Nghiên Cứu Thông Số Lực Cắt Trong Mối Hàn Ma Sát Khuấy Có Gia Nhiệt Trước - Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Cơ Khí

• Tác giả: Trần Trọng Thuyết
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thiên Phúc
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: Nghiên cứu các thông số đầu ra lực cắt trong mối hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• LỜI CAM ĐOAN
• 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
• 1.2. Nguyên lý hàn ma sát khuấy và ưu - nhược điểm
• 1.2.1. Nguyên lý hàn ma sát khuấy
• 1.2.2. Ưu nhược điểm của hàn ma sát khuấy
• 1.2.3. Hàn ma sát khuấy với nguồn nhiệt hỗ trợ
• 1.3. Tình hình nghiên cứu nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4. Lợi ích và mục tiêu của đề tài
• 1.4.1. Lợi ích của đề tài
• 1.4.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.5. Nhiệt trong hàn ma sát khuấy
• 1.5.1. Vùng chịu tác dụng nhiệt trong khi hàn
• 1.5.2. Sơ đồ thể hiện mối quan hệ của các thông số tới nhiệt trong quá trình hàn ma sát khuấy
• 1.5.3. Nhiệt sản sinh trong suốt quá trình hàn ma sát khuấy. Dòng chảy của vật liệu
• 1.6. Đặc điểm của dòng chảy vật liệu
• 1.7. Lực trong quá trình hàn ma sát khuấy
• 1.7.1. Sự phân bố lực dọc trục Fz trong giai đoạn thâm nhập vào trong vật liệu của đầu hàn
• 1.7.2. Sự phân bố lực dọc đường hàn Fx trong giai đoạn ghép nối hai chi tiết hàn lại với nhau
• 2. CHƯƠNG 2: TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN THỰC NGHIỆM
• 2.1. Phân tích và chọn thông số thí nghiệm
• 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới lực dọc đường hàn Fx
• 2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới lực dọc trục Fz
• 2.4. Mô hình thí nghiệm
• 2.5. Đồ gá và thiết bị đo lực
• 2.6. Hệ thống gia nhiệt
• 2.7. Hệ thống kiểm soát nhiệt mối hàn
• 2.8. Phôi và dụng cụ hàn
• 2.9. Phương pháp gá đặt
• 2.10. Chế độ hàn và gia nhiệt
• 2.11. Kiểm tra ứng suất nhôm
• 2.12. Phương pháp phân tích kết quả
• 2.13. Cơ sở lý thuyết của quy hoạch thực nghiệm
• 2.14. Kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả
• 2.14.1. Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố. Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt t đến các thông số đầu ra
• 2.14.2. Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của số vòng quay n đến các thông số đầu ra
• 2.14.3. Thực nghiệm xác định ảnh hưởng của vận tốc hàn v đến các thông số đầu ra
• 2.14.4. Kết quả thực nghiệm toàn phần 3 yếu tố
• 2.14.5. Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số các phương trình hồi quy
• 2.14.6. Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy
• 2.14.7. Đồ thị thể hiện mối tương quan của hàm mục tiêu với từng cặp yếu tố ảnh hưởng. Lực dọc trục Fz
• 2.14.8. Lực dọc đường hàn Fx. Ứng suất kéo
• 2.15. Kết quả tối ưu hóa các thông số
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG TƯƠNG LAI
• 3.1. Hướng tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về đề tài

Luận văn tập trung vào nghiên cứu thông số lực cắt trong quá trình hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước, một phương pháp hàn tiên tiến được phát triển trong những thập niên gần đây. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả với các vật liệu có tính hàn kém như hợp kim nhôm, mang lại chất lượng mối hàn cao và ít làm thay đổi tính chất lý/hóa của vật liệu. Hàn ma sát khuấy (FSW) không chỉ là một công nghệ hàn mà còn là một công nghệ mở, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đóng tàu, hàng không vũ trụ, và sản xuất ô tô.

1.1. Lịch sử hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy được phát triển từ những năm 1990 bởi Wayne Thomas và các cộng sự tại Viện Hàn (TWI) ở Anh. Phương pháp này dựa trên nguyên lý sinh nhiệt từ ma sát, sử dụng một dụng cụ khuấy để làm mềm vật liệu và tạo mối hàn mà không cần làm chảy vật liệu. Điều này giúp loại bỏ các nhược điểm của hàn nóng chảy như rỗ xốp, nứt, và biến dạng xoắn. Hàn ma sát khuấy đã được ứng dụng thành công trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không vũ trụ và đóng tàu.

1.2. Phạm vi ứng dụng

Hàn ma sát khuấy được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đóng tàu, hàng không vũ trụ, và sản xuất ô tô. Trong ngành đóng tàu, phương pháp này được sử dụng để hàn các tấm bano, vách ngăn, và vỏ tàu. Trong ngành hàng không vũ trụ, hàn ma sát khuấy được dùng để hàn các bồn nhiên liệu của tàu con thoi và các cấu trúc thân máy bay. Phương pháp này cũng được ứng dụng trong sản xuất ô tô, đặc biệt là trong hàn các bộ phận khung xe.

II. Nguyên lý và ưu nhược điểm của hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy dựa trên nguyên lý sinh nhiệt từ ma sát, sử dụng một dụng cụ khuấy để làm mềm vật liệu và tạo mối hàn mà không cần làm chảy vật liệu. Phương pháp này có nhiều ưu điểm như chất lượng mối hàn cao, ít biến dạng, và không cần khí bảo vệ. Tuy nhiên, hàn ma sát khuấy cũng có một số nhược điểm như yêu cầu dụng cụ khuấy có độ bền cao và khó áp dụng với các vật liệu có độ cứng lớn.

2.1. Nguyên lý hàn ma sát khuấy

Nguyên lý của hàn ma sát khuấy dựa trên việc sử dụng một dụng cụ khuấy quay với tốc độ cao để sinh nhiệt từ ma sát, làm mềm vật liệu và tạo mối hàn. Dụng cụ khuấy được thiết kế đặc biệt để tạo ra dòng chảy vật liệu, giúp hai chi tiết hàn trộn lẫn với nhau. Quá trình này không làm chảy vật liệu, giúp duy trì tính chất cơ học và hóa học của vật liệu.

2.2. Ưu nhược điểm của hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy có nhiều ưu điểm như chất lượng mối hàn cao, ít biến dạng, và không cần khí bảo vệ. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm như yêu cầu dụng cụ khuấy có độ bền cao và khó áp dụng với các vật liệu có độ cứng lớn. Ngoài ra, quá trình hàn cần được kiểm soát chặt chẽ các thông số như tốc độ quay, vận tốc hàn, và nhiệt độ gia nhiệt để đảm bảo chất lượng mối hàn.

III. Nghiên cứu thông số lực cắt trong hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước

Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu các thông số lực cắt trong quá trình hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước. Các thông số được nghiên cứu bao gồm lực dọc trục (Fz), lực dọc đường hàn (Fx), và ứng suất kéo. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc gia nhiệt trước giúp cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn và giảm lực cắt trong quá trình hàn.

3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ gia nhiệt

Nghiên cứu cho thấy nhiệt độ gia nhiệt trước có ảnh hưởng đáng kể đến các thông số lực cắt trong quá trình hàn ma sát khuấy. Việc gia nhiệt trước giúp giảm lực dọc trục (Fz) và lực dọc đường hàn (Fx), đồng thời cải thiện chất lượng mối hàn. Kết quả thực nghiệm cho thấy nhiệt độ gia nhiệt tối ưu nằm trong khoảng 200-300°C đối với hợp kim nhôm 5052.

3.2. Tối ưu hóa thông số hàn

Quá trình tối ưu hóa các thông số hàn bao gồm tốc độ quay trục chính, vận tốc hàn, và nhiệt độ gia nhiệt được thực hiện thông qua các thí nghiệm đơn yếu tố và toàn phần. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp các thông số này một cách hợp lý giúp cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn và giảm lực cắt trong quá trình hàn.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã nghiên cứu và phân tích các thông số lực cắt trong quá trình hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước, mang lại những kết quả quan trọng trong việc cải thiện chất lượng mối hàn và giảm lực cắt. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc ứng dụng phương pháp này trong các ngành công nghiệp khác như sản xuất thiết bị y tế và điện tử, cũng như nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn.

4.1. Kết luận

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc gia nhiệt trước trong quá trình hàn ma sát khuấy giúp cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn và giảm lực cắt. Các thông số như nhiệt độ gia nhiệt, tốc độ quay trục chính, và vận tốc hàn cần được tối ưu hóa để đạt được kết quả tốt nhất.

4.2. Hướng phát triển

Trong tương lai, phương pháp hàn ma sát khuấy có gia nhiệt trước có thể được ứng dụng rộng rãi hơn trong các ngành công nghiệp như sản xuất thiết bị y tế và điện tử. Ngoài ra, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn và độ bền của vật liệu.