Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn ma sát ngoáy đối với hợp kim nhôm

- Hàn ma sát.
- Hàn ma sát quay.
- Hàn ma sát tịnh tiến.
- Hàn ma sát ngoáy.
- Công nghệ hàn ma sát ngoáy.
- 20 Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 2 1.2.3.
- Công nghệ hàn hợp kim nhôm.
- Nhôm và hợp kim nhôm.
- 39 Chương 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FSW ĐỐI VỚI VẬT LIỆU HỢP KIM NHÔM.
- Đầu hàn FSW và ảnh hưởng của hình dạng kích thước hình học đến chất lượng mối hàn.
- Lựa chọn vật liệu chế tạo đầu hàn FSW.
- Thiết kế đầu hàn FSW.
- 54 Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 3 3.2.
- Chế tạo đầu hàn.
- Thực hiện đo nhiệt độ mối hàn.
- Kết quả thí nghiệm đầu hàn FSW đối với hợp kim nhôm tự chế tạo.
- Kết quả thí nghiệm khảo sát đầu hàn FSW đối với hợp kim nhôm.
- Các vùng mối hàn FSW.
- Phân loại đầu hàn FSW.
- Bề mặt vai tỳ đầu hàn FSW.
- Đầu hàn với đầu ngoáy hình nón, vai tỳ dạng cuộn phẳng.
- Đầu hàn với đầu ngoáy côn ren và vai tỳ phẳng.
- Đầu hàn FSW chế tạo bằng S45C.
- Đầu hàn FSW chế tạo bằng thép gió.
- Gá lắp đầu hàn lên máy phay CNC.
- Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu hàn đến nhiệt độ.
- Các kết quả đạt được của các nghiên cứu được các tác giả thực nghiệm trên máy phay với đầu hàn chế tạo trong nước, do điều kiện máy hàn ma sát ngoáy chưa có ở Việt Nam..
- Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu công nghệ FSW về thông số chế độ, đầu hàn FSW và thực hiện các thí nghiệm hàn ma sát ngoáy với hợp kim nhôm.
- Đối tượng nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lý thuyết công nghệ FSW, thiết kế chế tạo đầu hàn FSW, nghiên cứu thực nghiệm hàn giáp mối hợp kim nhôm A 5052 để đánh giá chất lượng mối hàn.
- Trong nghiên cứu của mình tác giả đã lựa chọn máy phay CNC 3 trục, thiết kế chế tạo đầu hàn chuyên dụng và đố gá hàn phù hợp để thực hiện các thí nghiệm ứng dụng FSW hàn giáp mối hợp kim nhôm tấm A5052.
- Đã chế tạo thành công các loại đầu hàn FSW phù hợp để hàn hợp kim nhôm dày 6 mm với vật liệu S45C và P6M5.
- Thực hiện các thí nghiệm khảo sát chất lượng đầu hàn chế tạo mới, các thí nghiệm hàn giáp mối hai tấm hợp kim nhôm A5052 dày 6 bằng công nghệ FSW và kiểm tra đánh giá bằng phương pháp kiểm tra ngoại dạng, cơ tính của các mối hàn thí nghiệm, đồng thời khảo sát ghi đo nhiệt độ khi thay đổi tốc độ quay đầu hàn.
- Hàn ma sát 1.1.1.
- Hàn ma sát quay Hình 1.1.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 16 1.1.3.2.
- Hàn ma sát ngoáy Hình 1.5.
- Các kim loại vật liệu khác nhau hoàn toàn có thể liên kết hàn với nhau bằng FSW với một chế độ hàn hợp lý và đầu hàn chuyên dụng [3].
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 19 1.2.1.
- Nhiệt ma sát được sinh giữa vai tỳ và đầu ngoáy của đầu hàn với các phôi hàn có tính chịu mài mòn cao.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 20 1.2.2.
- Cần thiết kế và chế tạo các đầu hàn chuyên dụng.
- Công nghệ hàn hợp kim nhôm 1.3.1.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 26 1.3.2.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 28 1.3.3.2.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 37 Hình 1.16.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 39 Hình 1.19.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 42 Chương 2: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FSW ĐỐI VỚI VẬT LIỆU HỢP KIM NHÔM 2.1.
- Đầu hàn này có hai chức năng chính: (a) làm nóng vật liệu hàn, và (b) di chuyển vật liệu để tạo ra mối hàn.
- Mô hình tạo liên kết hàn bằng FSW Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 43 Quá trình truyền nhiệt được thực hiện bởi ma sát giữa đầu hàn và phôi hàn tạo ra sự biến dạng dẻo của vật liệu.
- Các vùng mối hàn FSW a.
- Tốc độ quay của đầu hàn.
- Đánh giá ảnh hưởng của các thông số cơ bản của chế độ hàn đến chất lượng của liên kết hàn Đối với FSW, hai thông số rất quan trọng: tốc độ quay của đầu hàn (w, rpm) theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ và tốc độ đi qua công cụ (v, mm / phút) dọc theo đường hàn.
- Tốc độ quay của đầu hàn càng cao tạo ra nhiệt độ càng cao do nhiệt ma sát cao hơn và kết quả là sẽ ngoáy mạnh hơn và trộn các vật liệu.
- Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mối liên kết hàn ma sát của bề mặt đầu hàn với phôi sẽ điều chỉnh quá trình gia nhiệt [1].
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 47 Ngoài tốc độ quay của đầu hàn và tốc độ hàn, một thông số quan trọng khác là góc quay hoặc độ nghiêng của đầu hàn đối với bề mặt phôi.
- Đầu hàn FSW và ảnh hưởng của hình dạng kích thước hình học đến chất lượng mối hàn Việc sử dụng một công cụ bền nhiệt, chịu mài mòn là điều bắt buộc trong quá trình hàn FSW.
- Kết cấu cơ bản của đầu hàn FSW bao gồm: đầu ngoáy và vai tỳ [2].
- Vì thế đầu hàn FSW là thành phần rất quan trọng của quá trình này, là nhân tố thiết yếu có thể nâng cao cơ tính mối hàn và tốc độ hàn trong suốt quá trình công nghệ [2].
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 48 Liên quan tới hình dạng thiết kế của đầu hàn FSW thì cơ bản có ba dạng chính (hình 2.5): loại cố định, loại điều chỉnh và loại hai vai tỳ.
- Trong những năm gần đây, nhiều hình dạng hình học của đầu hàn FSW được thiết kế và phát triển.
- Một thông số quan trọng trong việc xác định sự phù hợp của đầu hàn FSW cho một ứng dụng cụ thể chính là vật liệu của đầu hàn.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 49 2.4.1.
- Bề mặt vai tỳ đầu hàn FSW Vai tỳ có vai trò quan trọng trong việc hình thành mối hàn FSW, là bộ phận chính tạo ra nhiệt ma sát với phôi hàn và các biến dạng của vật liệu.
- Lựa chọn vật liệu chế tạo đầu hàn FSW Đường kính, biên dạng của vai tỳ, chiều dài, đường kính và biên dạng của đầu ngoáy là các tham số quan trọng của quy tình hàn FSW và chất lượng mối hàn.
- Cùng với các thông số hình học, thì thành phần vật liệu được lựa chọn để chế tạo đầu hàn có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
- vật liệu chế tạo đầu hàn phải phù hợp với vật liệu phôi hàn: không bị biến dạng, cứng vững, chịu mài mòn cơ học trong quá trình hàn.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 50 Có nhiều thách thức với yêu cầu của một đầu hàn FSW đặc biệt là hàn các vật liệu composite mạng kim loại (MMC), hợp kim titan hoặc thép.
- Những yêu cầu quan trọng của một đầu hàn ma sát là nó phải giữ được kích thước ổn định và không được biến dạng hoặc gãy vỡ trong quá trình hàn.
- Do đó, đầu hàn phải không bị biến dạng ở khoảng nhiệt độ này.
- Thiết kế đầu hàn FSW Với điều kiện thiết bị FSW chưa có cho nên tác giả đã nghiên cứu thiết kế, chế tạo các đầu hàn chuyên dụng phù hợp với vật liệu hàn là hợp kim nhôm A 5052 với chiều dày 6 mm và thực hiện các thí nghiệm trên máy phay CNC 3 trục.
- Nghiên cứu cơ bản ban đầu từ các tài liệu trên thế giới tác giả đã thiết kế và chế tạo đầu hàn ma sát ngoáy sử dụng cho hàn hợp kim nhôm có độ dày 6 mm.
- Hình dạng của đầu hàn FSW đơn giản với kết cấu ko phức tạp.
- Lựa chọn vật liệu đầu hàn: tiêu chí lựa chọn vật liệu đầu hàn phù hợp với vật liệu hàn, phù hợp điều kiện gia công ở Việt Nam, đảm bảo yêu cầu đề ra với một đầu hàn ma sát ngoáy với hợp kim nhôm.
- Đầu hàn với đầu ngoáy hình nón, vai tỳ dạng cuộn phẳng Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 52 Hình 2.8.
- Từ tính chất cơ lý của hợp kim nhôm A 5052 tác giả đã tiến hành thiết kế chế tạo đầu hàn FSW phù hợp để hàn nối hợp kim nhôm dạng tấm dày 6 mm.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 54 Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1.
- Chế tạo đầu hàn Trong quá trình thực hiện thí nghiệm tác giả đã chế tạo và thử nghiệm rất nhiều loại đầu hàn theo vật liệu các biên dạng vai tỳ, biên dạng đầu ngoáy và xử lý vật liệu sau gia công.
- Một số Các đầu hàn được gia công chế tạo và nhiệt luyện đúng quy trình vật liệu.
- Đầu hàn FSW chế tạo bằng S45C Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 55 Hình 3.2.
- Đầu hàn FSW chế tạo bằng thép gió 3.3.
- Tác giả lựa chọn thông số quá trình hàn thử nghiệm FSW với đầu hàn FSW được chế tạo trong nước như sau: Với các thông số cố định.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 62 - Lực ép của đầu hàn xuống phôi: các thí nghiệm được thực hiện trên máy phay CNC 03 trục, do đó lực ép được tác giả cố định bằng tốc độ xuống dao s = 50 mm/phút và thời gian giữ đầu hàn lúc ban đầu 4s.
- về hàn FSW đối với vật liệu hợp kim nhôm.
- Tốc độ quay đầu hàn (w): thay đổi trong khoảng w vòng/ phút.
- Gá lắp đầu hàn lên máy phay CNC Hình 3.12.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 69 Việc thực hiện đo nhiệt độ mối hàn chỉ mang tính tham khảo và thực hiện khá phức tạp và mất nhiều thời gian, do đó, tác giả chi khảo sát nhiệt độ ở miền tốc độ hàn 60 mm/vòng với 5 kết quả cho mỗi lần thay đổi tốc độ quay đầu hàn.
- Để thực hiện các thí nghiệm hàn FSW, tác giả thực hiện các thí nghiệm khảo sát chất lượng đầu hàn tự thiết kế và chế tạo.
- Kết quả thí nghiệm khảo sát đầu hàn FSW đối với hợp kim nhôm TT Tên mẫu Vật liệu đầu hàn Xử lý vật liệu sau gia công Hình ảnh kết quả thử nhiệm 1 T01 Thép gió P6M5 Có nhiệt luyện.
- Đầu hàn chế tạo bằng vật liệu thép S45C và thép cường độ cao P6M5 đảm bảo sự hình thành mối hàn, độ bền cần thiết trong quá trình hàn FSW với hợp kim nhôm.
- 1 F F F F F F F F F F Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 81 11 F F F F F Qua các kết quả kiểm tra mẫu thí nghiệm hàn FSW hợp kim nhôm A 5052 dày 6 mm trong bảng 4.1 tác giả rút ra một số kết luận sau: Mối liên kết hàn FSW đối với hợp kim nhôm A5052 được hình thành với thông số chế độ hợp lý trên máy phay CNC 3 trục lắp đầu hàn FSW chế tạo trong nước.
- Ghi đo nhiệt độ mối hàn với w= 600 vòng/phút Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 83 c.
- Ghi đo nhiệt độ mối hàn với w= 800 vòng/phút Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 84 e.
- Để mô tả ảnh hưởng tốc độ quay đến nhiệt độ mối hàn, tác giả thiết lập biểu đồ so sánh giữa tốc độ quay đầu hàn với nhiệt độ mối hàn sinh ra như hình 3.21.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 85 Hình 3.21.
- Ảnh hưởng của tốc độ quay đầu hàn đến nhiệt độ Khảo sát trường nhiệt độ trong quá trình FSW với hợp kim nhôm A5052 dày 6 mm cho thấy nhiệt độ tại vùng liên kết hàn có giá trị thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của hợp kim nhôm A5052.
- Nhiệt độ (độ C) Tốc độ quay đầu hàn (vòng/ phút) S1S2S3 Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 86 Kết luận Chương 3 Trong chương này tác giả đã thực hiện các thí nghiệm FSW hàn giáp mối hai tấm hợp kim nhôm A 5052 dày 6 mm với những kết quả đạt được: Đã chế tạo thành công các loại đầu hàn FSW phù hợp để hàn hợp kim nhôm dày 6 mm với vật liệu S45C và P6M5 được gia công nhiệt luyện đảm bảo độ cứng, bền và chịu nhiệt.
- Thực hiện các thí nghiệm khảo sát chất lượng đầu hàn chế tạo mới, các thí nghiệm hàn giáp mối hai tấm hợp kim nhôm A5052 dày 6 bằng công nghệ FSW và kiểm tra đánh giá bằng phương pháp kiểm tra ngoại dạng, cơ tính của các mối hàn thí nghiệm, đồng thời khảo sát ghi đo nhiệt độ khi thay đổi tốc độ quay đầu hàn với các kết luận sau: Liên kết hàn FSW đối với hợp kim nhôm có thể được hình thành bởi máy phay CNC ba trục với đầu hàn được thiết kế chế tạo mới và xử lý vật liệu phù hợp.
- Khi tốc độ quay đầu hàn tăng thì nhiệt độ sinh ra trong quá trình FSW tăng + Tỷ lệ giữa tốc độ quay đầu hàn và tốc độ hàn ( W/V) từ sẽ tạo ra mối hàn có chất lượng về ngoại dạng và độ bền kéo cao + Độ bền kéo của liên kết hàn giáp mối FSW hai tấm hợp kim nhôm có giá trị từ Mpa tương ứng với 77 % đến 89 % so với kim loại cơ bản (hợp kim nhôm A505).
- Mối hàn FSW đối với hợp kim nhôm A5052 dày 6 mm có chất lượng tốt nhất về cơ tính và ngoại dạng với giá trị của hai thông số chính là tốc độ vòng quay đầu hàn 600 vòng /phút, vận tốc hàn 60 mm/phút.
- Học viên: Đỗ Thanh Tùng - CNH15B 88 2

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt