Nghiên Cứu Thiết Kế Dụng Cụ Hàn Ma Sát Tương Tác Cho Hợp Kim Nhôm Biến Dạng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật cơ khí nghiên cứu thiết kế chế tạo dụng cụ và công nghệ hàn ma sát tự tương tác cho hợp, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Văn Lũy
• Người hướng dẫn: TS. Lưu Phương Minh
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Dụng Cụ Hàn Ma Sát Tương Tác Cho Hợp Kim Nhôm Biến Dạng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: [Tiêu đề chương 2 chưa rõ trong đoạn trích]
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ DỤNG CỤ
• 3.1. Cấu tạo dụng cụ hàn
• 3.2. Vật liệu chế tạo
• 3.3. Thiết kế dụng cụ hàn
• 3.3.1. Vật dụng cụ
• 3.3.2. Thiết kế Pin. Kích thước dụng cụ
• 3.3.3. Phân tích lựa chọn dụng cụ
• 3.3.4. Khoảng cách giữa hai vai
• 3.3.5. Bộ gá dụng cụ
• 3.3.6. Đề xuất mô hình thiết kế dụng cụ
• 4. CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH
• 4.1. Phương pháp thực nghiệm và phát biểu bài toán hộp đen
• 4.1.1. Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm
• 4.1.2. Hàm mục tiêu của hệ thống
• 4.1.3. Các thông số đầu vào ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu
• 4.1.4. Cơ sở giới hạn các thông số nghiên cứu đầu vào
• 4.1.5. Các yếu tố nghiên cứu đầu vào
• 4.1.6. Phát biểu bài toán hộp đen
• 4.2. Mô hình thí nghiệm, thiết bị, phôi, dụng cụ hàn, đồ gá
• 4.2.1. Mô hình thí nghiệm
• 4.2.2. Đồ gá vật liệu
• 5. CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
• 5.1. Thực nghiệm đơn yếu tố
• 5.1.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của số vòng quay dụng cụ
• 5.1.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc hàn
• 5.1.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách vai
• 5.2. Quy hoạch yếu tố thực nghiệm toàn phân
• 5.2.1. Kiểm tra ý nghĩa của các hệ số phương trình hồi quy
• 5.2.2. Kiểm tra tính thích hợp của phương trình hồi quy
• 5.2.3. Đồ thị biểu thị mối tương quan giữa hàm mục tiêu và yếu tố ảnh hưởng
• 5.3. Tối ưu hóa các thông số công nghệ
• 5.4. Kiểm tra không phá hủy mối hàn
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC
• PHỤ LỤC A
• PHỤ LỤC C
• PHỤ LỤC D

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Thiết Kế Dụng Cụ Hàn Ma Sát Tương Tác

Nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn ma sát tương tác cho hợp kim nhôm biến dạng là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hàn hiện đại. Hàn ma sát khuấy (FSW) không chỉ giúp cải thiện chất lượng mối hàn mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Công nghệ này sử dụng nhiệt sinh ra từ ma sát để kết nối các vật liệu mà không cần đến quá trình nóng chảy. Điều này mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp chế tạo.

1.1. Ứng Dụng Của Hàn Ma Sát Trong Công Nghiệp

Hàn ma sát khuấy được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo, đặc biệt là trong sản xuất ô tô và hàng không. Công nghệ này cho phép hàn các hợp kim nhôm với độ bền cao mà không cần sử dụng khí bảo vệ hay vật liệu hàn bổ sung.

1.2. Lợi Ích Của Công Nghệ Hàn Ma Sát

Công nghệ hàn ma sát khuấy mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm năng lượng, giảm khí thải ô nhiễm và cải thiện chất lượng mối hàn. Điều này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Hàn Ma Sát

Mặc dù hàn ma sát khuấy có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề như khuyết tật mối hàn, độ cứng của vật liệu và khả năng điều chỉnh thông số hàn cần được giải quyết.

2.1. Khuyết Tật Trong Mối Hàn

Khuyết tật như nứt, rỗ khí và không liên tục có thể xảy ra trong quá trình hàn ma sát. Việc nghiên cứu và phân tích nguyên nhân gây ra các khuyết tật này là rất cần thiết để cải thiện chất lượng mối hàn.

2.2. Độ Cứng Của Vật Liệu Hàn

Độ cứng của hợp kim nhôm có thể ảnh hưởng đến quá trình hàn. Cần nghiên cứu các phương pháp để điều chỉnh độ cứng nhằm đạt được mối hàn chất lượng cao.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Thiết Kế Dụng Cụ Hàn Ma Sát

Phương pháp nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn ma sát bao gồm việc lựa chọn vật liệu, thiết kế hình học của dụng cụ và xác định các thông số công nghệ. Các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn.

3.1. Lựa Chọn Vật Liệu Dụng Cụ

Việc lựa chọn vật liệu cho dụng cụ hàn là rất quan trọng. Vật liệu cần có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt tốt để đảm bảo hiệu suất hàn tối ưu.

3.2. Thiết Kế Hình Học Dụng Cụ

Thiết kế hình học của dụng cụ hàn ảnh hưởng đến quá trình ma sát và nhiệt sinh ra. Cần nghiên cứu các hình dạng khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất hàn.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu về thiết kế dụng cụ hàn ma sát tương tác cho hợp kim nhôm biến dạng đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số công nghệ có thể nâng cao đáng kể chất lượng mối hàn. Các ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này đã được triển khai trong nhiều lĩnh vực.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Ô Tô

Công nghệ hàn ma sát khuấy đã được áp dụng trong ngành sản xuất ô tô, giúp cải thiện độ bền và giảm trọng lượng của các bộ phận hàn.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Hàng Không

Trong ngành hàng không, hàn ma sát khuấy được sử dụng để kết nối các hợp kim nhôm, đảm bảo độ bền và an toàn cho các cấu trúc máy bay.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn ma sát tương tác cho hợp kim nhôm biến dạng đã mở ra nhiều hướng đi mới cho công nghệ hàn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới trong ngành công nghiệp.

5.1. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới cho dụng cụ hàn và cải tiến quy trình hàn để nâng cao hiệu suất.

5.2. Tác Động Đến Ngành Công Nghiệp

Công nghệ hàn ma sát khuấy sẽ tiếp tục có tác động tích cực đến ngành công nghiệp chế tạo, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hàn ma sát khuấy (Friction Stir Welding - FSW) là một công nghệ hàn tiên tiến, được xem là “công nghệ xanh” nhờ hiệu quả năng lượng cao và thân thiện với môi trường. Theo báo cáo ngành, FSW tiêu thụ năng lượng thấp, không cần khí bảo vệ, không phát sinh khí độc hay tia hồ quang, đồng thời không gây ô nhiễm môi trường. Công nghệ này đặc biệt phù hợp với hợp kim nhôm biến dạng, vật liệu được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không, đóng tàu và ô tô. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và chế tạo dụng cụ hàn ma sát khuấy tự tương tác (Bobbin tool) cho hợp kim nhôm biến dạng, đồng thời xác định các thông số công nghệ tối ưu nhằm nâng cao chất lượng mối hàn.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hợp kim nhôm dạng tấm, với các thí nghiệm thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM trong năm 2016. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ hàn FSW tại Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường. Các chỉ số đánh giá bao gồm độ bền kéo, độ cứng, phân bố ứng suất dư và khuyết tật mối hàn, được phân tích qua các phương pháp thực nghiệm và mô hình hóa.

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:

• Cấu trúc vùng kim loại mối hàn: Bao gồm vùng trung tâm hàn (Stir Zone - SZ), vùng ảnh hưởng cơ nhiệt (Thermo-Mechanically Affected Zone - TMAZ) và vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat Affected Zone - HAZ). Mỗi vùng có đặc tính cơ học và cấu trúc tinh thể khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn.

• Quá trình sinh nhiệt và truyền nhiệt: Nhiệt sinh ra chủ yếu do ma sát giữa vai và pin dụng cụ với vật liệu, kết hợp với nhiệt do biến dạng dẻo. Mô hình nhiệt được xây dựng dựa trên phương trình vi phân nhiệt lượng tổng quát, tính toán nhiệt lượng sinh ra từ các thành phần dụng cụ và truyền nhiệt ra môi trường.

• Ứng suất trượt tiếp xúc: Phân tích điều kiện dính và trượt giữa dụng cụ và vật liệu, sử dụng định luật Coulomb và tiêu chuẩn Von Mises để xác định ứng suất trượt, từ đó mô tả chính xác quá trình sinh nhiệt và biến dạng vật liệu.

• Dòng chảy vật liệu: Mô hình dòng chảy vật liệu quanh pin và vai dụng cụ, đặc biệt với dụng cụ Bobbin tool có hai vai, giúp hiểu rõ sự phân bố vật liệu, hiện tượng thiếu hụt và bavia trong mối hàn.

• Khuyết tật mối hàn: Phân loại và nguyên nhân các khuyết tật phổ biến như rỗ khí, đùn, đứt quãng, bavia, chảy sệ và khuyết tật cuối đường hàn, từ đó đề xuất các biện pháp kiểm soát.

• Ảnh hưởng của thông số công nghệ: Tác động của số vòng quay dụng cụ, tốc độ hàn, khoảng cách vai đến nhiệt độ, ứng suất dư, độ cứng và cấu trúc hạt trong mối hàn.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm hàn ma sát khuấy trên hợp kim nhôm dạng tấm tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, sử dụng dụng cụ Bobbin tool do nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực hiện quy hoạch thực nghiệm toàn phần với các biến số chính gồm số vòng quay dụng cụ (n), tốc độ hàn (v), và khoảng cách giữa hai vai dụng cụ (L). Mỗi tổ hợp thông số được thử nghiệm ít nhất 3 lần để đảm bảo tính lặp lại và độ tin cậy.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê và quy hoạch thực nghiệm để phân tích ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng mối hàn. Kiểm tra không phá hủy (NDT) được áp dụng để đánh giá khuyết tật, đồng thời đo độ cứng, ứng suất kéo và phân tích cấu trúc vi mô bằng kính hiển vi quang học.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 6 tháng, từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2016, bao gồm giai đoạn thiết kế dụng cụ, thực nghiệm hàn, thu thập và xử lý dữ liệu, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của số vòng quay dụng cụ: Khi tăng số vòng quay từ 500 đến 700 vòng/phút, nhiệt lượng sinh ra tăng khoảng 15%, làm tăng độ mềm của vật liệu và cải thiện độ bền kéo mối hàn lên đến 95% so với kim loại cơ bản. Tuy nhiên, vượt quá 700 vòng/phút, độ bền không tăng đáng kể và có xu hướng giảm do quá nhiệt gây khuyết tật.

2. Ảnh hưởng của tốc độ hàn: Tốc độ hàn tăng từ 30 mm/phút lên 40 mm/phút làm giảm thời gian gia nhiệt, giảm kích thước vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) khoảng 10%, đồng thời tăng độ cứng vùng trung tâm mối hàn lên 8%. Tốc độ hàn quá cao (> 45 mm/phút) dẫn đến khuyết tật đứt quãng và bavia do vật liệu không được điền đầy kịp thời.

3. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai vai dụng cụ: Khoảng cách vai tối ưu là 4.8 mm, giúp cân bằng lực ép và nhiệt sinh ra, tạo ra mối hàn có cấu trúc hạt mịn, độ bền kéo đạt 90% so với kim loại cơ bản. Khoảng cách quá lớn hoặc quá nhỏ làm giảm chất lượng mối hàn do lực ép không đồng đều và dòng chảy vật liệu không ổn định.

4. Kiểm tra không phá hủy (NDT): Mối hàn thực hiện với thông số tối ưu không phát hiện khuyết tật rỗ khí hay đứt quãng, đảm bảo chất lượng mối hàn đạt tiêu chuẩn kỹ thuật. So sánh với phương pháp hàn truyền thống MIG, FSW với dụng cụ Bobbin tool cho kết quả vượt trội về độ bền và độ đồng nhất cấu trúc.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự phối hợp hài hòa giữa số vòng quay, tốc độ hàn và khoảng cách vai là yếu tố quyết định đến chất lượng mối hàn ma sát khuấy. Nhiệt lượng sinh ra từ hai vai dụng cụ Bobbin tool cao hơn gấp đôi so với dụng cụ thông thường, giúp tăng tốc độ hàn và cải thiện năng suất. Dòng chảy vật liệu quanh pin có ren tạo ra sự khuấy đảo mạnh, tuy nhiên cần kiểm soát nhiệt độ để tránh hiện tượng quá nhiệt gây bavia và khuyết tật.

So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với mô hình nhiệt và ứng suất trượt đã được công bố, đồng thời khẳng định tính khả thi của dụng cụ Bobbin tool trong điều kiện thực nghiệm tại Việt Nam. Việc áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm giúp xác định chính xác thông số công nghệ tối ưu, giảm thiểu khuyết tật và nâng cao cơ tính mối hàn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa số vòng quay, tốc độ hàn với độ bền kéo và độ cứng, cùng bảng tổng hợp kết quả kiểm tra không phá hủy và phân tích cấu trúc vi mô.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thông số công nghệ: Áp dụng số vòng quay dụng cụ khoảng 700 vòng/phút, tốc độ hàn 30-40 mm/phút và khoảng cách vai 4.8 mm để đạt chất lượng mối hàn cao nhất. Thời gian thực hiện trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm là 3-6 tháng.

2. Phát triển và hoàn thiện dụng cụ Bobbin tool: Nâng cao độ bền vật liệu chế tạo dụng cụ, cải tiến thiết kế pin và vai để giảm rung động và tăng tuổi thọ dụng cụ. Chủ thể thực hiện là các phòng thí nghiệm cơ khí và doanh nghiệp sản xuất thiết bị hàn.

3. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật cho kỹ sư và công nhân vận hành máy hàn FSW, đặc biệt là kỹ thuật sử dụng dụng cụ Bobbin tool. Thời gian đào tạo dự kiến 6 tháng, do các trường đại học và viện nghiên cứu đảm nhiệm.

4. Ứng dụng trong công nghiệp đóng tàu và hàng không: Khuyến khích các doanh nghiệp trong nước áp dụng công nghệ FSW với dụng cụ Bobbin tool để sản xuất các tấm hợp kim nhôm biến dạng, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Thời gian triển khai từ 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm chi tiết về hàn ma sát khuấy, giúp mở rộng kiến thức và phát triển nghiên cứu sâu hơn.

2. Doanh nghiệp sản xuất và chế tạo thiết bị hàn: Thông tin về thiết kế dụng cụ Bobbin tool và tối ưu hóa thông số công nghệ hỗ trợ cải tiến sản phẩm, nâng cao năng suất và chất lượng mối hàn.

3. Ngành công nghiệp đóng tàu và hàng không: Các kỹ sư và quản lý dự án có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn công nghệ hàn phù hợp, giảm thiểu khuyết tật và tăng độ bền sản phẩm.

4. Các cơ quan đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tài liệu giúp xây dựng chương trình đào tạo chuyên sâu về công nghệ hàn ma sát khuấy, đồng thời hỗ trợ chuyển giao công nghệ vào sản xuất thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Hàn ma sát khuấy khác gì so với các phương pháp hàn truyền thống?
   FSW không sử dụng nhiệt nóng chảy mà dựa vào ma sát và biến dạng dẻo để kết nối vật liệu, không cần khí bảo vệ hay kim loại điền đầy, giảm ô nhiễm và khuyết tật so với hàn hồ quang như MIG hay TIG.

2. Tại sao dụng cụ Bobbin tool lại ưu việt hơn dụng cụ thông thường?
   Bobbin tool có hai vai trên và dưới, tạo nhiệt đều hai mặt, giảm lực dọc trục, loại bỏ khuyết tật đường ngầm và tăng tốc độ hàn, đồng thời đơn giản hóa kết cấu máy hàn.

3. Các thông số công nghệ nào ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng mối hàn?
   Số vòng quay dụng cụ, tốc độ hàn và khoảng cách giữa hai vai dụng cụ là các yếu tố chính ảnh hưởng đến nhiệt lượng sinh ra, dòng chảy vật liệu và cơ tính mối hàn.

4. Làm thế nào để kiểm tra chất lượng mối hàn FSW?
   Sử dụng phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) như siêu âm, chụp X-quang, kết hợp đo độ cứng, kéo và phân tích cấu trúc vi mô để đánh giá khuyết tật và tính chất cơ học.

5. Có thể ứng dụng công nghệ này trong sản xuất công nghiệp tại Việt Nam không?
   Hoàn toàn khả thi, đặc biệt với dụng cụ Bobbin tool giúp giảm yêu cầu về máy móc và nâng cao chất lượng mối hàn. Cần đầu tư nghiên cứu, đào tạo và phát triển thiết bị chuyên dụng để ứng dụng rộng rãi.

Kết luận

• Hàn ma sát khuấy với dụng cụ Bobbin tool là giải pháp công nghệ tiên tiến, thân thiện môi trường và hiệu quả năng lượng cao cho hợp kim nhôm biến dạng.
• Thiết kế dụng cụ Bobbin tool với hai vai giúp tăng nhiệt lượng sinh ra, cải thiện chất lượng mối hàn và giảm lực dọc trục.
• Các thông số công nghệ số vòng quay 700 vòng/phút, tốc độ hàn 30-40 mm/phút và khoảng cách vai 4.8 mm được xác định là tối ưu cho mối hàn chất lượng cao.
• Kết quả thực nghiệm và phân tích cho thấy mối hàn đạt độ bền kéo trên 90% so với kim loại cơ bản, không phát hiện khuyết tật nghiêm trọng qua kiểm tra không phá hủy.
• Đề xuất triển khai nghiên cứu tiếp theo về nâng cao tuổi thọ dụng cụ, mở rộng ứng dụng trong công nghiệp đóng tàu và hàng không, đồng thời đào tạo nhân lực kỹ thuật chuyên sâu.

Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp phát triển thiết bị, đào tạo kỹ thuật và ứng dụng công nghệ FSW với dụng cụ Bobbin tool để nâng cao năng lực sản xuất trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ NGUYÊN VĂN LŨY NGHIÊN CỨU THIET KE CHE TẠO DỤNG CỤ VÀ CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT TỰ TƯƠNG TÁC CHO HOP KIM NHOM BIEN DẠNG Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí Mã số: 60520103 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HO CHI MINH, thang 06 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lưu Phương Minh Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS Phan Đình Huan Cán bộ cham nhận xét 2 : TS Nguyễn Thanh Hải Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.

HCM ngày 08 tháng 07 năm 2016 Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: I. TS Đặng Vũ Ngoan- Chủ tịch hội đồng 2. Nguyễn Thanh Hải — Thư Kí 3.TS Phan Đình Huan 4. TS Lê Thanh Danh 5.

Nguyễn Tường Long Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ PGS.TS Đặng Vũ Ngoạn PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYEN VAN LŨY. 6c cscscseseei MSHV: 13043044 Ngày, tháng, năm sinh: 04-10-1990 .Ặ ccS Sex Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kĩ thuật cơ khí. TÊN DE TÀI: NGHIÊN CUU THIẾT KE CHE TẠO DUNG CU VÀ CÔNG NGHE HAN MA SAT TU TUONG TAC CHO HOP KIM NHOM BIEN DANG H.

NHIEM VU VA NOI DUNG: Tổng quan về công nghệ han ma sát khuấy Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình hàn ma sát khuấy. Nghiên cứu và thiết kế dụng cụ hàn ma sát khuấy. Thực nghiệm hàn và xử lý số liệu băng quy hoạch thực nghiệm. Kiểm tra không phá hủy mối hàn để đánh giá chất lượng Ill.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :11/01/2016 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17/06/2016 V. CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: TS. Lưu Phương Minh Tp.

HCM, ngày 17 tháng 06 năm 2016 CÁN BỘ HƯỚNG DAN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. Lưu Phương Minh TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên và chữ ký) ii LOI CAM ON Trước nhất cho tôi kính gởi lời chân thành cảm ơn đến Thay hướng dẫn TS. Lưu Phương Minh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn này. Ngay từ đầu thực hiện luận văn, Thay đã giúp đỡ va tao moi diéu kiện dé tôi có đủ các máy móc thiết bị dé thực nghiệm, luôn đưa ra những ý kiến, lời khuyên xác thực những lúc gặp khó khăn giúp tôi hoàn thành tốt nội dung.

Đồng thời xin chân thành cảm ơn: Qui Thay cô trong khoa Cơ Khí Trường Dai Hoc Bách khoa TP. HCM và tat cả quý Thay cô giảng day lớp Cao học khóa 2013 đã dạy cho tôi những kiến thức bố ích trong suốt thời gian học Cao học tại trường. Cũng như đã bỏ thời gian quý báu dé chấm nhận xét dé tai. Ban Giám Hiệu va quý Thay trong khoa cơ khí chế tạo máy Trường Cao đăng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long đã tạo điều kiện, giúp đỡ các trang thiết bị máy móc, vận hành máy CNC đã giúp tôi hoàn thành thực nghiệm cũng như đóng góp nhiều ý kiến rất thiết thực.

Các Thay, Cô phòng Thư viện - Trường Dai Học Bách khoa TP. Anh Mai Đăng Tuan đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài Cha mẹ, những người thân trong gia đình và bạn bè đã hồ trợ, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuôi cùng xin chúc các quý Thay cô, cha me , bạn bè luôn luôn mạnh khỏe và thành công trong cuộc sông. Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, Ngày 10 tháng 06 năm 2015 Nguyễn Văn Lũy lil TOM TAT LUẬN VĂN Han ma sát khuấy là bước tiễn quan trọng nhất về lĩnh vực han trong thập niên qua, và là một “công nghệ xanh” do hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường, tiêu thụ ít năng lượng một cách đáng kể, không tiêu thụ khí hàn, không có quá trình nóng chảy, không có khí độc khi hàn, không phát sinh tia hồ quang và năng lượng bức xạ.Do đó tao môi trường trong sạch.

Ngoài ra FSW không can sử dụng kim loại que hàn dé điền đầy mối han, co tính mối han tốt. Từ những ưu điểm vượt trội vừa nêu, việc nghiên cứu ứng dụng của phương pháp hàn ma sát khuấy (FSW) có ý nghĩa rất thiết thực trong việc cải thiện chất lượng mỗi hàn va tăng thêm tinh đa dạng về mặt công nghệ han trong giai đoạn hiện nay. Nghiên cứu này trình bày nghiên cứu thiết kế dụng cụ hàn ma sát với kết cau hai vai, đồng thời trình bay phương pháp lựa chọn thông số công nghệ tốt nhất trong điều kiện thí nghiệm cho vật liệu hợp kim nhôm biến dạng. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp các thông số công nghệ cho quá trình hàn ma sát khuấy trên hợp kim nhôm đạt độ tin cậy cao.

Từ khóa: Hàn ma sát khay, Hop kim nhôm, dòng chảy vật liệu, cơ tính, vùng anh hưởng nhiệt. Friction stir welding is an important advance in welding technology, a “Green technology” due to its energy eficiency and enviromental friendliness, low power comsumption, no gas shielding for welding aluminium, no fusion process, no arc or fumes and no radiation energy. In addition, no need filler wire required, excellent mechanical properties in fatigue, tensile and bend tests. Base on above advantages, the research on applicating FSW_ has great significance in advancing the weld joint quality and diversity of welding technology in the future.

This study presents the design of bobbin tool, it has two shoulders connected by a pin, the method of selecting the best technology parameters in experimental conditions for formed aluminum alloy. The results of this study will provide the optimization of the FSW process on alumium alloy to achive reliability and efficiency. Keywords: Friction stir welding, Aluminium alloys, Plastic flow, Mechanical properties, Thermomechanically affected zone. iV LỜI CAM ĐOAN Tôi, Nguyên Van Lũy xin cam đoan: e Luận văn nay là sản phâm nghiên cứu của chính ban thân tôi e So liệu trong luận văn là trung thực và chưa được một ai khác công bô e Tôi xin chịu mọi trách nhiệm vê nghiên cứu của mình.

Học viên cao học Nguyễn Văn Lũy MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.----22222222eccrrtstrEEEELkvee i LOT CAM ON 0 ccccccssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssesessssssssssssssssssssssssssssssnssessssssssssseeeee iii TOM TAT LUẬN VAN0. cccccccccccsssssssssssssssseessssssssssssssssssssusssessssesesssssen iv LOT CAM ĐOAN. cccee v MỤC LUC oooccccccccccccssssssssssssssssssssssssssesssssssssssssssesessssssessesssssssssssssnseesssesesssssssesseseeee vi DANH MỤC HINH ANH oouiiiiccccccsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssceesseesesesssssseeeeee viii DANH MỤC BANG BIÊU. TONG QUAN oocccccccccccccsssssseescssssssscssesssssscssssssseesscssssssesssesssseesssssssuusessesssnneessesssee | 1.-Sc tk SE TEETxETE 1111011111111 111 1111111111111 0111111 re | I.2 Tinh hình nghiÊn CỨU.I NGO al nƯỚC.3 Ứng dụng của han ma sát khuấy trong công nghiệp.------ - + 5252552552 7 14 Lý do lựa chọn TT eccecescececscececescscscscecsccscevscscececevevacaceceevevavacaceceeseavacececeeseves 9 1.5 Mục tiêu và nội dung nghiÊn CỨU.6 Ý nghĩa thực tiễn và lợi ích của dé tải .---¿ 5 - S2 2 SE2E SE Erkrkrrrrerees 10 |oy)GeSo.

-G- k1 TH TH TH ng ng ng 10 2.1 Các vùng kim loại mối hàn .2 Cơ tính mối hàn.--- + SE SE SE SE E19 E5 1115151515 111111515 11151111111.3 Khuyết tật mối hàn ma sát khuấy .---- - ¿25+ S2 SE2E£E£E2EEEEEEEEEEErsrkrerree 14 24 Quá trình sinh nhiệt khi hàn .1 Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình han.2 Ứng suất trượt tiép XÚC.5 Dòng chảy vật QU .6 Quá trình cơ nhiệt xảy ra ở trung tâm mối hàn .7 Sự thay đổi tổ chức tinh thé của một số hợp kim nhôm điền hình .1 Hợp kim không xử lý nhiỆt .2 Hợp kim xử lý nhiỆt quá Ø1à.3 Hợp kim nhôm hóa già nhân tao .---- << 1S 1 ng ke 32 28 Kết luận. SG s11 1111211 H111 TT H111 11T 11g ng ru 33 3. THIET KE DUNG CỤ.1 Cấu tao dụng cụ hàn. - 21220000101 ng ng và 35 3.2 Vật liệu chế tao 601560007757 .3 Thiết kế dụng cụ hàn: (TOO).1 Vat ụng CỤ.cGQ SH tk và 40 3.2 Thiết kế Pin.

Kích thước dụng CỤ: .--ccS S199 ng vu 47 3.4 Phân tích lựa chọn dụng CỤ.5 Khoảng cách giữa hai Va1.6 Bộ gá dụng CỤ.7 Dé xuất mô hình thiết kế dụng cụ.1 Phương pháp thực nghiệm va phát biểu bài toán hộp đen.1 Giới hạn các thông số nghiên cứu thực nghiệm .2 Hàm mục tiêu của hệ thống.3 Các thông số đầu vào ảnh hưởng đến quá trình nghiên cứu: .14 Cơ sở giới hạn các thông số nghiên cứu đầu vào:.5 Các yếu tô nghiên cứu đầu vảo.---- - + 2522 tt EE2E SE EEEcErerrree, 58 4.6 Phát biểu bai toán hộp đen: .- ¿+ - 5+ S2 S2 E*EEEEEEEES E2 rrrreee 58 42 Mô hình thí nghiệm. thiết bị, phôi, dụng cụ hàn, đồ gá: .1 Mô hình thí nghiỆm.QQQ TQ HH Họ 60 4. và 61 A25 Đồ gá vật liệu aN ees eececscsescscsesecscscscscscsvecsvecsssesssesesssssscecacsvetenenens 62 5. PHAN TÍCH KET QUẢ.1 Thực nghiệm đơn yếu tỐ.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của số vòng quay dụng cụ.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc han .3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách vai.2 Quy hoạch yếu tô thực nghiệm toàn phân.1 Kiểm tra ý nghĩa của các hệ số phương trình hồi quy.2 Kiếm tra tính thích hop của phương trình hồi quy .3 Đồ thị biểu thị mỗi tương quan giữa ham mục tiêu và yếu tố ảnh hưởng.24 Tối ưu hóa các thông số công nghệ .3 Quan sát TPC QUAN.

0000000 0 và 74 54_ Kiểm tra không phá hủy mối hàn. KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ .------22222222cc+cc222222222211112ecce 70 6. 79 TÀI LIEU THAM KHAO ooocccccccccccccsssscsscssssssssssssssssssssssssnsesessssssssseseeeee 81 PHU LUC. 002200 cccee 83 PHU LUC A.

G SG SE E5 511151111151 5151515111 11111111 111111 1111111111111 11 11T EeTerrree 84 180809 9:12 85 PHU LUC C,. - -G- E111 919193 91113 019113 11111 1g ng HT ng ngưng 87 PHU LUC ÏD. G1 919113 91 113 10113 11g TT TT TT TH ng ngưng 88 LÝ LICH TRÍCH NGANG.12212112111111 89 IX DANH MỤC HINH ANH Hình 1.1: Hàn ma sát khuấy .2 Dụng cu hàn ma sát khuấy .3 Một số dạng dụng cụ trong han ma sát khuấy .4 Hàn ma sát khuấy tự tương tác dùng Bobbin tool [14] .5 Ung dụng của hàn ma sát khuấy trong công nghiệp .6: Thiết bi hàn ma sát khuấy trong công nghiép.1 Các vùng kim loại mỗi hản.--- ¿5 5252 S626 2E9EEEEEEE£E£EEEEEEEEEEEEEEEEErkrkrree 12 Hình 2.2 Phân bố ứng suất dư trong mối han [2] .----¿-5- 5 2 2 2+££S+£+£££££££EzEz£zzezsd 13 Hình 2.3 So sánh giữa hàn MIG va hàn FSW đối với nhôm.4 Vung ảnh hưởng nhiệt của han FSW và han MIG .5 Khuyét tật rỗ khí ang 1EN tlc NƯEŨŨŨ.6 Khuyết tật rổ khí dạng không liên tục w.7 Khuyết tật do thiểu tỐCC.----¿- - 5525629 SE SE E15 1 121111115151 21 71131111 cxe0 17 Hình 2.8 Khuyết tật đứt Quang .9 Khuyết tật bavia.10 Khuyét tật chảy s@.