<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>

<b> </b>

<b>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2024 </b>

<b>GVHD: PSG. TS ĐẶNG THIỆN NGÔN Ths.HUỲNH CHÍ HỶ </b>

<b>SVTH: TRẦN ANH PHONG NGUYỄN SƠN VIỆT </b>

<small>S K L 0 1 2 5 9 6 </small>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

<b> NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY </b>

<b> CỨU HÀN MA SÁT KHUẤY MỐI HÀN GIÁP MỐI TẤM KIM LOẠI MỎNG 3M </b>

<b>NGHIÊN</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH </b>

<b>KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY </b>

<b>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2024</b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

<b>Đề tài: “NGHIÊN CỨU HÀN MA SÁT KHUẤY MỐI HÀN </b>

<b>Giảng viên hướng dẫn: PSG. TS ĐẶNG THIỆN NGƠN Ths.HUỲNH CHÍ HỶ </b>

<b>Sinh viên thực hiện: TRẦN ANH PHONG 19143302 NGUYỄN SƠN VIỆT 19143361 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b><small>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM </small></b>

<i><b>2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: </b></i>

<b>- Máy hàn thí nghiệm ma sát khuấy; </b>

- Mối hàn giáp mối cho vật liệu nhôm - nhôm, đồng - đồng có kích thước theo tiêu chuẩn,

<b>chiều dày 3mm. </b>

<i><b>3. Nội dung chính của đồ án: </b></i>

<b>- Tìm hiểu, khảo sát các nguyên lý, quy trình công nghệ và thiết bị hàn ma sát khuấy; - Khảo sát quá trình hàn MSK các tấm kim loại mỏng (3mm); </b>

<b>- Xác định các thơng số chính ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn MSK cho tấm mỏng; - Đề xuất đồ gá cho quá trình MSK hàn giáp mối tấm kim loại mỏng 3mm; </b>

<b>- Đề xuất chế độ hàn MSK cho tấm mỏng 3mm nhôm - nhôm; </b>

<b>- Thực nghiệm hàn MSK mối hàn giáp mối tấm mỏng 3mm nhôm - nhôm; </b>

<b>- Xác định chế độ hàn MSK phù hợp cho mối hàn giáp mối tấm mỏng 3mm nhôm – nhôm </b>

<i><b>4. Các sản phẩm dự kiến </b></i>

<b>- Tập bản vẽ, chi tiết hàn thử nghiệm, bản vẽ đồ gá hàn; </b>

<b>- Clip mô phỏng, vận hành, hoạt động khi hàn ma sát khuấy tấm mỏng; - Các mẫu chi tiết hàn ma sát khuấy nhôm – nhôm; </b>

<b>- Tập thuyết minh, poster. </b>

<i><b>5. Ngày giao đồ án: 09/2023 6. Ngày nộp đồ án: 03/2024 </b></i>

<i><b>7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: </b>Tiếng Anh  Tiếng Việt  </i>

<i> Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt  </i>

<b>TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN </b>

PGS.TS Đặng Thiện Ngôn

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

- Họ và tên sinh viên: Trần Anh Phong <b>MSSV: 19143302 Lớp: 191433B </b>

Số điện thoại liên lạc: 0866986524 Email:

Địa chỉ:74/9 Đường số 7, Khu phố 3, Phường Linh Trung, Tp. Thủ Đức, TP.HCM - Họ và tên sinh viên: Nguyễn Sơn Việt <b>MSSV: 19143361 Lớp: 191433B </b>

Số điện thoại liên lạc: 0868009836 Email:

Địa chỉ: 115/16 Hồ Văn Tư, Phường Trường Thọ, TP. Thủ Đức, TP.HCM

<b>- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/3/2024 </b>

<i>- Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do </i>

<i>chính chúng tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép từ bất cứ một bài viết nào đã được công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một vi phạm nào, </i>

<i><b>chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”. </b></i>

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 03 năm 2024 Ký tên

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

ii

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

<b>Sau một thời gian theo học ngành Công nghệ Chế Tạo Máy tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh, chúng tơi đã quyết định chọn đề tài "Nghiên cứu hàn ma sát khuấy mối hàn giáp mối tấm kim loại mỏng 3mm" làm đề tài đồ án tốt nghiệp. Đề tài này </b>

được xem là kết quả của q trình tích lũy kiến thức và áp dụng lý thuyết vào thực tế, cũng như là cơ hội để làm quen với thực hành trước khi tốt nghiệp và bước vào công việc.

<b>Trước tiên, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh vì đã tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành đề tài tốt nghiệp. </b>

Đây là một cơ hội quý giá để trải nghiệm, học tập và chuẩn bị cho sự nghiệp trong lĩnh vực của chúng tôi trước khi ra trường.

Chúng tôi cũng muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên phụ trách hướng dẫn đồ

<b>án, thầy PSG. TS Đặng Thiện Ngơn, thầy ThS. Huỳnh Chí Hỷ - vì sự tận tâm hướng dẫn, đồng </b>

hành và hỗ trợ chúng tơi trong q trình thực hiện đồ án. Chúng tôi trân trọng thời gian quý báu mà thầy đã dành cho chúng tơi cho đến khi hồn thành đồ án.

<b>Chúng tôi cũng muốn cảm ơn đến giảng viên trường Cao Đẳng Công nghệ Thủ Đức, thầy Ths.Lê Trung Quốc, vì đã tạo điều kiện để nhóm chúng tơi có thể hồn thành được đồ án </b>

.Chúng tơi chân thành cảm ơn các thầy đã đồng hành cùng nhóm chúng tơi đến khi hồn thành đồ án.

Cuối cùng, chúng tôi rất vui mừng và biết ơn sự quan tâm và giúp đỡ mà chúng tôi nhận được từ giảng viên, cựu sinh viên, bạn bè và gia đình. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến những người đã đóng góp và hỗ trợ chúng tơi trong suốt q trình hồn thành đồ án tốt nghiệp, đặc biệt là gia đình và người thân đã động viên và đồng hành cùng chúng tôi, mang đến sức mạnh và niềm tin để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp.

Mặc dù chúng tơi rất mong muốn q trình thực hiện đồ án diễn ra một cách suôn sẻ nhất, chúng tơi khơng thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, chúng tơi mong nhận được sự đánh giá từ các thầy/cô, anh/chị và bạn bè để chúng tôi có thể rút kinh nghiệm, cải thiện và hồn thiện bản thân.

NHÓM TÁC GIẢ

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

iii

<b>TĨM TẮT </b>

Hàn ma sát khuấy là q trình hàn ở trạng thái rắn, có nghĩa là các vật mẫu hàn với nhau bằng sự nóng chảy vật liệu. Với đặc điểm như vậy hàn ma sát khuấy là phương pháp tối ưu nhất đối với vật liệu khó hàn như nhôm với nhôm , đồng với nhôm ,…Do vậy, để có chất lượng mối hàn được đảm bảo thì cần các yêu cầu về mặt kĩ thuật ( độ bền kéo , độ bền uốn, cấu trúc hạt…) thì thơng số hàn như tốc độ quay của trục chính, tốc độ đâm xuống, bước tiến khi hàn, thời gian dừng để tạo nhiệt, hình dáng hình học của dụng cụ,… rất quan trọng

Hiện nay ở nước ta hàn ma sát dùng để nghiên cứu hay sản xuất có chất lượng cao phải đặt hàng từ nước ngồi với chi phí rất lớn. Bên cạnh đó cũng có rất nhiều đề tài về nghiên cứu về hàn ma sát những tấm vật liệu với bề dày lớn 5mm,10mm…nhưng chưa có hàn ma sát những

<b>tấm vật liệu mỏng. Đó chính là thử thách và cũng là lý do đề tài “Nghiên cứu hàn ma sát mối hàn giáp mối tấm kim loại 3mm” được thực hiện. </b>

Trên cơ sở nghiên cứu nhiều bài báo và thu thập nhiều nguồn tài liệu liên quan đến hàn ma sát khuấy thì nhóm chúng tơi đã thiết kế một số vai và chốt và đưa ra thông số hàn tối ưu cho hàn ma sát tấm kim loại mỏng với sự trợ giúp của phần mềm Abaqus 2019. Sau khi nghiên cứu đã thiết kế chọn ra được 2 đầu khuấy (đầu khuấy vai lõm chốt trụ và đầu khuấy vai phẳng chốt trụ) là tối ưu nhất. Một số quy trình cơng nghệ đã được tiến hành gia công đầu khuấy với vật liệu SKD61.

Sau khi chế tạo, đầu khuấy được nhiệt luyện bằng phương pháp tôi chân không để đạt độ cứng 55 HRC. Thực nghiệm hàn ma sát với hai đầu khuấy để đạt được những thông số hàn hợp lý. Chế độ hàn ma sát khuấy chế độ hàn cho vai phẳng được xác lập với n=(1200-2000) vòng/phút, f= (13-50) mm/phút,Z=2.55 mm, chế độ hàn ma sát khuấy chế độ hàn cho vai phẳng được xác lập với n= (1200-2000) vòng/phút, f= (50-80) mm/phút,Z= 1,9 mm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

iv

ABSTRACT

Friction stir welding is a solid state welding process, which means the samples are welded together by melting the material. With such characteristics, friction stir welding is the most optimal method for materials that are difficult to weld. such as aluminum with aluminum, copper with aluminum, etc. Therefore, to have guaranteed weld quality, technical requirements are needed (tensile strength, bending strength, grain structure...), the welding parameters are as follows: Spindle rotation speed, feed rate, welding feed, dwell time for heat generation, tool geometry, etc. are very important.

Currently, in our country, friction welding used for research or high-quality production must be ordered from abroad at great cost. Besides, there are also many research topics on friction welding of material sheets with large thicknesses of 5mm, 10mm... but there is no friction welding of thin material sheets. That is the challenge and also the reason why the topic

<b>"Research on friction welding of butt welds on 3mm metal plates" was carried out. </b>

Based on researching many articles and collecting many sources of documents related to friction stir welding, our team has designed a number of shoulders and pins and proposed optimal welding parameters for friction welding of thin metal plates. with the help of Abaqus 2019 software. After research, two stirring heads were selected (concave shoulder stirring head with cylindrical pin and flat shoulder stirring head with cylindrical pin) as the most optimal. A number of technological processes have been conducted to process the stirring head with SKD61 material

After fabrication, the stirring head is heat treated by vacuum quenching to achieve a hardness of 55 HRC. Experiment with friction welding with two stirring heads to set optimal welding parameters. Experiment with friction welding with two stirring heads to achieve reasonable welding parameters. Friction stir welding mode for flat shoulder is set with n=(1200-2000) rpm, f= (13-50) mm/min,Z=2.55 mm, friction stir welding mode Welding degree for flat shoulder is set with n= (1200-2000) rpm, f= (50-80) mm/min,Z= 1.9 mm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

v

<b>DANH MỤC CÁC BẢNG </b>

Bảng 2.1.Khuyết tật hàn ma sát khuấy [2] ... 7

Bảng 3. 1.Thông số vật liệu hàn[7] ... 11

Bảng 3. 2.Tính chất vật lý của nhơm A6061-T6 ... 11

Bảng 3. 3.Tính chất cơ học của nhơm A6061 ... 11

Bảng 3. 4.Tóm tắt đầu khuấy ... 12

Bảng 3. 5.Phân loại đầu khuấy ... 13

Bảng 3. 6.Phân loại chốt hàn ... 16

Bảng 3. 7.Phân tích biên dạng chốt cho từng tấm tấm vật liệu ... 22

Bảng 4. 1.Thành phần hoá học của thép 40Cr5W4VSiMo [22] ... 32

Bảng 4.2.Cơ tính chọn vật liệu đầu khuấy [23] ... 32

Bảng 4. 3.Bảng tóm tắt thơng số dụng cụ vai phẳng ... 33

Bảng 4. 4.Thông số thiết kế vai lõm ... 35

Bảng 4. 5.Cơ tính mẫu hàn[25] ... 36

Bảng 4. 6.Thơng số ảnh hưởng đến chế độ khoan[26] ... 37

Bảng 4. 7 Thông số ảnh hướng đến chế độ phay [21] ... 38

Bảng 4. 8 Số vòng quay và bước tiến ... 38

Bảng 4. 9. Thông số vật liệu nhập vào Abaqus ... 43

Bảng 4. 10.Nhiệt độ của tấm hàn qua từng vị trí ... 49

Bảng 4. 11.Mơ phỏng hàn tấm đồng với tấm nhơm ... 51

Bảng 4. 12. Vị trí đặt đầu khuấy khi hàn tấm đồng với tấm nhôm (Abaqus) ... 53

Bảng 4. 13. Thông số thực nghiệm ... 58

Bảng 4. 14.Phân tích và nhận xét từng mẫu hàn ... 61

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Hình 2.4. Máy bay Legacy 500 [3] ... 8

Hình 2. 5.Tên lửa và hệ thống phóng Artemis SLS của NASA [4] ... 8

Hình 2.6. FSW được sử dụng trên tàu hợp kim nhôm của Trung Quốc [5] ... 9

Hình 2. 7. Tấm tản nhiệt dùng trong các hệ thống điện[5] ... 10

Hình 2. 8.Bộ tản nhiệt bằng hợp kim nhôm được hàn theo phương pháp FSW và Phương pháp hàn truyền thống [5] ... 10

Hình 2.9. Hệ thống chưng cất [6] ... 10

Hình 3.1. Các loại đầu khuấy [8] ... 12

Hình 3. 2.Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ giữa bề dày vật liệu và đường kính vai [10] ... 15

Hình 3. 3.Phân loại chốt hàn [8] ... 16

Hình 3. 4.Thơng số kích thước chốt hàn ... 20

Hình 3. 5.Biểu diễn mối quan hệ giữa bề dày vật liệu với đường kính chốt hàn [10] ... 20

Hình 3. 6.Hình biểu diễn mối tương quan giữa bề dày vật liệu với chiều dài của chốt hàn [10]21Hình 3. 7.Góc nghiêng của dụng cụ hàn [3] ... 23

Hình 3. 8. Hình biểu diễn độ lệch tâm khi hàn [10] ... 24

Hình 3.9.Độ lệch tâm và chất lượng mối hàn [20] ... 24

Hình 3. 10.Lực tác dụng lên dụng cụ hàn [1] ... 26

Hình 3.11.Lượng nhiệt phân bố trên đầu khuấy [24] ... 27

Hình 3. 12 Phân tích nhiệt lượng trên đầu khuấy [24]... 27

Hình 3. 13 Phay cạnh bên vật liệu cho mối hàn ... 29

Hình 3. 14 Mẫu thử kéo dùng cho tấm theo chuẩn TCVN 8310:2010 ... 30

Hình 3. 15.Máy thử kéo nén ... 30

Hình 3. 16.Ảnh chụp SEM cho mối hàn FSW... 31

Hình 4. 1. Thiết kế đầu khuấy ... 33

Hình 4. 2 Đầu khuấy vai phẳng chốt trơn ... 33

Hình 4. 3 Bản vẽ đầu khuấy vai phẳng chốt trơn... 34

Hình 4. 4. Thiết kế đầu khuấy vai lõm ... 35

Hình 4. 5. Thiết kế vai lõm ... 35

Hình 4.6.Bản vẽ thiết kế vai lõm ... 35

Hình 4. 7 Hình dạng mẫu hàn ... 36

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Hình 4.16.Các bước trong Abaqus ... 45

Hình 4. 17.Mối quan hệ giữa các mặt gây biến dạng ... 45

Hình 4. 18. Mặt tiếp xúc giữa 2 mẫu hàn ... 46

Hình 4. 19.Tiếp xúc giữa bề mặt chốt hàn và mí hàn ... 46

Hình 4. 20.Điều kiện biên cho đầu khuấy ... 46

Hình 4. 21.Hệ số ma sát trong abaqus ... 47

Hình 4. 22.Chia lưới cho 2 tấm mẫu ... 47

Hình 4. 23.Chia lưới đầu khuấy ... 47

Hình 4. 24.Mơ phỏng lực đâm xuống ... 48

Hình 4. 25.Mơ phỏng bước tiến ... 48

Hình 4. 36.Lấy mẫu hàn ra khỏi đồ gá ... 57

Hình 4. 37.Kết quả hàn đầu khuấy vai phẳng và đầu khuấy vai lõm ... 58

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ... 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài ... 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ... 1

1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ... 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2

1.4.1. Đối tượng ... 2

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ... 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu ... 2

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận ... 2

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể ... 2

1.6 Kết cấu đồ án ... 3

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ... 4

2.1 Lịch sử phát triển hàn ma sát khuấy ... 4

2.2 Khái niệm hàn ma sát khuấy ... 4

2.3 Nguyên lý hoạt động của hàn ma sát khuấy ... 5

2.4. Đặc điểm của quá trình hàn ma sát khuấy ... 6

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

ix

2.5.5. Trong lĩnh vực thực phẩm ... 10

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 11

3.1 Xác định đặc tính của vật liệu hàn ... 11

3.2 Phân tích sơ bộ đầu khuấy ... 11

3.2.1 Vai đầu khuấy ... 13

3.7. Phân tích lực tác dụng và nhiệt lượng khi hàn ma sát khuấy ... 26

3.7.1 Lực tác dụng lên đầu khuấy ... 26

3.7.2. Phân tích nhiệt lượng ... 26

3.8 Bề mặt mối hàn. ... 29

3.9 Các phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn. ... 29

3.9.1 Đánh giá mẫu hàn bằng phương pháp trực quan ... 29

3.9.2 Đánh giá mẫu hàn bằng phương pháp kiểm tra độ bền kéo. ... 30

3.9.3 Chụp SEM. ... 31

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ... 32

4.1 Thiết kế đầu khuấy ... 32

4.1.1 Lựa chọn vật liệu làm đầu khuấy ... 32

4.1.2 Cơ tính vật liệu làm đầu khuấy ... 32

4.1.3 Thiết kế dụng cụ hàn ... 32

4.2 Xác định mẫu hàn ... 36

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

x

4.2.1 Mẫu vật liệu cần nghiên cứu ... 36

4.2.2 Cơ tính của mẫu hàn ... 36

4.3 Tính tốn sơ bộ chế độ cắt ... 36

4.3.1 Tính tốn chế độ cắt cho tấm 3 mm ... 36

4.3.2. Tính nhiệt lượng ... 38

4.4. Thiết kế Holder cho đầu khuấy ... 39

4.4.1. Công dụng của holder ... 39

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Các phương pháp hàn truyền thống TIG, MIG, hàn hồ quang sử dụng quá nhiều năng lượng đầu vào đồng thời cũng tạo ra nhiều khí độc hại ảnh hưởng đến môi trường. Hàn ma sát khuấy (Friction Stir Welding) là phương pháp hàn mới đã và đang được phát triển trong nhiều năm qua. Là phương pháp hàn trạng thái rắn, khơng tạo ra khí thải trong q trình hàn, khơng tạo ra tia bức xạ, khơng cần dùng kim loại phụ để điền vào mối hàn cũng như mức độ sử dụng năng lượng đầu vào thấp. Và đặc biệt có thể hàn được các kim loại nhẹ như Al, Cu, Ti, hàn các loại vật liệu không đồng chất với nhau. Điều mà các phương pháp hàn nhiệt khó có thể thực hiện. Cho đến nay hàn ma sát khuấy ở nước ta vẫn còn là một công nghệ xa lạ. Việc nghiên cứu, ứng dụng FSW mới chỉ dừng ở trong phịng thí nghiệm, chưa được đưa ra ứng dụng cho sản xuất thực tế. Trên cơ sở đó, đề tài nghiên cứu này tập trung, phân tích, nghiên cứu và hệ thống hố các kiến thức về công nghệ hàn ma sát khuấy (FSW), chế tạo dụng cụ hàn, đồ gá chuyên dụng trong hàn nhôm A6061, và đồng C1100 nhằm làm sáng tỏ lý thuyết và các kiến thức về FSW trong phạm vi đề tài. Các kết quả đạt được sẽ làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo để ứng dụng cơng nghệ này vào sản xuất. Góp phần đưa công nghệ mới này phổ biến trong ngành sản xuất của Việt Nam.

<b>1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

2  Chế độ hàn tấm mỏng 3mm có thể được tham khảo để ứng dụng vào thực tế hàn tấm

mỏng.

<b>1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài </b>

- Nghiên cứu thiết kế đồ gá, đề xuất thơng số hàn cho q trình giáp mối tấm mỏng nhôm

<b>3mm sử dụng kỹ thuật mô phỏng và thực nghiệm. 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu </b>

- Phương pháp tính tốn thiết kế :  Xác định đặc tính vật liệu hàn

 Tính tốn các kích thước sơ bộ đầu khuấy  Thiết kế đồ gá

 Tính tốn nhiệt lượng hàn sinh ra khi hàn

- Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng máy hàn FSW để thực nghiệm đưa ra được thông số hàn hợp lý.

<b> 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể - Nghiên cứu lý thuyết: </b>

 Tìm hiểu về các bài báo, hình ảnh, cơng trình nghiên cứu đã được cơng bố trong và ngồi nước từ đó nắm vững được phương pháp, quá trình hàn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

3  Đọc các tài liệu về các vấn đề liên quan đến hàn ma sát khuấy, tỷ lệ sinh phân bố nhiệt

khi hàn ma sát, đặc tính của vật liệu nhôm, đồng , thép hợp kim dụng cụ,….

 Tính tốn và đọc các ngun cứu tương đồng để tìm ra chế độ hàn phù hợp khi hàn 2 tấm nhôm, 2 tấm nhôm- đồng.

 Mô phỏng quá trình hàn trên phần mềm Abaqus.

<b>- Nghiên cứu thực nghiệm: </b>

 Sử dụng máy CNC để gia công dụng cụ hàn, đồ gá để hàn ma sát khuấy.

 Hàn thử nghiệm 2 tấm nhơm A6061, có độ dày 3mm trên máy hàn ma sát khuấy do nhóm nghiên cứu Kỹ thuật Cơ khí và Mơi trường(REMELab) thuộc ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu và chế tạo.

 Đánh giá chất lượng các mối hàn.

 Tổng hợp kết quả, đánh giá chất lượng đầu khuấy, xác định được chế độ hàn khi hàn giáp mối hợp kim nhôm A6061.

<b>1.6 Kết cấu đồ án </b>

Chương I: Giới thiệu hàn ma sát khuấy Chương II: Tổng quan nghiên cứu đề tài Chương III: Cơ sở lý thuyết

Chương IV: Kết quả nghiên cứu

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Trong các ngành như công nghiệp vận tải đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, hàn khơng vũ trụ thì kết cấu, vật liệu và thiết kế đóng vai trị rất quan trọng góp phần giảm bớt chi phí nhiên liệu. Nên việc sử dụng hợp kim nhôm, Ti là phổ biến trong các ngành này. Để hàn các vật liệu này có thể dùng 2 phương pháp hàn MIG, TIG hoặc các mối nối bằng đinh tán. Tuy nhiên quá trình hàn MIG và TIG yêu cầu lượng nhiệt đầu vào cao gây ra các biến dạng nhiệt và hình thành các oxit nhơm. Các cụm đinh tán thì có giá thành cao, trọng lượng lớn, mối hàn khơng kín. Vì vậy sự ra đời của hàn Ma Sát Khuấy đã giải quyết được tất cả các vấn đề này.

<b>2.2 Khái niệm hàn ma sát khuấy </b>

Hàn ma sát khuấy là một phương pháp hàn phi truyền thống và chủ yếu được ứng dụng để hàn giáp mối các chi tiết dạng tấm. Việc tạo ra mối hàn cần một năng lượng nhiệt và được tạo ra do sự tiếp xúc ma sát giữa đầu hàn chuyên dụng (đầu khuấy) và vật liệu cần hàn. [1]

Hình 2.1 Hàn ma sát khuấy [1]

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

5

<b>2.3 Nguyên lý hoạt động của hàn ma sát khuấy </b>

Hai bề mặt hàn được tiếp xúc với nhau, dụng cụ hàn (đầu khuấy) sẽ chạy ở giữa hai bề mặt hàn, lượng nhiệt do ma sát sẽ làm nóng chảy vật liệu hàn tại vị trí tiếp xúc, phoi nóng chảy được ép xuống tạo thành mối hàn nhờ vai của dụng cụ hàn

Hình 2.2.Nguyên lý hoạt động của hàn ma sát khuấy [1] Nguyên lý hoạt động của hàn ma sát khuấy chia làm các bước như sau:

- Bước 1: Ghép 2 tấm kim loại lại với nhau

- Bước 2: Dụng cụ hàn xoay đến chạm vào vật liệu phôi tại mối ghép, đâm xuống và ngừng đâm xuống khi đạt được độ sâu cần thiết

- Bước 3: Dụng cụ hàn xoay tại chỗ để đạt nhiệt cần thiết làm chảy dẻo vật liệu sau đó di chuyển theo đường mí hàn để hàn vật liệu

- Bước 4: Cho dụng cụ hàn đi lên

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

6

<b>2.4. Đặc điểm của quá trình hàn ma sát khuấy </b>

Quá trình sinh nhiệt của mối hàn chia vùng hàn làm 4 loại thể hiện qua mặt cắt dưới:

Hình 2.3.Mặt cắt vùng hàn [1]

PM: Vùng kim loại nền (Parent Metal - PM) Vùng vật liệu nền là vùng vật liệu ở xa mối hàn, do đó tổ chức tế vi khơng bị biến dạng, tính chất cơ học cũng khơng bị ảnh hưởng bởi nhiệt sinh ra do mối hàn trong suốt quá trình.

HAZ: Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (Heat affected zone - HAZ) Nằm gần vùng trung tâm mối hàn. Quá trình sinh nhiệt đã làm biến đổi tổ chức tế vi và tính chất cơ học của vật liệu. Tuy nhiên, nhiệt sinh ra không đủ làm biến dạng dẻo với vật liệu.

TMAZ: Vùng chịu ảnh hưởng cơ nhiệt (Thermo ÷ mechanically affected zone - TMAZ) Trong vùng này, vật liệu đã bị chốt hàn làm biến dạng dẻo. Nếu là nhơm, sẽ có sự rõ rệt về dịng kim loại có kết tinh và vùng biến dạng dẻo.

SZ: Vùng khuấy (Stir zone - SZ) Kim loại được kết tinh hoàn toàn trong vùng này, thường là vùng mà có chứa đầu chốt hàn mỗi khi nó đi qua. Biến dạng dẻo mạnh nhất khiến tế bào tế vi ở đây trông mịn hơn nhưng khơng nóng chảy

- Một số ưu, nhược điểm của hàn ma sát khuấy:  <b>Ưu điểm: </b>

<b>• Thân thiện với mơi trường, khơng tạo ra khói và các chất ơ nhiễm • Ít hao phí vật liệu, tiết kiệm kim loại </b>

<b>• Hàn được các kim loại khác loại với nhau • Cơ tính mối hàn tốt </b>

<b>• Khơng u cầu tiết diện của 2 chi tiết phải giống nhau </b>

 <b>Nhược điểm: </b>

<b>• Chiều dài của chi tiết hàn bị giảm </b>

<b>• Khơng hàn được các kết cấu q phức tạp • Ln có viết lõm ở cuối đường hàn </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

7 - Một số khuyết tật hàn thể hiện ở bảng 2.1

liệu

Mối hàn quá lạnh (lỗ sâu dục)

Vật liệu khi hàn trộn lại không đều

Độ dày không đều

Sự tiếp xúc giữa dụng cụ hàn và vật liệu hàn không đều tạo

nên ma sát không đều

Lỗi giảm mặt cắt ngang của FSW

Do tác dụng lực quá mạnh, dẫn đến dụng cụ hàn ăn sâu quá nhiều vào vật liệu

Gờ FSW ^{Do sự phóng điện của vật}liệu hàn lên cạnh của mối hàn

Lỗ hổng ở mặt đáy mối hàn

Đầu khuấy quá ngắn hoặc phần dầu khuấy ăn quá sâu

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

8

<b>2.5. Ứng dụng của hàn ma sát khuấy 2.5.1 Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ </b>

Viện hàn vương quốc Anh TWI đã cấp giấy phép FSW và cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho Eclipse Aviation để sản xuất máy bay phản lực Eclipse 500. Eclipse đã thực hiện 128m hàn khuấy ma sát trên mỗi khung máy bay, thay thế khoảng 7000 đinh tán. FSW cũng được Spirit Aero Systems sử dụng trong sản xuất dầm rào cản mũi cho máy bay vận tải Boeing 747, với trọng lượng tiết kiệm 14,4lbs cho mỗi bộ 5 dầm. TWI cũng đang hỗ trợ Embraer giới thiệu FSW vào sản xuất các tấm thân phía trước trên máy bay Legacy 450 và 500

Hình 2.4. Máy bay Legacy 500 [3]

Hàn khuấy ma sát được sử dụng trong sản xuất các bộ phận tạo nên thùng nhiên liệu của tên lửa Artemis SLS.

Các thùng nhiên liệu của tên lửa chủ yếu là thứ tạo nên tầng lõi của tên lửa. Hệ thống hàn khuấy ma sát được sử dụng trong sản xuất thùng, mái vòm và cụm liên bể tạo nên các thành phần của thùng nhiên liệu của Hệ thống phóng khơng gian (SLS) của NASA. Khi thử nghiệm, tên lửa chịu được hơn 260% tải trọng bay dự kiến trước khi bị vênh và vỡ.

Hình 2. 5.Tên lửa và hệ thống phóng Artemis SLS của NASA [4]

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

9

<b>2.5.2 Trong lĩnh vực hàng hải </b>

Trung Quốc từ lâu đã sử dụng tấm FSW đúc sẵn để đóng tàu tại các nhà máy đóng tàu ở Đại Liên, Thượng Hải, Vũ Hán, Quảng Tây và Quảng Châu vì vậy sản lượng tàu vận tải của họ đã vươn lên vị trí hàng đầu so với bản đồ thế giới (chiếm 44,2% so với toàn cầu).

Hình 2.6. FSW được sử dụng trên tàu hợp kim nhôm của Trung Quốc [5]

<b>2.5.4 Trong lĩnh vực điện </b>

FSW được ứng dụng để hàn tấm tản nhiệt đồng và khung nhơm. Mặc dù có thể chế tạo cụm chi tiết bằng đồng tuy nhiên đồng có chi phí khá đắt và có khối lượng lớn hơn nhiều so với hợp kim nhôm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

10 Hình 2. 7. Tấm tản nhiệt dùng trong các hệ thống điện[5]

Hình 2. 8.Bộ tản nhiệt bằng hợp kim nhôm được hàn theo phương pháp FSW và Phương pháp hàn truyền thống [5]

<b>2.5.5. Trong lĩnh vực thực phẩm </b>

Hình 2.9. Hệ thống chưng cất [6]

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>3.2 Phân tích sơ bộ đầu khuấy </b>

- Đầu khuấy có ba loại :

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

12  Đầu khuấy cố định

 Đầu khuấy điều chỉnh  Đầu khuấy tự điều chỉnh

Hình 3.1. Các loại đầu khuấy [8] Bảng 3. 4.Tóm tắt đầu khuấy

<b>Các loại đầu </b>

<b>khuấy ^{Đặc điểm đầu khuấy}</b>

<b>Hình ảnh minh họa đầu khuấy </b>

Đầu khuấy cố định

- Có 1 bộ phận duy nhất là vai và chốt - Do chiều dài đầu khuấy là cố định, loại

đầu khuấy này chỉ sử dụng để hàn phơi có về dày khơng đổi

Đầu khuấy điều chỉnh

- Bao gồm 2 bộ phận vai và chốt độc lập với nhau

- Do chiều dài chốt điều chỉnh được thuận lợi hàn cho nhiều chi tiết khác nhau

Đầu khuấy tự điều chỉnh

- Bao gồm 3 bộ phận: vai trên vai dưới, chốt hàn

- Công cụ tự điều chỉnh hoạt động vng góc với bề mặt dưới của phôi, ngược lại với ác dụng cụ cố định và điều chỉnh có thể nghiêng theo chiều dọc và chiều ngang của phôi

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

13

<b>3.2.1 Vai đầu khuấy </b>

Bảng 3. 5.Phân loại đầu khuấy

<b>Các loại vai đầu khuấy Đặc điểm Hình ảnh minh họa </b>

Vai phẳng

Vai phẳng trơn

Hình dạng phẳng, tăng tiếp xúc bề mặt giữa vai và chi tiết gia công

[1]

Vai phẳng xoắn ốc

Hình dạng phẳng có rãnh xoắn ốc giúp vai đầu khuấy ăn vào vật liệu, tăng khả năng làm vật liệu nóng chảy

Vai lịi ^{Vai lịi}trơn

Hình dạng đầu lồi giúp đẩy vật liệu ra khỏi chốt

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

14 Vai lồi

ren

Hình dạng đầu lịi có rãnh, thiết kế này cho phép linh hoạt giữa các vùng tiếp xúc giữa vai và chi tiết cần gia công, cho phép hàn nhưng bề mặt phức tạp

Vai lõm

Vai lõm trơn

Độ lõm của vai được tạo ra bởi một góc nhỏ hợp bởi mép vai và chốt nằm trong khoảng 60-100. Có độ lõm để vật liệu sau khi đầu khuấy đâm xuống,nóng chảy hịa vào đường chạy của chốt

Vai lõm ren

Độ lõm có ren giúp vật vật liệu theo ren giúp làm nóng chảy vật liệu theo đường ren

- Kết luận:

 <b>Đối với vai phẳng khi hàn tạo ra áp lực lớn vật liệu hàn sẽ bị tràng ra ngoài [9] </b>

 <b>Đối với vai lồi dung cho 2 tấm có độ dày khác nhau và hàn biên dạng 3d [9] </b>

 <b>Đối với vai lõm hàn cho tấm mỏng [9] </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

15

<b>- Độ lõm, lồi vai ( ): là yếu tố tạo nên dạng vai của chốt hàn.[9] </b>

 <b>Nếu  = 0, chốt hàn có dạng vai thẳng. </b>

 <b>Nếu  > 0, chốt hàn có dạng vai lõm. Độ lõm có thể chọn trong khoảng (6 ÷10°). </b>

 <b>Nếu  < 0, chốt hàn có dạng vai lồi. Độ lồi vai có thể chọn trong khoảng (6÷10°)  Đối với hàn 2 tấm kim loại 3mm sử dụng vãi lõm trơn </b>

- Đường kính vai khuấy (Ds): Việc chọn đường kính chốt phụ thuộc vào chiều dày tấm

Hiện nay dụng cụ hàn FSW được chia làm các loại sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

16 Hình 3. 3.Phân loại chốt hàn [8]

Bảng 3. 6.Phân loại chốt hàn

<b>Các loại chốt hàn Đặc điểm Hình ảnh </b>

Chốt trụ

Đầu phẳng

Chốt trụ có đầu phẳng khi hàn lực dâm xuống lớn, đầu hàn có thể bị biến dạng lớn nhưng đầu phẳng tạo ra đường hàn sáng mịn đẹp.

Đầu tròn

Đầu tròn của chốt giúp giảm độ mài mòn của dụng cụ khi hàn và cải thiện chất lượng mối hàn

bên dưới đáy chốt. Bán kính đầu chốt tốt nhất được chỉ định bằng 75%

đường kính chốt[5]

[11]

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

17 Chốt trụ

Trụ trơn

Chốt hàn có biên dạng trụ lực đâm xuống lớn,đường

hàn khuấy đều

Trụ có rãnh

Chốt có các rãnh dọc theo chiều dài chốt làm giảm

70% khối lượng dịch chuyển của một đầu khuấy hình trụ đường kính tương ứng và làm

tăng biến dạng ở dịng

Trụ có biên dạng hình học

Chốt trụ có biên dạng khác nhau như: lục giác,

tứ giác, tam giác, …

[12]

Trụ có ren

Chốt được tiện ren, thông thường bước ren được lấy trùng với bước ren của

<b>đường kính chốt. </b>

Ví dụ: chốt có đường kính 6mm, thì chốt có ren

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

18 Trụ rãnh

có ren

Chốt có biên dạng lưỡi cắt xoắn tương tự như dao phay ngón. Chốt làm giảm thể tích dịch chuyển

so với chốt hình trụ là 70% đồng thời làm tăng

biến dạng hàn, tăng tốc độ tiến bàn máy. Thường được sử dụng để hàn các

tấm nhơm có độ dày lớn.[1]

[9]

Trụ biên dạng hình học

có ren

Chốt trụ có biên dạng hình học giúp bề mặt tiếp xúc giữa chốt hàn và mẫu hàn nhiều hơn có thể giúp

khuấy vật liệu tốt hơn

biên dạng tựa như mũi khoan đâm xuống vật liệu

dễ dàng hơn ,tốc độ hàn

Cơn có rãnh

Chốt có hình cơn có rãnh giúp khuấy đều vật liệu

tốt hơn bên cạnh đó có rãnh trên chốt làm vật liệu có thể bám lên chốt

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

19 Cơn có

biên dạng hình học

Chốt có biên dạng đa giác khơng có ren, giúp giảm lực ngang Fx từ 18-25% và giảm 12% lực rèn so

với chốt dạng Triflute TmM. Người ta thường sử dụng chốt này để hàn các loại vật liệu có cơ

tính cao như titan, thép,… vì nó ít bị mài

Cơn có ren

Chốt có biên dạng nón cụt giúp giảm lực ngang

FX tác dụng lên chốt. Việc gia công ren trên chốt giúp giảm lực tác động ngang lên chốt giúp

cải thiện vận tốc hàn.[1] ^[13]

Cơn rãnh có ren

Chốt có biên dạng xoắn ốc và ren giúp giảm áp

lực khi dâm xuống. Có ren giúp khuấy vật liệu tốt hơn nhưng vật liệu dễ bám lên chốt hàn

[9]

Cơn dạng hình học

có ren

Chốt hàn có biên dạng là hình học (tam giác, trịn…) giúp tối ưu tốc độ

hàn và có ren giúp khuấy vật liệu tốt hơn cải thiện

tốc độ hàn

[7]

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

21 Trong đó:

 Dp là đường kính chốt đầu khuấy  x là bề dày vật liệu

- Chiều dài đầu khuấy chốt hàn (Lp): là độ dài tính từ phần bắt đầu tiếp xúc vật liệu hàn

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

22 Bảng 3. 7.Phân tích biên dạng chốt cho từng tấm tấm vật liệu

<b>Vật liệu Độ cứng Độ dày Chốt hàn </b>

Kim loại đồng chất

Kim loại cứng (thép, titan)

>3mm ^{- Cơn có ren [2],[14],[15]}- Cơn trơn [8]

<3mm

-Cơn có biên dạng hình học

- Trụ có biên dạng hình học [16],[17] -Cơn có ren [15]

Kim loại mềm (nhơm, đồng, magie)

>3mm

- Trụ ren - Trụ rãnh - Côn ren

-Trụ biên dạng có ren [18],[8],[15]

<3mm ^{-Trụ trơn}-Cơn trơn [15]

Kim loại không đồng chất

Kim loại cứng

>3mm ^{-Cơn có biên dạng hình học}-Cơn có ren [13]

<3mm ^{-Trụ trơn}-Côn trơn [19]

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

23

<b>3.3. Vật liệu làm đầu khuấy </b>

Chọn vật liệu giữ được sự ổn định về kích thước và khơng mấy đi các tính năng hoặc vết nứt trong quá trình hàn. Yêu cầu vật liệu cần có:

- Độ bền cơ học tốt: ở nhiệt độ phòng và chủ yếu ở nhiệt độ cao. Quá trình hàn được thực hiện khoảng 70% đến 90% nóng chảy của vật liệu. Vì vậy điều quan trọng là vật liệu làm đầu khuấy phải đủ độ bền nếu không sẽ bị hỏng

- Khả năng chống mài mòn: Sự mài mòn đáng kể của dụng cụ sẽ làm tăng chi phí của q trình FSW

- Độ dẻo dai: dụng cụ bắt buộc phải chống lại hư hỏng xảy ra trong thời gian lao xuống và dừng

- Hệ số giãn nở nhiệt thấp: Nhiệt độ phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của dụng cụ . Giá trị thích hợp của độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào các biến số của quy trình, vật liệu phơi và một số tính chất của dụng cụ

- Khả năng gia công tốt: Khả năng gia công tốt rất quan trọng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo các chi tiết phức tạp trên bề mặt vai và chốt

<b>3.4 Góc nghiêng hàn ma sát khuấy </b>

Theo thực nghiệm của Reshad và các cộng sự nghiên cứu góc nghiêng của dụng cụ đến FSW của ti tan ngun chất thì họ đã rút ra kết luận: Góc 1° là góc nghiêng tốt nhất để hàn khơng bị khuyết tật với các đặc tính cơ học cao

Long và các cộng sự đã thực nghiệm sự ảnh hưởng ba góc nghiêng (0° ,1°,2°) của dụng cụ đối với nhơm AA6061-T6 thì họ đã đưa ra kết luận: Góc 2° là góc nghiêng tốt nhất và làm cho tốc độ chảy của dòng vật liệu được tăng cường

Hình 3. 7.Góc nghiêng của dụng cụ hàn [3]

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

24

<b>3.5 Độ lệch tâm </b>

Một yếu tố quan trọng khi hàn 2 tấm không đồng chất là độ lệch tâm của dụng cụ hàn. Nhiều cơng trình nghiên cứu đã chứng minh rằng việc đặc lệch dụng cụ hàn đóng vai trị rất quan trọng đối với tuổi thọ của dao và chất lượng của mối hàn. Thay vì đặc tâm dụng cụ hàn trùng với tâm mối hàn khi hàn 2 tấm đồng chất thì khi hàn hai tấm khác chất tâm dụng cụ hàn phải đặt lệch về phía vật liệu có độ cứng thấp hơn.

Hình 3. 8. Hình biểu diễn độ lệch tâm khi hàn [10]

Trong thí nghiệm của Y N Wei và các cộng sự khi hàn 2 tấm Cu và A1050 dày 10mm. Với thông số đường kính vai D=25mm, đường kính chốt d=8mm, chiều dài chốt l=9,6mm. Khảo sát lần lược với 3 trường hợp bù dao là 1mm, 2mm, 3mm thì kết quả cho thấy rằng khi bù dao 3mm so với tâm mối hàn tức 37,5% đường kính chốt sẽ cho được mối hàn tốt nhất.[17]

Hình 3.9.Độ lệch tâm và chất lượng mối hàn [20]

Trong nghiên cứu của Sare Celik và Recep Cakir [15], hợp kim 1050 Al và Cu nguyên chất được thử nghiệm ở ba tốc độ quay dụng cụ khác nhau (630, 1330, 2440 vòng/phút) và ba tốc độ di chuyển ngang dụng cụ khác nhau (20, 30, 50 mm/phút) với bốn vị trí đặc lệch tâm dụng cụ khác nhau (0,1,1,5, 2 mm) bằng phương pháp hàn ma sát khuấy. Khi đánh giá hiệu suất hàn của các mối hàn ma sát khuấy, giá trị tối đa thu được là 89,55% với tốc độ quay dao 1330

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

25 vòng/phút, tốc độ di chuyển ngang 20 mm/phút và cấu hình vị trí dao 1 mm (tức 25% đường kính chốt). Độ bền kéo cao hơn là do sự tăng cường phân tán của các hạt Cu mịn phân bố trên vật liệu Al trong vùng vùng khuấy

Cùng độ lệch dao là 1mm khảo sát của Salman Nourouzi [20] khi hàn hợp kim thép C1050 và nhôm A1100 độ dày 3mm cũng cho ra được mối hàn tối ưu nhất.

Vậy có thể kết luận rằng: Khi hàn ma sát khuấy 2 tấm khác chất, độ lệch tâm dụng cụ hàn so với tâm mối hàn nằm trong khoảng từ 25%-37,5% so với đường kính chốt hàn( đường kính lớn đối với chốt cơn ) về phía vật liệu có độ cứng thấp hơn sẽ cho ra được mối hàn có chất lượng tốt nhất. Tuy nhiên độ lệch tâm quá cao sẽ không tốt vì thiếu liên kết giữa Cu và Al trong quá trình hàn

<b>3.6. Chế độ hàn 3.6.1 Tốc độ quay </b>

Trong quá trình hàn ma sát khuấy, tốc độ quay n, bước tiến ngang f, lực dọc trục Fz, lực hàn Fy, góc nghiêng giữa dụng cụ hàn và phôi tạo thành các thông số hàn. Với tốc độ quay của dụng cụ, vậ liệu đã trộ sẽ được đẩy từ trước ra phía sau. Điều cực kỳ quan trọng là dụng cụ hàn phải quay với tốc độ phù hợp, đưa dụng cụ hàn di chuyển dọc theo mối hàn với tốc độ phù hợp, tiếp xúc vai của dụng cụ hàn với phôi để sinh nhiệt. [21]

Khi dụng cụ hàn quay quá nhanh, tạo ra nhiệt nhiều hơn mức cần thiết xung quanh mối hàn, gây ra dòng chảy hỗn loạn trong khu vực đường hàn. Điều này tạo ra các khoảng trống tế ti trong vùng trộn, dẫn đến giảm độ bền mối hàn. Ngược lại tốc độ quay thấp khiến nhiệt sinh ra không đủ để đảm bảo liên kết, tạo ra liên kết yếu và giá trị độ bền mối hàn thấp. Suresha và các cộng sự [22] cho rằng tốc độ quay của dụng cụ hàn là thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính chất cơ học của mối hàn giáp mối tấm hợp kim nhôm A7075 bằng phương pháp FSW.

<b>3.6.2. Bước tiến </b>

Tốc độ hàn hay còn gọi là bước tiến dao là tốc dộ mà dụng cụ hàn di chuyển dọc theo chiều dài của mối hàn. Lượng nhiệt trên một đơn vị chiều dài của mối hàn giảm khi tốc độ hàn tăng nên nên vùng hàn không được khuấy đều dẫn đến độ bền kéo thấp hơn. Bước tiến f cũng tạo ra khoản trống trong vùng hàn gây ra các khuyết tật hàn. Ngược lại ở tốc độ hàn thấp, vùng hàn có cấu trúc hạt mịn do sự khuấy trộn của dụng cụ hàn. Nó cũng làm giảm độ bền do sự khuấy trộn không đúng cách. [23]

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

- Fz: Là lực hướng xuống để duy trì khoảng cách giữa vai đầu hàn và mặt phẳng vật liệu

<b>3.7.2. Phân tích nhiệt lượng </b>

Trong hàn ma sát khuấy, hầu hết nguồn nhiệt được phân bố khắp dụng cụ. Dòng nhiệt phân bố trên 1 diện tích được xác định [9]:

+ q1 là 1 hàm bán kính vai, cường độ nhiệt tăng theo bán kính r tăng vì <i><small>Rp</small></i> <small> </small><i><small>rRs</small></i>

Tuy nhiên để đơn giản như sự phân bố nhiệt trên cả bề mặt và vai bằng nhau thì 2

<i>RRr</i> +

Đối với đầu khuấy lượng nhiệt vào có thể phân bố khắp thể tích của nó:

<small>32</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

27

Hình 3.11.Lượng nhiệt phân bố trên đầu khuấy [24] - Nhiệt lượng tổng hợp tạo ra [9]:

Qtotal=Q1+Q2+Q3

Hình 3. 12 Phân tích nhiệt lượng trên đầu khuấy [24]

- Phương trình vi phân nhiệt lượng tạo ra tổng quát ở tất cả các bề mặt [24]:

</div>