Nghiên Cứu Thiết Kế Quy Trình Hàn Ma Sát Gồm Cả Bản Vẻ - Tài Liệu Text

Tải bản đầy đủ (.docx) (88 trang)

1. Trang chủ
>>
2. Kỹ thuật
>>
3. Cơ khí - Vật liệu

Nghiên cứu thiết kế quy trình hàn ma sát gồm cả bản vẻ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.69 MB, 88 trang )

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÁI NGUYÊNCỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐẠI HỌCHọ và tên: Khóa:… Khoa: …… …Ngành:… ….1. Đề tài đồ án: Số liệu ban đầu: 2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 3. Các bản vẽ và đồ thị (ghi rõ loại bản vẽ và kích thuớc bản vẽ): 4. Cán bộ hướng dẫn:PhầnHọ tên cán bộ 5. Ngày giao đề tài đồ án: ………………………………… 6. Ngày hoàn thành đề tài đồ án: ………………………… ………… …… Ngày tháng năm 2012CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ h͕ọ tên)Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 1Khoa: Cơ Khí1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTLỜI MỞ ĐẦUTrong các ngành kĩ thuật cơkhí hiện nay, ngành hàn giữ mộtvai trò rất quan trọng, nhất là trongcông cuộc công nghiệp hoá- hiệnđại hoá ở nước ta hiện nay. Ngànhhàn đã và đang đươc ứng dụng rộngrãi trong tất cả các ngành kĩ thuậtnhư: làm kết cấu nhà xưởng, xâydựng công trình, lắp ghép các chitiết, đắp tạo các trục, thiết kế chếtạo các sản phẩm cơ khí, phục hồicác chi tiết máy sau một thời gianlàm việc, với nhiều tính năng ưuviệt, năng xuất chất lượng cao trong thời đại ngày nay, với trìnhđộ khoa học ngày càng phát tiểnmạnh mẽ, thì ngành hàn đã giópphần không nhỏ trong việc đưanghành cơ khí lên vị thế quan trọngtrong cụng cuộc phát triển kinh tế,nổi bật trong nghành hàn là phươngpháp hàn ma sát, tuy phương phápnày khá phổ biến trên thế giớinhưng ở Việt Nam thì chưa có sửdụng rộng rãi.Chúng em nhận đề tài nàykhá mới lạ nhưng dưới sự giúp đỡhướng dẫn tận tình của ThầyNguyễn Đức Thắng và thầy Lê VănThoài đối với nhóm đồ án chúngem đã hoàn thành đúng tiến độ đồán tốt nghiệp với đề tài: “Nghiêncứu thiết kế quy trình hàn masát”.Mặc dù đã cố gắng rất nhiềunhưng do điều kiện thời gian khôngcho phép, kiến thức, sự hiểu biếtcòn hạn chế nên chắc chắn đồ áncủa chúng em vẫn còn nhiều thiếusót là không thể tránh khỏi. Vì vậy,chúng em rất mong được sự giúpđỡ, những ý kiến đánh giá của cácthầy để đề tài của chúng em đượchoàn thiện hơn.Một lần nữa, chúng em xinđược gửi lời cảm ơn chân thành tớithầy Nguyễn Đức Thắng và thầy LêVăn Thoài đã tận tình hướng dẫn,cũng như các thầy giáo trong Bộmôn Công nghệ Hàn đã tạo điềukiện giúp đỡ nhóm chúng em hoànthành đề tài đồ án tốt nghiệp này!Chúng em xin chân thànhcảm ơn!Hưng yên ngày…… tháng……năm Sinh viên thực hiện Trần Văn ThỏaTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 2Khoa: Cơ Khí2ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTChương I. CƠ SỞ LÝ THUYẾTHÀN MA SÁTI. Giới thiệu chung1.1 Khái niệmHàn ma sát là quá trình hànáp lực, trong đó nguồn nhiệt đểnung dẻo hai bề mặt cần hàn là lựcma sát do chuyển động tương đốigiữa chúng. Sau đó được ép dướiáp lực cao để tạo liên kết hàn.Khi cho 2 vật liệu quay ở tốcđộ cao tiếp xúc với nhau và lợidụng nhiệt ma sát sinh ra để nốichúng lại với nhau được gọi là kỹthuật hàn ma sát xoay.1.2 Lịch sử nghiên cứuKỹ thuật này được một ngườithợ tiện của Nga Xô tên là AIChudikov phát hiện vào năm 1954.Sau nhiều lần thực nghiệm, ông đãthành công. Từ năm 1956, kỹ thuật nàyđã được đưa vào nghiên cứu tại Sởnghiên cứu kỹ thuật hàn Soviet(VNIESO) và được coi là kỹ thuậtbí mật của Nga. Năm 1960, thông tin về kỹthuật này lọt vào tay của Kỹ thuậtĐiều tra Đoàn của Nhật bản trongkhi đoàn điều tra này đang ở Nga,(trong những năm ở thập kỷ 70,chính phủ Nhật hỗ trợ thành lập cácđoàn điều tra kỹ thuật, cử các kỹ sưgiỏi đi tham quan các xí nghiệpngoại quốc để học tập, thực ra làmột dạng điệp viên kinh tế), lập tứccác thông tin kỹ thuật được chuyểnvề Tokyo và Hiệp hội nghiên cứukỹ thuật hàn của Anh Quốc(BWRA).Năm 1961 người Nhật côngbố kỹ thuật hàn ma sát xoay và bắtđầu ứng dụng rộng rãi trong kỹthuật chế tạo phụ tùng xe hơi.Năm 1962, hãng chế tạo máydệt Toyota bắt đầu đưa vào chế tạomáy hàn ma sát xoay hàng loạtdạng Brake.Năm 1964, thiết lập Hộinghiên cứu hàn ma sát, bắt đầunghiên cứu hàn ma sát trên nhiềuloại vật liệu khác nhau, tạo cơ sở lýthuyết cho ra đời các quy chuẩn vềhàn ma sát JIS 3607Năm 1998 hãng Izumi đượcủy thác chế tạo toàn bộ từ kỹ thuậtbàn giao của Toyota đã chế tạothành công máy hàn ma sát NC .Máy hàn ma sát có khả năng hàn 2Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 3Khoa: Cơ Khí3ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTloại vật liệu khác nhau với đườngkính nhỏ nhất là 1.6mm.Hiện tại, các hãng chế tạomáy hàn ma sát xoay nổi tiếng làIZUMI Industry, SAKAE Industry,TOYO , NITTO, SEIMITSU,TANAKA Seiki Sangyou.1.3 Đặc điểm cấu trúc:Bản chất trạng thái rắn củaquá trình FSW, kết hợp công cụkhác thường và có bản chất bất đốixứng, dẫn đến vi cấu trúc đặc trưngrất cao. Trong khi một số vùng làchung đối với tất cả các dạng hàn,một số khác rất đặc trưng theo côngnghệ này. Một khi thuật ngữ đượcthay đổi những biểu diễn sau đã cósự nhất trí:Vùng khuấy (cũng gọi làvùng tái kết tinh động) là vùng vậtliệu bị biến dạng rất mạnh tươngứng với ùng vị trí của chốt trongquá trình hàn. Biên hạt bên trongvùng khuấy là đẳng trục và thườngcó cấp độ độ lớn nhỏ hơn biên hạttrong vật liệu chủ. Tính chất độcđáo của vùng khuấy thường xuấthiện của nhiều vòng ròn đồng tâmmà có liên quan đến cấu trúc vòngcủ hành. Nguồn gốc chính xác củacác vòng này vẫn chưa có khẳngđịnh chắc chắn, mặc dù có sự biếnđộng về mật độ số hạt, kích thướcbiên hạt và textua đã được đặt giảthuyết.Cánh chảy là vùng bề mặtphía trên vùng hàn và có chứa vậtliệu bị kéo bởi vai trụ từ cạnh phíasau của phần hàn, quanh rìa trụcquay, và lắng đọng lên cạnh phíatrước.Vùng chịu ảnh hưởng cơ-nhiệt (TMAZ) xuất hiện bên cáccạnh của vùng khuấy. Trong vùngnày, biến dạng và nhiệt độ lf thấphơn và ảnh hưởng của quá trình hànđến cấu trúc tuơng ứng nhỏ hơn.Không như vùng khuấy cấu trúc rấtgiống vật liệu chủ, mặc dù cũng bịbiến dạng và xoay đáng kể. Mặc dùkhái niệm kỹ thuật TMAZ liênquan đến cả vùng biến dạng thườngđược sử dụng để mô tả vùng bất kìnhưng không giải thích được chovùng khuấy và cánh chảy.Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt(HAZ) là chung cho tất cả các quátrình hàn. Như đã chỉ thị bởi tên,vùng này chịu ảnh hưởng của chukỳ nhiệt nhưng không bị biến dạngtrong quá trình hàn. Nhiệt độ thấphơn so với vùng TMZA nhưng cóảnh hưởng đáng kể khi cấu trúckhông ổn định nhiệt. Thực tế, cáchợp kim nhôm hóa bền bằng hóaTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 4Khoa: Cơ Khí4FmsChi tiết hànKim loại vùng hànĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTgià vùng này biểu hiện tính chất cơhọc xấu nhất.II. Quá trình hình thành liên kết2.1. Quá trình hình thành mốihànĐược diễn ra theo ba giai đoạnchính là:- Nung nóng bề mặt cần hànbằng tác dụng của lực ma sát đếntrạng thái nóng dẻo.- Ép hai bề mặt với nhaubằng lực ép xác định.- Khuếch tán tương hỗ giữahai phần, tạo ra liên kết hàn.Sơ đồ tổng quát của hàn masát như sau:Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hàn masátVới sơ đồ tổng quát trên tathấy rằng việc áp dụng hàn ma sátlà rất kém linh hoạt do:- Các chi tiết liên kết phải cókích thước phù hợp;- Chỉ thực hiện được hàngiáp mối;- Khó hoàn thành đường hàndài;- Quá trình hàn không liêntục.Do đó mô hình này chỉ ápdụng hàn nối một số chi tiết đặcbiệt (ví dụ cán và nắp xu páp).Để tăng cường khả năng ápdụng hàn ma sát hiện nay chủ yếuáp dụng loại sơ đồ hàn với đầuxoay riêng biệt (gọi là hàn ma sátxoay).Sơ đồ hàn ma sát xoay nhưsau:Hình 1.2. Sơ đồ hàn ma sát xoayVới sơ đồ này các bước tiến hànhhàn như sau:- Trục mang đầu xoay quayvới tốc độ quay xác định;Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 5Khoa: Cơ Khí5- Giai đoạn 3: Khuếch tán tương hỗ tạo liên kết vững chắc- Giai đoạn 2: Biến dạng dẻo đan xen giữa hai bề mặt- Giai đoạn 1: Tiếp xúc cứng hai bề mặt trên các nhấp nhô tế viPPĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁT- Tạo lực ép cho hai chi tiếttrong liên kết hàn;- Đầu xoay tiến đến vị trí bắtđầu hàn;- Dừng đầu xoay một thờigian xác định đợi kim loại vùnghàn nóng dẻo, đầu xoay tiến dọcmối hàn với tốc độ xác định.Với mô hình này có các ưu điểmsau:- Có thể áp dụng hàn tấmlớn;- Biến dạng, ứng suất hànnhỏ do không nung tới nhiệt độ quácao;- Không gây ảnh hưởng đếnngười hàn;- Tránh được các khuyết tậthàn như rỗ, nứt, đạt cơ tính cao;- Hầu như không cần chuẩnbị mép hàn;- Không tiêu hao điện cựchàn như hàn nóng chảy;- Tiết kiệm điện năng;- Có thể hàn giáp mối, hànchồng;- Có thể tự động hoá toàn bộquá trình hàn.2.2 Quá trình hình thành liên kếtma sátBa giai đoạn hình thành liên kếthàn ma sát:Với sơ đồ này các bước tiến hành hàn như sau:- Trục mang đầu xoay quayvới tốc độ quay xác định;- Tạo lực ép cho hai chi tiếttrong liên kết hàn;- Đầu xoay tiến đến vị trí bắtđầu hàn;- Dừng đầu xoay một thờigian xác định đợi kim loại vùnghàn nóng dẻo, đầu xoay tiến dọcmối hàn với tốc độ xác định.Với mô hình này có các ưu điểmsau:- Có thể áp dụng hàn tấmlớn;Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 6Khoa: Cơ Khí6ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁT- Biến dạng, ứng suất hànnhỏ do không nung tới nhiệt độ quácao;- Không gây ảnh hưởng đếnngười hàn;- Tránh được các khuyết tậthàn như rỗ, nứt, đạt cơ tính cao;- Hầu như không cần chuẩnbị mép hàn;- Không tiêu hao điện cựchàn như hàn nóng chảy;- Tiết kiệm điện năng;- Có thể hàn giáp mối, hànchồng;- Có thể tự động hoá toàn bộquá trình hàn.Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 7Khoa: Cơ Khí7ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTChương II. MÔ HÌNH TÍNHTOÁN HÀN MA SÁTI. Thông số yêu cầu- Đường kính hai chi tiết cầnhàn:D = 20mm- Lực ép P- Tốc độ quayII. Phương pháp tính toán2.1. Phương pháp lý thuyếtYêu cầu: Lực ép P phải tạo raứng suất trên bề mặt tiếp xúc củahai chi tiết tham gia liên kết hàn lớnhơn giới hạn chảy của vật liệu. Đểđảm bảo có biến dạng dẻo:[ ]2chcm/NFPσ>(2.1)Ta đã biết:[ ]2m0chcm/NT.kσ=σσ(2.2)Trong đó:kσ : Hệ số tập trungứng suấtσ0 : Giới hạn chảy củavật liệu ở nhiệt độ thườngT : Nhiệt độ tại vị tríliên kết hànm : Chỉ số mũ ảnhhưởng (< 1).Như vậy cần phải xác địnhnhiệt độ nung.Với vật liệu là thép, nhiệt độnung phải đảm bảo :- Giảm mạnh E, G sao choσch ≤ 12 KG/mm2- Tạo tổ chức một phaAustenit có tính dẻo cao nhất.Do vậy với thép trước cùngtích: Tnung =Ac3 + (20 ÷ 30)0C(2.3)Với thép sau cùng tích:Tnung =Acm + (20 ÷ 30)0C (2.4)Ta thấy thép sau cùng tích(cỡ > 1,2%C) có nhiệt độ nung rấtcao do đó hạn chế năng suất vàkhông đảm bảo tính kinh tế, lẫn cơtính của mối hàn. Trong thực tế hànma sát chỉ thích hợp hàn thép cácbon trung bình và thép hợp kim hoáthấp.Với vật liệu hợp kim màu:nhiệt độ nung chọn lớn hơn hoặcbằng nhiệt độ kết tinh lại tức là:Tnung =(0,4 ÷ 0,45)Tnóng chảy(2.5)Để đảm bảo nhiệt độ nung tadựa vào bài toán cân bằng nhiệt:Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 8Khoa: Cơ Khí8ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁT- Nhiệt sinh ra do lực ma sátlà:Q1 =kθ.Fms.ω [J](2.6)Trong đó:kθ: Hệ số hình dạng,nhấp nhô bề mặtFms: Lực ma sát trênhai bề mặt (N)ω: Tốc độ quay củađầu xoay (vòng / phút).Theo định luật Coulumb vềma sát khô ta có:Fms = f.P[N] (2.7)Trong đó:f: Hệ số ma sátP: Lực ép tạo ra [N].Từ đó ta có:Q1 =kθ.P.f.ω [J](2.8)- Phân bố nhiệt lượng Q1 là:Q1 = Q2 +Q3 + Q4(2.9)Trong đó:Q2 : Lượng nhiệt truyềncho vùng mối hàn;Q3 : Lượng nhiệt truyềncho đầu xoay;Q4 : Lượng nhiệt truyềncho môi trường.Như vậy, với sơ đồ đơn giản,tổng quát, lượng nhiệt hữu ích baogồm cả Q2, Q3. Với sơ đồ máy hànma sát xoay, lượng nhiệt hữu íchchỉ là Q2. Do đó cần phải giảm Q3,Q4.Theo thực nghiệm ta thườnglấy:Q2 + Q3 =(0,8 ÷ 0,85)Q → đối với hàn thôngthườngQ2 = (0,6÷ 0,7)Q → đối với hàn ma sát xoay.Ta có:Q2 =0,65.kθ.P.f.ω [J](2.10)Xác định nhiệt độ vùngnung:Q2 = c.m.(t2 – t1)(2.11)Hay:0,65.kθ.P.f.ω = c.m.(t2 – t1)(2.12)Trong đó:c : Nhiệt dung riêngkim loại vùng hàn [J/Kg. độ]Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 9Khoa: Cơ Khí9ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTm : Khối lượng vùngliên kết (theo hàn ma sát lấy có V=1cm3) [g]t2 : Nhiệt độ nungt1 : Nhiệt độ ban đầu(lấy bằng 250C)Từ đó ta có:m.c.f.P.k.65,0tt12ω=−θ(2.13)[ ]s/radf.P.k.65,0m.c).tt(12θ−=ω(2.14)Như vậy với vật liệu chotrước ta có thể cố định ω hoặc P vàtính thông số còn lại.Nhận xét : Phương pháp lýthuyết có một số hạn chế sau- Các thông số ảnh hưởngquá nhiều, do đó kết quả nếu muốnchính xác phải dùng phương phápthống kê.- Các hằng số vật lý khó xácđịnh.- Khó xác định chế độ hànhợp lý.2.2. Phương pháp thực nghiệmMô hình tổng quát tính nhiệtkhi hàn ma sát:θ =Cθ.Pm.Rzu.np[J](2.15)Trong đó :Cθ : Hệ số phụ thuộcvật liệu hànP : Lực épRz : Chiều cao nhấpnhô trung bình của hai bề mặtn : Tốc độ vòng quaycủa đầu xoaym, u, p : Chỉ số mũảnh hưởng (0 < m, u, p < 1)Từ đó tính tương tự ta tìmđược n hoặc P phù hợp.Sau đây ta có bảng chế độhàn ma sát cho một số vật liệu nhưsau:Bảng 2.1. Chế độ hàn ma sát chomột số vật liệu thông dụngVật liệu hànKiểu mốihànVật liệu đầuxoayP[N/cm2Thép C thấp Giáp mối Thép X12M 120Thép C trung Giáp mối Thép X12M 140Thép hợp kim Giáp mối Thép X12M 160Thép dụng cụ Giáp mối Thép X12M180 ÷200Hợp kim Al Giáp mối Thép X12M80 ÷ 100Giáp mối Thép X12M60 ÷ 80Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 10Khoa: Cơ Khí10ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTChương III. LẬP QUY TRÌNHHÀN MA SÁTI. Nguyên lí và đặc điểm của hàn ma sát1.1. Nguyên líTrong các quá trình hàn trên,nguồn năng lượng để hàn (cơ, điện,hóa, từ, siêu âm…) được cung cấptừ ngoài, nhưng trong hàn ma sát,nguồn nhiệt được phát ra từ ma sáttại giao diện của hai phần tử cầnhàn. Hàn ma sát là quá trình hàn áplực, sử dụng động năng biến thànhnhiệt năng. Ma sát được tạo ra giữacác bề mặt hàn do chuyển độngquay tròn hoặc tịnh tiến sinh ranhiệt lớn nung chỗ hàn tới trạngthái chảy dẻo, sau đó chi tiết dừnglại nhanh sao cho vùng hàn khôngbị phá hủy, đồng thời tác động lựcép tạo thành mối hàn. Oxide và cácchất bẩn khác tại giao diện đượcđẩy ra do sự chuyển động của kimloại nóng chảy tạo thành xìa xờm(bavia).Trong hàn ma sát, một phần tửđứng yên, trong khi phần tử kia,quay với tốc độ cao. Áp suất tạigiao diện và ma sát tạo nên nhiệt đủlàm kim loại chảy dẻo ra tạo thànhmối hàn. Vùng hàn thường đượcgiới hạn trong khu vực hẹp có kíchthước phụ thuộc vào các biến sốhàn là nhiệt lượng tạo ra, độ dẫnnhiệt của vật liệu và cơ tính kimloại tại nhiệt độ cao.1.2. Đặc điểmHàn ma sát phù hợp hàn vớinhiều loại vật liệu có tính hàn xấu(đồng và hợp kim đồng, nhôm vàhợp kim nhôm, thép hợp kimcao ). Tiết diện hàn được có thể làđặc hay rỗng, hình tròn, tam giác,đa giác đều, đối xứng tâm. Nhiệt độhàn dưới nhiệt độ nóng chảy củavật liệu. Ở máy hàn ma sát có bánhđà lớn (20000 kN) có thể hàn cácchi tiết đường kính từ 3 – 350 mm.Tốc độ của phần tử quay khá lớn(đến 900 m/min.), cùng với sự kếthợp giữa nhiệt và áp suất, tại giaoTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 11Khoa: Cơ Khí11ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTdiện có hiện tượng chồn đầu. Khihàn đòi hỏi phải bổ sung kích thướcchiều dài để bù lại sự ngắn đi donguyên liệu bị trào ra ngoài tạothàn bavia.Trong thực tế một số biến thểcủa hàn ma sát được sử dụng là:Hàn ma sát quay/ trực tiếp; Hàn masát quán tính; Hàn ma sát hướngkính; Hàn ma sát khuấy/ngoáy; Hànma sát khuấy điểm; Hàn ma sát tịnhtiến/thẳng; Hàn ma sát quỹ đạo;Hàn ma sát chốt.Người ta thường chia cácphương pháp hàn ra thành ba nhómchính: hàn nóng chảy; hàn áp lực(biến dạng dẻo); hàn vảy.Khi hàn nóng chảy các mépcủa những chi tiết cần hàn bị chảyra và khe hở giữa chúng được điềnđầy bằng kim loại nóng chảy; việchình thành liên kết không tháođược xảy ra do quá trình nguội vàkết tinh đồng thời của kim loại vậthàn và kim loại bổ sung.Theo nguyên lí hàn áp lực xảyra trong phase rắn không có sựnóng chảy kim loại; mối liên kếtkhông tháo được được tạo nên docác vật hàn bị ép lại gần nhau đếnmột khoảng cách rất nhỏ (tính khảước giữa các nguyên tử), khi đótrong điều kiện đã cho, giữa cácđiểm tiếp xúc của các bề mặt xuấthiện mối liên kết bền vững tương tựnhư lực tác động tương tác cácnguyên tử trong toàn khối kim loại.Giá trị của mỗi liên kết này rất nhỏ,mối hàn chỉ có thể được hình thànhkhi có rất nhiều điểm tác độngtương hỗ với nhau.Một trong những điều kiện cầnthiết (cũng là nhược điểm) để hình thành mối hàn là tại bề mặt tiếp xúcgiữa các vật hàn độ dẻo phải cao. Vài kim loại như đồng, nhôm, chì, bạc có tính dẻo tốt nên ngay cả khi nhiệt độ thấp cũng hàn áp lực được (quá trình này được gọi là hàn nguội).Để hàn các kim loại kháctrong phase rắn cần phải nâng caotính dẻo một cách nhân tạo bằngcách làm nóng bề mặt liên kết đếnnhiệt độ khá cao, song không vượtquá nhiệt độ nóng chảy.Các quá trình hàn khác nhưhàn rèn, hàn nén khí, hàn nổ, hànđiện tiếp xúc… cũng thuộc vềnhóm hàn áp lực.Hàn bằng ma sát là biến thểcủa hàn áp lực: liên kết hàn đượctạo thành do biến dạng dẻo, đồngthời kim loại liên kết trong phaserắn. Tuy nhiên hàn bằng ma sátTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 12Khoa: Cơ Khí12ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTkhác với các phương pháp trên ởchỗ đưa nhiệt vào vật hàn. Khi hànma sát cơ năng trực tiếp biến thànhnhiệt năng, hơn nữa nhiệt lượng chỉphát ra cục bộ trong lớp kim loạimỏng sát bề mặt. Dưới đây sẽchứng tỏ rằng đặc điểm này chínhlà ưu điểm cơ bản của hàn ma sát.Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý quátrình hàn bằng ma sátSơ đồ đơn giản nhất của hànma sát được thể hiện trên hình 1.Hai chi tiết cần hàn được kẹp chặtđồng tâm trong đồ gá của máy; mộtchi tiết cố định còn chi tiết kia quayquanh trục của chúng. Khi ép haichi tiết lại với nhau bằng lực chiềutrục P, tại bề mặt tiếp xúc xuất hiệnlực ma sát. Công tiêu hao khi haichi tiết chuyển động quay tươngđối với nhau để thắng trở lực masát biến thành nhiệt. Nhiệt lượnghình thành tỏa ra trên bề mặt ma sátvà gây nên sự nung nóng tập trungđến nhiệt độ cần thiết để tạo nênmối hàn (đối với thép nhiệt độ nàytrong khoảng 950 – 1300oC tùytheo từng chế độ). Sau khi đạt nhiệtđộ cần thiết, cần dừng chuyển độngtương đối giữa các bề mặt càngnhanh càng tốt. Khi chuyển độngdừng thì xảy ra quá trình tỏa nhiệt.Quá trình tạo thành liên kết hànthông qua giai đoạn ”chồn”: lực éptác động vào các chi tiết đã ngừngquay còn đang nóng một khoảngthời gian nhất định. Trong và saukhi chồn các chi tiết vẫn giảm nhiệtđộ một cách tự nhiên.II. Quá trình ma sát hàn Ban đầu, các bộ phận được đưavào thiết bị hàn ma sát. Thợ hàn masát có kinh nghiệm kiểm soát quátrình quay (ma sát) thông qua mộtloạt các thông số: tốc độ quay, trụclực và thời gian.Sau khi ba tham số được thànhlập, họ đang ghi lại và lưu trữ để sửdụng trong suốt toàn bộ dự án. Sửdụng phương pháp này chất lượngđảm bảo tính thống nhất lặp lại chomỗi mối hàn bổ sung được sản xuấttrên máy tính. Các quá trình 3 giaiđoạn được mô tả chi tiết dưới đây.2.1. Giai đoạn 1Một thành phần được đặt trongmột kẹp trong giá cố định. Phần thứhai là vị trí trong trục quay, với mộttốc độ quay được xác định trước.Khi đó, lực trục cũng được thiết lậptrước khi hàn.Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 13Khoa: Cơ Khí13ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTHình 3.2. Giai đoạn 12.2. Giai đoạn 2Những điều kiện này được duytrì trong một thời gian định trướccho đến khi nhiệt độ mong muốn vàtrong giai đoạn này hai vật liệu dẻotrở nên dễ uốn. Hình 3.3. Giai đoạn 22.3. Giai đoạn 3Tốc độ quay được dừng lại,sau đó, gia tăng lực lượng trục đượcáp dụng cho một thời gian địnhtrước - hoàn thành các mối hàn Điều này cung cấp liên kết phân tửvà sàng lọc hạt thông qua các khuvực hàn. Hình 3.4. Giai đoạn hoàn thànhmối hànIII. Phân loại hàn ma sát3.1. Hàn ma sát quay/ trực tiếp (rotational/direct friction welding)Hình 3.5. Hàn ma sát quayĐây là phương pháp hàn đượcsử dụng phổ biến nhất . Nó dựa trêncơ sở tỏa nhiệt khi ma sát giữa haibề mặt đầu có trục quay đồng tâm.Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 14Khoa: Cơ Khí14ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTPhương pháp này được dùng để hàncác chi tiết dạng thanh hoặc ống từvật liệu đồng chất hoặc khác nhau.Nguyên công hàn có thể được phânra làm các bước sau:Các phần tử hàn được kẹptrong mâm cặp trên trục chính quayvà ngàm kẹp. Nếu các chi tiết hànkhông có đường tâm đối xứng thìlàm đồ gá đặc biệt cho chúng.Trục chính quay với số vòngcần thiết, để hai phần tử tiến lại gầnnhau rồi tác động lực chiều trục,bắt đầu quá trình hàn. Lúc này doma sát, nhiệt độ tăng, độ bền vậtliệu giảm đi tạo nên biến dạng. Lựctiếp tục ép làm kim loại dịchchuyển.Điều kiện này được giữ trongmột thời gian xác định cho đến khiđạt được nhiệt độ cần thiết ứng vớibộ đôi vật liệu hàn. Ngừng quaytrục chính (tức thời) và tăng lực tácdụng dọc trục cho đến khi kết thúcquá trình hàn.Hình 3.6. Các bước hàn ma sátquayNếu máy có bàn dao tiện bổ sung thì tiện lại phần rìa xờm mặt ngoài mối hàn.Lấy sản phẩm hàn ra khỏi máy. Hình dạng tiết diện chi tiết cần hànlàm hạn chế việc sử dụng hàn ma sát trực tiếp. Ít nhất một phần tử hàn cần phải quay quanh trục tâm của mình (dạng thanh, ống), còn phần tử kia có mặt phẳng. Các dạngcơ bản của liên kết hàn trực tiếp được chỉ ra trên hình 3.7Hình 3.7. Các liên kết điển hìnhđược hàn bằng ma sát Trong phase làm nóng, nhiệt tỏa racó thể được điều chỉnh theo tốc độ quay trục chính cũng như lực ép giữa các chi tiết tiếp xúc, điều này được xác định bằng tính chất ma sát và nhiệt vật lý của vật liệu cũng như sự thay đổi của chúng khi làm nóng. Đôi khi sự thay đổi giai đoạn của lực được dùng trong lúc làm nóng. Nhiệt lượng và đặc trưng toả nhiệt khi ma sát, độ dẫn điện, phân bố áp suất tại nơi tiếp xúc có tính đến sự thay đổi cơ tính và thời gian Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 15Khoa: Cơ Khí15ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁThàn có ảnh hưởng đến hình dáng mối hàn (h 3.8). Hình 3.8. Ảnh hưởng của tốc độvà áp suất đến hình dáng mối hàn a) Áp suất cao tốc độ thấp; b) Tốc độ cao áp suất thấp; c) Điều kiện hàn tối ưu.3.1.1. Ưu điểm• Hàn các chi tiết dạng thanh, ống tròn xoay hoặc không tròn xoay• chất lượng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ• Năng suất cao• Hàn các kim loại khác nhau với nhau3.1.2. Nhược điểm• Lượng chùm của kim loại mối hàn lớn• Phải gia công cơ khí sau hàn• Thiết bị đắt tiền3.2. Hàn ma sát quán tính (inertia friction welding) Bề mặt tiếp xúc hàn được táchrời trước khi bắt đầu hàn. Khi đạttới động năng lớn cùng với sự tiếpsức của bánh đà, lực ép sẽ đẩy chitiết tiếp xúc (động cơ dẫn độngngắt). Động năng của chuyển độngquay chuyển hoàn toàn thành nhiệtnăng thông qua ma sát ở bề mặttiếp xúc cho tới khi dừng hẳn sẽ tạothành mối hàn (sự tự phanh). Trongquá trình hàn, lực nén dọc trục phầnlớn là không đổi (h. 3.9).Hình 3.9. Hàn ma sát quán tính.3.3 Hàn ma sát hướng kính (radial friction welding)Hàn ma sát hướng kính là biếnthể của hàn trực tiếp và được sửdụng chủ yếu khi hàn ống. Ưu điểmcơ bản của nó là các phần tử hànkhông quay. Liên kết được tạothành do nhiệt tỏa ra khi ma sát củavòng hàn quay quanh chỗ giáp mốicủa các ống hàn. Vòng hàn đượcchế tạo từ vật liệu giống như vậthàn. Đầu mút các chi tiết có dạngvát mép chữ V và bề mặt trong củavòng hàn có dạng tương ứng vớiphần nhô (h. 3.10). Vòng hàn đượcép bằng các lực hướng kính. Thanhgá làm từ vật liệu bền nhiệt đượcTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 16Khoa: Cơ Khí16ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTđặt ở bên trong và nó được rút rasau khi hàn xong. Khi cần thiếtphần lồi của vòng được cắt bỏ bằnggia công cắt gọt (tiện, mài).Phương pháp này được dùngđể hàn đường ống bằng thép carbonhoặc thép không gỉ. So với hàn điệnhồ quang hoặc hàn khí thì hànhướng kính đảm bảo chất lượng caohơn.Hình 3.10. Sơ đồ hàn ma sáthướng kính.3.4. Hàn ma sát thẳng và theo quỹ đạo (linear friction & orbital friction welding)Hình 3.11. Hàn ma sát thẳngQuá trình hàn ma sát thẳng(tịnh tiến) trở thành công nghệ thenchốt của tạo hình liên kết hàn từ cácvật liệu khó hàn và được sử dụngrộng rãi trong sửa chữa. Ưu điểmcủa nó là hầu như không phảichuẩn bị bề mặt trước khi hàn.Trong quá trình chuyển động tịnhtiến khứ hồi với tần số 60 Hz vàbiên độ đến 3 mm, các phần tử hànđược ép với nhau tạo nên tiếp xúcchặt. Nhiệt sinh ra trong mặt phẳnghàn tạo nên biến dạng dẻo vùng sátbề mặt vật liệu hàn. Trong quá trìnhhàn các lớp kim loại nhớt – dẻođược khuấy trộn đến biên bề mặthàn. Khi đó các lớp màng oxide vàtạp chất trong vùng hàn bị đẩy rangoài. Thời gian hàn ngắn chỉ vàigiây đảm bảo cho vùng ảnh hưởngnhiệt nhỏ. Thời gian dừng quá trìnhtịnh tiến khoảng 0,2 sec. Để đảmbảo chất lượng hàn cần phải xemxét trước các biện pháp nhằm tránhcong vênh và sai số tương quan củacác bề mặt hàn. Quá trình tạo hìnhmối hàn khá phức tạp và được xácđịnh bằng các tính chất tribology(ma sát, bôi trơn, mài mòn) của chỗtiếp xúc, các đặc tính thời gian củaquá trình nội ma sát và biến dạngdẻo, cũng như các khía cạnh về líTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 17Khoa: Cơ Khí17ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁThóa và luyện kim. Ứng dụng điểnhình của chúng là hàn các cánhquạt vào thân đĩa (h. 3.12). Phươngpháp này được xem là rất hiệu quảđể nối ghép các chi tiết rất khácnhau.Hình 3.12. Hàn ma sát thẳng mayơ với cánha) Gá đặt chuẩn bị; b) Hàn xong.Quá trình hàn ma sát theo quỹđạo (h. III.112) có hiệu quả đạtđược gần giống như hàn thẳng.Trong thực tế sử dụng hai sơ đồhàn theo quỹ đạo:• Chuyển động quay đồng thời các phần tử hàn có trục quay song songvới tốc độ như nhau (h 3.13b);• Một trong hai phần tử chuyển động theo quỹ đạo (h13.c).Hình 3.13. Hàn ma sát thẳng vàquỹ đạoa) Thẳng; b) & c) Quỹ đạo. 3.4.1. Ưu điểm• hàn các chi tiết dạng thanh, ống không tròn xoay• chất lượng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ• ứng dụng rất nhiều trong hànchất dẻo• hàn các kim loại khác nhau với nhau3.4.2. Nhược điểm• lượng chùm của kim loại mốihàn lớn• phải gia công cơ khí sau hàn• không thích hợp lắmđối với vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao• thiết bị đắt tiền3.5. Hàn ma sát chốt (friction stitch/stud welding).Hàn ma sát chốt có ưu điểm rõràng khi hàn dưới nước hoặc hàncác kết cấu mà các quá trình thôngthường như hàn hồ quang khó thựchiện được. Sơ đồ quá trình nàyđược chỉ ra trên hình 14. Khoan lỗsơ bộ mà chốt quay có đường tâmchịu tải đi vào tâm lỗ. Vật liệu chốtquay đồng chất với vật liệu hàn.Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 18Khoa: Cơ Khí18ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTHàn ma sát được bắt đầu từ thờiđiểm tiếp xúc giữa chốt và đáy lỗ.Do làm nóng, ma sát trong và biếndạng dẻo của bề mặt ma sát nhanhchóng theo lỗ dịch chuyển lên trên,khi mà vật liệu dẻo chưa điền đầyhoàn toàn lỗ. Quá trình hàn có chutrình kéo dài 5 – 10 sec phụ thuộcvào chiều dày vật liệu. Tiếp tục lặplại những tác động trên sẽ tạo thànhmối hàn.Hình 3.14. Sơ đồ hàn ma sát chốt.Hàn ma sát chốt là dạng hàn rất hiệu quả trong sửa chữa nhất là khi hàn vá các vết nứt. Người ta sử dụng phương pháp hàn ma sát này để hàn các kết cấu dưới nước bằng các thiết bị chuyên dùng hoặc robot.3.6. Hàn ma sát ngoáy/ khuấy (friction stir welding)Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý hànma sát khuấyHàn ma sát khuấy (FSW) làmột trong những phương pháp hànmới (bằng sáng chế năm 1991 ởAnh). Nó được thực hiện bằng mặtđầu của dụng cụ quay, khuấy theohướng hàn (h 3.15). Đường kínhdụng cụ được chọn nhỏ hơn chiềusâu hàn. Bề mặt làm việc của dụngcụ có profile đặc biệt (h. 3.15). Kimloại được làm dẻo bẳng tỏa nhiệt dolực ma sát ngoáy tương đối với trụcdụng cụ. Trong quá trình dịchchuyển dụng cụ theo đường hàntrên bề mặt xảy ra sự khuấy trộn vàdịch chuyển kim loại với việc hìnhthành mối hàn. Hàn khuấy đượcdùng thích hợp khi hàn vật liệu cóchiều dày 1,6 – 30 mm. Theo tàiliệu của TWI phương pháp hàn nàycho phép hàn tấm nhôm dày 75 mmsau hai lượt hàn từ các phía khácnhau. Công nghệ hàn khuấy đượcsử dụng rộng rãi để hàn hợp kimTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 19Khoa: Cơ Khí19ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTnhôm. Các vật liệu khác có thể hànđược bằng ma sát khuấy là đồng vàhợp kim của nó, chì, magnesium vàhợp kim, thép, hợp kim trên cơ sởtitan và nickel, chất dẻo nhiệt.Dụng cụ để hàn khuấy đượcchế tạo từ thép dụng cụ (hàn chấtdẻo và kim loại dễ chảy), thép gió(nhôm và hợp kim magnesium),hợp kim cứng và gốm, các vật liệucomposite. Khi chọn vật liệu dụngcụ cần sử dụng lớp phủ đặc biệt đểtránh làm bẩn kim loại biến dạnglên bề mặt dụng cụ.Hình 3.16. Sơ đồ nguyên lí hànma sát khuấy.Hình 3.17. Dụng cụ hàn ma sáta) Hàn hợp kim Al-Li; b) Kết cấutruyền thống; c) Mối hàn sâu; d)Làm phẳng phần lồi.Sự biến dạng và khuấy kimloại trong phase rắn đôi khi tạo nêncấu trúc vi mô có độ bền cao hơnkim loại cơ bản. Có thể hàn khuấyở các tư thế khác nhau (đứng,ngang, trần…), vì lực hấp dẫn trongtrường hợp này không đóng vai trògì. Chuyển động khuấy của dụng cụhoặc chi tiết có thể được thực hiệntheo các hướng khác nhau và đượcđiều khiển bằng chương trình. Quátrình này là cuộc cách mạng tronglĩnh vực hàn vật liệu tấm. Cácthông số cơ bản (biến số chính) củahàn ma sát khuấy:• Tốc độ quay của dụng cụ;• Đặc trưng quay của dụng cụ (quay, quay đảo chiều, hướng và tốc độ quay của phần ngoài và trong dụng cụ);• Tốc độ hàn;• Kết cấu, hình dạng và đặc trưng hình học của phần dụng cụ làm việc;• Góc nghiêng giữa dụng cụ và bề mặt chi tiết. Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 20Khoa: Cơ Khí20ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁT Cấu tạo của mối hàn ma sátkhuấy có thể được chia ra thành cácvùng cơ bản: “nhân” hàn được tạothành từ biến dạng nhiệt dẻo; vùngbiến dạng dẻo nhiệt; vùng ảnhhưởng nhiệt.Với sơ đồ hàn ma sát khuấytruyền thống, nhân hàn có cấu tạobất cân đối do vật liệu dịch chuyểntheo một hướng (h 3.18). Để tránhmối hàn bất cân đối người ta chodụng cụ chuyển động khuấy đảochiều. Trong trường hợp nàychuyển động đảo chiều được thựchiện qua vài vòng của dụng cụ.Hình 18. Mối hàn ma sát khuấya) Quay một hướng; b) Quay đảochiềuHình 19. Phần ngoài và trong dụng cụĐể căn chỉnh cấu tạo mối hàncần sử dụng dụng cụ chuyên dùngcó phần ngoài và trong (h19).Chuyển động quay của các phầnnày theo các tốc độ khác nhau cóthể cùng hoặc ngược chiều. Phầnngoài có vật liệu đồng chất với vậtliệu của chi tiết. Trong trường hợpnày nó đóng vai trò vật liệu bổ sungdịch chuyển trên bề mặt chi tiết khihàn.Các yếu tố cơ bản làm hạn chếviệc sử dụng hàn ma sát khuấy là:Cần kẹp rất chặt các chi tiết hàn;Xuất hiện lỗ tại cuối đường hàn;Cần thiết kế và chế tạo các dụng cụchuyên dùng; Không thể hàn đượcvật liệu có độ dẻo thấp cả khi ởnhiệt độ cao, hoặc vật liệu bị mấtcơ tính vốn có do biến dạng nhiệtdẻo.3.6.1. Ưu điểm• Hàn ma sát khuấy có ưu điểm cơbản: Độ bền mối hàn cao; Khôngcần vật liệu bổ sung; Năng lượngtiêu hao nhỏ; Không có rỗ; Khôngbị cong vênh và biến dạng nhiệt;Giảm chu trình làm việc đi 50 –75% so với hàn thông thường;Không cần chuẩn bị mép phôi trướckhi hàn và gia công sau hàn.Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 21Khoa: Cơ Khí21ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁT• Hàn giáp mối các chi tiết dạng tấm (phẳng hoặc định hình profil )đến 25mm• Chất lượng hàn cao, biến dạng nhiệt nhỏ• Dễ cơ khí hóa, tự động hóa (dung Robot)• Hàn được các hợp kim đặc biệt trong hang không, vú trụ3.6.2. Nhược điểm• Có hố lõm cuối đường hàn• Thiết bị đắt tiền• Cần phải đỡ ở mặt đối diện3.7. Hàn điểm ma sát khuấy (friction stir spot welding)Một trong những biến thể củahàn ma sát khuấy là hàn điểm bằngma sát (hình 3.20, 3.21). Đặc biệtnó được sử dụng để hàn nhôm thaycho hàn hồ quang và hàn điện tiếpxúc, khi có khó khăn về công nghệdo độ dẫn điện và nhiệt của nhômcao.Khác với hàn điểm tiếp xúc,hàn ma sát không cần dùng dungdịch làm nguội hoặc khí nén, nêngiảm đáng kể năng lượng tiêu thụ.Vốn đầu tư cho thiết bị hàn ma sátthấp hơn so với hàn điện tiếp xúckhoảng 40%. Khi hàn ma sát khôngphải làm sạch sơ bộ các bề mặt làmviệc, không bị bắn tóe kim loạinóng chảy.Hình 3.20. Các giai đoạn hànđiểm ma sát và cấu trúc mối hàn.3.7.1. Ưu điểmHàn ma sát có nhiều ưu điểm quan trọng, đó là do bản chất của quá trình tỏa nhiệt cục bộ trong các lớp mỏng sát bề mặt kim loại phù hợp với mục đích hàn.Năng suất cao: Thể tích lớpkim loại bị làm nóng (gia nhiệt)nhỏ đến mức mà toàn bộ chu trìnhnung nóng chỉ kéo dài từ vài giâyđến nửa phút tùy theo tính chất vậtliệu và tiết diện vật hàn, nên năngsuất của hàn bằng ma sát rất cao.Về năng suất chỉ có quá trình hànđiện tiếp xúc mới có thể cạnh tranhđược với hàn bằng ma sát.Năng lượng và công suất cầnthiết cho hàn ma sát nhỏ: Thể tíchnhỏ kim loại được gia nhiệt tronghàn ma sát, định trước đặc tínhnăng lượng rất cao của quá trình.Trên hình 21 ta thấy năng lượng vàcông suất khi hàn bằng ma sát nhỏhơn khi hàn điện tiếp xúc từ 5 đến10 lần. Nguồn động lực chính củaTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 22Khoa: Cơ Khí22ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTmáy hàn ma sát thường là động cơkhông đồng bộ; cho nên công suấtđược phân đều giữa ba phase củalưới điện khi hàn và hệ số công suấtcao (cosφ= 0,8 – 0,85), trong khihàn điện phụ tải trên lưới thườngdồn vào một phase làm hệ số côngsuất giảm mạnh.Hình 3.21. Công suất cần thiếtkhi hàn1- Hàn điện tiếp xúc; 2- Hàn masátChất lượng hàn cao: Một trongnhững ưu điểm quan trọng của hànTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 23Khoa: Cơ Khí23ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTma sát là chất lượng sản phẩm hàncao. Khi chọn đúng chế độ hàn,kim loại tại “vũng” hàn và vùng lâncận có độ bền, độ dẻo không thuakém so với kim loại cơ bản. Điềunày được giải thích như sau:• Tất cả các oxide, màng tạp chất và các phần tử ngoại lai khác luôn bám trên bề mặt kim loại, chúng xâm nhập và cản trở việc hình thành mối hàn, tuy nhiên trong quá trình hàn bằng ma sát chúng bị đẩy từ vũng hàn ra ngoài rìa nhờ sự màimòn cơ học của các bề mặt tiếp xúckhi ma sát và biến dạng kim loại theo hướng kính, kết quả tạo nên bavia đặc trưng “vòng xờm” (h 3.22). Sự tiếp xúc chặt kín giữa các bề mặt ma sát sẽ ngăn cản các màng oxide mới được tạo thành trong quá trình hàn. Kết quả là mối hàn luôn ngấu, thấu, không bị rỗ khí, lẫn xỉ, nứt và các khuyết tật thôđại khác.Hình 3.22. Hàn ma sát đối đầucác thanh có tạo nên vòng xờm• Trong vũng hàn và vùng ảnhhưởng nhiệt, kim loại có cấu trúchạt nhỏ đều và bị nghiền vụn (sovới kim loại cơ bản); cấu trúc (tổchức) này được hình thành là dolàm nóng nhanh cục bộ một thể tíchkim loại nhỏ và tốc độ nguội truyềnra xung quanh kim loại nhanh khichịu áp suất lớn (30 – 50 MPa),ngoài ra trong quá trình ma sát cáchạt bị nghiền cơ học. Cấu trúc nhỏ mịn không bị khuyết tật thô chính là chỉ tiêu cao về cơ tính của liên kết hàn. Không chỉ có vậy hàn bằng ma sát còn có những ưu điểm không kém phần quan trọng khác.Hình 3.23. Cấu trúc tế vi khi hànma sát thép ít carbona) Kim loại mối hàn; b) Kim loạicơ bản.Ổn định chất lượng liên kếthàn: Sau khi điều chỉnh máy mộtlần và tiến hành hàn ma sát mộtnhóm chi tiết, người ta thấy rằngchất lượng liên kết ổn định, các chỉTrường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 24Khoa: Cơ Khí24ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: THIẾT KẾ QUY TRÌNH HÀN MA SÁTtiêu kỹ thuật như độ bền kéo đứt,góc uốn, độ dai va đập dao độngkhông vượt quá 7 – 10%. Điều nàyđược giải thích là các biến số chính(thông số) của quá trình hàn nhưtốc độ chuyển động tương đối,cường độ lực chiều trục, thời giangia nhiệt không bị thay đổi. Ngoàira cũng thấy rằng tính chất của liênkết hàn thực tế không phụ thuộcvào các yếu tố tác động bên ngoàinhư dao động điện áp lưới, chấtlượng vật liệu bổ sung, bậc thợ vàtrạng thái mệt mỏi của thợ hàn…như các quá trình hàn khác.Độ ổn định cao về cơ tính mốihàn là đặc điểm quan trọng của quátrình hàn bằng ma sát, cho phépkiểm tra xác suất các sản phẩmbằng cách phá hủy vài chi tiết trongloạt sản phẩm để phân tích kiểmtra. Đây là biện pháp quan trọng vìtrong điều kiện sản xuất không phảilúc nào cũng thực hiện được bằngcác phương pháp kiểm tra khôngphá hủy (NDT) mối hàn.Khả năng hàn các kim loại vàhợp kim trong các tổ hợp khácnhau: Từ những kinh nghiệm đượctích lũy từ trong sản xuất có sửdụng quá trình hàn bằng ma sát đãchỉ ra rằng một trong những ưuđiểm quan trọng nhất là khả năngthực hiện được các liên kết bềnvững không chỉ giữa các phần tửđồng chất mà còn có thể hàn đượcnhững chi tiết từ các vật liệu có đặctính nhiệt vật lý khác hẳn nhau.Trong sản xuất cơ khí nhờ hàn masát mà đã tạo được liên kết giữa cácbộ đôi vật liệu mà những dạng hànkhác không thể hoặc rất khó thựchiện, ví dụ như hàn nhôm – thép,titan – nhôm, thép – đồng …Khả năng hàn các chi tiết cócác bề mặt không được gia công:Hàn bằng ma sát không bị ảnhhưởng khi các mặt kẹp xung quanhđã được gia công tinh hay để thô.Việc này khác cơ bản so vớiphương pháp khác như hàn điệntiếp xúc, ở đó nguyên công làmsạch bề mặt kẹp đã tốn khá nhiềuthời gian. Với các bề mặt tạo mốihàn, trong đa số trường hợp nhất làkhi hàn vật liệu đồng nhất cũngkhông có yêu cầu cao về làm sạchvà gia công chính xác. Độ khôngvuông góc giữa mặt đầu và đườngtâm trong phạm vi 5 – 7o không ảnhhưởng nhiều đến chất lượng. Khihàn chỉ không cho phép trên bề mặtma sát có vảy oxide, gỉ vì nó dẫnđến việc tạo thành mối hàn chấtlượng không tốt. Trường ĐHSPKT Hưng Yên Trang 25Khoa: Cơ Khí25

Trích đoạn

• Kiểm tra liên kết hàn.
• Mục đích thí nghiệm.
• Cơ sở lý thuyết.
• Chế tạo chi tiết bimetal từ thép và nhôm

Tài liệu liên quan

• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết “nắp chia dầu’ của bơm cao áp bít tông hướng trục
  • 85
  • 1
  • 0
• NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG TRONG CHẾ TẠO TÀU VỎTHÉP
  • 86
  • 1
  • 9
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn khung xe Wave 110cc
  • 74
  • 1
  • 5
• Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn khung xe Wave 110cc pptx
  • 68
  • 2
  • 0
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 1 pot
  • 5
  • 652
  • 3
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 2 doc
  • 7
  • 1
  • 6
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 3 pps
  • 5
  • 740
  • 3
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 4 docx
  • 9
  • 547
  • 2
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 5 doc
  • 5
  • 524
  • 2
• Nghiên cứu thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép, chương 6 docx
  • 5
  • 549
  • 3

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(7.87 MB - 88 trang) - Nghiên cứu thiết kế quy trình hàn ma sát gồm cả bản vẻ Tải bản đầy đủ ngay ×