ta c t chi u dài kho ngă200mmăđ v a v i b hàn và chi u dài khi ki m tra th kéo.ă đ m b oăđ
chính xác khi ki m tra l căkéoăvƠoăthôngăđi n, ta hàn t t c các m u v i chi u dài hàn là 5mm.
Hình 5.6: S ăđ chu n b m uădơyăđ ng Ø1mm
Hình 5.7: M u chu n b tr c khi hàn
k p ch t m uătr căkhiăhƠnăvƠăđ m b oăđ chính xác chi u dài hàn, ta s d ng lá nhôm k p ch t t iă2ăđ u m i hàn vì t m nhơm khi nhúng trong b hàn s ít b thi c hàn bám dính, vì v y có th d dƠngăđi u ch nh chi u dài hàn là 5mm.
5.3. Xây d ng thí nghi m
Hình 5.8: S ăđ gá k p m u khi hàn
M uăđ c gá trên máy hàn v y h tr b ngăsiêuăơmăđ c minh h a trong hình trên. Khi nhi t đ đ tăđ n ng ng thi c nóng ch y,ătaăđi u ch nh b ph năthayăđ iăđ cao
đ khuôn hàn, t m ph n x và m uăhƠnăđ u ng p trong b hàn. M uăđ căđ tăvƠoăđ gá m uăđ c đnh v trí chính xác kho ng cách gi a m u hàn v iăđ u thanh rung siêu âm và t m ph n x . Khuôn hàn truy nădaoăđ ngăsiêuăơmătheoăh ng vng góc v i các b m t n i.ăSauăđóăb t ngu n phát siêu âm và b tăđ u thi t l p các thông s c n ki mătraănh ă biênăđ daoăđ ng và th i gian hàn khác nhau.
M t s nguyên t c:
• Khi b tăđ u thí nghi m, b gia nhi t s đ c kh iăđ ngătr că30’.ăSauăkhiăb hƠnăđ c nung nóng và thi c b tăđ u ch y l ng, ngu năđi n m iăđ c m
lên.ă i u này h n ch kh n ngăgơyăh ăh ngăđ uărungăsiêuăơmădoăđ u rung
đ c ngâm sâu trong b hàn.
• Tr c khi b tăđ u quy trình hàn, v trí c a m u th và t m ph n x đ c tinh ch nhătheoăđúngăthi t k .ăDaoăđ ng siêu âm c aăđ u rung ch đ c phát khi chu n b hoàn t t,ădaoăđ ng s t t t sau m t kho ng th i gian nh tăđnh, có th cƠiăđ t trên b đi u khi năđi n.
• Sauăkhiădaoăđ ng siêu âm d ng, bàn nâng thí nghi măđ c h xu ng, m u th s đ c l y ra b ng k p.
Thông s cơng ngh :
• Th i gian phát siêu âm (th i gian hàn) t 0,5săđ n 40s. • Nhi tăđ b hàn t 260 đ n 360 .
Nhi tăđ b thi căđ c ch năđ kh o sát là T = 300oC ± 10, th c nghi m th y r ng nhi tăđ l năh nănhi tăđ kh o sát, x hàn d sinh ra, t o thành y u t nhăh ngăđ n quá trình hàn, nhi tăđ th păh n,ăđ nóng s b truy năđi,ăđ bám ch c v t hàn r t kém.
5.3.2 Các ch đ và quy trình thí nghi m
Thí nghi m 1: So sánh s nhăh ng c aăbiênăđ daoăđ ngăsóngăsiêuăơmăđ n ch t
l ng b m t m i hàn.
CƠiăđ t nhi tăđ b hàn c đnh T = 300oC Thi t l p th iăgianătácăđ ng c a siêu âm t = 4s S d ng t m ph n x v iăkíchăth c R15
S d ngăthanhăđ ngăkíchăth c 2x8mmăđemăhƠnă1ăđ u v iăbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm l năl t là 10%, 30%, 50%, 70% và 90%
V i m u 1 (m uăthanhăđ ng 2x8mm),ătaăđemăm uăđiăch p b ng kính hi năviăđi n t quétă(SEM)ăđ so sánh nhăh ng c aăsiêuăơmăc ngănh ăm t tr c và m t sau c a m u hàn (m tătr c là m t ch u s nhăh ng tr c ti p c a thanh rung siêu âm, m t sau là m t
h ng vào t m ph n x ).
V i m u 2 (m uădơyăđi năØ1mm),ătaăđemăm u th nghi măđ b năkéoăđ ki m tra
đ ch c ch n c a m i hàn.
Thí nghi m 2: So sánh s nhăh ng c a th i gian tác d ng c aăsóngăsiêuăơmăđ n ch tăl ng b m t m i hàn.
CƠiăđ t nhi tăđ b hàn c đnh T = 300 oC
Thi t l păbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm Ra =50% S d ng t m ph n x v iăkíchăth c R15
S d ngăthanhăđ ngăkíchăth c 2x8mm đemăhƠnă1ăđ u v i th iăgianătácăđ ng c a
daoăđ ng siêu âm
V i m u 1 (m uăthanhăđ ng 2x8mm),ătaăđemăm uăđiăch p b ng kính hi năviăđi n t quétă(SEM)ăđ so sánh nhăh ng c aăsiêuăơmăc ngănh ăm tătr c và m t sau c a m u hàn (m tătr c là m t ch u s nh h ng tr c ti p c a thanh rung siêu âm, m t sau là m t
h ng vào t m ph n x ).
V i m u 2 (m uădơyăđi năØ1mm),ătaăđemăm u th nghi măđ b năkéoăđ ki m tra
đ ch c ch n c a m i hàn.
Sau khi th c hi n 2 thí nghi m, s gi i h n thông s nhă h ngăđ điă đ n thí nghi m hàng lo t.
Thí nghi m 3: Sauăkhiăđưăcóăk t qu thí nghi m kh oăsátă1,ă2ăvƠăđ aăraăk t lu năs ă
b , d aăvƠoăđ th đápă ng và m c tiêu thí nghi m, tác gi th c hi n quy ho ch th c nghi m b că2ăquayăđ u:
S nhân t : 3 S th c nghi m: 8
S TN sao: 6 S TN tâm:6 T ng s TN: 20 S l n l p: 5
S TN ph i th c hi n: 100
B ngă5.1:ă B ng thơng s thí nghi m:
Parameter -1,682 -1 0 1 1,682
Biênăđ ă(%) 10 20 30 40 50
Th iăgiană(s) 3 4 5 6 7
Bánăkínhăt măph năx ă(mm) 15 20 25 30 35
B ngă5.2:ă B ng ma tr n quy ho ch th c nghi m:
N x1 x2 x3 y NTN 1 -1 -1 -1 9 2 1 -1 -1 3 3 -1 1 -1 4 4 1 1 -1 6 5 -1 -1 1 11 6 1 -1 1 2 7 -1 1 1 10 8 1 1 1 18 9 -1,682 0 0 14 10 1,682 0 0 20 11 0 -1,682 0 16 12 0 1,682 0 1 13 0 0 -1,682 17 14 0 0 1,682 19 15 0 0 0 15 16 0 0 0 5 17 0 0 0 13 18 0 0 0 7 19 0 0 0 8 20 0 0 0 12
Các thí nghi măđ c th c hi n ng u nhiên theo c t NTN.
5.4. K t qu thí nghi m 1 và 2
5.4.1 M u 1: M u thanh đ ng 2 8mm
Hình 5.9: K t qu thí nghi m 1 (m tătr c).
Hình 5.10: K t qu thí nghi m 1 (m t sau).
Hình 5.11: nh SEM m tătr că(đ phóngăđ i 100 l n). M tătr c
Hình 5.12: nh SEM m tătr că(đ phóngăđ i 2000 l n).
Hình 5.13: nh SEM m tăsauă(đ phóngăđ i 100 l n).
Hình 5.14: nh SEM m t sau (đ phóngăđ i 2000 l n).
Nh n xét: Ch tăl ng b m t hàn ph thu căvƠoăbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm. Các m uăcóăbiênăđ daoăđ ng siêu âm khác nhau có ch tăl ng b m t khác nhau. Khi
t ngăbiênăđ daoăđ ng c a sóng siêu âm, m u hàn có ch tăl ng b m t càng th p do có l p x bám trên b m t m u.
5.4.1.2 Thí nghi m 2: Thay đ i th i gian hàn
Hình 5.15: K t qu thí nghi m 2 (m tătr c).
Hình 5.16: K t qu thí nghi m 2 (m t sau).
Hình 5.17: nh SEM m tătr că(đ phóngăđ i 100 l n). M tătr c
Hình 5.18: nh SEM m tătr că(đ phóngăđ i 500 l n).
Hình 5.19: nh SEM m tătr că(đ phóngăđ i 2000 l n).
Hình 5.21: nh SEM m tăsauă(đ phóngăđ i 500 l n).
Hình 5.22: nh SEM m tăsauă(đ phóngăđ i 2000 l n)
Nh n xét: V i m uăthanhăđ ng v n có s nhăh ng c a th iăgianăhƠnăđ n ch t
l ng m i hàn. Tuy s nhăh ng không l nănh ngăb m t hàn v n có s thayăđ i khi
thayăđ i th i gian hàn khác nhau.
5.4.2 M u 2: M u dây đi n Ø1mm
5.4.2.1 Thí nghi m 1: Thay đ i biên đ dao đ ng c a siêu âm ➢ M uăkhôngăs ăd ngădaoăđ ng siêu âm
Hình 5.23: M uă0%ătr c và sau khi kéo
Hình 5.24: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 0% ➢ M uăs ăcóăd ngăbiênăđ ădaoăđ ngăsiêuăơm
Hình 5.25: M uă10%ătr c và sau khi kéo
Hình 5.27: M u 30% tr c và sau khi kéo
Hình 5.29: M uă50%ătr c và sau khi kéo
Hình 5.31: M uă70%ătr c và sau khi kéo
Hình 5.33: M uă90%ătr c và sau khi kéo
Hình 5.35: Bi uăđ l c ậ đ dãn dài m u thí nghi măthayăđ iăbiênăđ
B ngă5.3:ă K t qu th nghi m kéo m uăthayăđ i biênăđ daoăđ ng siêu âm
Amplitude 0% 10% 30% 50% 70% 90% L t 1 Maximum Load(N) 146.84633 164.53686 182.57875 161.14712 166.37661 173.61904 Extension at Maximum Load (mm) 1.00025 4.00037 7.50031 2.26650 4.33319 4.50019 L t 2 Maximum Load(N) 128.23059 149.31874 167.36625 172.33035 150.69909 153.67349 Extension at Maximum Load (mm) 2.66644 2.00025 3.16662 3.50025 2.16681 2.00019 L t 3 Maximum Load(N) 98.79633 166.92512 174.80679 170.18339 157.72615 161.14712 Extension at Maximum Load (mm) 0.83350 3.33356 2.66669 1.83369 1.36566 1.66650
Hình 5.36: Bi uăđ đ b n kéo c a m uăsauă3ăl t kéo
Hình 5.38: b n kéo c a m iăhƠnătheoăbiênăđ daoăđ ng c a siêu âm
Nh năxét:
Hình trên choăth yăđ b năkéoăc aăcácăm iăn iăhƠnăCu/Cuăđ căx ălỦăb ngăsiêuăơmă
cóăbiênăđ ădaoăđ ngăkhácănhau. Nhìnăchung,ăcácăm uăđ căx ălỦăb ngăsóngăsiêuăơmăcóă đ ăb năkéoăcaoăh năm uăđ iăch ngă(m uă0%),ăcóăđ ăb năkéoătrungăbìnhăth pănh tălƠă
124.6 ± 25.7 N. Trongăs ăcácăm uăđ căx ălỦăb ngăsóngăsiêuăơm,ăđ ăb năkeoăcaoănh tălƠă 174.9 ± 7.7ăNăđ tăđ că ăbiênăđ ă30%. i uănƠyăt ngăđ ngăv iăvi căt ngă40.36%ăđ ă b năkéoăsoăv iăm uăđ iăch ng. Tuyănhiên,ăs căch ngăkéoăgi măxu ngăcịnă158.3ă±ă8.1ăNă sauăkhiăx ălỦăb ngăbiênăđ ă70%ăc aăsóngăsiêuăơm,ăt ngăđ ngăv iăvi căgi mă9,49%ăđ ă b năkéoăsoăv iăm uăđ căx ălỦăb ngăsiêuăơmă ăbiênăđ ă30% nh ngăt ngă27,04%ăsoăv iă m uăđ iăch ng.
5.4.2.2 Thí nghi m 2: Thay đ i th i gian tác d ng c a sóng siêu âm
Hình 5.40: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 2 giây
Hình 5.42: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 4 giây
Hình 5.44: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 6 giây
Hình 5.46: Bi uăđ l c ậ chi u dài m u 8 giây
Hình 5.47: Biêuăđ l c ậ đ dãn dài m u thí nghi măthayăđ i th i gian
B ngă5.4:ă K t qu th nghi m kéo m uăthayăđ i th i gian tác d ng c a siêu âm
2s 4s 6s 8s L t 1 Maximum Load (N) 157.35833 161.14712 194.56485 184.35923 Extension at Maximum Load (mm) 1.83319 2.26650 10.00025 8.33325 Maximum Load (N) 174.71367 172.33035 186.93726 166.92512
L t 2 Extension at Maximum Load (mm) 3.50000 3.50025 8.83344 3.33356 L t 3 Maximum Load (N) 169.28014 170.18339 172.30355 152.80684 Extension at Maximum Load (mm) 3.33362 1.83369 3.50025 2.00006
Hình 5.49: Bi uăđ đ dãn dài phá h y c a m uăsauă3ăl t kéo
Hình 5.50: b n kéo c a m i hàn theo th i gian tác d ng c a siêu âm
Nh năxét:
Hình trên choăth yăđ b năkéoăc aăcácăm iăn iăhƠnăCu/Cuăđ căx ălỦăb ngăsiêuăơmă
cóăth iăgianătácăd ngăc aăsóngăsiêuăơmăkhácănhau. Nhìnăchung,ăcácăm uăđ căx ălỦăb ngă sóngăsiêuăơmăcóăđ ăb năkéoăcaoăh năm uăđ iăch ngă(m uă0%)ăcóăđ ăb năkéoătrungăbìnhă th pănh tălƠă124.6ă±ă25.7ăN. Trongăs ăcácăm uăđ căx ălỦăb ngăsóngăsiêuăơm,ăcácăm uă đ căx ălỦătrongăph măviă2ăậ 8 giơyăc aăsiêuăơmăcóăgiáătr ăt ngăđ ngăv ăđ ăb năkéoăvƠă
đ ăb năkéoăcaoănh tălƠă184.6 ± 12.3ăNăđ tăđ că ăth iăgianăhƠnă6ăgiơy. i uănƠyăt ngă đ ngăv iăvi căt ngă48.15% đ ăb năkéoăsoăv iăm uăđ iăch ng. Tuyănhiên,ăs căch ngăkéoă gi măxu ngăcịnă167.1ă±ă9.7ăNăsauăkhiăx ălỦăb ngăth iăgianătácăd ngă2ăgiơyăc aăsóngăsiêuă ơm,ăt ngăđ ngăv iăvi căgi mă9,47%ăđ ăb năkéoăsoăv iăm uăđ căx ălỦăb ngăsiêuăơmă ă th iăgiaă6sănh ngăt ngă34.1%ăsoăv iăm uăđ iăch ng.
Hình 5.51: Bi uăđ soăsánhăđ b n kéo c a m iăhƠnătheoăbiênăđ daoăđ ng và th i gian tác d ng c a siêu âm
Xét v biênăđ siêuăơm,ăđ th c aăđápă ng l căkéoăđ tăng ng c căđ i t i lân c n
30%,ătr căđi m này, l căkéoăcóăxuăh ng gi m d n, t i 0% cho kho ng bi n thiên l n, m căh nă70%ăgiáătr l căkéoăcóăxuăh ngăt ngălên. V th iăgianăhƠn,ăđ th c aăđápă ng l căkéoăđ tăng ng c căđ i t i lân c n 6s, kho ng giá tr 8s giá tr l căkéoăcóăxuăh ng gi mănh ngăkho ng bi n thiên l n. Nên kho ng giá tr biênăđ đ c ch năđ kh o sát là t 10%ăđ n 50%, kho ng giá tr th iăgianăđ c ch n là t 3ăđ n 7 giây.
5.5. K t qu thí nghi m 3
Các thí nghi măđ c th c hi n theo th t ng u nhiên, các k t qu trìnhăbƠyăbênăd iăđưă
Hình 5.52: M u NTN09:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo
Hình 5.53: th l c kéo NTN09.
B ngă5.5:ă Giá tr l c kéo NTN09.
a)
b)
Hình 5.54: M u NTN03:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo
Hình 5.55: th l c kéo NTN03.
B ngă5.6:ă Giá tr l c kéo NTN03.
a)
b)
Hình 5.56: M u NTN04:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo
Hình 5.57: th l c kéo NTN04-a.
B ngă5.7:ă Giá tr l c kéo NTN04-a.
a)
b)
Hình 5.58: th l c kéo NTN04-b.
B ngă5.8:ă Giá tr l c kéo NTN04-b.
Hình 5.59: M u NTN06:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) a)
b)
Hình 5.60: th l c kéo NTN06.
B ngă5.9:ă Giá tr l c kéo NTN06.
Hình 5.61: M u NTN11: a) Sau khi hàn; b) M u chu n b kéo a) a)
Hình 5.62: th l c kéo NTN11.
B ngă5.10:ă Giá tr l c kéo NTN11.
Hình 5.63: M u NTN02:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) a)
b)
Hình 5.64: th l c kéo NTN02.
B ngă5.11:ă Giá tr l c kéo NTN02.
Hình 5.65: M u NTN10:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a)
b)
Hình 5.66: th l c kéo NTN10.
B ngă5.12:ă Giá tr l c kéo NTN10.
Hình 5.67: M u NTN18:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) a)
b)
Hình 5.68: th l c kéo NTN18.
B ngă5.13:ă Giá tr l c kéo NTN18.
Hình 5.69: M u NTN14:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) a)
b)
Hình 5.70: th l c kéo NTN14.
B ngă5.14:ă Giá tr l c kéo NTN14.
Hình 5.71: M u NTN20: a) Tr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a)
b)
Hình 5.72: th l c kéo NTN20.
B ngă5.15:ă Giá tr l c kéo NTN20.
Hình 5.73: M u NTN16:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) a)
b)
Hình 5.74: th l c kéo NTN16.
B ngă5.16:ă Giá tr l c kéo NTN16.
Hình 5.75: M u NTN01:ăa)ăTr c khi hàn; b) Sau khi hàn; c) M u chu n b kéo a) a)
b)
Hình 5.76: th l c kéo NTN01.