CHƯƠNG 1 TONG QUAN NGHIÊN CỨUU.2 Phạm vi ứng dụng. --- -- (<< << HH ng kg 18 1.3 Tình hình các nghiên cứu trên thé giới .1 Các nghiên cưu tiêu biỀU.2 Một số Patent liên quan.4 Tình hình nghiên cứu trong HƯỚC.5 Nhận xét và lý do chọn để tài.6 Ý nghĩa và mục tiêu của nghiên cứu .1 Mục tiêu của nghién CỨU.2 Ý nghĩa của nghiên cứu .---¿- + 5+ S52 S228 +E£E£ESEEEEEErErkrkrrrrrrerees 26 CHƯƠNG 2 LY THUYET VE HAN MA SÁT KHUAY (FSW).1 Quá trình sinh nhiệt khi hàn.1 Đặc điểm chung .2 Quá trình nhiệt sinh ra trong quá trình hàn .- << «s< << s«2 30 Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 9/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc 2.3 Qua trinh truyén nhiệt vào vật NAN.2 Hai mô hình động hỌC.1 Mô hình thứ Ì.2 Mô hình thứ ÏI.3 Lực trong quá trình hàn ma sát khuấy .------¿- + + + 252 222s+x+xeevxexersrered 37 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU .1 Mô hình bài toán sinh nhiỆT.1 Mô hình bài toán nhiệt của đầu dụng cụ khuấy hình trụ .2 Mô hình bài toán nhiệt của đầu dụng cụ khuấy trên ống trụ. - G21 9191 191 5 119515191 1101 510101 Hung TH ng 45 3.2 Xây dựng mô hình mau vật liệu và đồ ga chi tiẾt.3 Phân tích và chọn thông số thực ¡on hiệp.2 Chọn thông số đầu vào thực nghiệm.4 Phương pháp hàn. - -- - - Ă - + S9 ng ng ke 56 3.5 Phương pháp kiểm tra độ bền kéo Chi tiẾt.6 Phương pháp kiểm tra lực dọc trục FZ .--¿-¿ 2 2 2 25s 222 2£ £czczcz, 62 CHƯƠNG 4 PHAN TÍCH KET QUA .1 Thực nghiệm khảo sát miền giá trị thô hệ thống .2 Thực nghiệm đơn yếu tỐ.----- E5 E2 SE +E2EEEEE£EEE£EEEEEEEEEEEcErErErkrsrered 68 4.3 Thực nghiệm yếu tố toàn phân.1 Xác định phương trình hỗồi quy .2 Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số các phương trình hồi quy.
73 Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 10/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc 4.3 Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy: .4 Đồ thị thể hiện mối tương quan của hàm mục tiêu với từng cặp yếu tố ảnh 0001157 =.1 Đối với lực dọc trục FZ (N). St vn TH Hy ng ng ru 78 4.2 Đối với ứng suất kéo.5 Kết quả tôi ưu hóa các thông SỐ .--¿ ¿+2 E252 2S SE 2E2E2E£EEeEeErererrrrrree 87 CHƯƠNG 5 KET LUAN .1 Nhận xét và đánh giá nghiÊn CỨU.2 Hướng phát triển trong tương lai.cccccccccesescsesessescscsescsesesessescsescseseeeeeees 89 TÀI LIEU THAM KH ÁO.ôÔỎ 92 A BẢN VE DỤNG CU HÀN. 5-5 5° 5 s52 %9 9 S9 9 9 u89 9x se 93 B THONG SO CÁC CHI TIẾT DO GA HỆ THÓNG.--- 5 5< s2 <2 <s 94 C LÝ LICH TRÍCH NGA NG. 2° ° s2 %9 S2 s9 359 s9 s595s 9s s98 96 Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 11/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc DANH SÁCH HÌNH VE Hình 1.1 Hàn ma sát khuấy trên Ống .2 So đồ cau tao hàn ma sát khuấy .3 Han FSW trong đóng tàu.
(cọ ng ngà 18 Hình 1.4 Han FSW trong lĩnh vực hàn không .5 Han FSW trên 6 tỐ. Họ nh 20 Hình 1.6 Hệ thống han tự động trên Ống. --- ¿+ + 2552 SE E2 SE SE ErErrrrrrree 22 Hình 1.7 Hệ thống chịu lực bên trong chỉ tiẾt.1 Ảnh hưởng của điều kiện trượt - dính đến quá trình sinh nhiệt [12] .2 Các biên dạng của đầu dụng cụ hàn.3 Khoảng cách giữa các bước tiễn của dụng cụ hàn .4 Tổ chức vùng sinh nhiệt trong mối hàn ma sát khuẫy.5 Mô hình các vùng trong hàn ma sát khuấy trong tâm phăng.6 Mô hình các vùng trong hàn ma sát khuấy trong ống trụ [3] .7 Các lực trong quá trình hàn.1 Phân bố nhiệt tại bể mặt dụng cụ hàn.2 Mặt cat thé hiện phân bố nhiệt vi phân trên chốt và vai.3 Mô hình mối hàn trên Ống trụ. ------ + 2 25252 SE2EESEEE2ESEEeESEErrrrrrrrrree 43 Hình 3.4 Mô hình hàn mẫu ống trụ hợp kim nhôm .5 Kích thước mặt cắt ngang vùng hàn .--¿---5- 252 252 Se Set ctzxersrerees 47 Hình 3.6 Mẫu vật liệu gá đặt.7 Gia công đồ gá và phôi ống nhôm.8 Trục, đe đỡ và 6 đỡ trục Ø5Ô.- -- ST TH HT ngưng 49 Hình 3.9 Hộp giảm tốc 1:60 .10 Động cơ SPG Korea 180w 220v cùng hộp giảm tốc 1:60 có gan biến tan Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 12/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc Hình 3.11 Thông số và mẫu dụng cụ khuấy .12 Ga đặt hệ thống chi tiết lên máy phayy.13 Thông số cơ sở thiết bị và máy phay .14 Sử dụng thiết bi đo tốc độ SKF TMOT6 calip lại các thông số đầu vào.15 Mẫu han do không đủ nhiệt gây hiện tượng dính mũi khuấy .16 Khoảng lệch tâm dụng cụ khi hàn.17 Trinh tự hình thành mối han .-- + + SE E2 EESEESE#E£EE#E£EsEekrekeererd 57 Hình 3.18 Tháo lắp chỉ tiẾẲ.19 Các mẫu hàn ống nhôm thực nghiệm thô miễn giá trị .20 Các mẫu hàn ống nhôm thực nghiệm toàn phan .21 Mẫu hàn ống nhồm do thiếu nhiệt .22 Mẫu hàn ống nhồm do thiếu nhiệt .23 Kích thước mẫu thử K60 .24 Tính diện tích mẫu thử K60 .25 Thiết kế đồ gá kẹp thử ứng suất kéo môi han trên ống .26 Quá trình kiểm tra ứng suất được thực hiện trên máy MALICET ET BLIN62 Hình 3.27 Hệ thông đo lực.---- - ¿5E SE SE E 1E 3 1E 5115111111111 15 11111 crki 63 Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến ứng suất kéo.2 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến lực dọc trục FZ.3 Bề mặt mối hàn ở các mức tốc độ hàn.
-- --- + xxx EsE£EsEekreeererd 65 Hình 4.4 Đồ thị ảnh hưởng khoảng lệch tâm đến ứng suất kéo .5 Đồ thị ảnh hưởng khoảng lệch tâm đến lực đọc trục .--s-sc-e<scsxsx¿ 67 Hình 4.6 Bề mặt mối hàn ở các khoảng lệch tâm dụng cụ.7 Ảnh hưởng khoảng lệch tâm đến ứng suất kéo .8 Ảnh hưởng tốc độ quay dụng cụ đến ứng suất kéo .9 Ảnh hưởng tốc độ hàn đến ứng suất kéo.10 Ảnh hưởng của vận tốc hàn và tốc độ quay dụng cụ đến lực dọc trục Fz.79 Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 13/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc Hình 4.11 Anh huong cua van tốc hàn va khoảng lệch tâm dụng cụ đến lực dọc trục Fz.13 Mô phỏng Matlab ảnh hưởng của vận tốc hàn và tốc độ quay dụng cụ đến iñe›/ei5i 22127577 .14 Mô phỏng Matlab anh hưởng của vận tốc hàn va khoảng lệch tâm dụng cụ đến lực doc tFỤC ÍFZ. k1 S91 1 1191 111111 1191 111 0 110 1101 1g gu Hung gi 82 Hình 4.15 Mô phỏng Matlab anh hưởng của tốc độ quay trục chính và khoảng lệch tâm dụng cụ én luc doc truc 7777 82 Hình 4.16 Anh hưởng của vận tốc hàn va tốc độ quay dụng cụ đến ứng suất kéo.17 Anh hưởng của vận tốc hàn va khoảng lệch tâm đến ứng suất kéo.18 Anh hưởng của tốc độ quay trục chính va khoảng lệch tâm đến ứng suất kéo.19 Mô phỏng Matlab ảnh hưởng của vận tốc hàn và tốc độ quay dụng cụ đến 01818177 .20 Mô phỏng Matlab ảnh hưởng của khoảng lệch tâm và tốc độ quay dụng cu en ting SUAt 111777.21 Mô phỏng Matlab anh hưởng của khoảng lệch tâm và tốc độ quay dụng cu en ting SUAt 111777.1 Động co hộp giảm tốc va thiết bị biến tầng 200W uu. cee eee 94 Hình B.2 Hộp giảm tốc REYON LW 6(.3 Thiết bị đo tốc độ SKF TIMO TỐ.- G52 2E E2 E28 5891 E98 EEsEEvrekrererd 95 Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 14/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc DANH SÁCH BANG BIEU Bang 3.1 Khảo sát miền giá trị tương ứng với thông số hiện có của hệ thông hàn trên ONG (CFU ooo e.1 Kết quả thực nghiệm miền giá trị tốc độ hàn (mm/ph).2 Kết quả thực nghiệm miễn giá trị khoảng lệch tâm (mm) .3 Miễn giá trị giới hạn.4 Khảo nghiệm don yếu tố khi khoảng lệch tâm dung cụ thay đổi .5 Khảo nghiệm đơn yếu tô khi số vòng quay dung cụ thay đổi.6 Khảo nghiệm đơn yếu tố khi tốc độ hàn thay đối .7 Bảng quy hoạch toàn phan .8 Kết quả thực nghiệm ở tâm .-- - - ¿5252562228 2E*E£E#E2EEEEEE2E2EErkerrrerees 74 Bảng 4.9 Các giá trị của phương trình hồi quy y,.11 Các thông số xác đỉnh tiêu chuẩn Fisher. --- + 25555552 +c+s+cszscsc: 77 Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 15 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc DANH MỤC CÁC KÝ HIEU VA TỪ VIET TAT Fz : Lực dọc trục (Lực hướng xuống của đầu khuấy) (N) O, Ung suat kéo ( Mpa) Q, là nhiệt lượng được sinh ra tại bề mặt phía dưới cua vai.
Q, là nhiệt lượng sinh ra tại mặt bên cua chốt khuấy. Q; là nhiệt lượng sinh ra tai mặt đầu của chốt. R, là bán kính chốt dụng cụ khuấy Ra là bán kính vai dung cụ khuấy @: Vận tốc gốc dF : Lực tac dụng lên bề mặt tai khoảng cách r từ tâm của dụng cụ hàn 7. : là ứng suất trượt của vật liệu phôi hàn Tig UN suat truot chay Gyie Ung suất chảy của vật liệu tại nhiệt độ làm việc P: Áp lực tiếp xúc (W) t: Thời gian (s) HAZ: Vùng chịu nhiệt.
TMAZ: Vùng chịu nhiệt của dụng cụ hàn FSW : Han ma sát khuấy Hoc viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 16/ 96 GVHD : PGS.TS Tran Thiên Phúc CHUONG1 TONG QUAN NGHIEN CUU 1.1 GIỚI THIỆU Hàn ma sát khuấy được phát minh vào năm 1991 bởi Wayne Thomas [1] của Viện hàn của Vương Quốc Anh (TWD), là kỹ thuật han được liên kết ở trạng thái ran (không nóng chảy) ban đầu được áp dụng cho hàn hợp kim nhôm. Hàn ma sát khuấy (FSW) nỗi tiếng nhất trong ngành hàng không và ngành hóa dầu. FSW được coi như một quá trình xanh mà không tạo hồ quang và khói, và không yêu câu các loại phụ khí che chắn. Hàn ma sát khuấy là một trong những công nghệ hàn không nóng chảy tạo ra những liên kết hàn có tính chất ưu việt, đặc biệt là các kim loại hay hợp kim có tính chịu hàn kém như hợp kim nhôm, hợp kim đồng.
Dụng cụ hàn vừa xoay vừa tịnh tiễn xuống tiếp xúc với bé mặt vật hàn nhằm tạo nguồn nhiệt cần thiết ban đầu, kế tiếp là đi xuyên vào vật hàn (chiều sâu băng với chiều sâu ngẫu) tạo những thay đổi về tổ chức vật liệu; làm cho quá trình biến dạng dẻo mảnh liệt ở vùng khuấy, sau đó di chuyển đọc theo hướng hàn tạo thành mối hàn. Học viên: Nguyễn Tan Lực MSHV :7140909 Luận văn thạc sĩ Trang 17/ 96 GVHD : PGS.