(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu aisi 304 và aisi 1020
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.94 MB, 101 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÀO ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA
CÁC THÔNG SỐ HÀN ÐẾN CHẤT LUỢNG
MỐI HÀN MA SÁT XOAY KHI HÀN CẶP
VẬT LIỆU AISI 304 VÀ AISI 1020
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 1580422
S K C0 0 5 8 9 3
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÀO ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA
CÁC THÔNG SỐ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG
MỐI HÀN MA SÁT XOAY KHI HÀN CẶP
VẬT LIỆU AISI 304 VÀ AISI 1020
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 1580422
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2018
i
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TÀO ANH TUẤN
NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA
CÁC THÔNG SỐ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG
MỐI HÀN MA SÁT XOAY KHI HÀN CẶP
VẬT LIỆU AISI 304 VÀ AISI 1020
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 1580422
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2018
1
Luan van
2
Luan van
3
Luan van
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
Họ & tên: Tào Anh Tuấn
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 12/03/1982
Nơi sinh: TP. HCM
Quê quán: Hà Nội
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:
75 Nguyễn Văn Lượng, P. 17, Q.Gò
Vấp, TP. HCM
Điện thoại cơ quan: 02838418503
Điện thoại nhà riêng: 01685326068
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung học chuyên nghiệp
Hệ đào tạo: Chính quy
Nơi học:
Thời gian đào tạo: 09/2000 - 09/ 2002
Trường Cao Đẳng Cơng Nghiệp 4
Ngành học: Cơ Điện-Gị Hàn
2. Cao Đẳng
Hệ đào tạo: Liên thông
Nơi học:
Thời gian đào tạo: 09/2003 - 09/2004
Trường Cao Đẳng Công Nghiệp 4
Ngành học: Cơ Điện
3. Đại học
Hệ đào tạo: Liên thông
Nơi học:
Thời gian đào tạo: 09/2005 - 09/2007
Trường ĐHCN TP. Hồ Chí Minh
Cơng Nghệ Cơ Khí
Ngành học:
Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Công Nghệ Chế Tạo Máy, Triết
học Mác-Lênin, Chi Tiết Máy
4. Thạc sĩ:
4
Luan van
Hệ đào tạo: Thạc sĩ
Thời gian đào tạo từ 09/2015 đến 09/ 2017
Nơi học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí
Tên luận văn: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG
SỐ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN MA SÁT XOAY KHI HÀN CẶP VẬT
LIỆU AISI 304 VÀ AISI 1020
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 05/05/2018
Người hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Thiện Ngơn
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT
NGHIỆP ĐẠI HỌC
Nơi công tác
Thời gian
03/2008
đến 08/2009
08/2009
đến 04/2016
04/2016
đến 04/2018
04/2018 đến
nay
Công ty TNHH Olymplus Việt
Nam
Công ty Intel Products Vietnam
Công ty TNHH TST Trading Service-Technology
Công việc đảm
nhiệm
Kỹ sư sản xuất
Chuyên viên thiết bị
Phó phịng dịch vụ
Cơng ty ASM Pacific Technology Kỹ sư dịch vụ
5
Luan van
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 04 năm 2018
Tào Anh Tuấn
6
Luan van
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn”Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các
thông số hàn đến chất lượng mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu AISI 304 VÀ
AISI 1020”, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy/Cô, các chuyên gia,
bạn bè và gia đình. Cho nên tơi muốn gửi lời cảm ơn đến:
Thầy PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn, đã dành nhiều thời gian, tâm huyết truyền
đạt những kiến thức khoa học quý báu, hướng dẫn, định hướng, động viên tôi trong
quá trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy/Cô, các anh chị tại đơn vị tôi công tác, các
chuyên gia công tác ờ các đơn vị khác nhau, quý bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ,
động viên giúp tơi hồn thành khóa học.
Xin cảm ơn gia đình đã động viên và quan tâm đến cơng việc nghiên cứu của
tôi.
Xin chân thành cảm ơn!.
7
Luan van
TÓM TẮT
Thời gian gần đây giải pháp chế tạo các dụng cụ, chi tiết từ từ hai vật liệu khác
nhau với mục đích tăng cơ tính, độ bền và giảm giá thành chế tạo đang được quan
tâm nghiên cứu. Trong đó, chế tạo các dụng cụ và chi tiết từ cặp vật liệu thép không
gỉ và thép cacbon thấp bằng phương pháp hàn ma sát xoay là một giải pháp tiềm
năng đang được quan tâm nghiên cứu. Một số công trình nghiên cứu ngồi nước đã
đề cập đến giải pháp này nhưng khá ngắn gọn và chủ yếu là công bố kết quả, chi tiết
việc tính tốn chế độ hàn và ảnh hưởng của chúng đến chất lượng mối hàn khơng
được đề cập. Ngồi ra, đa số các cơng bố đến từ các công ty độc quyền nên gắn liền
với giải pháp và thiết bị độc quyền nên khó có thể vận dụng áp dụng trong thực tế ở
Việt Nam.
Đề tài triển khai nghiên cứu xác định chế độ hàn để có thể có được mối hàn đạt
chất lượng khi hàn ma sát xoay cặp vật liệu AISI 304 và AISI 1020. Đồng thời thực
hiện khảo nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối
hàn bằng phương pháp thực nghiệm Taguchi. Chất lượng mối hàn được đánh giá chủ
yếu dựa trên độ bền kéo và quan sát ngoại quan mối hàn cũng như vết dứt sau khi
kiểm tra kéo.
Nghiên cứu là đề xuất được chế độ hàn khi hàn ma sát xoay cặp vật liệu AISI
304 VÀ AISI 1020 đạt chất lượng có độ bền kéo đạt đến 80% so với kim loại nền.
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã tìm ra được mức độ ảnh hưởng của các
thông số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn từ cao đến thấp là: lực hàn, tốc độ hàn
và cuối cùng là thời gian ma sát. Bên cạnh đó, qua nghiên cứu cho thấy phần dôi ra
của kim loại cũng ảnh hưởng lớn và cần thực hiện các nghiên cứu tiếp theo để khảo
sát và đánh giá.
8
Luan van
ABSTRACT
Recently, the solution of fabrication of tools which made of from two different
materials with the purpose of increasing the mechanical cheracterictics, durability
and reduce production costs are being studied. In particular, tools and components
fabrication with stainless steel and low carbon steel by rotary friction welding is a
potential solution that is being studied. A number of overseas studies have addressed
this solution but are quite brief and mainly publish the results, detailing the welding
mode calculation and their impact on the quality of the welds not mentioned. In
addition, most of the titles coming from the monopoly companies should be
associated with proprietary solutions and equipment so it is difficult to apply in
Vietnam manufacturing condition.
Based on the theoretical and published studies, this study identifies the
parameters that influence the process and the quality of the weld. In addition, the
selection process and the welding parameters for the pair of materials AISI 304 and
AISI 1020 were also presented. The study was conducted to find parameters that
affect the quality of welds in the test range. Experiment. The Taguchi Experiment
was used to investigate the parameters affecting the quality of the weld. The weld
quality is based on the tensile strength and the welded bonded appearance as well as
on the weld after the test.
After study, we got a range of parameters for the rotary friction welding process
for stainless steel and low carbon steel. The welding joint strength equals 80% base
material (low carbon steel).
From the experimental results, we found that the
welding force is the most effective parameter, the second effective parameter is the
rotary speed, and the last one is friction time. In addition, it has been found that the
resonance of the metal is greatly influenced, and it is extended to carry out followup studies.
9
Luan van
MỤC LỤC
TRANG BÌA .......................................................................................................... i
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ....................................................................... 2
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ........................................... 3
LÝ LỊCH KHOA HỌC ..................................................................................... 4
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ 6
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 7
TĨM TẮT .............................................................................................................. 8
MỤC LỤC ......................................................................................................... 10
DANH SÁCH HÌNH ........................................................................................ 13
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 16
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 16
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................ 18
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 18
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................. 19
5. Kết cấu luận văn ................................................................................................... 19
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................................ 21
1.1 Giới thiệu hàn ma sát xoay................................................................................. 21
1.2 Thiết bị hàn ma sát xoay .................................................................................... 25
1.3 Ưu điểm và nhược điểm của hàn ma sát xoay ................................................... 26
1.4 Các ứng dụng của hàn ma sát xoay .................................................................... 27
1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................ 28
Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 35
2.1 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 35
2.2 Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 35
2.2.1 Phương pháp kế thừa....................................................................................... 35
2.2.2 Phương pháp thu thập thông tin ...................................................................... 35
2.2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................................... 35
2.3 Phương pháp đo đạc thực nghiệm ...................................................................... 38
2.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ................................................................ 38
Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................... 44
3.1 Lý thuyết về ma sát ............................................................................................ 44
3.1.1 Ma sát nghỉ ...................................................................................................... 44
3.1.2 Ma sát động ..................................................................................................... 45
3.2 Lưu chất.............................................................................................................. 45
3.2.1 Áp suất chất lỏng ............................................................................................. 45
3.2.2 Định luật Pascal............................................................................................... 46
10
Luan van
3.3 Lý thuyết Nhiệt .................................................................................................. 46
3.3.1 Nội năng .......................................................................................................... 46
3.3.2 Nhiệt dung và truyền nhiệt .............................................................................. 46
3.3.3 Truyền nhiệt .................................................................................................... 47
3.4 Tính tốn nhiệt trong hàn ma sát ........................................................................ 47
3.4.1 Mối liên hệ giữa mô-men xoắn và năng lượng nhiệt ...................................... 47
3.4.2 Truyền nhiệt trong thanh ................................................................................. 49
Chương 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................... 55
4.1 Ảnh hưởng của các thông số đến chất lượng quá trình hàn ma sát xoay ........... 55
4.2 Nghiên cứu xác định chế độ hàn khi hàn ma sát xoay cặp vật liệu thép AISI 304
– AISI 1020 .............................................................................................................. 58
4.2.1 Tính gia cơng và tính hàn của thép cácbon thấp ............................................. 58
4.2.2 Tính gia cơng và tính hàn của thép khơng gỉ .................................................. 59
4.2.3 Gá lắp phơi khi hàn ......................................................................................... 59
4.2.4 Dự đốn nhiệt độ khi hàn và chọn thơng số hàn ............................................. 60
4.2.5 Quy trình hàn ma sát thép cácbon thấp và thép không gỉ ............................... 62
4.2.5.1 Các bước thiết lập quy trình hàn ma sát ....................................................... 62
4.2.5.2 Thiết lập quy trình ........................................................................................ 63
4.2.5.3 Chọn các thông số hàn ................................................................................. 63
4.2.5.4 Loại bỏ phần thừa của mối hàn .................................................................... 65
4.2.5.5 Xử lý nhiệt sau khi hàn ................................................................................ 65
4.2.5.6 Lựa chọn các phương pháp kiểm tra ............................................................ 65
4.2.5.7 Kiểm tra độ bền uốn mối hàn ma sát cho chi tiết dạng thanh đặc ............... 65
4.3 Thực nghiệm, đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối
hàn
..................................................................................................................... 67
4.3.1 Chọn các thông số cho mẫu thí nghiệm .......................................................... 67
4.3.1.1 Vật liệu của mẫu........................................................................................... 67
4.3.1.2 Kích thước mẫu ............................................................................................ 67
4.3.1.3 Lựa chọn các thơng số .................................................................................. 68
4.3.1.4 Chọn bảng trực giao ..................................................................................... 70
4.3.2 Tiến hành thực nghiệm.................................................................................... 71
4.3.2.1 Gá mẫu lên máy ........................................................................................... 71
4.3.2.2 Các bước tiến hành hàn ................................................................................ 72
4.3.2.3 Kiểm tra mối hàn bằng thử độ bền kéo ........................................................ 74
4.3.3 Xử lý số liệu sau khi nhận được kết quả của thực nghiệm ............................. 75
4.3.3.1 Tính tốn S/N từ kết quả thực nghiệm ......................................................... 75
4.3.3.2 Hình ảnh tại bề mặt đứt của các mẫu ........................................................... 76
4.3.4 Phân tích phương sai (ANOVA) ..................................................................... 78
4.3.5 Dự đoán giá trị bền kéo trong thực nghiệm .................................................... 78
4.3.5.1 Ước lượng khoảng tin cậy cho các thông số cho ra giá trị tốt nhất ............. 79
4.3.5.2 Thực ghiệm để kiểm chứng:......................................................................... 80
4.3.6 Đánh giá kết quả thực nghiệm ........................................................................ 80
4.3.6.1 Đánh giá ngoại quan..................................................................................... 80
11
Luan van
4.3.6.2 Đánh giá theo kết quả kiểm tra độ bền kéo của mối hàn: ............................ 81
4.3.6.3 Đánh giá kết quả bằng phân tích phương sai ANOVA ................................ 82
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ............................................................................ 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 86
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 88
12
Luan van
DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 1: Ứng dụng hàn ma sát trong ghép nối thép xây dựng ............................... 17
Hình 1.1: Các bước cơ bản của kỹ thuật hàn ma sát xoay [3] .............................. 21
Hình 1.2: Sơ đồ phân loại hàn ma sát xoay [5] .................................................... 22
Hình 1.3: Nguyên lý cơ bản của thiết bị hàn ma sát truyền động liên tục [5]........ 23
Hình 1.4: Quá trình ma sát xoay truyền động liên tục [5] ...................................... 23
Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động máy hàn ma sát truyền động gián đoạn [5] ........ 24
Hình 1.6: Quá trình ma sát xoay truyền động gián đoạn [5] ................................ 24
Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo một máy hàn ma sát điển hình [7] ................................. 26
Hình 1.8: Chế tạo vũ khí: bom, súng cối [6] ........................................................ 27
Hình 1.9: Chế tạo chi tiết máy: hàn các bánh răng, bánh xích vào trục [6] ......... 28
Hình 1.10: Chế tạo chi tiết máy: hàn các khớp nối các đăng [6] ......................... 28
Hình 1.11: Chế tạo dụng cụ cắt [6]......................................................................... 28
Hình 1.12: Kết nối thép kết cấu xây dựng và đầu nối ren. [14] ........................... 28
Hình 1.13: Ba dạng mối ghép khi hàn thực nghiệm [11] ....................................... 30
Hình 1.14: Sản phẩm sau khi hàn và kết quả kiểm tra dộ bền kéo [11]................. 30
Hình 1.15: Biểu đồ biểu diễn giới hạn độ bền kéo các mẫu thử nghiệm [10]........ 31
Hình 1.16: Mối hàn thực nghiệm và biểu đồ về lượng co theo hướng trục [12] ... 32
Hình 1.17: Kết quả kiểm tra độ bền kéo các mẫu hàn thực nghiệm [7] ................. 33
Hình 1.18: Kết quả kiểm tra độ bền kéo mối hàn [13]........................................... 33
Hình 2.1: Chi tiết hàn ............................................................................................. 36
Hình 2.2: Máy hàn ma sát xoay (REME Lab) ........................................................ 37
Hình 2.3: Máy kiểm tra cơ tính kéo Universal Testing Machine WEW-1000B .... 38
Hình 3.1: Bề mặt ma sát và vịng xuyến ma sát (vi phân dr) [16] .......................... 48
Hình 3.2: Sự thay đổi nhiệt độ của thanh theo phương dọc trục với nguồn nhiệt theo
thiết diện phẳng là 1kW và di chuyển với vận tốc là 1mm/s theo phương x. [17]
........................................................................................................................ 50
13
Luan van
Hình 3.3: Sự thay đổi nhiệt độ trong thanh (2 cm, nguồn nhiệt cố định 1 kW) [17]
........................................................................................................................ 51
Hình 3.4: Nhiệt độ phân bố trong thanh ở các thời điểm 10, 20, 30, 40, 50 s [17] 52
Hình 3.5: Biến thiên của nhiệt độ tại bề mặt tiếp xúc [17]..................................... 52
Hình 3.6: Sự thay đổi nhiệt độ (D = 10 cm, 10 kW, 1 kW/m2K) [17] ................... 53
Hình 4.1: Mối liên hệ giữa lượng co và lực ma sát [9] .......................................... 56
Hình 4.2: Mối liên hệ giữa thời gian ma sát và lực ma sát [9] ............................... 56
Hình 4.3: Mối quan hệ giữa lượng co với góc uốn và đường kính vật hàn [21].... 58
Hình 4.4: Giản đồ trạng thái sắt-cacbon [18] ......................................................... 61
Hình 4.5: Giản đồ trạng thái của hệ Fe-Cr-Ni với 70% sắt [18] ............................ 61
Hình 4.6: 12 mẫu thực tế của thép không gỉ sau khi gia cơng ............................... 68
Hình 4.7: 12 mẫu thực tế thép cacbon thấp sau khi gia cơng ................................. 68
Hình 4.8: Gá phơi inox lên mâm cặp trục chính máy (phần xoay) ........................ 71
Hình 4.9: Cử chặn giới hạn vị trí của mẫu. A: giới hạn vị trí cố định của phơi inox,
các cữ cịn lại xác định vị trí của phơi thép cacbon thấp................................ 71
Hình 4.10: Gá phơi thép cacbon thấp lên mâm cặp (phần cố định) ....................... 72
Hình 4.11: Các bước tiến hành hàn mẫu ................................................................ 73
Hình 4.12: Các mẫu sau khi tiến hành hàn thí nghiệm........................................... 73
Hình 4.13: Biểu đồ thể hiện mức độ ảnh hưởng của các thông số theo S/N .......... 76
Hình 4.14: Mặt dứt của các mẫu ............................................................................ 78
Hình 4.15: Các phần điển hình trên mặt đứt của mối hàn ...................................... 81
Hình 4.16: Vùng ảnh hưởng nhiệt và phần kim loại bị đùn ra từ 2 phía của mối hàn
............................................................................................................... 81
Hình 4.17: Ảnh hưởng của các thơng số lên chất lượng mối hàn. ......................... 82
14
Luan van
DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Chế độ tốt nhất khi hàn thép cacbon thấp và 2 loại thép không gỉ ......... 31
Bảng 2.1: Thành phần hóa học của thép khơng gỉ AISI304 [19] ............................ 36
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của thép các bon thấp AISI1020 ........................... 36
Bảng 2.3: Độ bền kéo của thép các bon thấp AISI 304 và AISI 1020 .................... 36
Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật của máy hàn ma sát xoay sử dụng hàn thực nghiệm. 37
Bảng 4.1: Thông số hàn đề xuất ........................................................................... .64
Bảng 4.2: Các phương pháp kiểm tra không phá hủy [3] ........................................ 66
Bảng 4.3: Các phương pháp kiểm tra phá hủy [3] .................................................. 66
Bảng 4.4: Kết quả thực tế độ thử độ bền kéo thép không gỉ 304 ............................ 67
Bảng 4.5: Kết quả thực tế độ thử độ bền kéo thép cacbon thấp .............................. 67
Bảng 4.6: Bảng so sánh giá trị tính tốn với khả năng của thiết bị ......................... 69
Bảng 4.7: Thông số được lựa chọn để khảo sát....................................................... 69
Bảng 4.8: Khoảng thông số được lựa chọn để khảo sát .......................................... 70
Bảng 4.9: Bảng trực giao của thực nghiệm. ............................................................ 70
Bảng 4.10: Ký thiệu thứ tự thực nghiệm ............................................................... 71
Bảng 4.11: Kết quả sau khi kéo các mẫu trên. ........................................................ 74
Bảng 4.12: Kết quả thử kéo sau khi thực hiện lại ở chế độ A, C. ........................... 75
Bảng 4.13: Tổng hợp kết quả thử kéo ..................................................................... 75
Bảng 4.14: Kết quả tính tốn S/N từ phần mềm minitab ........................................ 75
Bảng 4.15: Kết quả phân tích phương sai ................................................................ 78
Bảng 4.16: Bảng thơng số mà cho ra kết quả kéo tốt nhất ...................................... 79
Bảng 4.17: Kết quả bền kéo thí nghiệm kiểm chứng .............................................. 80
15
Luan van
MỞ ĐẦU
1.
Đặt vấn đề
Hiện tại nước ta đa phát triển xây dựng cơ sở hạ tầng để phục vụ cho nhu cầu
sinh hoạt của nhân dân và phát triển kinh tế. Chất lượng cơng trình và thời gian thi
cơng là hai chỉ tiêu mà mọi cơng trình đều mong muốn đạt được tốt nhất. Một công
đoạn quan trọng cho việc thi công là kết nối các thanh thép gia cường trong kết cấu
bê tơng. Có rất nhiều phương pháp để thực hiện công đoạn này chẳng hạn như dùng
tay buộc dây kẽm, hàn điện, bấm nối thủy lực và một số phương pháp khác. Nhưng
hiện tại, các cơng trình với yêu cầu cao về chất lượng thì dùng đầu nối ren là lựa
chọn hàng đầu. Đây là giải pháp đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cho kết cấu bê tơng,
mặt khác đối với một số cơng trình như cầu cảng hoặc các cơng trình xây dựng gần
biển thì với đầu nối ren bằng thép khơng gỉ có thể khắc phục được tình trạng ăn mịn
kết cấu do ăn mịn hóa học từ ảnh hưởng của hơi muối. Trong tất cả các phương pháp
liên kết ống nối ren vào thanh thép thì hàn ma sát là phương pháp có năng suất cao
nhất và tiết kiệm được nguyên vật liệu hơn thế nửa nó cịn đáp ứng được u cầu cao
về chất lượng. Bài toán giải quyết vấn đề về chất lượng và chi phí gia cơng đồng thời
đưa ứng dụng vào sản xuất ở điều kiện nước ta là một vấn đề hết sức cấp bách và có
ý nghĩa thực tiễn.
Hàn ma sát nối ống ren trong thép xây dựng đã và đang được sử dụng ở các
nước phát triển. Với điều kiện ở nước ta thì chưa thấy đơn vị nào ứng dụng công
nghệ này cho việc nối ống ren. Đây là bước cải tiến lớn nếu chúng ta áp dụng được
phương pháp này vào gia công đầu nối thanh thép. Góp phần lớn vào việc tăng năng
suất lao động và chất lượng cơng trình thay thế cho việc nối các thanh thép thủ công
là nối chồng và buộc bằng tay hoặc hàn điện.
Hàn ma sát là phương pháp gia cơng chun dụng, do việc ứng dụng của nó ở
nước ta còn hạn chế. Hầu hết chỉ tập trung tại các cơng ty có vốn đầu tư nước ngồi
hoặc cơng ty thuộc bộ quốc phịng. Việc làm chủ cơng nghệ và phát triển các ứng
16
Luan van
dụng của hàn ma sát là rất cần thiết với các doanh nghiệp trong nước để cạnh tranh
và đưa ra những sản phẩm có tỷ lệ hàm lượng cơng nghệ cao hơn.
Hình 1: Ứng dụng hàn ma sát trong ghép nối thép xây dựng
Hàn ma sát là phương pháp kết nối kim loại dựa trên nhiệt lượng sinh ra do ma
sát hai chi tiết với nhau. Ngoài các yếu tố là khả năng của thiết bị và đặc điểm của
chi tiết quyết định đến chất lượng mối hàn cịn có rất nhiều thông số và điều kiện
khác ảnh hưởng đến mối hàn mà không được đề cập hoặc đề cập rất ít trong các
nghiên cứu trong nước. Những yếu tố này chỉ được khảo sát qua điều kiện thực
nghiệm. Chính vì vậy đối với một số cơng ty hoặc tổ chức nghiên cứu quy trình hàn
ma sát của một sản phẩm nhất định dược xem là bí mật cơng nghệ của họ. Chính vì
lý do đó, việc tìm hiểu những thơng số căn bản nhất và tìm hiểu một quy trình hàn
cụ thể rất cấp thiết với tình hình phát triển của nước ta hiện nay. Dựa vào đó các
doanh nghiệp trong nước có thể phát triển và xây dựng nên quy trình tối ưu cho sản
phẩm của họ. Và cũng có thể phát triển hoặc nâng cấp thiết bị của họ để phục vụ cho
ứng dụng sản xuất.
17
Luan van
2.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1 Mục tiêu tổng quát
Đề tài được thực hiện với mục đích chính là nghiên cứu, xác định thông số hàn
ma sát xoay cho cặp vật liệu thép không gỉ và thép cácbon thấp và qua đó nghiên cứu
ảnh hưởng của chúng đến chất lượng mối hàn.
2.2 Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu tổng quan về mới hàn ma sát xoay cặp vật liệu thép cácbon thấp
– thép không gỉ.
- Nghiên cứu, khảo sát xác định các thơng số chính ảnh hưởng đến chất lượng
mối hàn ma sát xoay cặp vật liệu thép cácbon thấp – thép không gỉ.
- Nghiên cứu, xác định thông số hàn (chế độ hàn) khi hàn ma sát xoay cặp vật
liệu thép cácbon thấp – thép không gỉ.
- Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn thông số hàn đến chất
lượng mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu thép AISI 304 – AISI 1020 sử dụng
phương pháp Taguchi.
3.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Liên quan đến đề tài nghiên cứu, các đối tượng sau sẽ được tập trung khảo sát,
nghiên cứu:
- Máy hàn ma sát xoay, công nghệ hàn ma sát xoay;
- Thép các-bon và thép không gỉ;
- Chế độ hàn (thông số hàn) khi hàn ma sát cặp vật liệu thép các-bon và thép
không gỉ.
3.2 Phạm vi nghiên cứu
Do sự đa dạng về loại thép không gỉ và thép cácbon, đề tài tập trung nghiên cứu
điển hình cho cặp vật liệu thép các-bon AISI 1020 và và thép không gỉ AISI 304.
- Phôi thép thanh được sử dụng trong nghiên cứu có đường kính d = 20 mm,
L = 110 mm.
- Kiểm tra cơ tính của mối hàn được thực hiện bằng thử nghiệm kéo.
18
Luan van
4.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
4.1 Ý nghĩa khoa học
- Xác định được các thông số chính ảnh hưởng đến q trình hàn, chất lượng
mối hàn ma sát xoay. Từ đó có thể xác định được phạm vi giá trị của các thơng số
hàn để có được chất lượng mối hàn như mong muốn trong thực tế.
- Đề xuất được chế độ hàn (thông số hàn) ma sát xoay cho cặp vật liệu thép
không gỉ (AISI 304) và thép cácbon thấp (AISI 1020).
- Xác định được vai trị và ảnh hưởng của từng thơng số hàn đến chất lượng
mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu thép AISI 304 – AISI 1020.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn
Ngồi những ý nghĩa mang tính khoa học đề tài cịn mang những ý nghĩa thực
tiễn như:
- Cơng trình nghiên cứu này góp phần phát triển cơng nghệ hàn hai vật liệu
khác nhau, làm chủ được công nghệ hàn ma sát xoay tiên tiến, năng suất cao, chất
lượng cao trong sản xuất cơ khí tại nước ta;
- Xác định được vai trị và ảnh hưởng của từng thơng số hàn và phạm vi giá
trị của chúng đến chất lượng mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu thép AISI 304
– AISI 1020. Kết quả này giúp các kỹ sư nhanh chóng thiết lập được chế độ hàn cũng
như chủ động trong việc giải quyết bài toán kinh tế và chất lượng mối hàn.
5.
Kết cấu luận văn
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, thuyết minh nghiên cứu của đề tài
có kết cấu gồm các chương, mục với các nội dung cụ thể như sau:
- Mở đầu
Giới thiệu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn,
mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu hàn ma sát xoay, phân loại, thiết bị hàn ma sát, các ưu và nhược
điểm và các ứng dụng của hàn ma sát xoay. Nội dung nghiên cứu trong và
ngoài nước.
19
Luan van
- Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Trong chương này, trình bầy danh sách nội dung của luận văn và phương
pháp nghiên cứu để thực hiện luận văn.
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
Trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết, hệ thống cơng thức tính tốn sử dụng
trong đề tài.
- Chương 4: Kết quả nghiên cứu
Đưa ra các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn ma sát xoay. Trình
bày các bước để xây dựng quy trình hàn ma sát cho cặp vật liệu thép khơng
gỉ và thép cacbon thấp. Trình bày phương pháp taguchi, các bước thực
nghiệm và kết quả của thực nghiệm
- Kết luận và kiến nghị;
- Tài liệu tham khảo;
- Phụ lục.
20
Luan van
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
Các chi tiết với vật liệu là hai hợp kim khác nhau được ứng dụng nhiều trong
một số ngành cơng nghiệp. Do đó việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp để
nối kết hai hợp kim khác nhau đã và đang được thực hiện. Trong đó hàn ma sát là
phương pháp mang lại hiệu quả cao trong việc nối hai loại hợp kim khác nhau. Trên
thế giới, có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về hàn ma sát mà đặc biệt là hàn nối hai
hợp kim không cùng loại, mục đích để tìm ra quy trình tối ưu để ứng dụng vào sản
xuất và phát triển sản phẩm. Các cơng trình đó cũng là tiền đề để các nhà nghiên cứu
phát triển ứng dụng tùy thuộc vào điều kiện của từng ngành và địa phương.
1.1 Giới thiệu hàn ma sát xoay
1.1.1 Định nghĩa
Hàn ma sát xoay là phương pháp liên kết các chi tiết nhờ năng lượng ma sát
sinh ra khi các bề mặt chi tiết chuyển động tương đối với nhau dưới tác động của lực
ép dọc trục. Khi đó, tại bề mặt tiếp xúc của chi tiết, nhiệt độ sinh ra nhờ năng lượng
ma sát làm nóng các bề mặt chi tiết đến trạng thái dẻo, và dưới tác dụng của lực ép
làm cho kim loại khuếch tán vào nhau tạo thành mối hàn [3]. Như vậy quá trình hàn
ma sát diễn ra ở nhiệt độ dưới nhiệt độ nóng chảy [4].
Hình 1.1: Các bước cơ bản của kỹ thuật hàn ma sát xoay [3]
1.1.2 Nguyên lý
Về cơ bản, phương pháp hàn ma sát xoay được thực hiện như sau:
- Một chi tiết chuyển động quay tròn và một chi tiết đối diện được cố định
21
Luan van
(đứng yên) đồng trục với chi tiết xoay (hình 1.1A).
- Khi đạt đến một tốc độ xác định, bề mặt hai chi tiết tiếp xúc với nhau dưới
tác dụng của lực ép dọc trục (hình 1.1B).
- Lực ma sát tại bề mặt tiếp xúc sinh ra nhiệt làm nóng cục bộ chi tiết và làm
giảm chiều dài dọc trục chi tiết (hình 1.1C).
- Lúc này chuyển động quay dừng lại, lực ép dọc trục được duy trì hoặc tăng
lên trong một khoảng thời gian giúp mối hàn được hình thành (hình 1.1D).
Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào cơng việc chuẩn bị phôi và chỉnh đặt các
thông số hàn như: tốc độ quay, lực ép dọc trục, thời gian và các thông số khác [3].
1.1.3 Phân loại hàn ma sát xoay
Hàn ma sát xoay được chia thành các loại sau:
Hình 1.2: Sơ đồ phân loại hàn ma sát xoay [5]
1.1.3.1 Hàn ma sát xoay truyền động liên tục
Hàn ma sát xoay truyền động liên tục (continuous drive/direct drive) là kỹ thuật
hàn phổ biến nhất bao gồm hai trục được bố trí đồng tâm với nhau, trong đó một trục
quay được truyền động từ động cơ với tốc độ không đổi, trục cịn lại có thể quay
ngược chiều hoặc đứng n và được tiếp xúc với nhau bởi một lực ép dọc trục trong
22
Luan van
một khoảng thời gian nhất định nhằm tạo ma sát ở vùng tiếp xúc, qua đó phát sinh
nhiệt. Chuyển động xoay được duy trì cho đến khi nhiệt sinh ra đủ để nung nóng kim
loại tại vùng tiếp xúc đến trạng thái dẻo, giúp quá trình khuếch tán kim loại của hai
vật hàn tạo nên mối hàn. Sau một khoảng thời gian, chuyển động xoay dừng lại trong
khi áp lực được duy trì hoặc tăng thêm để đảm bảo mối hàn được hình thành tốt [5].
1. Động cơ truyền động;
2. Bộ hãm; 3a. Bộ kẹp quay;
3b. Bộ kẹp cố định;
4a. Chi tiết hàn quay;
4b. Chi tiết hàn cố định;
5. Xy-lanh đẩy
Hình 1.3: Nguyên lý cơ bản của thiết bị hàn ma sát truyền động liên tục [5]
1. Lực hướng trục
2. Lượng giảm kích thước
theo phương dọc trục
3. Tốc độ quay
4. Giai đoạn ma sát
5. Áp lực ma sát
6. Giai đoạn dừng
7. Giai đoạn hình thành
mối hàn
8. Áp lực hàn
1) Lượng giảm kích thước dọc trục trong giai đoạn ma sát
2) Thời gian ma sát
3) Thời gian dừng
4) Thời gian hình thành mối hàn
5) Lượng giảm kích thước dọc trục trong giai đoạn hình thành mối hàn
6) Tổng lượng giảm kích thước dọc trục của quá trình hàn ma sát.
Hình 1.4: Quá trình ma sát xoay truyền động liên tục [5]
23
Luan van
