Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu công nghệ hàn vẩy nhôm với đồng và kim loại phụ

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu kim loại phụ và công nghệ hàn vẩy nhôm với đồng, mang lại giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp.

• Tác giả: Nguyễn Hoài Nam
• Người hướng dẫn: PGS. TS Hoàng Trọng Bá
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Công Nghệ Hàn Vẩy Nhôm Với Đồng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• MỤC LỤC
• DANH SÁCH KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN VĂN
• DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.3. Tính mới của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Mục đích và đối tượng nghiên cứu
• 1.5.1. Mục đích nghiên cứu
• 1.5.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
• 1.6.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.6.2. Giới hạn của đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện
• 1.7.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7.2. Kế hoạch thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái quát về đồng và hợp kim đồng
• 2.2. Khái quát về nhôm và hợp kim nhôm
• 2.3. Khả năng hòa tan của nhôm và đồng
• 2.4. Các dạng mối ghép
• 2.5. Khảo sát phương án ghép nối
• 2.6. Lựa chọn phương án
• 2.7. Công nghệ hàn vẩy
• 2.8. Các phương pháp kiểm tra
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN
• 3.1. Dữ liệu ban đầu
• 3.2. Các thông số kỹ thuật công nghệ hàn vẩy
• 3.3. Các phương án thực hiện
• 3.4. Thí nghiệm kiểm tra mẫu hàn
• 3.5. Nhận xét – Đánh giá
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển

Tóm tắt

I. Tổng quan về công nghệ hàn vẩy nhôm với đồng

Công nghệ hàn vẩy nhôm với đồng là một trong những phương pháp hàn tiên tiến, cho phép kết nối hai loại kim loại có tính chất khác nhau. Việc nghiên cứu công nghệ này không chỉ giúp nâng cao chất lượng mối hàn mà còn mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Hàn vẩy nhôm với đồng có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó hàn tự động và hàn tay là hai phương pháp phổ biến nhất. Hàn vẩy nhôm với đồng không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo tính dẫn điện cao cho các thiết bị điện. Theo nghiên cứu, việc sử dụng nhôm thay thế cho đồng trong một số ứng dụng có thể giảm trọng lượng và chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng sản phẩm.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Tính cấp thiết của đề tài này xuất phát từ nhu cầu ngày càng cao trong việc sử dụng các vật liệu nhẹ và tiết kiệm chi phí trong sản xuất. Nhôm có giá thành thấp hơn đồng, đồng thời có những tính chất tương tự như độ dẫn điện và độ chống ăn mòn. Việc nghiên cứu công nghệ hàn vẩy nhôm với đồng sẽ giúp các công ty điện lực và chế tạo thiết bị điện hiểu rõ hơn về lợi ích của việc thay thế đồng bằng nhôm, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm giá thành sản phẩm.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao. Nghiên cứu công nghệ hàn vẩy giúp mở rộng khả năng ứng dụng trong lĩnh vực hàn các kim loại và hợp kim có tính chất khác nhau. Điều này không chỉ giúp nâng cao chất lượng mối hàn mà còn tối ưu hóa các thông số hàn, đạt hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế. Việc áp dụng công nghệ này trong sản xuất sẽ góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp điện lực và chế tạo thiết bị điện tại Việt Nam.

II. Cơ sở lý thuyết về hàn vẩy

Cơ sở lý thuyết về hàn vẩy nhôm với đồng bao gồm các khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim, khả năng hòa tan giữa nhôm và đồng, cũng như các dạng mối ghép. Nhôm và đồng đều là những kim loại có tính dẫn điện cao, nhưng chúng có những đặc điểm khác nhau về cơ tính và khả năng hàn. Việc hiểu rõ về các đặc điểm này sẽ giúp trong việc lựa chọn phương pháp hàn phù hợp. Hàn vẩy là một phương pháp hàn sử dụng nhiệt độ cao để làm nóng chảy kim loại hàn, tạo ra mối ghép chắc chắn giữa các chi tiết. Các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn cũng rất quan trọng để đảm bảo tính dẫn điện và độ bền của mối hàn.

2.1. Khái quát về nhôm và đồng

Nhôm là một kim loại nhẹ, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, trong khi đồng là kim loại nặng hơn nhưng có tính dẫn điện cao hơn. Việc kết hợp hai loại kim loại này thông qua công nghệ hàn vẩy sẽ tạo ra những sản phẩm có tính năng vượt trội. Nghiên cứu về khả năng hòa tan giữa nhôm và đồng là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng mối hàn. Các yếu tố như nhiệt độ, áp lực và thời gian hàn đều ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn và cần được kiểm soát chặt chẽ.

2.2. Các phương pháp kiểm tra mối hàn

Để đánh giá chất lượng mối hàn, cần thực hiện các phương pháp kiểm tra như kiểm tra điện trở, độ bền kéo và độ ngấu của mối hàn. Những phương pháp này giúp xác định khả năng dẫn điện của mối hàn và đảm bảo rằng mối hàn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Việc kiểm tra chất lượng mối hàn không chỉ giúp phát hiện các khuyết tật mà còn đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

III. Các phương án thực hiện

Trong nghiên cứu này, các phương án thực hiện được đề xuất nhằm tối ưu hóa quy trình hàn vẩy nhôm với đồng. Các thông số kỹ thuật như nhiệt độ hàn, thời gian hàn và loại kim loại phụ sẽ được khảo sát để tìm ra phương án tối ưu nhất. Thí nghiệm sẽ được thực hiện để kiểm tra chất lượng mối hàn, từ đó đưa ra những nhận xét và đánh giá về hiệu quả của từng phương án. Việc lựa chọn phương án khả thi nhất sẽ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

3.1. Dữ liệu ban đầu

Dữ liệu ban đầu sẽ được thu thập từ các thí nghiệm trước đó và các nghiên cứu liên quan đến công nghệ hàn vẩy. Những thông tin này sẽ giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết cho quá trình hàn. Việc phân tích dữ liệu ban đầu sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình hiện tại của công nghệ hàn vẩy nhôm với đồng, từ đó đưa ra các phương án thực hiện hợp lý.

3.2. Các thông số kỹ thuật công nghệ hàn vẩy

Các thông số kỹ thuật như nhiệt độ hàn, áp lực và thời gian hàn sẽ được xác định dựa trên các nghiên cứu trước đó và các tiêu chuẩn hiện hành. Việc tối ưu hóa các thông số này sẽ giúp nâng cao chất lượng mối hàn và đảm bảo tính dẫn điện của sản phẩm. Các thông số này cũng sẽ được điều chỉnh trong quá trình thí nghiệm để tìm ra phương án tối ưu nhất cho việc hàn vẩy nhôm với đồng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp hiện đại, việc nối ghép các vật liệu kim loại khác nhau ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và sản xuất thiết bị điện. Theo ước tính, kim loại nhôm với khối lượng riêng chỉ bằng khoảng 1/3 so với đồng, cùng với giá thành thấp hơn đáng kể, đang được xem là vật liệu thay thế tiềm năng cho đồng trong nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, việc hàn nối nhôm với đồng gặp nhiều thách thức do tính chất vật liệu khác biệt, đặc biệt là sự hình thành màng oxit và khả năng hòa tan hạn chế giữa hai kim loại này.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu công nghệ hàn vẩy để nối ghép thanh nhôm và thanh đồng, nhằm tạo ra mối hàn có cơ tính và tính dẫn điện phù hợp cho các ứng dụng trong ngành điện lực. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong việc hàn vẩy nhôm - đồng nguyên chất, với các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn như đo điện trở truyền qua mối hàn, thử độ bền kéo và đánh giá độ ngấu mối hàn. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong giai đoạn 2011-2014 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng tỉnh Đồng Nai.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định kim loại phụ và công nghệ hàn vẩy tối ưu để đảm bảo mối hàn có độ dẫn điện cao, độ bền cơ học tốt và khả năng làm việc ổn định trong môi trường dẫn điện. Kết quả nghiên cứu không chỉ góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí thay thế vật liệu đồng bằng nhôm mà còn mở rộng ứng dụng công nghệ hàn mới trong ngành cơ khí và điện lực tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu kim loại, đặc biệt là đồng và nhôm cùng các hợp kim của chúng. Hai kim loại này có tính chất vật lý và hóa học khác biệt rõ rệt: đồng có khối lượng riêng 8,93 g/cm³, nhiệt độ nóng chảy 1083°C, độ dẫn điện cao (đứng sau bạc), trong khi nhôm có khối lượng riêng 2,7 g/cm³, nhiệt độ nóng chảy 660°C và độ dẫn điện khoảng 62% so với đồng. Giản đồ trạng thái Al-Cu cho thấy tại nhiệt độ 548,2°C với thành phần 33% Cu và 67% Al, sự hòa tan giữa nhôm và đồng đạt mức tối ưu, tạo thành hỗn hợp cùng tinh.

Ba khái niệm chính được áp dụng trong nghiên cứu gồm:

• Công nghệ hàn vẩy: Phương pháp hàn sử dụng kim loại hoặc hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp để tạo liên kết khuếch tán giữa các vật liệu cơ bản.
• Tính chất vật liệu hàn: Bao gồm khả năng dẫn điện, cơ tính, và khả năng chống oxi hóa của đồng và nhôm.
• Kiểm tra chất lượng mối hàn: Đo điện trở, thử độ bền kéo và đánh giá độ ngấu nhằm xác định tính ổn định và hiệu quả của mối hàn trong môi trường làm việc thực tế.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các mẫu thanh nhôm và đồng nguyên chất, được chuẩn bị và xử lý theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các thanh nhôm kích thước 100x20x3 mm và thanh đồng tương ứng, được hàn bằng công nghệ hàn vẩy với kim loại phụ phù hợp.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích thành phần hóa học của vật liệu cơ bản và kim loại phụ bằng phương pháp quang phổ.
• Thí nghiệm hàn vẩy với các thông số kỹ thuật được điều chỉnh như nhiệt độ, thời gian nung và áp lực ép.
• Kiểm tra chất lượng mối hàn qua đo điện trở bằng mạch điện chuyên dụng, thử độ bền kéo trên máy thử bền kéo Instron 3367, và khảo sát cấu trúc mối hàn bằng kính hiển vi và chụp X-ray công nghiệp.
• Timeline nghiên cứu kéo dài trong 3 năm, từ khảo sát lý thuyết, thiết kế thí nghiệm, thực hiện thí nghiệm đến phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu đại diện cho nhôm và đồng nguyên chất, nhằm đảm bảo tính khách quan và khả năng áp dụng kết quả trong thực tế sản xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Kim loại phụ và công nghệ hàn vẩy phù hợp: Qua thí nghiệm, kim loại phụ có thành phần đồng thau LCuZn58 và LCuZn46 được xác định là phù hợp nhất để hàn vẩy nhôm với đồng, đảm bảo độ bền kéo trung bình đạt khoảng 150 MPa, tương đương 75% so với vật liệu cơ bản.

2. Độ dẫn điện của mối hàn: Kết quả đo điện trở cho thấy mối hàn có điện trở suất trung bình khoảng 0,02 μΩ, chỉ tăng khoảng 15% so với điện trở của thanh đồng nguyên chất, đảm bảo khả năng dẫn điện tốt trong ứng dụng thực tế.

3. Độ ngấu và cấu trúc mối hàn: Hình ảnh chụp X-ray và kính hiển vi cho thấy mối hàn có độ ngấu đạt trên 90%, với cấu trúc hạt mịn, ít khuyết tật như rỗ khí hay nứt nóng, góp phần nâng cao độ bền và tính ổn định của mối hàn.

4. Khả năng làm việc trong môi trường nhiệt độ cao: Thí nghiệm cho dòng điện 3000 A chạy qua mối hàn ở nhiệt độ 500°C trong 30 phút không gây biến dạng hay giảm chất lượng mối hàn, chứng tỏ tính ổn định và độ bền nhiệt cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp mối hàn đạt chất lượng cao là do lựa chọn kim loại phụ phù hợp với nhiệt độ nóng chảy và khả năng hòa tan giữa nhôm và đồng, đồng thời kiểm soát tốt quy trình hàn vẩy, đặc biệt là nhiệt độ và áp lực ép. So với các phương pháp hàn khác như hàn hồ quang hay hàn điện tiếp xúc, hàn vẩy cho phép giảm thiểu hiện tượng oxi hóa và rỗ khí, đồng thời giữ được tính dẫn điện và cơ tính của mối hàn.

Kết quả nghiên cứu tương đồng với các báo cáo của ngành về hàn kim loại khác loại, nhưng có cải tiến rõ rệt trong việc ứng dụng công nghệ hàn vẩy cho nhôm - đồng nguyên chất, một lĩnh vực còn hạn chế tại Việt Nam. Việc kiểm tra đa dạng các chỉ tiêu chất lượng mối hàn giúp đảm bảo tính toàn diện và khả năng ứng dụng thực tiễn cao.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ độ bền kéo so với các loại kim loại phụ khác nhau, bảng so sánh điện trở mối hàn và vật liệu cơ bản, cùng hình ảnh kính hiển vi minh họa cấu trúc mối hàn, giúp trực quan hóa hiệu quả công nghệ hàn vẩy.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng kim loại phụ đồng thau LCuZn58 và LCuZn46 trong công nghệ hàn vẩy nhôm - đồng nhằm nâng cao chất lượng mối hàn, giảm tỷ lệ lỗi sản phẩm, thực hiện trong vòng 12 tháng tại các nhà máy sản xuất thiết bị điện.

2. Đào tạo kỹ thuật viên chuyên sâu về công nghệ hàn vẩy cho các công ty điện lực và cơ khí, tập trung vào quy trình vận hành và kiểm soát chất lượng mối hàn, với mục tiêu nâng cao tay nghề trong 6-9 tháng.

3. Trang bị hệ thống thiết bị hàn vẩy hiện đại tại các cơ sở sản xuất, bao gồm máy hàn, thiết bị đo điện trở và máy thử bền kéo, nhằm đảm bảo quy trình sản xuất đạt chuẩn kỹ thuật, hoàn thành trong 18 tháng.

4. Xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn tiêu chuẩn dựa trên các chỉ tiêu điện trở, độ bền kéo và độ ngấu, áp dụng rộng rãi trong ngành điện lực và cơ khí chế tạo, với thời gian triển khai 6 tháng.

Các giải pháp trên nhằm mục tiêu giảm chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả kỹ thuật và đảm bảo độ bền, độ dẫn điện của mối hàn trong các thiết bị điện, góp phần ổn định và phát triển ngành công nghiệp điện lực trong nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia trong ngành kỹ thuật cơ khí và điện lực: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về công nghệ hàn vẩy và vật liệu hàn, giúp cải tiến quy trình sản xuất và sửa chữa thiết bị điện.

2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện và linh kiện dẫn điện: Áp dụng kết quả nghiên cứu để thay thế vật liệu đồng bằng nhôm, giảm chi phí nguyên liệu và trọng lượng sản phẩm mà vẫn đảm bảo chất lượng.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành vật liệu và kỹ thuật hàn: Tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về hàn kim loại khác loại và ứng dụng công nghệ hàn mới.

4. Cơ quan quản lý chất lượng và tiêu chuẩn kỹ thuật: Sử dụng luận văn làm cơ sở xây dựng tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng mối hàn nhôm - đồng trong sản xuất công nghiệp.

Những đối tượng này sẽ được hưởng lợi từ việc nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm thông qua ứng dụng công nghệ hàn vẩy được nghiên cứu bài bản.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ hàn vẩy là gì và ưu điểm của nó so với các phương pháp hàn khác?
   Hàn vẩy là phương pháp sử dụng kim loại hoặc hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp để tạo liên kết khuếch tán giữa các vật liệu cơ bản. Ưu điểm là giảm oxi hóa, ít khuyết tật, không cần thuốc hàn, và mối hàn có độ bền cao, phù hợp với kim loại khác loại như nhôm và đồng.

2. Tại sao lại chọn kim loại phụ đồng thau LCuZn58 và LCuZn46 cho hàn nhôm - đồng?
   Hai loại đồng thau này có nhiệt độ nóng chảy phù hợp và khả năng hòa tan tốt với nhôm và đồng, giúp tạo mối hàn có độ bền kéo cao và điện trở thấp, đảm bảo tính dẫn điện và cơ học của mối hàn.

3. Làm thế nào để kiểm tra chất lượng mối hàn nhôm - đồng?
   Chất lượng được kiểm tra qua đo điện trở truyền qua mối hàn, thử độ bền kéo trên máy chuyên dụng và khảo sát cấu trúc mối hàn bằng kính hiển vi và chụp X-ray để phát hiện khuyết tật như rỗ khí, nứt nóng.

4. Mối hàn nhôm - đồng có thể chịu được nhiệt độ và dòng điện cao không?
   Thí nghiệm cho thấy mối hàn có thể làm việc ổn định khi cho dòng điện 3000 A chạy qua ở nhiệt độ 500°C trong 30 phút mà không bị biến dạng hay giảm chất lượng, phù hợp với yêu cầu trong ngành điện lực.

5. Làm thế nào để ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất công nghiệp?
   Các doanh nghiệp cần trang bị thiết bị hàn vẩy, đào tạo kỹ thuật viên, áp dụng kim loại phụ phù hợp và xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn tiêu chuẩn để đảm bảo hiệu quả và ổn định sản xuất.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xác định được kim loại phụ đồng thau LCuZn58 và LCuZn46 là phù hợp nhất cho công nghệ hàn vẩy nhôm - đồng, đảm bảo mối hàn có độ bền kéo khoảng 150 MPa và điện trở thấp.
• Mối hàn đạt độ ngấu trên 90%, cấu trúc hạt mịn, ít khuyết tật, đảm bảo tính ổn định trong môi trường làm việc dẫn điện và nhiệt độ cao.
• Kết quả thí nghiệm chứng minh mối hàn có khả năng chịu dòng điện 3000 A ở 500°C trong 30 phút mà không giảm chất lượng.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng công nghệ hàn vẩy trong sản xuất thiết bị điện nhằm giảm chi phí, trọng lượng và nâng cao hiệu quả kỹ thuật.
• Tiếp tục nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ hàn vẩy cho các hợp kim khác và phát triển quy trình tự động hóa trong sản xuất công nghiệp.

Hành động tiếp theo là triển khai đào tạo kỹ thuật viên, trang bị thiết bị và xây dựng quy trình kiểm tra chất lượng mối hàn tiêu chuẩn để ứng dụng rộng rãi trong ngành điện lực và cơ khí chế tạo. Đề nghị các doanh nghiệp và viện nghiên cứu quan tâm phối hợp để phát triển công nghệ hàn vẩy tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HOÀI NAM NGHIÊN CỨU KIM LOẠI PHỤ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN VẨY NHÔM VỚI ĐỒNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S K C0 0 4 4 3 8 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HOÀI NAM NGHIÊN CỨUKIM LOẠI PHỤ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN VẨY NHÔM VỚI ĐỒNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HOÀI NAM NGHIÊN CỨUKIM LOẠI PHỤ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN VẨY NHÔM VỚI ĐỒNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS HOÀNG TRỌNG BÁ Tp.

Hồ Chí Minh, năm 2014 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC Họ và tên: NGUYỄN HOÀI NAM Ngày, tháng, năm sinh: 01-7-1984 Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh Mobile: [phone] E_mail: [e-mail] Địa chỉ liên lạc: 24/53/14, đường Hòa Huy Giáp, phường Quyết Thắng, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai. Quá trình đào tạo Năm Nơi đào tạo 2000-2002 Học tại Trường Trung học phổ thông Tân An, thị xã Tân An, tỉnh Long An 2003-2009 Học Đại học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM 2011-2014 Học Cao học ngành Kỹ thuật cơ khí tại Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Quá trình công tác Năm Nơi làm việc 8/2010 - nay Công tác tại Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng - Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Đồng Nai. iii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hoàng Trọng Bá. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác.Hồ Chí Minh, ngày 11 tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Hoài Nam iv Luan van LỜI CẢM ƠN Trong hai năm theo học chương trình đào tạo Thạc sỹ tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.

HCM, cuối cùng tôi cũng vượt qua chặng đường sau cùng là hoàn tất luận văn tốt nghiệp. Có được kết quả như vậy, trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo và Bộ môn Vật liệu kim loại - Khoa Cơ khí trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM, Ban Lãnh đạo Sở Khoa học và Công nghệ và Lãnh đạo Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng tỉnh Đồng Nai cùng toàn thể cán bộ công chức Chi cục đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành chương trình đào tạo bậc cao học. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn quý báu đến thầy PGS.TS Hoàng Trọng Bá đã tận tình hướng dẫn, động viên tôi trong thời gian thực hiện luận văn này.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô phụ trách chương trình đào tạo Thạc sỹ đã truyền đạt những kiến thức quý báu, cung cấp nguồn tài liệu cần thiết một cách đầy đủ và kịp thời. Xin chân thành cảm ơn! v Luan van TÓM TẮT Ngày nay, việc nối ghép hai chi tiết cùng loại vật liệu với nhau được thực hiện khá dễ dàng kể cả kim loại và hợp kim màu. Việc nối ghép có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp hàn khác nhau như hàn nóng chảy, hàn áp lực, hàn vẩy, … được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo kết cấu mới. Tuy nhiên, trong lĩnh vực sửa chữa, thay thế đòi hỏi phải liên kết được các vật liệu có tính chất khác nhau với nhau nhưng vẫn đảm bảo cơ tính và một số tính chất khác cần thiết cho mục đích sử dụng.

Bài luận văn đã trình bày phương pháp nghiên cứu để tìm ra công nghệ hàn và kim loại phụ thích hợp nhất để thực hiện mối ghép thanh nhôm và thanh đồng với nhau để làm thanh dẫn điện. Đồng thời, trong bài luận văn tác giả cũng đưa ra các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn như điện trở truyền qua mối hàn, độ bền kéo và độ ngấu mối hàn. Qua đó đánh giá chất lượng mối hàn làm việc trong môi trường dẫn điện. ABSTRACT Today, joining or two details together with other materials is done quite easily including metal and alloy color.

The interfacing can be done by various methods such as soldering Soldering, welding pressure, welding scales,. are widely applied in the field of manufacturing the new structure. However, in the field of repair and replacement require links materials with different properties to each other, while ensuring mechanical properties and a number of other properties necessary for the intended use. Essay presents research methods to find welding technology and metal parts to perform the most appropriate aluminum joints and copper bars together to make electric conductors.

At the same time, the essay author also provides quality control methods such as resistance welding transmitted welds, tensile strength and adhesion of weld. Thereby evaluate weld quality work environment conductive. vi Luan van MỤC LỤC Quyết định giao đề tài. i Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn .ii Lý lịch cá nhân.

iii Lời cam đoan. iv Lời cảm ơn. vi Mục lục .vii Danh sách kí hiệu, các chữ viết tắt. ix Danh mục các hình ảnh trong luận văn.

x Danh mục các bảng trong luận văn .xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Tính cấp thiết của đề tài. Tính mới của đề tài.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Mục đích và đối tượng nghiên cứu .6 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .7 Phương pháp nghiên cứu và kế hoạch thực tiễn. 5 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Khái quát về đồng và hợp kim đồng.2 Khái quát về nhôm và hợp kim nhôm .3 Khả năng hòa tan của nhôm và đồng.4 Các dạng mối ghép .5 Khảo sát phương án ghép nối .6 Lựa chọn phương án .7 Công nghệ hàn vẩy.8 Các phương pháp kiểm tra. 51 Chƣơng 3: CÁC PHƢƠNG ÁN THỰC HIỆN .1 Dữ liệu ban đầu.2 Các thong số kỹ thuật công nghệ hàn vẩy.

63 vii Luan van 3.3 Các phương án thực hiện .4 Thí nghiệm kiểm tra mẫu hàn…………………………………………………….5 Nhận xét – Đánh giá……………………………………………………………….76 Chƣơng 4: KẾT LUẬN - HƢỚNG PHÁT TRIỂN. Hướng phát triển. 80 viii Luan van DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ag Bạc Cu Đồng Al Nhôm Pb Chì Zn Kẽm c Nhiệt dung riêng Q Nhiệt lượng tnc Nhiệt độ nóng chảy I Cường độ dòng điện l, S, h Chiều dài, chiều rộng, chiều dày mẫu ix Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH TRONG LUẬN VĂN Hình Chú thích Trang Hình 2.1 Giản đồ trạng thái của Al và nguyên tố hợp kim 14 Hình 2.2 Giản đồ trạng thái của nhôm – đồng 18 Hình 2.3 Các mối ghép ren 19 Hình 2.4 Mối ghép ren lắp có khe hở 20 Hình 2.5 Mối ghép ren lắp không có khe hở 20 Hình 2.6 Kết cấu của mối ghép đinh tán 21 Hình 2.7 Mối ghép độ dôi 22 Hình 2.8 Mối ghép độ dôi được lắp bằng phương pháp lắp ép 23 Hình 2.9 Mối ghép độ dôi được lắp bằng phương pháp nung nóng 23 Sơ đồ mối ghép hàn (a) và tác dụng của nguồn nhiệt khi hàn hồ Hình 2.11 Sơ đồ đường hàn và vị trí vũng hàn 26 Hình 2.12 Quá trình gây hồ quang khi hàn 27 Hình 2.13 Mối hàn dưới lớp thuốc 29 Hình 2.14 Sơ đồ máy hàn điện tiếp xúc giáp mối 32 Hình 2.15 Mối hàn ma sát 33 Hình 2.16 Mối hàn nổ 35 Hình 2.17 Mối ghép hàn vẩy có vát mép 42 Hình 2.18 Cấu taọ ngọn lửa và sự phân bố nhiệt độ theo chiều dài ngọn lửa 43 Hình 2.19 Các dạng ngọn lửa hàn 44 Hình 2.20 Phương pháp hàn phải 45 Hình 2.21 Phương pháp hàn trái 46 Hình 2.22 Sự phụ thuộc góc nghiêng mỏ hàn vào chiều dày vật hàn 47 Hình 2.23 Chuyển động của mỏ hàn và que hàn phụ 48 Hình 2.24 Giản đồ trạng thái của Ag-Al-Cu 49 Hình 2.25 Giản đồ trạng thái của Al-Cu-Pb 49 Hình 2.26 Giản đồ trạng thái Al-Cu-Zn 50 Hình 2.27 Mẫu thử kéo theo chiều ngang 51 Hình 2.28 Mẫu thử kéo theo chiều dọc 52 Hình 2.30 Mài mẫu 53 Hình 2.31 Đường song song trên mặt mẫu 53 Hình 2.32 Tẩm thực và rửa mẫu 55 Hình 2.33 Sơ đồ mắc mạch điện 56 Hình 2.34 Sơ đồ mạch điện 57 Hình 3.1 Kích thước mẫu nhôm cần kiểm tra 61 Hình 3.2 Kính hiển vi IMS 300 62 x Luan van Hình 3.3 Tổ chức tế vi của mẫu nhôm 62 Hình 3.4 Kích thước mẫu đồng cần kiểm tra 62 Hình 3.5 Tổ chức tế vi của mẫu đồng 63 Hình 3.6 Vị trí mẫu hàn nhôm – đồng 64 Hình 3.7 Vật hàn nhôm bị biến dạng 66 Hình 3.8 Vật hàn nhôm đã được mạ một lớp đồng mỏng 67 Hình 3.9 Vật hàn nhôm mạ đồng bị biến dạng sau khi tiếp xúc nhiệt 67 Hình 3.10 Mối hàn nhôm-đồng 68 Hình 3.11 Hình ảnh các mẫu thử điện trở 71 Hình 3.12 Máy chụp X-ray công nghiệp RF-250OFMG 2 73 Hình 3.13 Hình ảnh mẫu hàn được chụp bằng tia X 73 Hình 3.14 Máy thử bền kéo Instron 3367 74 Hình 3.15 Hình ảnh thử kéo mẫu hàn 75 Hình 3.16 Biểu đồ thể hiện độ bền kéo của mẫu hàn 76 xi Luan van DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng Chú thích Trang Bảng 2.1 Giới hạn các tạp chất cho phép của các loại đồng tinh thể 8 Bảng 2.2 Các đặc điểm của dây dẫn và cáp dẫn điện không có vỏ bọc 8 Bảng 2.3 Các ký hiệu và thành phần hợp kim đồng 10 Bảng 2.4 Công dụng của một số maac1 Brông thiếc 11 Bảng 2.5 Công dụng của một số mác Brông nhôm 11 Bảng 2.6 Thành phần của một số hợp kim Đura 15 Thành phần hóa học của que hàn nhôm theo tiêu chuẩn AWS Bảng 2.8 Thành phần hóa học của dây hàn theo tiêu chuẩn AWS A5.9 Thành phần một số hợp kim hàn vẩy 38 Bảng 2.10 Thành phần và ký hiệu các loại vẩy hàn 41 Bảng 2.11 Sự điều chỉnh ngọn lửa hàn ở các loại vật liệu khác nhau 44 Bảng 2.12 Dung dịch đánh bong thong dụng 54 Bảng 2.13 Dung dịch tẩm thực thong dụng 55 Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra thành phần hóa học của mẫu nhôm 61 Bảng 3.2 Kết quả kiểm tra thành phần hóa học của mẫu đồng 63 Bảng 3.3 Thành phần và tỷ lệ dung dịch xianua để mạ đồng 67 Bảng 3.4 Qui cách mẫu thử 69 Kết quả kiểm tra điện trở, tính toán nhiệt lượng và tuổi thọ Al, Bảng 3.5 70 Cu và mối hàn Al-Cu Kết quả kiểm tra thời gian làm việc của mẫu hàn khi cho dòng Bảng 3.