Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ bền kéo mối hàn ma sát khuấy ống trụ hợp kim nhôm AA6061

Bài báo "Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ bền kéo mối hàn ma sát khuấy ống trụ hợp kim nhôm AA6061", tiến hành thực nghiệm hàn ma sát khuấy (FSW) trên mô hình ống trụ nhôm hợp kim AA6061. Hai đoạn ống nhôm cần hàn giáp mí có cùng kích thước đường kính ngoài φ100mm, dày 5mm, chiều dài 40mm được gia công mặt đầu phẳng và gá trên trục gá được thiết kế đảm bảo độ cứng vững, đồng tâm và được định vị mặt trong kẹp chặt hai đoạn bằng đai ốc, trục gá được lắp trên hệ thống truyền dẫn vô cấp với các mức tốc độ xác định khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến độ bền kéo mối hàn ma sát khuấy ống trụ hợp kim nhôm AA6061 297 353 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO MỐI HÀN MA SÁT KHUẤY ỐNG TRỤ HỢP KIM NHÔM AA6061 Nguyễn Hoàng Lĩnh1 ,*và Nguyễn Văn Vũ2 1 NCS Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP.HCM 2 Khoa Cơ khí, Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng *Email: nhlinh@pdu.edu.vn Tóm tắt. Trong bài báo này, tiến hành thực nghiệm hàn ma sát khuấy (FSW) trên mô hình ống trụ nhôm hợp kim AA6061. Hai đoạn ống nhôm cần hàn giáp mí có cùng kích thước đường kính ngoài φ100mm, dày 5mm, chiều dài 40mm được gia công mặt đầu phẳng và gá trên trục gá được thiết kế đảm bảo độ cứng vững, đồng tâm và được định vị mặt trong kẹp chặt hai đoạn bằng đai ốc, trục gá được lắp trên hệ thống truyền dẫn vô cấp với các mức tốc độ xác định khác nhau. Bằng phép quy hoạch thực nghiệm thiết lập quan hệ giữa các thông số công nghệ (tốc độ quay, tốc độ hàn và bán kính vai dụng cụ), từ đó tối ưu các thông số công nghệ nhằm đạt được chất lượng mối hàn tốt nhất. Từ khóa: Hàn ma sát khuấy, ống trụ nhôm, độ bền kéo mối hàn, quy hoạch thực nghiệm.1. Mở đầu Nhôm và hợp kim nhôm là một trong những kim loại phổ biến và được sử dụng trong các ngànhhàng không vũ trụ, công nghiệp ô tô, đường sắt, đóng tàu, điện, xây dựng…[1]. Hợp kim nhôm nhómAA6xxx được dùng khá phổ biến trong ngành hàng không vũ trụ, làm giảm đáng kể trọng lượng mà vẫnđảm bảo độ bền cao, tiết kiệm khá nhiều nhiên liệu khi vận hành [2]. Khi sử dụng hợp kim nhôm để hànbằng các phương pháp hàn nóng chảy là rất khó khăn, ví dụ như trong ngành công nghiệp hàng không,khi hàn hồ quang plasma với tỉ lệ khuyết tật cao, còn hàn ma sát khuấy (Friction Stir Welding – FSW)đã giảm tỉ lệ khuyết tật này xuống gần như bằng không [3]. Vì vậy, cần phát triển công nghệ hàn FSWđể khắc phục nhược điểm trên và nâng cao độ bền tại mối hàn là rất cần thiết. Vào năm 1991, Viện hàn TWI (Vương Quốc Anh) đã phát minh ra một công nghệ hàn mới, đó làhàn ma sát khuấy [4]. Đây là quá trình hàn ở trạng thái rắn (không nóng chảy) nhờ nhiệt ma sát và ứngdụng chủ yếu cho vật liệu kim loại màu đặc biệt là nhôm và hợp kim nhôm [5]. FSW được coi là côngnghệ xanh cho hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường mà không tạo hồ quang và khói hàn, khôngyêu cầu các loại phụ khí che chắn, không cần sử dụng kim loại que hàn để điền đầy mối hàn, ít biếndạng và không nứt. Nguyên lý cơ bản của phương pháp hàn này là: dùng một dụng cụ hàn vừa xoay vừa tịnh tiếnxuống tiếp xúc với bề mặt vật hàn (ống nhôm) nhằm tạo nguồn nhiệt cần thiết ban đầu, kế tiếp là đixuyên vào vật hàn (chiều sâu bằng với chiều sâu ngấu) tạo những thay đổi về tổ chức vật liệu làm choquá trình biến dạng dẻo mãnh liệt ở vùng khuấy, sau đó di chuyển dọc theo hướng hàn tạo thành mốihàn nối ống (Hình 1). Hình 1. Sơ đồ cấu tạo hàn ma sát khuấy trên ống nhôm 298354 Nguyễn Hoàng Lĩnh và Nguyễn Văn Vũ Q. M. Doos, B. A. J. I. J. o. M. E. Wahab, and R. Research [6] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng củatừng tham số (vòng quay của dụng cụ, tốc độ mối hàn) đến tính chất cơ học và vi cấu trúc của mối hàn.Kết quả cho thấy rằng mối hàn ống nhôm hợp kim (AA6061-T6) đạt chất lượng, tổ chức tế vi có cấutrúc hạt mịn, đạt độ bền kéo tối đa 61,7% và độ cứng thấp nhất của mối hàn luôn nằm trong vùng ảnhhưởng nhiệt. Mokhtar Awang, Hasan Fawad [7] sử dụng và cố định trên máy phay CNC Bridgeport2216 để hàn ống nhôm hợp kim AA6063. Ống nhôm có đường kính 89 mm, chiều dày danh nghĩa 5mm,dụng cụ khuấy được làm bằng thép carbon. Kết quả nghiên cứu cho ra ứng suất thấp nhất là 104 MPavà cao nhất là 132 MPa. A M Khourshid và I Sabry [8] thử nghiệm hàn ma sát khấy dạng ống hợp kim nhôm 6063 đượcthực hiện bằng cách sử dụng trên máy khoan. Các tính chất cơ học của mối hàn đã được nghiên cứubằng các xét nghiệm cơ học khác nhau bao gồm kiểm tra độ bền kéo, độ cứng và cấu trúc tế vi. Qua đóhọ đã trình bày việc tối ưu hóa và cũng nhấn mạnh ảnh hưởng của cấu trúc tế vi và cơ thuộc tính củahàn ma sát khuấy trên ống hợp kim nhôm 6063. Peel M và cộng sự [9] đã nghiên cứu về tổ chức tế vi,tính chất cơ học và ứng suất dư trong mối hàn ma sát khuấy tấm nhôm AA5083. Nghiên cứu cho thấyrằng đặc tính của mối hàn chịu ảnh hưởng từ nhiệt cấp vào hơn là biến dạng cơ học bởi dụng cụ hàn.Kim loại kết tinh lại trong vùng hàn có độ cứng và giới hạn chảy thấp hơn so với kim loại mẫu, độ lớncủa ứng suất dọc trục tăng lên khi tăng tốc độ hàn. Hàn ma sát khuấy ở Việt Nam là một công nghệ còn khá mới, trong thời gian gần đây bắt đầu cónhững nghiên cứu về công nghệ hàn này nhưng hiện tại chưa có nghiên cứu nào đi sâu về vấn đề hànma sát khuấy dạng ống trụ đường kính nhỏ. Nghiên cứu này sẽ đi chế tạo mối hàn ma sát khuấy và phântích sự ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ bền kéo đối với hợp kim nhôm 6061, từ đó lựa chọnthông số hàn hợp lý nhằm nâng cao độ bền của mối hàn. Đây là một trong những hợp kim rất khó hànbằng phương pháp hàn nóng chảy truyền thống. Ở đây nhóm tác giả sẽ tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ trong quátrình ứng dụng hàn ma sát khuấy trên ống trụ hợp kim nhôm 6061 có đường kính nhỏ gồm: tốc độ quaydụng cụ n (vòng/phút), tốc độ hàn v (mm/phút), bán kính vai của dụng cụ R 2 (mm). Với những kết quảđạt được trong bài báo, hy vọng rằng mối hàn này có thể thay thế cho các mối ghép đinh tán thường haysử dụng trong việc ...