Luận án tiến sĩ công nghệ tạo hình vật liệu nghiên cứu ảnh hưởng của các thông s

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.+2$ 0$,ĈĂ1*78ҨN NGHIÊN CӬU Ҧ1++ѬӢNG CӪA CÁC THÔNG SӔ CÔNG NGHӊ Ĉӂ1&Ѫ7Ë1+9¬7Ә CHӬC MӔI HÀN MA SÁT KHUҨY CHO CÁC KӂT CҨU PHҶNG BҴNG HӦP KIM NHÔM BIӂN DҤNG LUҰN ÁN TIӂ16ƬKӺ THUҰT TP. HӖ CHÍ MINH, 2019 ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.+2$ 0$,ĈĂ1*78ҨN NGHIÊN CӬU Ҧ1++ѬӢNG CӪA CÁC THÔNG SӔ CÔNG NGHӊ Ĉӂ1&Ѫ7Ë1+9¬7Ә CHӬC MӔI HÀN MA SÁT KHUҨY CHO CÁC KӂT CҨU PHҶNG BҴNG HӦP KIM NHÔM BIӂN DҤNG &+8<Ç11*¬1+&Ð1*1*+ӊ7Ҥ2+Î1+9Ұ7/,ӊ8 0­6Ӕ&+8<Ç11GÀNH: 62520405 Phҧn biӋQÿӝc lұp 1: 3*676/Ç&+Ë&ѬѪ1* Phҧn biӋQÿӝc lұp 2: 3*676%Ô,9Ă1+ҤNH Phҧn biӋn 1: 3*676Ĉ¬2MINH NGӮNG Phҧn biӋn 2: PGS. NGUYӈN HӲU LӜC Phҧn biӋn 3: TS. NGUYӈ1ĈҤ,Ĉ2¬1 1*ѬӠ,+ѬӞNG DҮN KHOA HӐC 1.

3*676+2¬1*75Ӑ1*%È /Ӡ,&$0Ĉ2$1 7iFJLҧ[LQFDPÿRDQÿk\OjF{QJWUuQKQJKLrQFӭXFӫDEҧQWKkQWiFJLҧ&iFNӃW TXҧQJKLrQFӭXYjFiFNӃWOXұQWURQJOXұQiQQj\OjWUXQJWKӵFYjNK{QJVDRFKpSWӯEҩW NǤPӝWQJXӗQQjRYjGѭӟLEҩWNǤKuQKWKӭFQjR9LӋFWKDPNKҧRFiFQJXӗQWjLOLӋXÿm ÿѭӧFWKӵFKLӋQWUtFKGүQYjJKLQJXӗQWjLOLӋXWKDPNKҧRÿ~QJTX\ÿӏQK 7iFJLҧOXұQiQ 0DLĈăQJ7Xҩn i TÓM TҲT LUҰN ÁN Hàn ma sát khuҩy (Friction Stir Welding - FSW) là mӝWEѭӟc tiӃn quan trӑng nhҩt vӅ OƭQKYӵc hàn trong nhӳng thұp niên qua, và là mӝt ³F{QJQJKӋ [DQK´GRKLӋu quҧ QăQJ Oѭӧng và bҧo vӋ P{LWUѭӡng, tiêu thө tWQăQJOѭӧng mӝWFiFKÿiQJNӇ, không tiêu thө khí hàn, không có quá trình nóng chҧ\NK{QJFyNKtÿӝc khi hàn, không phát sinh tia hӗ TXDQJYjQăQJOѭӧng bӭc xҥ,. Ngoài ra ma sát khuҩy không cҫn sӱ dөng kim loҥi que KjQÿӇ ÿLӅQÿҫy mӕi hàn, mӕi hàn chӏu lӵFFDRWăQJJLӟi hҥn bӅn mӓi, ít biӃn dҥng, ít khuyӃt tұt và không nӭt kӃt tinh. Hàn ma sát khuҩ\OjSKѭѫQJSKiSKjQNK{QJQyQJFKҧy có thӇ KjQÿѭӧc các loҥi hӧp NLPQK{PPjFiFSKѭѫng pháp hàn truyӅn thӕQJNK{QJKjQÿѭӧc. Tӯ nhӳQJѭXÿLӇPYѭӧt trӝi vӯa nêu, viӋc nghiên cӭu ӭng dөng cӫDSKѭѫQJSKiSKjQ ma sát khuҩ\FyêQJKƭDUҩt thiӃt thӵc trong viӋc cҧi thiӋn chҩWOѭӧng mӕLKjQYjWăQJ WKrPWtQKÿDGҥng vӅ mһt công nghӋ hàn trong gLDLÿRҥn hiӋn nay.

Nӝi dung luұn án gӗPFKѭѫQJYjSKҫn kӃt luұn chung, cө thӇ QKѭVDX &KѭѫQJ Giӟi thiӋu công nghӋ hàn ma sát khuҩy, các thông sӕ KjQFѫEҧn, các dҥng khuyӃt tұt cӫa công nghӋ này. Nhӳng công trình nghiên cӭXÿmÿѭӧc công bӕ WURQJQѭӟc và trên thӃ giӟL7UrQFѫVӣ ÿyOXұn án tұp trung nghiên cӭu vӅ tӕLѭXWK{QJVӕ công nghӋ, ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn chҩWOѭӧng mӕi hàn. &KѭѫQJ 7UuQKEj\FѫVӣ lý thuyӃt vӅ sӵ hình thành nhiӋt do ma sát và biӃn dҥng dҿo vұt liӋu kim loҥi cӫa quá trình hàn. &KѭѫQJ Phân tích và xác lұp mô hình truyӅn nhiӋt cӫa quá trình hàn.

&KѭѫQJ Sӱ dөQJP{KuQKÿmFyYjRP{SKӓng sӕÿѭDUDPLӅn thông sӕ cӫa quá trình hàn. &KѭѫQJ Thӵc nghiӋm theo kӃt quҧ mô phӓng, kiӇPWUDSKkQWtFKÿӇ [iFÿӏnh miӅn thông sӕ tӕLѭXFӫa công nghӋ hàn. KӃt luұn: Nêu nhӳng kӃt quҧ ÿҥWÿѭӧFYjÿӏQKKѭӟng nghiên cӭXSKѭѫQJSKiSKjQPD sát khuҩ\WURQJWѭѫQJODL ii ABSTRACT Friction Stir Welding (FSW) is an important invention in the welding field over the past decades, and is an "eco-friendly technology" because of its energy efficiency and environmental protection, low energy consumption, no gas shielding, peak temperatures below the melting point, no toxic gas when welding, no arc formation and radiation, etc. In addition, the FSW method does not require the filler wire but provides the excellent mechanical properties in fatigue, tensile and bend tests.

FSW is a solid-state welding process which can afford a high quality of welds even for aluminum alloys that are unmanageable with conventional welding. From these outstanding advantages, the research and application of FSW method have practical significance in improving weld quality and increasing the diversity of welding technology in the current period. The thesis consists of 5 chapters and the conclusion section, specifically as follows: Chapter 1: Introduction to FSW method, the basic parameters, the defects types of this technology. The literature review with these studies published domestically and internationally.

Based on these researches, the thesis focuses on optimizing process parameters, the impact of technological parameters on weld quality. Chapter 2: Presentation of theoretical basis of heat formation due to friction and plastic deformation of material during welding process. Chapter 3: Analysis and construction of heat transfer model of the welding process. Chapter 4: Using the existing model in numerical simulation to export the parameter area of the welding process.

Chapter 5: Conducting experiments from the results of simulation, testing and analyzing to determine the optimal parameter area of welding technology. Conclusion: Presenting the achieved results and research orientation of FSW method in the future. iii LӠ,&È0Ѫ1 7Uѭӟc hӃt, tôi xin chân thành cҧPѫQ quý thҫy cô Bӝ môn ThiӃt bӏ và Công nghӋ Vұt liӋX&ѫNKt.KRD&ѫNKt7UѭӡQJĈҥi hӑc Bách khoa Thành phӕ Hӗ &Kt0LQKÿmJL~S W{LWKѭFhiӋn luұn án này. Ĉӗng thӡi xin chân thành cҧPѫQ76/ѭX3KѭѫQJ0LQK, PGS.

Hoàng Trӑng Bá ÿmWұQWuQKKѭӟng dүn tôi vӅ FKX\rQP{QÿӇ tôi có thӇ thӵc hiӋn và hoàn thành luұn án. Tôi xin tӓ lòng biӃWѫQVkXVҳFÿӃn các thҫy phҧn biӋn, các thҫy trong hӝLÿӗng luұn án ÿmGjQKWKӡLJLDQÿӑc và góp nhӳng ý kiӃQTXêEiXÿӇ tôi hoàn thiӋn bҧn luұn án cӫa PuQKFNJQJQKѭJL~SW{LÿӏQKKѭӟng nghiên cӭu. Ban Giám HiӋu và quý Thҫy trong Khoa CѫNKt7UѭӡQJĈҥi hӑF6ѭSKҥm Kӻ thuұt 9ƭQK/RQJÿmWҥRÿLӅu kiӋQJL~Sÿӥ tôi hoàn thành thӵc nghiӋPFNJQJQKѭÿyQJJyS nhiӅu ý kiӃn rҩt thiӃt thӵc. Các Thҫ\F{SKzQJ7KѭYLӋn - 7UѭӡQJĈҥi Hӑc Bách khoa TP.

*LiPÿӕc Công ty cung cҩp thiӃt bӏ KjQ+kQ$QK&ROWGÿmFXQJFҩp tài liӋXYjÿyQJ góp nhiӅu ý kiӃn quan trӑng, có giá trӏ. Tôi xin gӱi lӡi chân thành cҧPѫQÿӃn toàn thӇ JLDÿuQKEҥQEqÿӗng nghiӋp, nhӳng QJѭӡLÿmJL~Sÿӥÿӝng viên tôi thӵc hiӋn công trình này.iv DANH MӨC CÁC HÌNH ҦNH. viii DANH MӨC BҦNG BIӆU. xiii DANH MӨC CÁC TӮ VIӂT TҲT.

Lý do chӑQÿӅ tài:. xvii &+ѬѪ1* TӘNG QUAN .1 Giӟi thiӋu quá hình hàn ma sát khuҩy:.1 Nguyên lý hàn ma sát khuҩy: .2 Các thông sӕ FѫEҧn cӫa quá trình. 4 ҦQKKѭӣng cӫa các thông sӕ công nghӋ ÿӃn chҩWOѭӧng mӕi hàn: .7 Quá trình sinh nhiӋt trong FSW: .8 Mô hình truyӅn nhiӋt và dòng vұt liӋu .11 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn. Quá trình sinh nhiӋt khi hàn:.

/ѭӧng nhiӋt sinh ra trong quá trình hàn:. Lӵc tác dөng trong quá trình hàn:. NhiӋt sinh ra khi hàn:. Sӵ truyӅn nhiӋt vào vұt hàn:.

Dòng chҧy vұt liӋu:. Sӵ WKD\ÿәi tә chӭc cӫa hӧp kim nhôm sau khi hàn:. Sӵ luyӋn kim cӫa hӧp kim nhôm: .33 &+ѬѪ1* MÔ HÌNH NHIӊT. Mô hình truyӅn nhiӋt.

Mô hình dòng vұt liӋu. Quá trình sinh nhiӋt. 0{KuQKSKkQWtFKѭӟFOѭӧng nhiӋt sinh ra. ;iFÿӏQKOѭӧng nhiӋt sinh ra trong quá trình hàn ma sát khuҩy.

Nguӗn nhiӋWÿӭng yên (không xét ҧQKKѭӣng cӫa vұn tӕc hàn). Nguӗn nhiӋt chuyӇQÿӝng .48 &+ѬѪ1* MÔ HÌNH MÔ PHӒNG. 3KѭѫQJWUuQKSKҫn tӱ hӳu hҥn. Mô hình truyӅn nhiӋt.

Mô hình dòng vұt liӋu. 0{KuQKWѭѫQJWiFFѫ± nhiӋt. Mô phӓng quá trình hàn. Mô phӓng quá trình hàn ma sát khuҩy trên phҫn mӅm Hyper Works.

Thӵc nghiӋm kiӇm chӭng mô hình nhiӋWYjP{KuQKFѫQKLӋt. Quy hoҥch thӵc nghiӋm. Máy và các thông sӕ hàn ma sát khuҩy. KӃt quҧ mô phӓng.

KӃt quҧ ÿRQKLӋWÿӝ bӅ mһt bҵQJPi\ÿRKӗng ngoҥi. Máy và các thông sӕ hàn:. 3KѭѫQJSKiSKjQYjFKӃ ÿӝ hàn:. Giӟi hҥn các thông sӕ nghiên cӭu thӵc nghiӋm:.

Phôi và dөng cө hàn:. Quy hoҥch thӵc nghiӋm. Hàm mөc tiêu cӫa hӋ thӕng:. 3KѭѫQJSKiSSKkQWtFKNӃt quҧ.

Thӵc nghiӋP[iFÿӏnh miӅn thông sӕ thӵc. ҦQKKѭӣng cӫa thông sӕ KjQÿӃQFѫWtQKPӕi hàn. Tә chӭc kim loҥi mӕi hàn:. Sӵ hình thành khuyӃt tұt:.

Nhұn dҥng và khҳc phөc các khuyӃt tұWWKѭӡng gһp. MiӅn thông sӕ thӵc nghiӋm.144 NhӳQJÿyQJJySPӟi cӫa luұn án .144 +ѭӟng phát triӇn .145 DANH MӨC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HӐC.146 TÀI LIӊU THAM KHҦO .148 vii DANH MӨC CÁC HÌNH ҦNH Hình 1.1 Dөng cө ÿL[Xӕng và bҳWÿҫu hàn .1 +uQK&iFJLDLÿRҥn cӫa quá trình hàn.3 Dөng cө ÿLGӑFKѭӟng hàn tҥo thành mӕi hàn.4 Các loҥi mӕi hàn ma sát khuҩy.5 Các thành phҫQFѫEҧn cӫa dөng cө hàn ma sát khuҩy.6 Các vùng tә chӭc tӃ vi trong mӕi hàn ma sát khuҩy .7 Các khuyӃt tұWWK{QJWKѭӡng .8 KhuyӃt tұt vӃWÿѭӡng hàn .9 Các loҥi khuyӃt tұt bӅ mһt thông dөng .1 ҦQKKѭӣng cӫDÿLӅu kiӋQWUѭӧt - GtQKÿӃn quá trình sinh nhiӋt .21 +uQK6ѫÿӗ FiFJLDLÿRҥn cӫa quá trình hàn. 23 +uQKĈѭӡQJNtQKYDLÿѭӧc chia ra nhiӅXSKkQÿRҥn.5 Khoҧng cách giӳDFiFEѭӟc hàn .6 Tә chӭc kim loҥi mӕi hàn .7 Sӵ hình thành các vòng dҥng xoҳn ӕc .1 MiӅn tính toán YjFiFELrQWѭѫQJWiF. 34 +uQKĈLӅu kiӋn biên vұn tӕc trong hàn ma sát khuҩy .38 Hình 3D 6ѫÿӗ thӇ hiӋn mӕi liên hӋ giӳa nhiӋt sinh ra và các thông sӕE 6ѫÿӗ giҧi thuұt cho quá trình tính toán sinh nhiӋt .4 Các thông sӕ hình hӑc dөng cө ÿLӇn hình.5 Phân bӕ WK{QJOѭӧng nhiӋt trên dөng cө.1 Lӵa chӑQÿѫQYӏ cho quá trình tính toán.2 Dөng cө và phôi hàn.62 +uQK&KLDOѭӟi cho mô hình.4 Gán vұt liӋu cho dөng cө và phôi hàn.

63 +uQK&jLÿһWÿLӅu kiӋn biên cho quá trình.6 Giҧi mô hình trên HyperXtrude Solver. 65 +uQK0i\ÿRQKLӋWÿӝ EXTECH VIR50.9 KhuyӃt tұt bavia do lӵc ép quá lӟn, tӕFÿӝ quay cao gây quá nhiӋt.10 VӃt nӭt bӅ mһt do quá nhiӋt và thiӃXÿӝ sâu xâm nhұp cӫa vai.11 Sҫn sùi bӅ mһt do thiӃXÿӝ thâm nhұp cӫa vai và vӃWÿѭӡng hàn do thiӃu nhiӋt và thiӃu lӵc ép.tFKWKѭӟc mүu hàn dùng trong thí nghiӋm.13 Bҧn vӁ ÿLӇn hình và các dөng cө KjQÿmGQJ .14 Bӕ WUtPi\ÿRQKLӋt dӑFWKHRÿѭӡng hàn.70 +uQK6ѫÿӗ bӕ trí cһp nhiӋWÿiӋQÿRQKLӋWÿӝ bên trong phôi.16 Bӕ trí cһp nhiӋWÿLӋn tҥi 3 vӏ WUt ÿҫu, giӳa, cuӕi) dӑFWKHRÿѭӡng hàn.17 Bӕ trí cһp nhiӋWÿLӋn tҥi 3 vӏ trí vuông góc vӟLÿѭӡng hàn. 71 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 700 v/ph, 50 mm/ph.71 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 700 v/ph, 100 mm/ph.72 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 700 v/ph, 150 mm/ph.72 ix +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 900 v/ph, 50 mm/ph.73 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 900 v/ph, 100 mm/ph.73 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 900 v/ph, 150 mm/ph.74 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 1100 v/ph, 50 mm/ph.74 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 1100 v/ph, 100 mm/ph.75 +uQK7Uѭӡng nhiӋWÿӝ vӟi mӕi hàn 1100 v/ph, 150 mm/ph.27 Mӕi liên hӋ giӳa n, v và nhiӋt hàn.28 KӃt quҧ mô phӓng và thӵc nghiӋPÿREӅ mһt.29 KӃt quҧ ÿRQKLӋWÿӝ tҥLÿLӇm song song vӟLÿѭӡng hàn theo thӡi gian .30 KӃt quҧ ÿRQKLӋWÿӝ theo khoҧng cách so vӟi tâm hàn .31 MiӅn thông sӕ mô phӓng nhôm tҩm 6061 dày 4 mm.80 +uQK&iFEѭӟc quá trình thӵc nghiӋm.2 Gá kҽp phôi khi hàn.3 Mӝt sӕ mӕLKjQ PPPPPP ÿmKjQ .4 Bài toán hӝSÿHQFKRTXiWUuQKKjQ)6: .5 KiӇPWUDSKѭѫQJWUuQKKӗi qui trong Minitab.6 Mӭc ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ hàn.7 TӕLѭXFiFWK{QJVӕ hàn.8 Mӭc ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ hàn 4 mm.9 TӕLѭXFiFWK{QJVӕ hàn 4 mm.10 Mӭc ҧQKKѭӣng cӫa các thông sӕ hàn 5 mm.11 TӕLѭXFiFWK{QJVӕ hàn 5 mm.tFKWKѭӟc mүu thӱ kéo.14 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo mӕi hàn nhôm 3 mm.15 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo mӕi hàn nhôm 4 mm.16 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo mӕi hàn nhôm 5 mm.17 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ bӅn kéo, nhiӋWÿӝ mӕi hàn nhôm 4 mm.18 Mӕi liên hӋ giӳa lӵc kéo và biӃn dҥng cӫa kim loҥLFѫEҧn và mӕi hàn.19 Mӕi liên hӋ giӳa hӋ sӕ :3ÿӃQÿӝ cӭng mӕi hàn.20 Mһt cҳt mӕi hàn ӣ FiFÿLӅu kiӋn hàn khác nhau.21 Các vӏ WUtVRLNLPWѭѫQJ .22 Tә chӭc tӃ vi ӣ các vӏ trí cӫa mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn hӧp lý, 3 mm .23 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt cao, 3 mm .24 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt thҩp, 3 mm .25 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn hӧp lý, 4 mm .26 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt cao, 4 mm .27 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt thҩp, 4 mm .28 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn hӧp lý, 5 mm .29 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt cao, 5 mm .30 Tә chӭc tӃ vi mӕi hàn, chӃ ÿӝ hàn nhiӋt thҩp, 5 mm .31 Tә chӭc tӃ vi tҥi các vӏ trí tâm hàn, mӕi hàn 3 mm .32 Tә chӭc tӃ vi tҥi các vӏ trí tâm hàn, mӕi hàn 4 mm .