TT Lo i thi t b M c đích s d ng a ch c a thi t b 1 Thi t b c t Plasma CNC - Dùng đ c t theo chi u d c c a liên k t hàn Trung tâm Th c hành – Tr ng i h c S ph m K thu t Nam nh 2 Thi t b c t dây CNC - Dùng đ c t theo chi u
84 3 Thi t b kéo – nén v n n ng - Dùng đ th kéo và b liên k t hàn 4 Máy mài và đánh bóng m u - Dùng đ chu n b m u soi c u trúc t vi trên hi n vi quang h c - ánh bóng m u đ ki m tra c u trúc siêu t vi b ng hi n vi đi n t quét (SEM) và ph tán s c n ng l ng tia
X (EDS / EDX) B môn V t li u h c, x lý nhi t và b m t - Vi n Khoa h c & K thu t V t li u - i h c Bách khoa Hà N i 5 H th ng hi n vi quang h c - Dùng đ ki m tra c u trúc t vi c a liên k t hàn hybrid nhôm – thép
6 Máy đo đ c ng Vicker - Dùng đ đo đ c ng t vi trong liên k t hàn hybrid nhôm – thép
7 H th ng SEM và EDS - Dùng đ ki m tra c u trúc siêu t vi c a liên k t hàn nhôm – thép - Dùng đ phân tích thành ph n nguyên t - Dùng đ nghiên c u quá trình khu ch tán kim lo i Vi n Tiên ti n Khoa h c & Công ngh - i h c Bách khoa Hà N i
85 4.6. K t lu n ch ng 4
nghiên c u th c nghi m quá trình hàn TIG liên k t hybrid nhôm - thép trong b n lu n án này, tác gi ph i s d ng khá nhi u trang thi t b . Trong ch ng này, tác gi đã đi sâu phân tích đ đ a ra đ c các yêu c u c n thi tc a thi t b hàn và đã l a ch n đ c thi t b hàn c th , phù h p v i đ tài nghiên c u.
đ m b o t c đ hàn đ u và chính xác, tác gi đã l a ch n và s d ng xe hàn t hành ph i h p v i đ gá hàn phù h p v i d ng liên k t hànnghiên c u. ng th i đã đ a ra đ c các yêu c uv m t công ngh và k thu t v n hành h th ng xe hàn và đ gá.
Tác gi c ng đã phân tích và l a ch n đ c các trang thi t b ph tr c ng nh các thi t b ph c v quá trình ki m tra ch t l ng liên k t hàn hybrid nhôm – thép d ng ch T. ã đ a ra các khuy n ngh v l a ch n v t li u hàn c ng nh cách th c chu n b phôi hàn.
ch ng này c ng đã đ a rađ c s đ b trí thí nghi m c ng nh các ch đ và xây d ng quy trình thí nghi mm t cách c th . ã đ xu t đ c cách th c ti n hành các lo i ki m tra c tính c a liên k t hàn nghiên c u.
86 5. K T QU NGHIÊN C U VÀ BÀN LU N
5.1. nh h ng c a n ng l ng đ ng đ n ch t l ng liên k t
Th c hi n hàn thí nghi m theo các ch đ hàn đã nêu c th trong b ng 4.3t ng ng v i các giá tr n ng l ng đ ng khác nhau, ta thu đ c các k t qu th hi n trong hình 5.1 d i đây. a) Ch đ hàn 1 (q=1197 J/mm) b) Ch đ hàn 2 (q=739,2 J/mm) c) Ch đ hàn 3 (q=719,95 J/mm) d) Ch đ hàn 4 (q=700,4 J/mm) e) Ch đ hàn 5 (q=680 J/mm) f) Ch đ hàn 6 (q=658,44 J/mm) g) Ch đ hàn 7 (q=600,95 J/mm) h) Ch đ hàn 8 (q=480,76 J/mm) Hình 5.1 nh h ng c a n ng l ng đ ng đ n ch t l ng liên k t
87
K t qu thí nghi m cho th y r ng, khi hàn ch đ hàn 1 v i vi c s d ng góc nghiêng m hàn 45ođ h quang tác đ ng tr c ti p vào b m t t m théplàm cho t m thép b nóng ch y b m t, d n đ n hi n t ng m i hàn b n t m nh và tách r i nhau hoàn toàn ngay sau khi hàn. Ti n hành thí nghi m trên 10 m u v n nh n đ c k t c c này. Nh v y có th kh ng đ nh r ng góc nghiêng c a m hàn có vai trò r t quan tr ng trong quá trình hàn liên k t hybrid nhôm – thép đ c p trong lu n án. có th th c hi n thành công liên k t d ng này thì tuy t đ i không đ cđ cho h quang tác đ ng tr c ti p vào b m t c a t m thép b ng cách đ nghiêng m hàn đi m t góc 20oso v i t m thép, nhi t nung cho t m thép ch y u do quá trình truy n nhi t t v ng hàn vào và b c x nhi t t vùng h quang. Các ch đ thí nghi m t 2 đ n 8 s ch th c hi n v i góc nghiêng m hàn 20o
.
Khi hàn ch đ hàn s 2 v i n ng l ng đ ng 739,20 J/mm, k t qu nh n đ c có kh d h n. ã có nhi u ch t o đ c liên k t gi a KLMH và t m thép, nh ng chân m i hàn b s t r t nhi u, làm cho m i hàn b lõm và di n tích ti p xúc gi a KLMH v i b m t t m thép b gi m đi r t nhi u. Trong tr ng h p này v t n t c ng xu t hi n r t nhi u trên biên gi i gi a KLMH và t m thép CCT38, do đó ch đ hàn này c ng không phù h p đ i v i liên k t nghiên c u.
Khi hàn ch đ hàn s 3 v i n ng l ng đ ng 719,95 J/mm g n b ng v i c n trên c a d i n ng l ng đ ng t i u, k t qu nh n đ c có t t h n so v i hai tr ng h p tr c, tuy nhiên v t n t v n còn khá nhi u và chân m i hàn v n b s t nhi u làm cho b m t m i hàn và di n tích ti p xúc gi a KLMH và t m thép v n nh . Ch đ hàn này c ng không th a mãn các yêu c u đ t ra.
ch đ hàn s 4 (hình 5.1d), khi hàn v i n ng l ng đ ng 700,4 J/mm thu c d i n ng l ng đ ng t i u, k t qu nh n đ c là khá t t. T m nhôm AA1100 phía d i không b s t, chân m i hàn l i ra không đáng k và có th lo i b khi hàn phía đ i di n. Tr ng h p này có b m t m i hàn t ng đ i đ u và đ p, di n tích ti p xúc gi a KLMH và t m thép t ng đ i l n giúp cho liên k t b n ch c h n. K t qu phân tích c u trúc t vi cho th y r ng, tuy không có v t n t nh ng tr ng h p này l p IMC xu t hi n liên t c và khá dày (chi u dày trung bình kho ng 10 – 17 µm trên toàn b b m t gianh gi i gi a KLMH và t m thép CCT38 d n đ n đ b n c a m i ghép không cao.
Khi hàn ch đ hàn s 5 v i n ng l ng đ ng 680 J/mm b ng c n d i c a d i n ng l ng đ ng t i u, k t qu nh n đ c liên k t hàn trên hình 5.1e. Trong tr ng h p này t m nhôm AA1100 không b s t, chân m i hàn có đ l i nh , b m t m i hàn đ u và đ p do đ ch y loang c a KLMH lên trên b m t t m thép m c đ v a ph i. K t qu phân tích c u trúc t vi m c 5.6 cho th y r ng liên k t hàn không b n t, l p IMC xu t hi n không liên t c v i chi u dày trung bình t 3 đ n 9 µm. c bi t là trên b m t gianh gi i gi a KLMH và t m thép CCT38 có nhi u vùng không xu t hi n l p IMC, có ngh a là l ng kim lo i khu ch tán t i vùng nh v y là r t ít, ch a đ đ ti t ra t ch c IMC b t l i. Nh v y có th th y r ng ch đ hàn s 5 cho ch t l ng t t.
Khi hàn ch đ hàn s 6 v i n ng l ng đ ng 658,44 J/mm th p h n c n d i c a d i n ng l ng đ ng t i u, ta nh n đ c k t qu trên hình 5.1f. tr ng h p này do hàn t c đ cao (4 mm/s) nên v ng hàn nh , k t qu là chân m i hàn không l i và t m nhôm AA1100 không b s t, nh ng b r ng m i hàn bé và di n tích ti p xúc gi a KLMH và t m thép CCT38 c ng b gi m đi d n đ n b m t m i hàn không đ u và đ p. u đi m c a tr ng h p này là l p IMC m ng và không liên t c, nh ng do có khuy t t t hình dáng nên nó c ng không ph i là ch đ hàn phù h p.
ch đ hàn s 7 khi hàn v i n ng l ng đ ng 600,95 J/mm, k t qu nh n đ c trên hình 5.1g. Do n ng l ng đ ng th p nên không đ nhi t đ t o ra s ti p xúc t t gi a KLMH và t m thép, d n đ n b m t m i hàn không hoàn thi n và chân m i hàn không ng u.
88
Khi hàn ch đ hàn s 8 v i n ng l ng đ ng quá nh (480,76 J/mm), khi đó nhi t trên b m t t m thép ch a cao nên quá trình th m t và khu ch tán kim lo i ch a đ đ hình thành liên k t trên toàn b b m t gianh gi i gi a KLMH và t m thép (ch t o đ c liên k t t i m t s v trí). K t qu là liên k t hàn d b b gãy, nh ng không b r i ra ngay sau khi hàn nh ch đ hàn s 1.
K t lu n: trong 8 ch đ công ngh hàn thí nghi m trên, ch có 2 ch đ hàn s 4 và 5
là đ t đ c yêu c u (đ ng u chân, không n t, không s t). Trong đó ch đ hàn s 5 là t t nh t do có l p IMC nh nh t và t n t i nhi u vùng không có l p IMC. So sánh v i k t qu tính toán mô ph ng m c 3.4.3, ta th y r ng k t qu mô ph ng ph n ánh khá đúng v i th c nghi m – ngh a là k t qu mô ph ng m c 3.4.3 là chính xác nên r t có ý ngh a v m t th c ti n. K t qu th c nghi m còn ch ra r ng d i n ng l ng đ ng t i u trong th c t còn k p h n so v i k t qu tính toán b ng mô ph ng (thu h p theo h ng v phía c n d i – vùng n ng l ng đ ng th p).
5.2. Hi n t ng n t trong liên k t hàn nhôm - thép
Khi hàn v i n ng l ng đ ng v a ph i thì l p IMC xu t hi n không liên t c v i chi u dày nh (nh các ch đ hàn 5, 6, 7 trên), còn khi hàn v i n ng l ng đ ng l n nh ch đ hàn s 3 và đ c bi t là ch đ hàn s 2 thìl p IMC xu t hi n liên t c trên toàn b b m t ti p giáp gi a KLMH và t m thép CCT38 v i chi u dày r t l n (có ch trên 20µm) d n đ n hi n t ng n t ngay t i gianh gi i này (hình 5.2).
Hình 5.2Hi n t ng n t trên gianh gi i KLMH và t m thép CCT38 khi hàn ch đ hàn s 2
(x1000)
Nh v y đ tránh n t trong liên k t hàn nhôm – thép d ng này, ngoài vi c không đ c đ h quang tác đ ng tr c ti p vào b m t t m thép, còn c n ph i th c hi n ch đ hàn có n ng l ng đ ng nh v a ph i.
5.3. Các d ng khuy t t t khác có th xu t hi n trong liên k t hàn hybrid nhôm – thép d ng ch T
Trong quá trình th c nghi m, tác gi đã ti n hành hàn thí nghi m v i nhi u tr ng h p khác nhau và nh n đ c các k t qu d i đây.Trong tr ng h p hàn liên k t hybrid nhôm – thép d ng ch Tc a lu n án này, n u nh không vát mép t m thép ho c vát mép nh ng đ m t đáy quá dày trong khi khe h hàn quá h p (0 - 0,8 mm) thì k t qu nh n đ c liên k t hàn t i vùng m t đáy sau khi hàn c 2 phía nh th hi n trên hình 5.3a. Tr ng h p này không t o ra đ c liên k t gi a KLMH và t m thép CCT38 do t n t i m t l p màng ôxit s t ng n cách gi a KLMH và m t đáy c a t m thép.
i u này có th lý gi i nh sau: do khe h hàn quá h p trong khi m t đáy l i dày nên khi hàn phía th nh t, KLMH không tràn đ c vào khe đáy (vì tính th m t c a nhôm l ng lên b m t t m thép quá th p).M t khác, do khi hàn phía th nh t trong khi l i không phun khí b o v m t sau (phía đ i di n), nên t m thép s b ôxi hóa m nh b m t phía
89
m t sau do nó đ c nung đ n nhi t đ cao. Tr c khi hàn phía th 2 đã ti n hành đánh l p ôxit trên b m t mép hàn b ng bài ch i có s i thép không g , nh ng do khe đáy quá h p nên không làm s ch đ c tri t đ , d n đ n ôxit s t còn k t l i trong khe đáy và sau khi hàn phía th 2 s không t o đ c liên k t t i vùng m t đáy này.K t qu phân tích c u trúc siêu t vi b nghi n vi đi n t quét (SEM) và k t qu phân tích thành ph n nguyên t b ng k thu t ph tán s c n ng l ng tia X (EDS) m c 5.8 s cho ta bi t rõ v l p ôxit s t này.
a) Hi n t ng l n x (x500) b) B m t không s ch
c) Thi u khí b o v d) L p IMC dày t i các v trí góc (x500)
Hình 5.3Các d ng khuy t t t khác có th xu t hi n trong liên k t hàn hybrid nhôm –
thép d ng ch T
Trên hình 5.3b là k t qu c a vi c không làm s ch tri t đ b m t t m thép khi hàn phía m t sau. Chúng ta th y r ng n u trên b m t t m thép CCT38 còn t n t i l p ôxit thì kh n ng th m t c a KLMH lên t m thép đó s r t kém, d n đ n m i hàn b vón c c và không t o đ c liên k t. i u này c ng ph n ánh đúng v i lý thuy t đã nghiên c u k ch ng 2(l p ôxit làm t ng m c n ng l ng ho t hóa và c n tr tính th m t). Do v y mà khi hàn, b t bu c ph i làm s ch th t tri t đ các l p oxit, b i b n,... trên b m t c a t m thép.
Hình 5.3c bi u di n k t qu c a quá trình hàn thi u khí b o v (l u l ng khí b o v ch là 6 lít/phút so v i m c đ khí là 10 lít/phút). K t qu thí nghi m cho th y r ng, n u khi hàn mà s d ng thi u khí b o v thì m i hàn c ng không hình thành đ c do b ôxi hóa b m t làm c n tr quá trình th m t kim lo i và m i hàn có nhi u ôxit.
C ng xu t phát t k t qu mô ph ng chu trình nhi t hàn t i các nút trên b m t t m thép nh đã trình bày trong m c 3.4.2.3 (đã cho th ytr c r ng: t i v trí góc s có nhi t đ l n h n), tác gi đã ti n hành hàn th nghi m trên t m thép đ c mài v i góc nh n và l n cong. K t qu nh n đ c sau khi hàn đ c th hi n trong hình 5.3d vàc ng cho th y r ng t i v trí góc nh n thì l p IMC dày h n do các nguyên t Fe t i đây khu ch tán sang KLMH nhi u h n (b i vì t i đây có nhi t đ cao h n và th i gian khu ch tán c ng lâu
90
h n). Nh v y k t qu th c t đã ch ng minh các k t lu n t mô ph ng là đúng, hay nói cách khác là mô ph ng ph n ánhđúng th c t . K t qu trên hình 5.3d c ng cho th y r ng t i v trí vát mép l n cong thì l p IMC m ng và đ udo dòng ch y c a kim lo i l ng trên b m t t m thép đ c t t h n. K t qu này là m t phát hi n m i, quan tr ng và thú v giúp chúng ta có cách chu n b mép hàn h p lý h ntrong quá trình s n xu t sau này.
5.4. K t qu ki m tra b n liên k t hàn hybrid nhôm – thép ch T
ph n này trình bày các k t qu th kéo và b liên k t hàn nghiên c u theo s đ và thi t b đã mô t trong m c 4.5.1. Trong đó, hình 5.4 là biên b n th kéo liên k t hàn hybrid gi a nhôm AA1100 v i thép CCT38 d ng ch T (m u K03).
Hình 5.4Biên b n th kéo m u K03 liên k t hàn hybrid nhôm – thép d ng ch T dày 5 mm khi
hàn v i n ng l ng đ ng 680 J/mm
Biên b n th kéo m u K03 cho th y r ng, đ b n c t (kéo tr t) trong tr ng h p này