BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ BẢO PHỤNG

ĐỀ TÀI:
THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ
GIỮA LỰC VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ
ĐẦU VÀO TRONG PHƯƠNG PHÁP HÀN MA
SÁT KHUẤY

LUẬN VĂN CAO HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

NĂM 2012


ii
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lê Bảo Phụng

MSHV: 00408245

Ngày, tháng, năm sinh: 03/4/1983

Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Chế tạo máy

Mã số : 605204

I. TÊN ĐỀ TÀI: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA LỰC VÀ
CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẦU VÀO TRONG PHƯƠNG PHÁP HÀN
MA SÁT KHUẤY.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
− Nghiên cứu tổng quan lý thuyết hàn ma sát khuấy
− Nghiên cứu vật liệu hàn ứng dụng trong phương pháp hàn ma sát khuấy
− Nghiên cứu dụng cụ hàn ma sát khuấy
− Thực nghiệm quy trình hàn chuẩn và kiểm tra sản phẩm hàn
− Thiết kế đồ gá đo lực theo các phương trong hàn ma sát khuấy
− Quy hoạch thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa lực và các thông số công
nghệ đầu vào, quy hoạch kiểm tra sức bền kéo mối hàn và tối ưu hoá
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16-02-2012
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30-06-2012
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. TRẦN THIÊN PHÚC

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2012.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)



iii

LỜI CÁM ƠN
Trước nhất cho tơi kính gởi lời chân thành cảm ơn đến Thầy hướng dẫn
PGS TS Trần Thiên Phúc đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và xin kinh phí
cho tơi thực hiện đề tài này.
Đồng thời xin chân thành cảm ơn:
- Q Thầy cơ trong khoa Cơ Khí Trường Đại Học Bách khoa TP. HCM
và tất cả quý Thầy cô giảng dạy lớp Cao học CN CTM 2008 đã cho tơi nhiều
kiến thức bổ ích.
- Q thầy và các bạn đồng nghiệp làm việc tại xưởng cơ khí đã hỗ trợ và
giúp đỡ tơi nhiều điều.
- Các Thầy, Cơ phịng Thư viện - Trường Đại Học Bách khoa TP. HCM.
- Các bạn trong lớp Cao học CN CTM 2008 đã kề vai sát cánh cùng tôi
trong suốt những năm học qua.
- Ban lãnh đạo phòng và các bạn cùng công tác tại Cảng vụ Hàng không
miền Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
- Cuối cùng tôi xin cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình đã hỗ
trợ, động viên tơi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Lời cảm ơn


iv

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Hàn là phương pháp khơng thể thiếu trong ngành công nghiệp hiện đại và được
ứng dụng trong tất cả các ngành sản xuất. Trên thế giới ngành hàn luôn được đầu tư và

phát triển nhằm nghiên cứu ra những công nghệ hàn mới phục vụ cho sản xuất. Một
trong những công nghệ hàn mới được nghiên cứu gần đây là phương pháp hàn ma sát
khuấy. Ưu điểm của phương pháp hàn này là không gây ô nhiễm mơi trường do khơng
sinh ra khí hàn; tiêu thụ ít năng lượng do dùng cơ học là chủ yếu; không phát sinh tia
hồ quang và năng lượng bức xạ ảnh hưởng đến sức khoẻ người thợ hàn; không cần kim
loại bổ xung, khơng phải phương pháp hàn nóng chảy nên cơ tính của vật liệu khơng bị
biến đổi nhiều, mối hàn ít biến dạng và khơng bị nứt kết tinh; và có thể hàn được hai
vật liệu khác nhau trong điều giới hạn.
Với rất nhiều ưu điểm như trên nhưng hiện tại việc ứng dụng phương pháp hàn này
tại Việt Nam hầu như chưa có, vì vậy việc thiết kế máy hàn dùng phương pháp này trở
thành yêu cầu cấp thiết cho ngành hàn nước nhà. Trong đó việc “Thực nghiệm xác định
mối quan hệ giữa lực và các thông số công nghệ đầu vào trong phương pháp hàn ma
sát khuấy” là thực sự cần thiết.
Nội dung luận văn có kết cấu gồm 6 chương sau:
Chương 1: Trình bày tổng quan về công nghệ hàn ma sát khuấy và xác định mục
tiêu nghiên cứu của đề tài.
Chương 2: Trình bày sơ lược cơ sở lý thuyết phương pháp hàn ma sát khuấy và
nghiên cứu vật liệu được sử dụng trong phương pháp này.
Chương 3: Vật liệu chế tạo dụng cụ và tìm hiểu về dụng cụ hàn trong phương
pháp hàn ma sát khuấy.
Chương 4: Thực nghiệm quy trình hàn và Thiết kế đồ gá đo lực cho quá trình hàn.
Chương 5: Quy hoạch thực nghiệm quá trình đo lực để tìm mối quan hệ giữa các
yếu tố ảnh hưởng
Chương 6 Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu mở rộng cho đề tài.

Tóm tắt luận văn


v


ABSTRACT
Welding is an indispensable method applied not only for modern industry but also
for all manufacturies. It is regularly researched and developed new approach welding
serving production. One of the recent welding method is friction stir welding. Its
advantages are the limitation of environmental pollution thanks for non air welding
generated, less energy consumption because of running mostly by mechanics; not
produce any arc ray and radiation energy affecting to welders’ health, no need of any
additional metal, not alter the property of material much because of not a molten weld
method, less weld distortion and crystallized cracking, and being able to weld two
different materials in some cases.
Althought it has advantages as mentioned above, friction stir welding method is
rarely used in Vietnam. Thus, it is urgent and necessary for Vietnam Welding field to
have a desgin of such a machines using this method. Besides, the "Experiment
determined the relationship between power and technology input parameters in friction
stir welding method" is actually important.
The content of this thesis has six chapters:
Chapter 1: The general overview of friction stir welding and research objective of
this thesis
Chapter 2: The brief of basic theory of friction stir welding method and material
research used in this one
Chapter 3: Tool material and welding equipment in friction stir welding method.
Chapter 4: Experiment and welding fixtures design for welding process
Chapter 5: Experimental planning of measure to find out the relationship between
factors.
Chapter 6: Conclusion and recommendations for thesis research expansion

Abstract


Trang 1


Chương 1: Tổng quan
1.1 Tại sao phải ứng dụng công nghệ hàn
Hàn là phương pháp nối hai hay nhiều chi tiết kim loại thành một mà không thể
tháo rời được, bằng cách nung nóng chúng tại vùng tiếp xúc đến trạng thái nóng chảy
hoặc chảy dẻo, sau đó dùng áp lực hoặc không dùng áp lực để ép các chi tiết hàn dính
chặt với nhau.
Khi hàn nóng chảy, kim loại bị nung nóng chảy, sau đó kết tinh hồn toàn tạo
thành mối hàn.
Khi hàn áp lực, kim loại được nung đến trạng thái dẻo, sau đó được ép để tạo nên
mối liên kết kim loại và tăng khả năng thẩm thấu, khuếch tán của các phân tử vật chất
giữa hai mặt chi tiết cần hàn làm cho các chi tiết liên kết chặt với nhau tạo thành mối
hàn
Hàn là một lĩnh vực tồn tại và phát triển gắn bó cùng với con người rất lâu đời; từ
xa xưa ông cha ta đã tìm mọi cách nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp khác nhau
để có thể kết nối các vật với nhau; lịch sử ngành hàn cho thấy ngành này đã xuất hiện
từ thời Trung cổ và phát triển như trình tự bên dưới đây:
 Từ thời Trung cổ, ngành hàn đã xuất hiện mà cụ thể là ở thời kỳ đồ đồng, công
nhân ngành hàn xuất hiện đầu tiên với tên gọi là thợ rèn, dùng lửa và lực rèn để có thể
kết nối các thanh sắt lại với nhau. Các thanh cần rèn được nung nóng đến một giới hạn
nhiệt độ nào đó cần thiết, sau đó người thợ dùng búa tạo lực rèn để có thể rèn ra hình
dáng họ muốn làm hay kết nối các thanh theo yêu cầu.
 Ngành hàn bắt đầu thực sự phát triển và bước vào một thời kỳ mới từ đầu thế kỷ
thứ XIX. Năm 1800, Sir Humphrey Davy phát minh ra một cơng cụ hoạt động bằng
pin có thể tạo ra hồ quang giữa các điện cực cacbon.
 Năm 1836 nhà khoa học người Anh, Edmund Davy phát hiện ra axetylen có
nhiều ưu điểm và được ứng dụng rộng rãi trong ngành hàn sau này.
 Năm 1890 CL Coffin đưa ra ý tưởng ngiên cứu Hàn hồ quang vonfram trong
mơi trường khí bảo vệ (GTAW)


Chương 1


Trang 2

 Bước sang thế kỷ XX ngành hàn mới thực sự bùng nổ và phát triển tột bật, có
rất nhiều ứng dụng cho nhiều ngành công nghiệp bằng việc một loạt cải tiến cách hàn
cũ và các phương pháp hàn mới ra đời: Robert F. Gage đã phát minh hàn plasma vào
năm 1957, năm 1958 Liên Xô công bố quá trình hàn điện xỉ - electroslag tại Hội chợ
Thế giới Brussels ở Bỉ, năm 1961 công ty Arcos giới thiệu một phương pháp khác hàn
theo chiều dọc, được gọi là phương pháp hàn điện khí – Electrogas…
 Gần đây nhất là công nghệ hàn laze và hàn ma sát đã và đang được nghiên cứu.
Mỗi loại mối hàn có ưu và nhược điểm riêng, được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác
nhau tùy theo đặc tính mỗi loại đường hàn.
Một số ưu điểm của công nghệ hàn so với các ngành công nghệ ráp nối khác giúp
cho công nghệ hàn luôn được ưu tiên phát triển nhất là:
 Tiết kiệm kim loại: so với tán ri vê tiết kiệm từ 10 ÷ 20 % (do sử dụng mặt cắt
của chi tiết hàn triệt để hơn, hình dáng chi tiết cân đối hơn, giảm được khối lượng kim
loại như phần đầu ri-vê, kim loại mất mát do đột lỗ…), so với phương pháp đúc có thể
tiết kiệm được từ 30÷ 50 % lượng kim loại vì khơng cần hệ thống rót ...
 Giảm được thời gian và giá thành chế tạo kết cấu như dầm, giàn, khung v.v...
Hàn có năng suất cao so với các phương pháp khác do giảm được số lượng nguyên
công, giảm được cường độ lao động và tăng độ bền chắc của kết cấu.
 Có thể tạo được các kết cấu nhẹ nhưng khả năng chịu lực cao.
 Độ bền và độ kín của mối hàn lớn.
 Thiết bị hàn đơn giản, vốn đầu tư không cao và dễ chế tạo.
Với nhiều ưu điểm như trên nên hàn được sử dụng rộng rãi để tạo phôi trong tất cả
các ngành kinh tế quốc dân, đặc biệt trong ngành chế tạo máy, chế tạo các kết cấu dạng
khung, giàn trong xây dựng, cầu đường, các bình chứa trong công nghiệp…
1.2 Giới thiệu về công nghệ hàn ma sát khuấy

Hàn ma sát khuấy được phát minh vào năm 1991 bởi học Viện hàn của Vương
Quốc Anh (TWI), là kỹ thuật hàn được liên kết ở trạng thái rắn (khơng nóng chảy) ban
đầu được áp dụng cho hàn hợp kim nhơm lí do là hàn nhơm theo phương pháp nóng
Chương 1


Trang 3

chảy gặp nhiều khó khăn và dễ xảy ra khuyết tật. Nguyên lý cơ bản của phương pháp
này tương đối đơn giản: Dùng một dụng cụ xoay và tịnh tiến khơng nóng chảy gọi là
dụng cụ hàn, được thiết kế đặc biệt có một đầu khuấy (có ren hoặc khơng có ren) và có
phần vai để tiếp xúc với bề mặt của phôi hàn. Dụng cụ hàn này đi từ ngoài vùng vật
liệu mối hàn và tịnh tiến vào trong vùng vật liệu, vừa tịnh tiến vừa xoay để tạo dòng di
chuyển vật liệu từ bên chi tiết này sang chi tiết kia và ngược lại theo một chiều nhất
định nhờ sự khuấy đều của dụng cụ trong để khuấy vật liệu theo yêu cầu thì vai của
dụng cụ phải tiếp xúc với vật liệu gia công, vai dụng cụ sẽ có tác dụng ngăn cản khơng
cho vật liệu khuấy bị trào lên trên và đồng thời vai dụng cụ cịn có cơng dụng gia nhiệt
tạo thêm cho vật liệu hàn để vật liệu mềm và dụng cụ dễ khuấy hơn (các công dụng của
vai dụng cụ sẽ được ta nghiên cứu trong các phần sau). Khi dụng cụ đã ở bên trong của
vật liệu hàn, lúc này chúng ta sẽ điều khiển để dụng cụ vừa quay vừa di chuyển theo
một biên dạng nhất định, biên dạng đó chính là đường hàn mà chúng ta cần được tạo
ra. Khi kết thúc đường hàn, dụng cụ sẽ tịnh tiến ra khỏi vùng vật liệu cần gia công,
hoặc dụng cụ được điều khiển rút lên khỏi bề mặt chi tiết gia cơng.

Hình1.1 - Dụng cụ hàn bên ngồi trước và sau khi tinh tiến vào vùng vật liệu hàn

Hình1.2- Các giai đoạn của quá trình hàn
Chương 1



Trang 4

Đối với mối hàn chúng ta cần tạo không xuất phát từ cạnh của chi tiết chúng ta
đem hàn, hoặc yêu cầu của mối hàn chúng ta bắt đầu từ giữa chi tiết thì quy trình hàn
có phần khác trong giai đoạn đầu, dụng cụ hàn được định vị vị trí, sau đó vừa quay vừa
tịnh tiến xuống, phần đầu khuấy của dụng cụ có ren lúc đó sẽ xuyên vào phôi hàn
tương ứng với chiều sâu ngấu cần thiết, cho đến khi vai dụng cụ hàn chạm vào vùng
vật liệu cần hàn, sau đó quy trình trở lại như cũ, dụng cụ hàn di chuyển dọc theo hướng
hàn để tạo thành mối hàn. Trong trường hợp chúng ta dùng dụng cụ hàn có đầu khuấy
khơng ren, trở ngại gặp phải là việc di chuyển đầu khuấy ăn sâu vào vùng vật liệu hàn
khó khăn, lúc đó ta có thể dùng phương pháp khoan trước lỗ mồi để giúp cho việc di
chuyển đầu khuấy vào vùng vật liệu hàn dễ dàng và tăng năng suất hàn.

Hình1.3 - Các giai đoạn của quá trình hàn khi mối hàn bắt đầu từ giữa
Tóm lại trong mối hàn chúng ta cần phân tích mối hàn trong 3 giai đoạn: đầu mối
hàn, giai đoạn hàn ổn định và giai đoạn cuối mối hàn.
 Giai đoạn đầu mối hàn: nếu dụng cụ hàn di chuyển từ bên ngoài vào trong
vật liệu hàn, do giai đoạn ban đầu, đầu khuấy chỉ tiếp xúc với vật liệu trong một cung
trịn mà khơng tiếp xúc hồn tồn đầu khuấy nên khi khuấy, vật liệu hàn được khuấy có
một phần bị khuấy ra phía sau làm cho thiếu vật liệu bên trong mối hàn. Do đó mối hàn
khơng đủ độ cứng và không đạt yêu cầu trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên nếu mối hàn
được xuất phát từ giữa vùng vật liệu thì vật liệu khơng bị thất thốt, đầu khuấy sẽ làm
hết nhiệm vụ của nó và đầu mối hàn tạo ra sẽ tốt.
 Giai đoạn hàn ổn định: mối hàn sau khi qua giai đoạn đầu thì sẽ đi vào ổn
định, và tất nhiên giai đoạn này là giai đoạn tốt nhất của mối hàn. Tất cả các thuộc tính
của mối hàn đều phụ thuộc vào chế độ hàn (vận tốc quay của dụng cụ, vận tốc hàn, các

Chương 1



Trang 5

thông số vật liệu hàn, thông số dụng cụ hàn…) quyết định và chúng ta hồn tồn có thể
nghiên cứu và hiệu chỉnh được.
 Giai đoạn cuối mối hàn: tương tự như giai đoạn đầu mối hàn, giai đoạn cuối
mối hàn thì mối hàn cũng xảy ra hiện tượng thiếu vật liệu do vật liệu được dụng cụ
khuấy khuấy ra bên ngồi phía trước của chi tiết hàn, do đó mối hàn trong giai đoạn
cuối cũng khơng đạt u cầu. Trong trường hợp nếu như mối hàn được kết thúc sớm
trước khi ra khỏi vật liệu hàn, chúng ta rút dụng cụ hàn lên thì sẽ để lại vết của đầu
khuấy tại vị trí cuối của mối hàn, do đó cuối của mối hàn này cũng khơng đạt u cầu
về chất lượng. Để khắc phục nhược điểm này, về sau này, dụng cụ khuấy được cải tiến
và sử dụng dụng cụ khuấy tự rút, hay bổ xung vật liệu vào để khơng cịn xảy ra khuyết
lỗ như trường hợp này.

Hình1.4 - Dụng cụ tạo thành mối hàn sau đó để lại lỗ thốt
Trong q trình phân tích bên trên chúng ta để ý thấy, dụng cụ khuấy có thể quay
theo 2 chiều ngược nhau, nên chúng ta cũng cần phân biệt bên tiến và bên lùi của mối
hàn, được gọi là cạnh tiến và cạnh lùi của mối hàn. Cạnh tiến mối hàn là cạnh mà ở đó
hướng xoay của dụng cụ cùng hướng với hướng hàn (ngược với chiều của dòng chảy
vật liệu) và cạnh lùi của mối hàn là cạnh mà ở đó hướng xoay của dụng cụ ngược
hướng với hướng hàn (song song với chiều của dịng chảy vật liệu).
Như phân tích bên trên chúng ta cũng thấy rõ vai trò to lớn của dụng cụ hàn trong
việc hình thành mối hàn ma sát khuấy. Dụng cụ hàn phải đáp ứng ba chức năng cần

Chương 1


Trang 6

thiết, đó là tạo nhiệt cho vật liệu phơi, di chuyển và khuấy ép vật liệu để tạo mối hàn,

ngăn chặn vật liệu phía dưới vai khơng bị trồi lên. Nhiệt được tạo ra trong phôi là do sự
ma sát của cả đầu khuấy và vai dụng cụ với phôi cùng với sự biến dạng dẻo mãnh liệt
của vật liệu trong vùng khuấy. Phần vật liệu được nhiệt làm mềm cục bộ xung quanh
đầu khuấy chuyển động theo chiều quay của đầu khuấy làm cho vật liệu di chuyển từ
phía trước ra phía sau đầu khuấy và điền đầy vào khoảng trống của dụng cụ khi nó đi
tới phía trước. Vai dụng cụ khống chế kim loại không bị trồi ra khỏi mối hàn nhằm giữ
cho chiều cao mối hàn tương đương với bề mặt phôi ban đầu.
1.2.1 Một số ưu điểm của hàn ma sát khuấy:
- Hàn được tất cả các loại hợp kim, đặc biệt là hợp kim nhôm (chiều dày lớn) mà
các phương pháp hàn khác chưa hàn được hoặc hàn được nhưng kết cấu mối hàn đạt
được không cao.
- Chi tiết sau hàn không bị biến dạng do vũng hàn khơng bị nóng chảy nên độ
cong vênh của chi tiết sau khi hàn rất nhỏ (1/10 so với phương pháp hàn hồ quang).

Hình 1.5 – So sánh độ cong vênh sau khi hàn
- Không cần dùng ngun cơng mài mí trước khi hàn, ngun cơng làm sạch mối
hàn nên thích hợp cho sản xuất hàng loạt, tự động hóa.
- Khơng cần sự điền đầy của que hàn và các loại khí hàn cũng như khí bảo vệ.
- Ít tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể, khơng có tiếng ồn, khơng có sự bắn
tóe, khơng bị ảnh hưởng của tia cực tím và khơng có khí thải, khói và bụi bẩn nên
khơng ơ nhiễm mơi trường vì vậy có thể coi hàn ma sát khuấy là một phát minh công
nghệ xanh do hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường.
- Hàn dễ dàng ở tất cả các vị trí hàn trong khơng gian, được ứng dụng cho hầu hết
các liên kết hàn khác nhau như: Hàn giáp mí, hàn chồng mí, hàn góc, hàn chữ T,…
Chương 1


Trang 7

Hình 1.6 - Các kiểu hàn ma sát khuấy

- Dụng cụ hàn được sử dụng khá đơn giản gồm vai (shoulder) và một đầu khuấy
(pin) ,ít cần được bảo dưỡng, nhưng hiệu quả năng lượng khá cao.
- Chất lượng mối hàn cao, không nứt kết tinh, giới hạn bền cao gấp nhiều lần so
với hàn hồ quang

Hình 1.7 – So sánh tổ chức tế vi mối hàn.
- Tuổi thọ dụng cụ cao, mỗi dụng cụ có thể thực hiện được trên 1000m chiều dài
đường hàn đối với nhôm 6000
1.2.2 Một số khuyết điểm cần khắc phục
Bên cạnh những ưu điểm vượt trội của hàn ma sát khuấy cho đến nay còn một vài
điểm hạn chế chưa khắc phục được bao gồm:
- Đầu và cuối mối hàn không đạt yêu cầu về chất lượng khi chúng ta cho dụng cụ
hàn tiến từ ngoài vật liệu vào và cuối đường hàn thoát ra khỏi vật liệu.
- Tồn tại lỗ thoát dụng cụ cuối đường hàn nếu chúng ta rút dụng cụ lên khi đường
hàn kết thúc phía trong vùng vật liệu.
- Cần kẹp chặt chi tiết khi tiến hành hàn nếu không kết cấu mối hàn không đạt
yêu cầu. Đối với những đường hàn góc hay những đường hàn đặc trưng, u cầu thiết
kế đồ gá khá khó khăn. Khơng những thế đối với những mối hàn đặc biệt cần thiết kế
các dụng cụ hàn đặc biệt phù hợp với biên dạng đường hàn.
Chương 1


Trang 8

- Yêu cầu mặt phẳng tựa bề mặt phía dưới đường hàn để kim loại hàn khơng thốt
ra và bề mặt sản phẩm sau khi hàn đẹp.
1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng trong và ngồi nước và tính cấp thiết đề tài
1.3.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ngồi nước:
Như cơng bố bên trên, trên thế giới công nghệ hàn ma sát khuấy được nghiên
cứu thành công từ năm 1991 tại viện hàn Vương quốc Anh (TWI). Từ khi nghiên cứu

thành công, công nghệ hàn liên tục được phát triển và cải tiến nhằm nâng cao chất
lượng mối hàn, tăng tốc độ hàn cũng như được nghiên cứu ứng dụng mở rộng vào ngày
càng nhiều vật liệu. Rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và viết thành những tài
liệu, bài báo. Viện hàn Vương quốc Anh tiến hành tổ chức các hội nghị thường xuyên
giữa các nước có sử dụng cơng nghệ hàn này để học hỏi và trao đổi kinh nghiệm lẫn
nhau, hội nghị được diễn ra hàng năm hoặc 2 năm/lần. Hội nghị gần đây nhất được tổ
chức là hội nghị lần thứ 8 được tổ chức vào tháng 5 năm 2010 tại nước Đức. Hội nghị
tiếp theo lần thứ 9 kế hoạch sẽ được tiến hành vào năm 2012 tại nước Mỹ.
Năm 1998 hãng Izumi được ủy thác chế tạo toàn bộ từ kỹ thuật bàn giao của
Toyota đã chế tạo thành công máy hàn ma sát NC, hiện tại máy hàn ma sát có khả năng
hàn giữa 2 loại vật liệu khác nhau với đường kính nhỏ nhất là 1.6mm.
Hiện tại các hãng chế tạo máy Hàn ma sát xoay nổi tiếng được TWI chứng
nhận cung cấp trang thiết bị và máy móc hàn ma sát khuấy hợp pháp là: Centre de
recherche industrielle du Québec (CRIQ) trụ sở đặt tại Canada, China FSW Center
Beijing FSW Technology Co., Ltd có trụ sở đặt tại Trung Quốc, ESAB AB trụ sở tại Thuỵ
Điển, FPE Ltd / Gatwick Fusion Ltd tại nước Anh, Friction Stir Link, Inc. tại Waukesha,
Hoa

Kỳ,

General

Tool

Co

tại

Hoa


Kỳ,

Hitachi

Research

Laboratory

HITACHI LTD tại Nhật Bản, Manufacturing Technology Inc (formerly TTI), MTS
Systems Corporation, Nova-Tech Engineering tại Hoa kỳ, Winxen Company Ltd tại Hàn
Quốc. Ngồi ra cịn rất nhiều hang khác như IZUMI, SAKAE, TOYO , NITTO,

SEIMITSU, TANAKA Seiki Sangyou (TANAKA Tinh Cơng Sản Nghiệp)
Các trường Đại học có phòng nghiên cứu về Hàn ma sát xoay nổi tiếng ở Nhật
là: Đại học OSAKA, Đại học KEIO, Đại học Công nghiệp HIMEJI, Trung tâm nghiên
Chương 1


Trang 9

cứu kỹ thuật HYOGO, Sở Nghiên cứu kỹ thuật Tổng hợp trực thuộc Bộ Giáo Dục
Nhật.
Năm 1998, Russell và Shercliff cũng đã dùng mơ hình phân tích dựa trên
phương trình tạo nhiệt của mình để dự đốn và xấp xỉ nhiệt độ tính tốn. Dịng nhiệt
qua dụng cụ được xác định là khoảng 17% tổng năng lượng hàn.
Năm 2003, khi nghiên cứu mơ hình số, Schmidt và Hayyel đã tính tốn năng
lượng sinh cơng vào dụng cụ bởi việc giảm lượng nhiệt vào dụng cụ và vào phôi và
khẳng định rằng 25% năng lượng cơ học cần thiết bởi tốc độ quay của trục chính sẽ đi
vào dụng cụ, cịn lại 75% tập trung vào phơi tại mối hàn.
Một nghiên cứu khác của Langerman và Kvalvik đã dùng nguồn nhiệt hai

chiều để xác định dòng vật liệu xung quanh đầu khuấy và dự đoán sự phân bố ứng suất
dư trong phôi sau khi hàn. Nguồn nhiệt sinh ra trong khi hàn có quan hệ tuyến tính với
đường kính vai của dụng cụ.
Từ khi phát minh 1991 đến 1995 có trên 50 phát minh cải tiến. Về thiết kế
dụng cụ đã có sự phát triển bởi TWI, dụng cụ hàn được chiều dày lớn, hàn chồng, hàn
được vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao, và tăng tốc độ hàn, trong năm 2005 công ty
GKSS (Đức) đã thành công trong việc hàn siêu tốc 1980 cm/phút mối ghép đâu mí hợp
kim nhôm mỏng. Năm 1999 cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (NASA) cùng với
trung tâm Marshall space và cơng ty Boeing đã phát triển dụng cụ có đầu khuấy rút
được vào vai khi cần thiết (thường ở cuối đường hàn). Dụng cụ này đến nay có thể
quay với số vịng quay lên đến hơn 50.000 v/p. Ngồi ra cịn sử dụng phương pháp hàn
khuấy nhiệt và tích hợp với năng lượng siêu âm để hàn. Trường Đại học Missouri –
Columbia hàn FSW có sử dụng nguồn điện bởi có sự thêm nguồn điện trở. Trường Đại
học Wisconsin (Mỹ) thì kết hợp hàn FSW với nguồn laser đi trước dụng cụ hàn để
nung nóng dự nhiệt vật liệu hợp kim nhôm.
Viện khoa học Rocwell cùng với trung tâm Warfare đã liên kết với 13 Trường
Đại học ở Mỹ đã từng bước cải tiến quá trình khuấy ma sát trên Al, Cu, Mg và hợp kim
nền Ferít. Cơng ty kỹ thuật đồng thời (Concurrent Technologies Corporation – CTC)

Chương 1


Trang 10

đã cải tiến chất lượng mối hàn cho hợp kim nhôm dày 5083, 2195 và 2519 với việc
dùng dụng cụ vật liệu là Polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) (Hãng Megastir).
Tháng 10 năm 2007 đại học quốc gia Sun Yat_Sen có bài nghiên cứu về
mối hàn ma sát khuấy ở cấp độ hạt nano.
Tháng 8 năm 2008 Tiến sĩ Jeffery D. Horschel thuộc đại học Brigham
Young University đã thực hiện một số nghiên cứu về sự mỏi và tính phá hủy trong cấu

trúc mối hàn ma sát khuấy.
Tháng 10 năm 2008 hàng loạt các báo cáo về cấu trúc hạt của mối hàn
ma sát khuấy đã được báo cáo.trong đó có báo cáo về sự chống ăn mịn và bảo vệ mối
hàn ma sát khuấy.
Gần đây từ ngày 18 đến ngày 20 tháng 5 năm 2010 hội thảo lần thứ 8 về
hàn ma sát khuấy quốc tế tổ chức tại Đức có báo cáo về cấu trúc và cơ tính của vật liệu
hàn bằng phương pháp FSW (Institute for Microstructural and Mechanical Process
FSW)
 Một số máy hàn đã được sản xuất và phân phối trên thị trường:
ESAB SuperStirTM machine- Máy hàn siêu khuấy ESAB

Hình1.8 - Máy hàn ma sát khuấy ESAB
Viện hàn Vương quốc Anh thiết kế máy hàn tại phịng thí nghiệm ESAB ở
Abington. Máy hàn có hệ thống gá đặt phôi bằng hệ thống kẹp hút chân không, kết hợp
với các hệ thống cơ khí và hệ thống kẹp thuỷ lực. Khả năng công nghệ của máy:

Chương 1


Trang 11

 Hàn tấm nhôm dày từ 1-25 mm
 Hành trình làm việc 5 x 8 x 1m
 Lực hàn dọc trục lớn nhất là 60kN (6t)
 Tốc độ quay tối đa của dụng cụ hàn là 5000 vòng/phút
Crawford-Swift - High Force Multi Axis FSW machine

Hình1.9 - Máy hàn ma sát khuấy Crawford
Máy hàn này được thiết kế dùng để mở rộng phạm vi hàn khi nghiên cứu và phát triển
công nghệ hàn ma sát khuấy, cho đến nay, máy hàn này là máy hàn ma sát khuấy lớn

nhất trên thế giới với công suất quay là 130KW, lực dọc trục lớn nhất là 15 tấn, khoảng
làm việc lớn nhất là hơn 6mx3m. Máy tích hợp sẵn chương trình hoạt động cho 12 trục,
vì vậy có khả năng hàn mối hàn 3D và hàn đồng thời hai đường hàn đối diện nhau (hàn
mối hàn 2 pass cùng một lúc), vì vậy máy hàn có thể hàn vật liệu đến chiều dày
100mm chỉ tròng 1 lần hàn. Hiện tại máy được đặt tại Rotherham
Transformation Technologies - Precision Spindle FSW Machine
Máy hàn này có ưu điểm là độ đồng tâm trục chính cao, sự chính xác của độ đồng tâm
cho phép chúng ta sử dụng máy để nghiên cứu ứng dụng dụng cụ hàn bằng sứ, vật liệu
có độ cứng cao hơn rất nhiều so với các vật liệu hàn như thép, thép không gỉ, titan hay
hợp kim Niken.

Chương 1


Trang 12

Hình1.10 - Máy hàn Transformation Technologies
Khả năng của máy có thể sản sinh ra lực dọc trục 10 tấn và phạm vi làm việc là
2mx6m. Hiện tại máy hàn được đặt tại Rotherham
Robot hàn ma sát khuấy - Friction Stir Link, Inc - RoboStir Robotic FSW Machine
Hệ thống này kết hợp sức mạnh của công nghệ hàn ma sát khuấy với sự linh hoạt của
một robot ABB 7600. Tính linh hoạt giúp cho robot hàn có thể có khả năng hàn theo
những đường hàn 3D phức tạp.

Hình1.11 - Robot hàn ma sát khuấy

Chương 1


Trang 13


Máy có phạm vi làm việc trong 5 mét đường kính và có thể được thay đổi để mở rộng
phạm vi hàn. Hệ thống có dữ liệu quản lý và giám sát các thông số quan trọng khi hàn
để điều chỉnh thích hợp
Ngồi ra cịn rất nhiều dạng máy hàn ma sát khuấy được sản xuất khắp nơi trên
thế giới và được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau.
1.3.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong nước:
Ở nước ta, hàn ma sát khuấy là một lĩnh vực khá mới. Ðặc biệt trong các trường
học và các trung tâm nghiên cứu, phương pháp hàn này chỉ dừng lại ở mức độ giới
thiệu khái niệm mà thôi. Trong nước hiện tại chỉ có Khoa cơ khí trường Đại học Bách
Khoa tiên phong nghiên cứu công nghệ hàn này, cá nhân đầu tiên nghiên cứu là anh
Mai Đăng Tuấn, tác giả đã giới thiệu sơ lược về công nghệ và tiến hành thực nghiệm
để xác định chế độ hàn tối ưu cho vật liệu hợp kim nhôm A 5052 trên thị trường. Tuy
nhiên đề tài hiện nay vẫn chưa được ứng dụng vào thực tế vì cịn rất nhiều thơng số bổ
xung cần giải quyết nhằm tạo mối hàn tốt hơn.
Theo tìm hiểu, hiện nay hầu như chưa có doanh nghiệp nào trong nước ứng
dụng phương pháp hàn này vào sản xuất và cũng chưa có đơn vị nào đứng ra sản xuất
máy hàn ma sát khuấy phục vụ sản xuất.
Các cơng ty trong nước có thể ứng dụng cơng nghệ hàn này một cách có hiệu
quả như: sản xuất nồi hơi, các nhà máy đóng tàu vỏ hợp kim nhơm (Sơng Cam
Vinashin, 198 Bộ Quốc Phịng, Bourbon Long An, Strategic Marine Vũng
Tàu...),...nhưng các cơng ty nói trên vẫn chưa dám mạnh dạn đầu tư vì chưa hiểu rõ về
cơng nghệ hàn này.
1.3.3 Mục tiêu và tính cấp thiết của đề tài:
Như phân tích tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy
trên thế giới ở trên, ta thấy công nghệ hàn ma sát khuấy đã được áp dụng tại nhiều
nước, trong nhiều lĩnh vực và đạt được nhiều kết quả khả quan, nhưng tại Việt Nam
công nghệ hàn ma sát khuấy vẫn chưa được nghiên cứu đến nơi và ứng dụng vào thực
tiễn, vì vậy yêu cầu cấp thiết đặt ra là cần phải nghiên cứu tìm hiểu kỹ về cơng nghệ


Chương 1


Trang 14

hàn ma sát khuấy, các thông số công nghệ để chế tạo ra máy có thể hàn theo cơng nghệ
hàn ma sát khuấy và ứng dụng vào thực tế sản xuất để chúng ta có thể áp dụng vào
thực tế trong các ngành công nghiệp, thay thế một số phương pháp hàn trước đây tạo ra
mối hàn không đạt được hiệu quả cao như mong muốn.
Việc ứng dụng hàn ma sát khuấy ở Việt Nam có được áp dụng và phát triển hay
khơng phụ thuộc vào tính khả thi của việc thử nghiệm và chế tạo thành công máy hàn
ma sát khuấy. Chất lượng mối hàn đạt yêu cầu và đảm bảo cơ tính cho việc sử dụng
trong cơng nghiệp.
Quá trình hàn ma sát khuấy thuần tuý là quá trình cơ học, nên lực sản sinh trong
quá trình hàn tương đối lớn, việc tính tốn lực và từ đó xác định độ cứng vững của máy
là một trong những yêu cầu quan trọng trong việc thiết kế máy hàn ma sát khuấy. Lực
sinh ra phụ thuộc vào các yếu tố đầu vào ta lựa chọn, nên việc xác định mối quan hệ
này thật sự thiết yếu nếu muốn thiết kế một thiết bị hàn tốt.
Để góp phần vào việc xây dựng và thiết kế thiết bị hàn ma sát khuấy đạt được
hiệu quả, ứng dụng được vào thực tiễn ta cần xác định mối quan hệ đạt được của các
thành phần lực khi hàn và các thông số công nghệ hàn. Do vậy đề tài “Thực nghiệm
xác định mối quan hệ giữa lực và các thông số công nghệ đầu vào trong phương
pháp hàn ma sát khuấy” thật sự cần thiết và cần được nghiên cứu gấp rút nhằm ứng
dụng vào thực tế.
Mục tiêu của đề tài:
 Tổng quan nghiên cứu về lý thuyết quá trình hàn ma sát khuấy.
 Nghiên cứu về các loại vật liệu được ứng dụng trong phương pháp hàn ma sát
khuấy.
 Thực nghiệm quy trình hàn dựa vào các kết quả nghiên cứu trước đây
 Tổng kiểm tra chất lượng mối hàn thông qua kiểm tra sức bền kéo, sức bền uốn,

kiểm tra không phá huỷ NDT, phương pháp kiểm tra dịng xốy, phương pháp hoá
nghiệm.

Chương 1


Trang 15

 Thiết kế đồ gá dùng đo lực theo các phương khi ứng dụng phương pháp hàn ma
sát khuấy.
 Xác định các thông số ảnh hưởng đến lực sinh ra khi hàn
 Xây dựng mơ hình và tiến hành thực nghiệm xác định mối quan hệ giữa lực sinh
ra khi hàn và các thông số công nghệ đầu vào, áp dụng với hợp kim nhơm điển hình A
5052 có mặt trên thị trường.
Phương pháp nghiên cứu:
 Tổng quan tài liệu.
 Thử nghiệm thực tế.
 Phân tích các dữ liệu, xây dựng mơ hình tốn.
 Xây dựng mơ hình thực nghiệm và tiến hành thực nghiệm (có sử dụng quy
hoạch thực nghiệm và lập trình xác định cực trị)

Chương 1


Trang 16

Chương 2: Cơ sở lý thuyết của quá trình hàn ma sát khuấy và ứng dụng vào các
loại vật liệu
2.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình hàn ma sát khuấy:
2.1.1 Quá trình truyền nhiệt trong khi hàn:

Quá trình nhiệt khi hàn là sự tăng nhiệt độ của vật hàn dưới ảnh hưởng của sự
tạo nhiệt, sự truyền nhiệt vào vật hàn và sự thốt nhiệt vào mơi trường xung quanh (và
vào đe dưới). Sự thay đổi nhiệt độ xác định một loạt các quá trình xảy ra đồng thời
trong kim loại vật hàn. Chuyển biến tổ chức tinh thể, thay đổi thể tích, biến dạng đàn dẻo, ... Các quá trình này ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn và tồn bộ kết cấu nói
chung.
Nguồn nhiệt hàn được tạo thành do sự kết hợp của quá trình ma sát giữa dụng
cụ-phơi và q trình phân tán dẻo trong khi vật liệu bị biến dạng. Cơ chế tạo nhiệt bị
ảnh hưởng bởi: các thơng số hàn, tính dẫn nhiệt của vật liệu phơi, đầu khuấy và đe, đặc
tính hình học của dụng cụ. Thơng thường thì điều kiện hàn nóng là hàn với số vịng
quay (rpm) cao và vận tốc hàn (Vh) thấp; ngược lại, hàn với tốc độ hàn cao và rpm thấp
thì được gọi là hàn lạnh. Trường nhiệt độ xung quanh đầu khuấy là không đối xứng,
trong vùng lùi của mối hàn có nhiệt độ hơi cao hơn nhiệt độ vùng tiến. Điều này thể
hiện khi thử phá hỏng do kéo vết nứt trên cạnh lùi trong vùng HAZ là xảy ra nhiều
hơn. Để tránh hiện tượng quá nhiệt trong vùng tâm hàn thì hạn chế số vòng quay của
dụng cụ dưới 15000v/p.[19]
Những nghiên cứu thực nghiệm gần đây đã cho thấy rằng nguồn nhiệt sinh ra
chủ yếu ở bề mặt vai và phôi.[20]. Điều khiển cơ chế tạo nhiệt là do ma sát và sự phân
tán dẻo phụ thuộc vào điều kiện tiếp xúc giữa hai bề mặt. Đặc trưng hình học của dụng
cụ (đầu khuấy, vai) sẽ ảnh hưởng đến hai bề mặt trượt, dính hoặc giữa hai dạng trên,
nhiệt độ tạo ra giữa đầu khuấy và phôi là không phải nhỏ và cũng nên đưa vào để xác
định trường nhiệt. Cơ chế tạo nhiệt giữa đầu khuấy và phôi cũng do ma sát và phụ
thuộc vào điều kiện trượt hoặc dính ở bề mặt tiếp xúc, lượng nhiệt từ sự biến dạng

Chương 2


Trang 17

nhiệt quanh dụng cụ khoảng từ 2  20%, nhiệt độ tối đa khi hàn các hợp kim nhôm là
từ 450oC đến 480oC.[21]

Vùng gần sát với đầu khuấy là gần như đẳng nhiệt và nhiệt độ tối đa có thể ở tại
ranh giới cắt [4] của kim loại xung quanh đầy khuấy. Đối với các vật hàn dày thì nhiệt
độ bị ảnh hưởng bởi chiều sâu của đầu khuấy, nhiệt độ cao nhất là tại bề mặt tiếp xúc
giữa vai và bề mặt vật hàn ...
2.1.1.1Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hàn:
Như đã biết, vai dụng cụ cung cấp nhiệt và quyết định vùng tạo nhiệt, trong khi
đó đầu khuấy tạo dáng dòng biến dạng để tạo thành mối hàn và cũng tạo ra sự cân đối
thành phần nhiệt mối hàn (tùy thuộc vào kích thước của nó). Dụng cụ xoay ở tốc độ
cao nhưng ở đây tốc độ vùng biên ngoài của vai và đầu khuấy cao hơn nhiều so với tốc
độ di chuyển hàn. Vật liệu ở bề mặt tiếp xúc có thể: một là bám dính vào dụng cụ,
trong trường hợp đó có cùng vận tốc với vận tốc dụng cụ, hai là có thể trượt, trong
trường hợp này vận tốc thấp hơn và không cùng chiều với dụng cụ. Nhiệt độ và ứng
suất tiếp xúc thay đổi lớn trên khắp dụng cụ, do đó không giống như điều kiện tiếp xúc
đơn thuần. Tiếp xúc có thể một phần bị trượt, một phần bị dính và nếu có hiện tượng
nóng chảy cục bộ xảy ra thì sẽ có sự kết hợp hiện tượng trượt, dính.
Đối với mối hàn thơng thường bắt đầu từ ngồi vùng vật liệu hàn, có thể chia
q trình hàn ma sát khuấy thành 3 giai đoạn sau:
 Giai đoạn đầu mối hàn: Trong giai đoạn này, dụng cụ xoay từ ngoài vùng
vật liệu, chạm vào vật liệu phôi cần hàn tại mối ghép. Ban đầu do cần phải tác dụng
một lực lớn để thắng ma sát nghỉ, hệ số ma sát cao (0,4 ÷ 0,5), moment xoắn và lực
tịnh tiến tới của dụng cụ cần đủ lớn để đầu khuấy có thể xâm nhập vào phía trong của
phơi. Do hệ số ma sát cao nên trong giai đoạn này lượng nhiệt truyền từ dụng cụ hàn
đến chi tiết gia công lớn, vật liệu ngay tại vị trí tiếp xúc được nung nóng trước tiên và
truyền nhiệt vào phía trong. Vật liệu tiếp xúc được nung nóng và chảy dẻo, di chuyển
theo chiều quay của dụng cụ hàn.

Chương 2


Trang 18


 Giai đoạn mối hàn ổn định: Sau khi dụng cụ hồn tồn vào phía trong vật
liệu hàn, giai đoạn hàn trở nên ổn định. Hệ số ma sát lúc này cũng giảm xuống (khoảng
0.3), lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu hàn cũng ổn định, bao gồm lượng nhiệt được
truyền từ đầu khuấy dụng cụ và vai dụng cụ và thêm phần nhiệt truyền ngược trở lại từ
tấm lót bên dưới.

Hình 2.1 Sơ đồ các giai đoạn của quá trình hàn [27]
 Giai đoạn cuối mối hàn: Giai đoạn cuối lượng nhiệt cung cấp từ vai dụng
cụ và từ đầu khuấy của dụng cụ giảm đi do bề mặt tiếp xúc giảm đi, nhưng trong
khoảng thời gian ngắn, lượng nhiệt cung cấp cho chi tiết hàn hầu như không thay đổi,
do phần lớn lượng nhiệt được truyền ngược trở lại từ tấm lót.
Với trường hợp lý tưởng, moment xoắn cần thiết để quay dụng cụ trên bề
mặt phôi dưới tác dụng của tải dọc trục được tính:
R

R

 dM   P(r )2r
o

dr

o

2
 pR S3
3
Với: M: là moment xoắn.
Chương 2


2

(2.1)


Trang 19

: hệ số ma sát.
R: là bán kính vai.
P(r): lực phân bố trên bề mặt (ở đây xem như khơng đổi).
Nếu tất cả q trình cắt ở bề mặt được chuyển đổi thành nhiệt ma sát,
lượng nhiệt vào trung bình trên mỗi đơn vị diện tích và thời gian trở thành:
R

R

o

o

Q1   dM    2 Pr 2 dr
Trong đó:

(2.2)

Q1: là năng lượng có ích [W](Cơng suất hiệu dụng)
: Vận tốc góc [rad/s]

Mà


 = 2n
n: số vịng quay/giây
R

Từ đó:

Q1   4 2 .P.n.r 2 dr
o

Q1 

4 2
 PnRS3
3

(2.3)

Từ phương trình trên, nhận thấy rằng sự gia nhiệt phụ thuộc vào tốc độ quay và
bán kính vai dụng cụ dẫn đến sự tạo nhiệt không đồng nhất trong lúc hàn. Những thơng
số này giữ vai trị quan trọng trong quá trình FSW.
Chia vai dụng cụ ra làm nhiều phân đoạn nhỏ, như hình vẽ:

Hình 2.2 Đường kính vai được chia ra nhiều phân đoạn.

Chương 2


Trang 20


Khi đó,nguồn nhiệt sinh ra từ vai dụng cụ là tổng của các thành phần:
n
4
Q1   2 Pn ( Ri3  Ri31 )
i 1
3

(2.4)

Ở đây, Ri và Ri -1 được xác định như hình vẽ.
n

 Q( Ri )  Q1
i 1

(2.5)

Như vậy, năng lượng được tạo thành từ vị trí Ri – 1 đến Ri, được tính:

4
Q1   2 Pn( Ri3  Ri31 )
3

(2.6)

Với điều kiện tiếp xúc trượt:

4
Q1(t )   2 PnRS3
3


(2.7)

Để tính giới hạn ma sát dính thì P được thay thế bởi ứng xuất chảy khi cắt
k=P vì thế năng lượng trung bình là:

4
Q1( d )   2 .k .n.RS3
3

(2.8)

Áp lực dưới vai dụng cụ có thể lấy từ thực nghiệm (đo trực tiếp lực ép theo phương Z).
Hệ số ma sát tuỳ thuộc vật liệu.
Sự tạo nhiệt của đầu khuấy cũng có thể được ước tính bằng cách dùng điều kiện
ma sát dính (trong trường hợp này lực ép khơng đơn giản). Với đầu khuấy có bán kính
Rp và chiều dài Lp, quay với vận tốc góc  thì sự lượng nhiệt được sinh ra được tính
theo cơng thức:

Q2  2 .k..Lp R p2

(2.9)

2.1.1.2Sự truyền nhiệt vào vật hàn
Sự truyền nhiệt chủ yếu xảy ra theo các định luật truyền nhiệt, mặc dù các dòng
đối lưu trong kim loại gây ảnh hưởng nhất định đối với sự tải nhiệt ở gần vùng hàn,
khối lượng vùng hàn càng lớn thì vai trị của chúng càng lớn.
Chương 2