Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến nhiệt độ mối hàn ma sát khuấy tại HCMUTE

1. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Lịch sử hàn ma sát khuấy và phạm vi ứng dụng

1.1.1. Lịch sử hàn ma sát khuấy

1.1.2. Phạm vi ứng dụng

1.1.2.1. Trong công nghiệp đóng tàu và hàng hải

1.1.2.2. Trong ngành vũ trụ

1.1.2.3. Trong ngành công nghiệp hàng không

1.1.2.4. Trong ngành công nghiệp ô-tô

1.1.2.5. Trong ngành đường sắt

1.2. Nguyên lý hàn ma sát khuấy, ưu – khuyết điểm

1.2.1. Nguyên lý hàn ma sát khuấy

1.2.2. Ưu nhược điểm của hàn ma sát khuấy

1.2.2.1. Ưu điểm của hàn ma sát khuấy

1.3. Nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài

1.3.1.1. Một số nghiên cứu về hàn ma sát khuấy

1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.4. Lý do chọn đề tài

1.5. Mục đích nghiên cứu và nội dung của đề tài

1.5.1. Mục đích nghiên cứu của đề tài

1.5.2. Nội dung của đề tài

1.6. Giới hạn của đề tài

1.7. Điểm mới của đề tài

1.8. Phương pháp nghiên cứu

1.8.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

1.8.2. Phương pháp thực nghiệm

2. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Nhiệt trong hàn ma sát khuấy

2.1.1. Vùng chịu tác dụng nhiệt trong khi hàn

2.1.2. Nhiệt sản sinh trong suốt quá trình hàn ma sát khuấy

2.1.2.1. Nhiệt sinh ra từ nhiệt do ma sát

2.1.2.2. Nhiệt sinh ra từ biến dạng dẻo

2.1.3. Nhiệt chuyển đổi trong suốt quá trình hàn ma sát khuấy

2.2. Dòng chảy của vật liệu [3]

2.3. Đặc điểm của dòng chảy vật liệu

2.4. Đầu hàn ma sát khuấy

2.4.1. Đặc điểm chung

2.4.2. Vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy

2.4.2.1. Đặc điểm của vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy

2.4.2.2. Một số vật liệu phổ biến

2.4.2.3. Một số kiểu vai khuấy phổ biến

2.4.2.4. Vai có thêm tính năng

2.4.2.5. Một số kiểu đầu khuấy phổ biến

2.4.2.5.1. Đầu khuấy trụ ren đáy bo tròn (Round-Bottom Cylindrical Pin)

2.4.2.5.2. Đầu khuấy trụ có ren đáy phẳng (Flat-Bottom Cylindrical Pin)

2.4.2.5.3. Đầu khuấy nón cụt (Truncated Cone Pins)

3. Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

3.1. phân tích nhiệt lượng trong mối hàn ma sát khuấy

3.1.1. Nhiệt lượng được tạo ra

3.1.1.1. Nhiệt lượng được tạo ra từ bề mặt xung quanh của đầu khuấy

3.1.1.2. Nhiệt lượng từ bề mặt đáy của đầu khuấy

3.1.1.3. Nhiệt lượng từ bề mặt côn của vai khuấy

3.1.2. Nhiệt lượng bị thất thoát

3.1.2.1. Nhiệt tổn thất vào thân dụng cụ có thể được tính như sau:

3.1.2.2. Nhiệt tổn thất vào bề mặt trên của phôi:

3.1.2.3. Nhiệt tổn thất ở bề mặt dưới của phôi

3.2. Ảnh hưởng của thông số hàn đến nhiệt độ mối hàn ma sát khuấy

3.3. Xác định tính tin cậy của phần mềm

3.4. Phân tích, chọn yếu tố, thông số đầu vào

3.4.1. Phân tích các khuyết tật thường xảy ra đối với mối hàn ma sát khuấy

3.4.2. Phần đường Remnant (lỗi dòng chảy)

3.4.3. Ảnh hưởng của các đơn yếu tố

3.4.3.1. Yếu tố tốc độ hàn

3.4.3.2. Hình dáng hình học của đầu khuấy

3.4.3.3. Hình dáng hình học của vai khuấy

3.4.4. Ảnh hưởng đa yếu tố

3.4.4.1. Chế độ hàn ma sát khuấy (tốc độ quay và bước tiến)

3.4.4.2. Hình dáng công cụ (đầu khuấy và vai khuấy)

3.5. Mô hình mô phỏng

3.5.1. Giới thiệu phần mềm COMSOL 5.1 Mô đun “heat tranffer module”

3.5.2. Các bước thực hiện mô phỏng

3.6. Mô hình thực nghiệm

3.6.1. Chuẩn bị phôi

3.6.2. Chuẩn bị dao khuấy

3.6.3. Quy trình hàn

3.6.4. Đo nhiệt độ mối hàn ma sát khuấy trong quá trình hàn

3.6.4.1. Camera nhiệt độ Fluke Ti400

3.6.4.2. Cách sử dụng Ti400 đo nhiệt độ trên mối hàn ma sát khuấy

3.6.4.3. Xử lý Video và xuất dữ liệu đường hàn

3.6.5. Phương pháp phân tích kết quả

3.6.6. Kiểm tra bền mối hàn

3.6.6.1. Chuẩn bị mẫu

4. Chương 4: XỬ LÝ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, THỰC NGHIỆM

4.1. Xử lý kết quả mô phỏng, thực nghiệm

4.1.1. Xác định độ tin cậy của phần mềm COMSOL 5

4.1.2. ảnh hưởng của yếu tố bước tiến

4.1.3. ảnh hưởng của yếu tố tốc độ quay

4.1.4. ảnh hưởng của thông số hàn

4.1.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ mối hàn đến độ bền mối hàn

4.1.6. Ảnh hưởng biên dạng chốt khuấy

4.1.7. Ảnh hưởng biên dạng vai khuấy

4.2. Ảnh hưởng của cả bốn yếu tố đến nhiệt độ và độ bền kéo mối hàn

4.2.1. Tìm phương trình hồi quy

4.2.2. kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số 2 phương trình hồi quy

4.2.2.1. Phương trình hồi quy độ bền kéo

4.2.2.2. Phương trình hồi quy nhiệt độ

4.2.3. kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy

4.2.3.1. kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy độ bền kéo

4.2.3.2. kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy độ bền kéo

4.2.4. Chọn yếu tố thực nghiệm tối ưu

4.2.5. kết quả NDT

5. Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy (mối hàn ma sát khuấy) là một phương pháp hàn phi truyền thống, chủ yếu áp dụng cho các chi tiết có dạng tấm. Nhiệt độ mối hàn (nhiệt độ mối hàn) trong quá trình này được tạo ra từ sự tiếp xúc ma sát giữa đầu hàn và vật liệu cần hàn. Nhiệt lượng sinh ra phụ thuộc vào nhiều thông số như tốc độ hàn, góc xoay của dụng cụ hàn và hình dáng hình học của đầu hàn. Các thông số này có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hàn và chất lượng mối hàn. Hàn ma sát khuấy có nhiều ưu điểm như hiệu quả năng lượng cao và thân thiện với môi trường, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp.

1.1 Lịch sử và ứng dụng

Lịch sử của hàn ma sát khuấy bắt đầu từ những năm 1990, khi Viện Hàn (TWI) tại Anh phát triển công nghệ này. Phương pháp này đã nhanh chóng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như hàng không, hàng hải và công nghiệp ô tô. Hàn ma sát khuấy cho phép hàn các vật liệu khó hàn như nhôm và titan mà không cần đến nhiệt độ cao, từ đó giảm thiểu nguy cơ biến dạng và nứt. Các ứng dụng thực tế đã chứng minh rằng hàn ma sát khuấy có thể tạo ra mối hàn có độ bền cao và chất lượng tốt, đáp ứng được yêu cầu khắt khe của các ngành công nghiệp hiện đại.

II. Các thông số ảnh hưởng đến nhiệt độ mối hàn

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các thông số ảnh hưởng đến nhiệt độ mối hàn trong quá trình hàn ma sát khuấy. Các thông số chính bao gồm tốc độ hàn, bước tiến và hình dáng hình học của đầu hàn. Tốc độ hàn có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nhiệt sinh ra; tốc độ quá cao có thể dẫn đến nhiệt độ mối hàn không đủ để tạo ra mối hàn chất lượng. Bước tiến cũng đóng vai trò quan trọng, vì nó quyết định thời gian mà đầu hàn tiếp xúc với vật liệu. Hình dáng hình học của đầu hàn, bao gồm cả vai khuấy, cũng ảnh hưởng đến cách thức phân bố nhiệt trong mối hàn. Việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp cải thiện hiệu suất hàn và chất lượng mối hàn.

2.1 Tác động của tốc độ hàn

Tốc độ hàn là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến nhiệt độ mối hàn. Tốc độ hàn quá thấp có thể dẫn đến việc sinh ra nhiệt không đủ, trong khi tốc độ quá cao có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt, làm giảm chất lượng mối hàn. Nghiên cứu cho thấy rằng có một khoảng tốc độ tối ưu, nơi mà nhiệt độ mối hàn đạt được mức lý tưởng để tạo ra mối hàn bền vững. Việc xác định tốc độ hàn tối ưu là cần thiết để đảm bảo rằng quá trình hàn diễn ra hiệu quả và an toàn.

2.2 Ảnh hưởng của hình dáng đầu hàn

Hình dáng hình học của đầu hàn cũng có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ mối hàn. Các kiểu đầu hàn khác nhau sẽ tạo ra các mẫu phân bố nhiệt khác nhau trong quá trình hàn. Đầu hàn có vai khuấy lớn có thể tạo ra nhiều nhiệt hơn so với đầu hàn có vai nhỏ. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa hình dáng đầu hàn có thể giúp cải thiện hiệu suất hàn và chất lượng mối hàn. Các thử nghiệm thực nghiệm đã chỉ ra rằng các đầu hàn với hình dáng đặc biệt có thể tạo ra nhiệt độ mối hàn cao hơn, từ đó nâng cao độ bền của mối hàn.

III. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về ảnh hưởng của các thông số đến nhiệt độ mối hàn ma sát khuấy tại HCMUTE đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số như tốc độ hàn, bước tiến và hình dáng đầu hàn là rất quan trọng để đạt được mối hàn chất lượng cao. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp, đặc biệt là trong các lĩnh vực yêu cầu độ bền và chất lượng mối hàn cao như hàng không và ô tô. Việc áp dụng các kết quả nghiên cứu này vào thực tế sẽ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí, đồng thời đảm bảo an toàn trong quá trình hàn.

3.1 Ứng dụng trong công nghiệp

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất ô tô đến chế tạo máy bay. Việc hiểu rõ các thông số ảnh hưởng đến nhiệt độ mối hàn sẽ giúp các kỹ sư thiết kế quy trình hàn hiệu quả hơn, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo về hàn ma sát khuấy, giúp phát triển các công nghệ hàn tiên tiến hơn trong tương lai.

Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến nhiệt độ mối hàn ma sát khuấy tại HCMUTE