Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Tạ Văn Rảnh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Cương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Chế Tạo Thiết Bị Hàn Ma Sát Xoay
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TRONG NGÀNH KĨ THUẬT CƠ KHÍ, HÀN GIỮ MỘT VAI TRÒ RẤT QUAN TRỌNG
• 1.1. Các phương pháp hàn ma sát
• 1.2. Hàn ma sát thẳng (linear friction welding)
• 1.3. Hàn ma sát đảo/ngoáy (friction stir welding)
• 1.4. Hàn ma sát xoay (rotative friction welding)

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hàn ma sát xoay

Hàn ma sát xoay là một trong những phương pháp hàn tiên tiến, được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí. Phương pháp này không chỉ đảm bảo độ bền cao cho mối hàn mà còn thân thiện với môi trường. Hàn ma sát xoay sử dụng nhiệt sinh ra từ ma sát giữa hai chi tiết chuyển động tương đối với nhau để nung chảy mép hàn, sau đó sử dụng lực ép để kết nối chúng lại với nhau. Theo nghiên cứu, hàn ma sát xoay có khả năng kết nối các vật liệu khác nhau, điều mà nhiều phương pháp hàn khác không thể thực hiện được. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo máy và sản xuất công nghiệp.

1.1. Tính ưu việt của hàn ma sát

Hàn ma sát xoay mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các phương pháp hàn truyền thống. Đầu tiên, phương pháp này tạo ra mối hàn có độ bền cao và ổn định, nhờ vào quá trình khuếch tán kim loại tại mép hàn. Thứ hai, hàn ma sát xoay không yêu cầu sử dụng vật liệu hàn bổ sung, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian sản xuất. Cuối cùng, quá trình hàn diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn so với hàn hồ quang, giảm thiểu nguy cơ biến dạng và nứt mối hàn. Những ưu điểm này khiến hàn ma sát xoay trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo.

II. Quy trình thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay

Quy trình thiết kế thiết bị hàn ma sát xoay tại HCMUTE được thực hiện theo các bước cụ thể. Đầu tiên, việc xác định yêu cầu kỹ thuật và mục tiêu nghiên cứu là rất quan trọng. Các thông số như áp lực ma sát, thời gian nung và tốc độ quay của trục chính cần được tính toán chính xác để đảm bảo hiệu quả hàn. Tiếp theo, các phương án thiết kế được đề xuất, bao gồm việc lựa chọn cấu trúc máy, hệ thống điều khiển và các bộ phận cơ khí. Cuối cùng, việc chế tạo và lắp ráp thiết bị hàn ma sát xoay được thực hiện, đảm bảo tất cả các bộ phận hoạt động đồng bộ và hiệu quả.

2.1. Các thông số công nghệ hàn ma sát xoay

Các thông số công nghệ hàn ma sát xoay đóng vai trò quyết định đến chất lượng mối hàn. Áp lực ma sát và thời gian nung là hai yếu tố quan trọng nhất. Áp lực ma sát cần được điều chỉnh phù hợp với loại vật liệu hàn và kích thước chi tiết. Thời gian nung cũng cần được tối ưu hóa để đảm bảo kim loại đạt đến trạng thái chảy dẻo mà không làm giảm chất lượng mối hàn. Nghiên cứu cho thấy, việc điều chỉnh chính xác các thông số này có thể nâng cao đáng kể độ bền và tính ổn định của mối hàn.

III. Ứng dụng thực tiễn của thiết bị hàn ma sát xoay

Thiết bị hàn ma sát xoay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ chế tạo máy móc đến sản xuất linh kiện điện tử. Trong ngành công nghiệp ô tô, hàn ma sát xoay được sử dụng để kết nối các chi tiết như trục, bánh răng và các bộ phận khác, nhờ vào khả năng tạo ra mối hàn bền vững và chịu lực tốt. Ngoài ra, trong ngành hàng không vũ trụ, phương pháp này cũng được áp dụng để hàn các chi tiết có yêu cầu khắt khe về độ bền và độ chính xác. Việc ứng dụng hàn ma sát xoay không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất.

3.1. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng hàn ma sát

Việc sử dụng hàn ma sát xoay mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho các doanh nghiệp. Đầu tiên, chi phí sản xuất giảm do không cần sử dụng vật liệu hàn bổ sung. Thứ hai, thời gian sản xuất được rút ngắn nhờ vào quy trình hàn nhanh chóng và hiệu quả. Cuối cùng, chất lượng sản phẩm được nâng cao, giúp doanh nghiệp tăng cường uy tín và cạnh tranh trên thị trường. Những lợi ích này cho thấy hàn ma sát xoay không chỉ là một phương pháp hàn tiên tiến mà còn là một giải pháp kinh tế hiệu quả cho các doanh nghiệp trong ngành công nghiệp chế tạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành kỹ thuật cơ khí, hàn giữ vai trò thiết yếu trong công nghiệp hóa – hiện đại hóa, đặc biệt trong chế tạo, lắp ghép và sửa chữa chi tiết máy. Theo ước tính, hàn chiếm tỷ trọng lớn trong các phương pháp gia công kết nối vật liệu, với nhiều kỹ thuật khác nhau như hàn hồ quang, hàn mig, hàn max, hàn điểm... Tuy nhiên, các phương pháp này thường gây biến dạng nhiệt lớn, ảnh hưởng đến cơ tính mối hàn và môi trường làm việc. Hàn ma sát xoay (Rotative Friction Welding) là một công nghệ hàn áp lực tiên tiến, sử dụng nhiệt sinh ra từ ma sát giữa hai chi tiết chuyển động tương đối để nung chảy dẻo mép hàn, sau đó ép chặt tạo mối hàn bền vững. Phương pháp này đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển từ thập niên 90, mang lại chất lượng mối hàn vượt trội, biến dạng nhiệt nhỏ và thân thiện môi trường.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam, nhằm tạo ra thiết bị nhỏ gọn, đa năng, chi phí thấp, có thể tích hợp trên máy tiện hiện có. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các chi tiết có đường kính nhỏ hơn 18mm đối với chi tiết đặc và 30mm đối với chi tiết rỗng, sử dụng vật liệu thép cacbon thấp, thép không gỉ và nhôm. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng mối hàn, giảm chi phí sản xuất, đồng thời góp phần đa dạng hóa công nghệ hàn trong ngành cơ khí 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 sau:

• Nguyên lý hàn ma sát xoay: Quá trình hàn dựa trên chuyển đổi năng lượng cơ học thành nhiệt năng do ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc chuyển động tương đối, làm nóng chảy dẻo mép hàn và ép chặt tạo mối hàn bền vững.
• Mô hình nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát: Nhiệt lượng sinh ra phụ thuộc vào áp lực ma sát, hệ số ma sát, tốc độ quay và diện tích tiếp xúc. Công thức tính công suất tỏa nhiệt và mô men xoắn được sử dụng để tối ưu hóa quá trình hàn.
• Các thông số công nghệ hàn ma sát: Bao gồm tốc độ quay, áp lực ma sát, thời gian ma sát, áp lực rèn (áp lực chồn), lượng co gia nhiệt và thời gian hãm. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn và biến dạng vật liệu.
• Khái niệm biến dạng dẻo và ảnh hưởng nhiệt: Sự biến dạng dẻo tại vùng hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt quyết định cấu trúc vật liệu và tính chất cơ học của mối hàn.
• Mô hình cơ cấu lực đẩy thủy lực: Thiết kế hệ thống thủy lực tạo lực ép chính xác và ổn định trong quá trình hàn.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu khoa học quốc tế, báo cáo ngành, các bài báo chuyên ngành về hàn ma sát xoay, đồng thời khảo sát thực tế tại các cơ sở sản xuất và phòng thí nghiệm.
• Phương pháp phân tích: Phân tích các số liệu kỹ thuật, thông số công nghệ, mô hình hóa quá trình hàn bằng phần mềm Creo 3.0, tính toán công suất, mô men, áp lực và các thông số liên quan.
• Phương pháp mô hình hóa: Thiết kế mô hình máy hàn ma sát xoay trên máy tiện, bao gồm các bộ phận cơ khí và hệ thống thủy lực, nhằm kiểm nghiệm lý thuyết và điều chỉnh thiết kế.
• Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay, tiến hành thử nghiệm hàn các mẫu vật liệu thép cacbon thấp, thép không gỉ và nhôm, kiểm tra chất lượng mối hàn qua các phép đo cơ tính như độ bền kéo, kiểm tra cấu trúc mối hàn.
• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 6/2014 đến tháng 9/2015, gồm các giai đoạn tìm hiểu tài liệu, thiết kế mô hình, chế tạo thiết bị, thử nghiệm và hoàn thiện thiết kế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tối ưu hóa thông số hàn: Qua phân tích và thử nghiệm, tốc độ quay 1000 vòng/phút được xác định là hợp lý, giúp giảm thời gian hàn, lượng co ngắn lại và giảm lượng kim loại bị đẩy ra vùng rìa xơm. Áp lực ma sát và áp lực rèn được điều chỉnh trong khoảng 50-120 MPa, đảm bảo mối hàn có cơ tính tốt và biến dạng nhiệt nhỏ.

2. Chất lượng mối hàn vượt trội: Mối hàn ma sát xoay cho thấy độ bền kéo của mẫu thép cacbon thấp đạt khoảng 95% so với vật liệu gốc, với biến dạng nhiệt nhỏ hơn 10% so với hàn hồ quang truyền thống. Mối hàn không có các khuyết tật như nứt nóng, rỗ khí hay lẫn xỉ.

3. Khả năng hàn vật liệu khác nhau: Thiết bị cho phép hàn thành công các cặp vật liệu như thép cacbon thấp với thép không gỉ, nhôm với nhôm, thép không gỉ với thép không gỉ, mở rộng phạm vi ứng dụng trong sản xuất.

4. Thiết kế máy nhỏ gọn, đa năng: Máy hàn ma sát xoay tích hợp trên máy tiện hiện có, có thể tháo lắp dễ dàng, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và tăng tính linh hoạt trong sản xuất. Hệ thống thủy lực điều khiển lực ép chính xác, ổn định trong quá trình hàn.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về hàn ma sát xoay, đồng thời khẳng định tính khả thi của việc chế tạo thiết bị hàn ma sát xoay nhỏ gọn tại Việt Nam. Việc lựa chọn tốc độ quay vừa phải giúp cân bằng giữa năng suất và chất lượng mối hàn, tránh hiện tượng quá nhiệt gây biến dạng lớn. Áp lực ma sát và áp lực rèn được điều chỉnh linh hoạt theo từng loại vật liệu, đảm bảo mối hàn có cấu trúc vi mô đồng nhất và cơ tính cao.

So với các phương pháp hàn truyền thống như hàn hồ quang, hàn ma sát xoay giảm thiểu các khuyết tật mối hàn, không sử dụng thuốc hàn nên thân thiện môi trường, tiết kiệm năng lượng. Thiết bị chế tạo phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước, giúp các doanh nghiệp dễ dàng tiếp cận công nghệ mới, nâng cao năng lực cạnh tranh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ quan hệ giữa tốc độ quay và độ bền kéo, bảng so sánh các thông số áp lực và thời gian hàn, cũng như hình ảnh cấu trúc vi mô mối hàn qua kính hiển vi điện tử.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai sản xuất thiết bị hàn ma sát xoay nhỏ gọn: Các doanh nghiệp cơ khí nên đầu tư chế tạo và ứng dụng thiết bị hàn ma sát xoay tích hợp trên máy tiện, nhằm giảm chi phí đầu tư và tăng hiệu quả sản xuất. Thời gian thực hiện dự kiến 12-18 tháng.

2. Đào tạo kỹ thuật viên và công nhân vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về nguyên lý, vận hành và bảo trì thiết bị hàn ma sát xoay, nâng cao kỹ năng và đảm bảo chất lượng mối hàn. Chủ thể thực hiện là các trường đại học kỹ thuật và trung tâm đào tạo nghề.

3. Nghiên cứu mở rộng ứng dụng vật liệu: Tiếp tục nghiên cứu các thông số hàn cho các loại vật liệu phi kim, hợp chất kim loại – phi kim nhằm đa dạng hóa sản phẩm và ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Thời gian nghiên cứu 2-3 năm.

4. Phát triển hệ thống điều khiển tự động: Nâng cấp hệ thống điều khiển thủy lực và động cơ thành hệ thống điều khiển tự động, tích hợp cảm biến giám sát quá trình hàn để tăng độ chính xác và giảm sai sót do con người. Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Doanh nghiệp cơ khí chế tạo: Có thể ứng dụng thiết bị hàn ma sát xoay để nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí và thời gian sản xuất, đặc biệt trong các ngành ô tô, đóng tàu, máy móc thiết bị.

2. Trường đại học và trung tâm đào tạo kỹ thuật: Sử dụng luận văn làm tài liệu giảng dạy, nghiên cứu và phát triển công nghệ hàn tiên tiến, đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao.

3. Các viện nghiên cứu và phát triển công nghệ: Tham khảo để phát triển các dự án nghiên cứu mở rộng về hàn ma sát, cải tiến thiết bị và ứng dụng trong các lĩnh vực mới.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Đánh giá tiềm năng công nghệ hàn ma sát xoay trong phát triển ngành cơ khí, xây dựng chính sách hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Hàn ma sát xoay khác gì so với hàn hồ quang truyền thống?
   Hàn ma sát xoay sử dụng nhiệt sinh ra từ ma sát giữa hai chi tiết chuyển động tương đối để nung chảy dẻo mép hàn, không dùng thuốc hàn hay nguồn nhiệt ngoài, nên mối hàn có biến dạng nhiệt nhỏ, chất lượng cao và thân thiện môi trường hơn.

2. Thiết bị hàn ma sát xoay có thể hàn được những loại vật liệu nào?
   Thiết bị có thể hàn các vật liệu giống nhau như thép cacbon thấp, thép không gỉ, nhôm, cũng như các cặp vật liệu khác nhau như thép cacbon với thép không gỉ, nhôm với nhôm, mở rộng ứng dụng trong sản xuất.

3. Các thông số công nghệ quan trọng trong hàn ma sát xoay là gì?
   Bao gồm tốc độ quay (khoảng 1000 vòng/phút), áp lực ma sát (50-120 MPa), thời gian ma sát, áp lực rèn (áp lực chồn), lượng co gia nhiệt và thời gian hãm. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn.

4. Lợi ích kinh tế khi sử dụng hàn ma sát xoay là gì?
   Giảm chi phí năng lượng do không dùng nguồn nhiệt ngoài, giảm chi phí vật liệu phụ, tăng năng suất do thời gian hàn ngắn, giảm biến dạng và khuyết tật mối hàn, từ đó giảm chi phí gia công lại và bảo trì.

5. Thiết bị hàn ma sát xoay có thể tích hợp trên máy tiện hiện có không?
   Có, thiết bị được thiết kế nhỏ gọn, có thể tháo lắp dễ dàng trên máy tiện, giúp tận dụng thiết bị hiện có, giảm chi phí đầu tư và tăng tính linh hoạt trong sản xuất.

Kết luận

• Hàn ma sát xoay là công nghệ hàn tiên tiến, mang lại mối hàn chất lượng cao, biến dạng nhiệt nhỏ và thân thiện môi trường.
• Thiết bị hàn ma sát xoay nhỏ gọn tích hợp trên máy tiện được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.
• Các thông số công nghệ như tốc độ quay 1000 vòng/phút, áp lực ma sát 50-120 MPa được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng mối hàn và năng suất.
• Thiết bị có khả năng hàn các vật liệu giống và khác nhau, mở rộng phạm vi ứng dụng trong ngành cơ khí chế tạo.
• Đề xuất triển khai sản xuất, đào tạo nhân lực và nghiên cứu mở rộng nhằm phát triển công nghệ hàn ma sát xoay tại Việt Nam, góp phần nâng cao năng lực công nghiệp cơ khí trong nước.

Hành động tiếp theo: Các doanh nghiệp và viện nghiên cứu nên phối hợp triển khai ứng dụng thiết bị, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến để nâng cao hiệu quả và mở rộng ứng dụng công nghệ hàn ma sát xoay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Trong ngành kĩ thuật cơ khí, hàn giữ một vai trò rất quan trọng, nhất là trong công cuộc công nghiệp hoá – hiện đại hoá ở nước ta hiện nay. Hàn đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực kỹ thuật như: Làm kết cấu nhà xưởng, xây dựng công trình, lắp ghép các chi tiết, đắp tạo các trục, thiết kế chế tạo các sản phẩm cơ khí, phục hồi các chi tiết máy sau một thời gian làm việc…, với nhiều tính năng ưu việt, năng xuất chất lượng cao. Trong thời đại ngày nay, với trình độ khoa học ngày càng phát tiển mạnh mẽ, thì hàn đã gióp phần không nhỏ trong việc đưa nghành cơ khí lên vị thế quan trọng trong công cuộc phát triển kinh tế, trong các phương pháp hàn hiện nay, hàn ma sát là một phương pháp hàn mới đầy tiềm năng với chất lượng mối hàn vượt trội, ổn định khi làm việc và đặt biệt là thân thiện với môi trường.

Hàn ma sát là quá trình hàn áp lực, sử dụng nhiệt ma sát sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tương đối với nhau để nung mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm cho kim loại mép hàn khuếch tán sang nhau tạo thành mối hàn. Khi 2 bề mặt của vật thể chuyển động tương đối với nhau dưới tác dụng của lực ép thì năng lượng cơ học sẽ chuyển thành nhiệt năng. Ma sát trong hàn là ma sát khô. Nhiệt ma sát là nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ma sát, do sự trượt tương đối của hai chi tiết với nhau.

Nhiệt ma sát phụ thuộc vào lực ép pháp tuyến của bề mặt ma sát và phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa hai chi tiết, phụ thuộc vào vật liệu hàn và tốc độ chuyển động tương đối giữa hai chi tiết. Trong quá trình ma sát, phần lớn nhiệt ma sát làm nhiệm vụ nung kim loại mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, một phần truyền vào chi tiết hàn, phần còn lại truyền vào môi trường xung quanh. 1 Luan van Cơ năng chuyển Vật liệu vùng hàn Vật liệu tại vùng thành nhiệt năng dẻo. hàn khuyết tán vào nhau dưới lực ép.

1: Sơ đồ nhiệt sinh ra trong quá trình ma sát.2 Các phương pháp hàn ma sát. Hàn ma sát là quá trình hàn áp lực, sử dụng nhiệt ma sát sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tương đối với nhau để nung mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm cho kim loại mép hàn khuếch tán sang nhau tạo thành mối hàn Hình 1. 2: Sơ đồ han ma sát xoay. Khi 2 bề mặt của vật thể chuyển động tương đối với nhau dưới tác dụng của lực ép thì năng lượng cơ học sẽ chuyển thành nhiệt năng.

Ma sát trong hàn là ma sát khô. Trong đó có 3 phương pháp hàn ma sát được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế tạo: Hàn ma sát thẳng (linear friction welding), hàn ma sát đảo/ngoáy (friction stir welding), và hàn ma sát xoay (rotative friction welding). Hàn ma sát thẳng (linear friction welding): Hai chi tiết hàn chuyển động tương đối với nhau theo phương của bề mặt tiếp xúc sinh ra nhiệt ma sát làm vật liệu bề mặt tiếp xúc nóng chảy, hai chi tiết được ép vào nhau tạo mối hàn. Hàn ma sát thẳng được ứng dụng hàn các chi tiết khối đặc, đặt biệt các chi tiết có tiết diện ngang hình chữ nhật.

2 Luan van Hình 1. 3 Hai chi tiết được hàn bằng ma sát đường. Ưu điểm: - Hàn các chi tiết dạng thanh, ống không tròn xoay (VD: Cánh turbin bằng Ti). - Chất lượng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ.

- Ứng dụng rất nhiều trong hàn chất dẻo. - Hàn các kim loại khác nhau với nhau. Nhược điểm: - Lượng chùn của kim loại mối hàn lớn. - Phải gia công cơ khí sau hàn.

- Thiết bị đắt tiền. - Không thích hợp lắm đối với vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao.2 Hàn ma sát đảo/ngoáy (friction stir welding): Hai bề mặt hàn được đặt tiếp xúc với nhau, dao sẽ chạy giữa hai bề mặt hàn, nhiệt ma sát sẽ làm nóng chảy vật liệu tại vùng tiếp xúc, phoi nóng chảy được ép xuống mối hàn nhờ vai của dao. Hàn ma sát đảo được ứng dụng hàn các hai tấm phẳng hoặc đường ống, tuy nhiên phương pháp này giới hạn mặt cắt chi tiết tại mối hàn phải đạt chiều dày nhất định và bề mặt tại mối hàn của hai chi tiết phải nằm trên một mặt phẳng. 3 Luan van Hình 1.

4: Sơ đồ ma sát khuấy (ngoái). 5: Sơ đồ ma sát khuấy (ngoái). 1) Một dụng cụ vận hành bằng máy đẩy đầu xoay hay đầu dò vào kim loại. 2) Tốc độ quay và tuyến tính của đầu xoay rất quan trọng trong quá trình này và thay đổi phụ thuộc vào tính chất của kim loại.

3) Đầu xoay tạo ra nhiệt và gắn kết kim loại với nhau. 4) Ma sát làm mềm kim loại dọc theo đường hàn, đưa chúng vào tình trạng mềm nhão mà không làm tan chảy. Ưu điểm: - Hàn giáp mối các chi tiết dạng tấm (phẳng hoặc định hình profil) đến 25mm. - Chất lượng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ.

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa (dùng Robot). - Hàn được các hợp kim đặc biệt trong hàng không, vũ trụ. Nhược điểm: - Có hố lõm cuối đường hàn. - Thiết bị đắt tiền.

4 Luan van - Cần phải đỡ ở mặt đối diện.3 Hàn ma sát xoay (Rotative friction welding): Hai chi tiết quay tương đối với nhau sinh ra nhiệt ma sát làm nóng chảy vật liệu tại vùng tiếp xúc, hai chi tiết được ép vào nhau tạo mối hàn. Hàn ma sát xoay được ứng dụng hàn các chi tiết dạng trụ. Tuy công nghệ và đặc tính khác nhau nhưng các phương pháp hàn ma sát đều có điểm chung là sử dụng nhiệt năng sinh ra từ cơ năng, từ đó làm dẻo vùng vật liệu cần hàn. Dưới đây là nguyên lý hàn ma sát: Hình 1.

6: Sơ đồ hàn ma sát xoay. Ưu điểm: - Hàn các chi tiết dạng thanh, ống tròn xoay hoặc không tròn xoay. - Chất lượng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ. - Năng suất rất cao.

- Hàn các kim loại khác nhau với nhau. Nhược điểm: - Lượng chùn của kim loại mối hàn lớn. - Phải gia công cơ khí sau hàn. - Thiết bị đắt tiền.

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước.1 Kết quả nghiên cứu trên thế giới. 5 Luan van Theo tài liệu Hiệp Hội Hàn của Mỹ, hàn ma sát xoay được cấp bằng sáng chế năm 1891. Trong những năm 1920 đến 1942 hàng loạt bằng sáng chế công nghệ hàn ma sát xoay được cấp tại Châu Âu và tại Liên Xô là năm 1956. Trong thập niên 60 của thế kỷ XX, hàn ma sát xoay phát triển mạnh mẽ tại Mỹ.

Đặt biệt trong thời kỳ chiến tranh lạnh, hàn ma sát nói chung và hàn ma sát xoay nói riêng được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật quân sự. Hầu hết thiết bị được sản xuất trong giai đoạn này do các công ty AMF, Caterpillar, và Rockwell International nghiên cứu chế tạo. Ngày nay, hàn ma sát xoay được phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp chế tạo. Tại các trường đại học, rất nhiều nghiên cứu về hàn ma sát xoay đã được thực hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau.

Có vài nghiên cứu chuyên sâu về ma sát xoay đã được thực hiện trên thế giới. Máy hàn ma sát xoay: - “Friction Welding on Lathe Machine with special Fixture” do Gourav sardana bộ môn kỹ thuật cơ khí và phó giáo sư Ajay Lohan viện công nghệ và quản trị Om, Hissar Ấn Độ. Đã nghiên cứu đồ gá đặt biệt hàn ma sát trên máy tiện. Đăng trên Tạp chí khoa học kỹ thuật và đổi mới công nghệ (IJIET).

- “Fabrication of Friction Welding on Centre Lathe: A Case Study” Một nghiên cứu sự chế tạo của hàn ma sát trên máy tiện có mũi tâm () do Jagroop Singh, Karamdeep Singh bộ môn kỹ thuật cơ khí, ACEM, K apur thala, Punjab, Ấn Độ. Đã nghiên cứu hàn ma sát xoay trên máy tiện có mũi chống tâm. Đăng trên tạp chí Quốc tế về nghiên cứu kỹ thuật công nghệ cơ khí. 146 InternatIonal Journal of research In MechanIcal Engineering & Technology (IJRMET) Vol.

4, Issu E2, May- October 2014. - “Design and Development of Micro Friction Welding Machine and Investigation of Welding Parameters for Similar Materials” do P A Thakare, Lt Randheer Singh đã Thiết kế và phát triển vi máy hàn ma sát xoay và thực nghiệm 6 Luan van các thông số hàn ma sát các vật liệu giống nhau, đăng trên Tạp chí quốc tế nghiên cứu về khoa học và kỹ thuật, Volume 5, Issue 6, June-2014. Hiện tượng cơ nhiệt trong quá trình hàn ma sát xoay: - “Thermo-mechanical phenomena in the process of friction welding of corundum ceramics and aluminium” do Z. Wosin Ski, và J.

Zimmerman thực hiện tại khoa thiết kế chế tạo trường đại học Warsaw Phần Lan đã nghiên cứu Hiện tượng cơ-nhiệt trong quá trình hàn ma sát đối với gốm sứ corundum và nhôm; - “A Study on the Effect of External Heating of the Friction Welded Joint” do Ruma Mohd Abdul Wahed, Mohammed Farhan thực hiện. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt bên ngoài mối hàn ma sát đăng trên Tạp chí quốc tế về công nghệ mới nổi và kỹ thuật cao, Volume 3, Issue 5, May 2013. - “Experimental study on the effect of heating time on mechanical properties of nylon-6 joints produced by friction welding” do Jatinder Gill, Jagdev Singh Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt trên tính chất cơ học của sản phẩm khớp nối nylon bởi hàn ma sát đăng trên Tạp chí quốc tế về nghiên cứu kỹ thuật nâng cao và nghiên cứu khoa học E-ISSN2249–8974. - “Experimental Determination of Temperature during Rotary Friction Welding of Dissimilar Materials” do Eder Paduan Alves, Chen Ying AN, Francisco Piorino Neto, Eduardo dos Ferro Santos4, 2012 tiến hành Thực nghiệm xác định nhiệt độ trong quá trình hàn ma sát xoay của các vật liệu khác nhau đăng tên tạp chí nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.

- “Study of Heat Affected Zone (HAZ) in Friction Welding Process” do Ali Moarrefzadeh, thành viên khoa kỹ thuật cơ khí, Mahshahr Branch, trường đại học hồi giáo Azad, Mahshahr, Iran, đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt trong quá trình hàn ma sát, đăng trên tạp chí cơ khí 2012.