Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến cơ tính và tổ chức mối hàn ma sát khuấy cho hợp kim nhôm biến dạng

• Người hướng dẫn: PGS. Hoàng Trọng Bá
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ tạo hình vật liệu
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cơ tính và tổ chức mối hàn ma sát khuấy cho các kết cấu phẳng bằng hợp kim nhôm biến dạng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu quá trình hàn ma sát khuỷu
• 1.2. Nguyên lý hàn ma sát khuỷu
• 1.3. Các thông số ảnh hưởng của quá trình
• 1.4. Đặc điểm của các thông số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn
• 1.5. Quá trình sinh nhiệt trong FSW
• 1.6. Mô hình truyền nhiệt và dòng vật liệu
• 1.7. Tổ chức tổ vi mối hàn
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH NHIỆT
• 2.1. Mô hình truyền nhiệt
• 2.2. Mô hình dòng vật liệu
• 2.3. Quá trình sinh nhiệt
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
• 3.1. Mô hình truyền nhiệt
• 3.2. Mô hình dòng vật liệu
• 3.3. Mô phỏng quá trình hàn ma sát khuỷu trên phần mềm Hyper Works
• 3.4. Thực nghiệm kiểm chứng mô hình nhiệt
• 4. CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG MÔ HÌNH TRONG MÔ PHỎNG SỐ
• 5. CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về công nghệ hàn ma sát khuấy

Công nghệ hàn ma sát khuấy (Friction Stir Welding - FSW) là một trong những phát minh quan trọng trong lĩnh vực hàn trong những thập kỷ qua. FSW được coi là công nghệ thân thiện với môi trường nhờ vào hiệu suất năng lượng cao và khả năng bảo vệ môi trường. Quá trình này không tiêu thụ khí hàn, không phát sinh khí độc hại và không tạo ra tia hồ quang. Hàn ma sát khuấy không cần sử dụng dây hàn mà vẫn đảm bảo các tính chất cơ học tốt trong các thử nghiệm kéo, uốn và mỏi. FSW là một quá trình hàn trạng thái rắn, có thể tạo ra mối hàn chất lượng cao ngay cả với các hợp kim nhôm mà các phương pháp hàn truyền thống không thể xử lý. Từ những lợi thế nổi bật này, nghiên cứu và ứng dụng phương pháp FSW có ý nghĩa thực tiễn trong việc cải thiện chất lượng mối hàn và tăng cường sự đa dạng của công nghệ hàn hiện nay.

1.1. Các thông số công nghệ trong hàn ma sát khuấy

Các thông số công nghệ trong hàn ma sát khuấy bao gồm tốc độ quay của dụng cụ, tốc độ di chuyển, chiều sâu xâm nhập của dụng cụ vào vật liệu hàn. Những thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn, cơ tính và tổ chức vi mô của mối hàn. Việc tối ưu hóa các thông số này là rất quan trọng để đạt được mối hàn có độ bền cao và ít khuyết tật. Nghiên cứu cho thấy rằng, tốc độ quay và tốc độ di chuyển cần được điều chỉnh phù hợp để đảm bảo quá trình hàn diễn ra ổn định và hiệu quả. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các thông số này có thể giúp giảm thiểu các khuyết tật như thiếu xâm nhập và thiếu hòa hợp trong mối hàn.

II. Phân tích cơ tính và tổ chức mối hàn

Cơ tính của mối hàn ma sát khuấy được xác định thông qua các thử nghiệm kéo, uốn và mỏi. Kết quả cho thấy rằng, mối hàn FSW có độ bền kéo cao hơn so với các phương pháp hàn truyền thống. Tổ chức vi mô của mối hàn cũng được cải thiện đáng kể, với cấu trúc hạt mịn và đồng nhất. Việc phân tích tổ chức vi mô cho thấy rằng, quá trình hàn đã tạo ra một vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nhỏ, giúp duy trì các tính chất cơ học của vật liệu gốc. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các thông số công nghệ có thể làm thay đổi tổ chức vi mô của mối hàn, từ đó ảnh hưởng đến cơ tính của mối hàn. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến cơ tính và tổ chức mối hàn.

2.1. Tổ chức vi mô của mối hàn

Tổ chức vi mô của mối hàn FSW được hình thành từ quá trình biến dạng dẻo và sự làm nguội nhanh chóng. Các nghiên cứu cho thấy rằng, mối hàn FSW có cấu trúc hạt mịn hơn so với vật liệu gốc, nhờ vào quá trình tái kết tinh trong vùng hàn. Sự phân bố đồng đều của các hạt trong mối hàn giúp cải thiện tính chất cơ học, đặc biệt là độ bền kéo và độ dẻo. Việc phân tích tổ chức vi mô cũng cho thấy rằng, các khuyết tật như rỗ khí và nứt có xu hướng giảm thiểu trong mối hàn FSW, điều này góp phần nâng cao chất lượng mối hàn.

III. Ứng dụng thực tiễn của công nghệ hàn ma sát khuấy

Công nghệ hàn ma sát khuấy đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo máy và hàng không. Nhờ vào khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao mà không cần sử dụng khí bảo vệ, FSW đã trở thành lựa chọn ưu tiên cho việc hàn các hợp kim nhôm. Các ứng dụng cụ thể bao gồm hàn các bộ phận của máy bay, tàu thủy và các cấu trúc nhẹ khác. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc áp dụng công nghệ FSW có thể giúp giảm thiểu chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả kinh tế. Điều này cho thấy rằng, công nghệ hàn ma sát khuấy không chỉ có ý nghĩa về mặt kỹ thuật mà còn mang lại lợi ích kinh tế cho các doanh nghiệp.

3.1. Lợi ích kinh tế từ việc áp dụng FSW

Việc áp dụng công nghệ hàn ma sát khuấy trong sản xuất không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất. Công nghệ này cho phép hàn các vật liệu mà không cần sử dụng khí bảo vệ, từ đó giảm thiểu chi phí nguyên liệu. Hơn nữa, với khả năng tạo ra mối hàn chất lượng cao, FSW giúp giảm thiểu tỷ lệ sản phẩm hỏng, từ đó tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng FSW có thể giúp tăng cường khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường.