Nghiên Ứu Ảnh Hưởng Ủa Hế Độ Hàn Mig Đến Ơ Tính Và Tổ Hứ Liên Kết Hàn Hợp Kim Nhôm 5083.Pdf

VU VĂN ĐAT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

VU VĂN ĐAT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGHIÊN CỨU ANH HƯƠNG CUA CHÊ ĐÔ HAN MIG ĐÊN CƠ
TINH VA TÔ CHƯC LIÊN KÊ T HA N HƠP KIM NHÔM 5083

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

2015-2017
Hà Nội – Năm 2017

170832999491755b54e8d-d847-40bf-b419-87d6a91ad942
170832999491786ba3210-912f-484b-8f35-801493c5dbbb
1708329994917ef7c6964-c947-4615-b772-8ff965258684


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VU VĂN ĐAT

NGHIÊN CỨU ANH HƯƠNG CU A CHÊ ĐÔ  HAN MIG ĐÊN CƠ TI NH
VA TÔ CHƯC LIÊN KÊT HAN HƠP KIM NHÔM 5083

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

n Thuc Ha
Hà Nội Năm 2017


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

L
i tr các s lic trích dn t tài liu tham kho
thì ni dung cịn li là cơng trình nghiên cu và tính tốn ca riêng tơi, các s liu
tính tốn là trung thc ai cơng b. Nu sai tơi xin hồn tồn chu
trách nhim.

Hà N




HVTH: t

i

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà

Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

MC LC
 ........................................................................................................i
 ...................................................................................................................ii
 .............................................. v
.........................................................................................vi
 ................................................................vii
 ..................................................................................................................... 1
1. Lý do ch tài.................................................................................................1
2. Lch s nghiên cu ..............................................................................................1
3. M...........................................................................................2
4. N ...........................................................................................2
u ....................................................................................2
 ..........................................................................................................3
           
NHÔM......................................................................................................................... 4
1.1 Tình hình nghiên ccngồi ...............................................4
1.1.1 Tình hình nghiên cu  c ngồi ..........................................................4
1.1.2 Tình hình nghiên cc ..............................................................6
1.2 Tng quan v vt liu nhôm và hp kim nhôm ................................................7
m công ngh ca nhôm và hp kim nhôm, phm vi ng dng ca
chúng ..................................................................................................................7
1.2.2 Tính hàn ca nhơm và hp kim nhôm .......................................................9
m và hp kim nhôm ..............................................10
1.3.1 Hàn h ............................................11
1.3.2 Hàn TIG (GTAW) ...................................................................................12

1.3.3 Hàn MIG (GMAW) .................................................................................13
 .................................................................................................................14
 .................................................................. 15
2.1 Nguyên lý ........................................................................................................15
m .........................................................................................................15
2.3 Các thông s công ngh ..................................................................................16
2.3.1.  n hàn (t y dây hàn) ......................................16
2n áp hàn .............................................................................................17
ng khí bo v .............................................................................18
ng kính dây hàn ............................................................................... 18

HVTH: t

ii

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

2.3.5. Vn tc hàn .............................................................................................18
2.3.6. Chiu dài phn nhô ra c nhú cn cc)..................... 19
2.4 Thit b hàn MIG nhôm ..................................................................................19
2.5 Vt liu hàn .....................................................................................................21
2...............................................................................................21
2.5. ................................................................................................... 22
 .................................................................................................................24


 ......................................... 25
 ...........................................26
3.1. ............................................................................. 26
 ........................................................................... 26
...........................................27
n hàn ........................................................................27
n áp h quang ...................................................................28
3.4  tm vn cc ....................................................................29
3.5  t hàn ..............................................................................30
3.6  gn cc ............................................................30
o v, [13] .....................................................................30
 thut hàn ...........................................................................31
3.9 ..............................................................................32
3.10 ...............................32
Kt lun .................................................................................................................33
          

 ...................................................................... 34
4.1. Mu thc nghim ................................................................34
4.2. Xây dng quy trình  cho hp kim nhôm 5083 ...............................34
4.2.1 Kim lon .......................................................................................34
4.2.2 Vt liu hàn..............................................................................................35
4.2.3 Thit b hàn ..............................................................................................35
4.2.4 Thit k mi ghép hàn .............................................................................39
4.2.5 Ch  hàn MIG ......................................................................................40
4.3 T ......................................................................................42
4 ............................................................................................................44
4.4.1 Ch  hàn và hình nh các mu thí nghim...........................................44

HVTH: t

iii

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

c, hình d
 khác nhau .....................................................................................................47
 ......................................................................................50
 ..............................................................................................52
4.5.1 Chun b mu th .................................................................................... 52
4.5.2 Chun b máy th kéo .............................................................................53
4.5. kéo ..................................................................................... 54
 chc t ....................................57
4.6. .................................................. 57
4.6. ...........................................................58
4.6. ..........................................................................59
4.6.4 T chc t vi c ........................................59
4.7 ..........................................62
4.7.1 Thơng s q trình hàn và mơ phng ..........................................................63
4.7.2 Mơ hình hóa và mơ phng s.......................................................................66
 .................................................................................................................76
 ..........................................................................78
4.8.1 Các kt qu c ...................................................................................78
4.8.2 Kt lun và kin ngh ...................................................................................78
1. Kt lun ........................................................................................................78

2. Kin ngh ......................................................................................................79
 ......................................................................................... 80
 .................................................................................................................... I
 u ng ca ch  
ngu ca mi hàn giáp mi mt phía hp kim nhơm 5083 ................................ I
2. Bn quy trình hàn  Welding Procedure Specification (WPS)........................ IV

HVTH: t

iv

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

DANH MC CÁC KÝ HIU, CÁC CH VIT TT

STT

Kí hiu/



ch vit tt

1

KLCB

Kim lon

2

KLMH

Kim loi mi hàn

3

HAZ

4

Ih

 n hàn

5

Uh



6

Vh



7

MIG (GMAW)

8

TIG (GTAW)

9

SMAW(MMA)

10

Ar



11

He



12

AC



13

DC



14

B



15

H



16

b

 c

17

h



HVTH: t








Metal Arc Welding)

v

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

DANH MC CÁC BNG

p kim nhơm 5083, [13] ....................................................9
hành phn hóa hc hp kim nhơm 5083 ........................................9
 ...........................................22
 ..................................24
p kim nhơm 5083 ...........................................................34
n hóa hc hp kim nhôm 5083 .....................................34

 ..............35
 t ca máy DIGITECH 400 PULSED và b cp dây
TA4............................................................................................................................36
 ......................................38
u kin thc nghing bin thiên ca các thông
s ch  hàn cn kho sát Ih và Vh) .........................................................................41
n quy hoch thc nghic 2, hai yu
t c lp theo bin o ..............................................................................................41
.......................................................................42
c nghi ................44
 ngc, hình d 
khác nhau...................................................................................................................47
 .................................................................55
t qu th........................................................55

HVTH: t

vi

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

D


 .........11



 ................................................12



...............................................13



Bi th hin mi quan h n hàn và t cp dây, [14] ..17



, [15] ..................................18



Súng hàn MIG nhôm.............................................................................19



Máy hàn MIG nhôm .............................................................................20



B y dây hàn......................................................................................21



a mi hàn .................................................25



 ...........................................................26



 ........................................................................26



 ...................................................................27



Hình dng mi hàn và ng c n hàn ..........27



 th quan h gi n hàn vi vn tc cn
cn cc, [17] ..................................................28



 th quan h gia tm vn cc v n hàn, vn
tc cn cc, [18] ......................................29



Góc nghiêng m hàn khi hàn giáp mi .................................................30



 ...........31

  ......................................32


 .............................................................................35



 .....................................................................39



 .........................................................40



 .....................................................40



Mu th kéo theo ..................................................................................52



Máy th ....................................................................53



Kp mu ................................................................................................53

HVTH: t

vii

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni



 .................................................................54



 .......................................................................54

  ....................................................................55
  .....................................58
 V trí ly mu th soi t chc t vi .......................................................58
 T chc t vi ca KLCB, × 400 ln ......................................................59
  ...................................................................60

  .................................................................60
  ...................................................................61

HVTH: t

viii

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

M U
1. Lý do ch tài
Ngày nay cùng vi s phát trin không ngng ca khoa hc k thut thì hàng
lot các vt liu mi i. n nay vt lic s dng trong các ngành
là rng v chng loi và tính cơng ngh. Cùng vu ci
v t, chng và tính thm m ca sn phc nâng cao.
Nhôm và hp kim nhôm hic ng dng rng rãi trong xây dng, hàng
không và công nghip tàu bin. Vì vy ngành cơng ngh i nghiên cu
 tìm ra nhng công ngh nh  ng thc t  t qu là hàng lot công
ngh  hàn MIG nhôm và hng
c áp dng rng rãi  c ta.
Qúa trình hàn MIG nhơm và hm: thi gian duy trì
h quang dài, t p ln, không b tn thu mu que hàn nhiu so vi hàn
h quang tay; m bn tóe thp. Vm ca mình thì cơng ngh hàn
hàn MIG nhơm và hc áp dng trong thc ti
hàn MIG nhôm và hp kim nhôm là mi mi  c ta,

vic nghiên cu, ng dng công ngh này vào thc t sn xut cịn rt hn ch. Vì
v  ng mi hàn vic nghiên cu ng ca thơng
s c và hình dng ca mi hàn thc hin bng công ngh hàn
MIG nhôm và hp kim nhôm là ht sc cn thic tin cao.
2. Lch s nghiên cu




               



HVTH: t

1

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni








2015-2016.
3. M
nh giá ng ca các thông s công ngh hàn n  chc
ca mi hàn giáp mi vt liu hp kim nhôm 5083 thc hin bng công ngh hàn
hàn MIG nhm ng dng vào sn xut mt cách có hiu qu.
4. Ni dung 
- Tng quan v công ngh hàn nhôm và hp kim nhôm.
- Nghiên cu thc nghim.
- Nghiên cu ng ca ch  hàn (V h, I h chc liên
kt hàn hp kim nhôm magiê 5083 b.
- nh b thông s ch  hàn hp lý và xây dng quy trình hàn giáp
mi hp kim nhôm magiê 5083 b.
u
Nghiên cu lý thuyt: nghiên cu công ngh hàn MIG nhôm và hp kim
nhôm và các thông s công ngh hàn; thit b hàn MIG; vt liu hàn nhôm và hp
kim nhôm; tiêu chun hàn nhôm và hp kim nhôm.
Nghiên cu thc nghim: S dch thc nghim bc
 nghiên cu ng ca các thông s ch  
ngu ca mi hàn giáp mi mt phía hp kim nhơm 


HVTH: t

2

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni


Em xin chân thành c ng d nhit tình ca PGS.TS
Nguyn Thúc Hà, Các Thy cô trong B môn Hàn & Công ngh kim loi, Vi
i hc Bách khoa Hà Ni; TS. , NCS Nguyn Hng Thanh
  em trong quá trình thc hin. 
trng ci hm K thunh u ki
vt ch tác gi thc hin các thí nghim hồn thành lun 
Hà Ni, ngày 20 tháng 3 7
Hc viên

t

HVTH: t

3

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

C 1
TNG QUAN V CƠNG NGH HÀN NHƠM VÀ HP KIM NHƠM
1.1 Tình hình nghiên ccngồi
1.1.1 Tình hình nghiên cu  c ngồi
Sanjeev kumar và công s, ng dng công ngh ngvào hàn

nhôm tm có chiu dày ln và áp dng cơng ngh hàn TIG xung khi hàn tm có
chiu dày (3 ÷ 5mm) vn hàn trong khong t ng khí
bo v t 7÷15 lít/ phút. ng sut ct ca KLMH (73 Mpa) nh   
Mpa). T vic phân tích các mi kính hin vi, các tác gi nhn thy rng
kim lo    u trúc d  ng trc d  ng vin
chy và s phá hy mu th nm  khu vc này.
Indira Rani và cng s, a hp kim nhôm AA khi hàn
 i tn s xung). Tác gi ch nghiên cu dịng
hàn trong khong 70 ÷ 74 A và vn tc hàn 700 ÷ 760 mm/ phút, tn s xung 3 và 7
Hz. T kt qu thc nghim nhóm tác gi  rng gii hn chy và gii hn
bn kéo ca KLMH và KLCB gn ging nhau. Mu th kéo cho kt qu t ti
vùng HAZ.
Ahmed Khalid Hussain và cng s, u ng ca vn
t  n gii hn bn kéo ca liên kt hàn khi hàn TIG t hp kim nhôm
AA6351 vi chiu dày 4 mm. Mi ghép vát kiu ch V, vn tc hàn 1800 ÷ 7200
mm/ phút. Kt qu th kéo cho thy rng khu vc mi hàn và lân cn mi hàn cho
giá tr nh     i hn b     n tc hàn gim
xung.
Norman và cng s, u t chc t vi ca hp kim Al-Mg-Cu- Mn
trong phm vi ch  hàn rn hàn t 100 ÷ 190 A), t i
t 420 ÷ 1500 mm/ phút. T chc t c  vùng trung tâm mi hàn khi
làm ngui vi t ln so sánh vi t chc t vi ti vùng vin ch

HVTH: t

4

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà

Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

t lun rng nu t  ngui  
chc t vi ti vùng KLMH có dc nh 
Kumar and Sundarrajan, u cơng ngh hàn TIG xung khi hàn hp
kim nhơm AA có chiu dày 2,14 mm vn hàn (40 ÷ 90 A), vn tc hàn
(210 ÷ 230 mm/ phút). Tác gi  d t
thơng s ch  hàn TIG xung vi ma KLMH.
Preston và công s,  dng k thut mô phng s  d ng su
và bin dng ph thuc vào gii hn chy ca hp kim nhơm A2024 có chiu dày
3,2 mm b
Krzysztof Dudzik, t qu nghiên cu v các tính chc c
 so sánh hp kim
5083 hic s di h
h b
p kim nhôm. Tron

    -         
               
 -

Hi ngh quc t ln th thut 
15, 16 tháng Polixenia Iuliana Simion 


      
       
ng thi

n chng hàn.

HVTH: t

5

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

1.1.2 Tình hình nghiên cc
Là mt c t phá trong công ngh  tàu cao tc v hp kim nhôm 
Vit Nam,  1997, Công ty 189 ch to thành công tàu tun tra cao tc v nhôm
mang ký hiu ST 112 cho B  Lnh B i Biên Phòng.
Theo sau sn phm tàu hp kim nhôm ST112,  1997, Công ty ch to
hàng lot xung cao tc v hp kim nhôm mang ký hiu thit k ST450, ST520,
ST660, ST570, ST700, ST650, ST750, ST750-CN, ST750CNX, ST737, ST850,
ST880, ST900, ST920, ST1200, ST740, SD530, SD420 cho Các B và các ngành
 phc v cho các  trình kim tra phịng chng bão lt, tun tra, cu h cu
nn,  b và du lch. Tt c sn phm trên  c kim nghim qua thc t khai
thác s dng, c các th ng khó tính  giá cao v cht ng và tính 
s dng.
Khơng ch thành công trong vic ch to các sn phm xung cao tc v hp
kim nhơm, Cơng ty 189 cịn thành cơng trong vic ch to hàng lot tàu tun tra
quân s tiên tin (tàu tun tra ST126 ca B Công an, tàu tun tra ST112 ca B i
Biên phòng, tàu tun tra DS197 ca Tng cc Hi quan, tàu tun tra ST146 ca
Biên phòng  tàu ch khách (tàu KT01 ca Huyn o Cô Tô, tàu v hp kim

nhôm cao tc 100 khách Bch Long (ST138) ca Ban QLDA Bch Long  và
hàng lot các loi tàu khác  tàu  c a chính, tàu kho sát thu 
 2001,  du mt c phát trin t bc ca Công ty 189 bng
vic Công ty  ch to thành công tàu cnh sát bin cao tc v hp kim nhôm
mang ký hiu thit k TT120 cho lc ng Cnh sát Bin Vit Nam   là tàu
tun tra cao tc v hp kim nhơm có giá tr và qui mơ ln c  lp ti Vit
Nam và sn phm tàu TT120  c Th ng B và các  quan chc 
 giá cao c v cht ng, thm m và  ng c các tính  k chin
thut c duyt (hin nay Công ty  xut ng c n chic tàu th 8).
Không ch thành công trong  vc  tàu tun tra cao tc phc v cơng
tác quc phịng, trong  vc  mi tàu khách, tàu du lch, tàu công v cao tc
v hp kim nhôm, Công ty 189   thc hin rt thành công và hiu qu. Hin

HVTH: t

6

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

nay, Công ty  xut ng hàng lot tàu, xung du lch  ch khách, tàu công v
cao tc v hp kim nhôm  tàu ch khách ST880, ST1500, ST138, ST166-1&2,
ST1600, ST1650-1&2, ST155, K103, ST176, ST196, ST182, ST1360, 
nhng sn phm này  c kim nghim qua thc t khai thác và c khách
hàng  giá cao. Ch yu nghiên cu hàn hp kim nhôm 5083.
 u và bo v thành công lun án ti thut

khi hàn liên kt góc gia nhơm 1100 và thép CCT38.
Nguyn Quc Mu và bo v thành công lun án ti
k thut khi hàn giáp mi và liên kt góc gia hp kim nhơm 6061 và 5083 vi thép
khơng g 304 và 316.




ra 
mm.
1.2 Tng quan v vt liu nhôm và hp kim nhôm
1.2.1 m công ngh ca nhôm và hp kim nhôm, phm vi ng dng
ca chúng [5]
Nhôm là mt kim loi mm, nh vi màu bc ánh kim m, và có mt lp
mng oxit hóa to thành r trn nó ngồi khơng khí. T trng riêng
ca nhơm ch khong mt phn ba sng. Nó mm d un và gia cơng trên
 n vng do có lp oxit bo v,
m t  ngồi khơng khí trong
u king.
Nhơm dng tm, cunh hình có nhii kim loi
khác   nh hình là q trình s lí
kim loi nhm phát huy tc tính ca nhơm, phù hp cho các nhà thit k,
n xut

HVTH: t

7

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà

Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

Nhơm có tr ng nh nht trong các kim loi, do vy nhôm d vn
chuyn và chi phí vn chuyn thp. Là nguyên liu hp dn cho ngành hàng không,
nhà cao tng và công nghic vn ti thì nó giúp
gim chi phí nhiên liu.
i ta có th . Khi nhit
 gim, nhơm b cùng khí hu lnh.
Nhơm là s kt hc bit gia trng nh  b bn có
th  khi thêm vào mt hay nhiu chng, km
 bc s c bit.
Tính chng mài mịn ca nhơm tùy vào lp màng oxide mng, và cng bên
ngồi. Lp màng này có th dày ti 0.2 milimet.
Nhơm có tính dn nhit cao thích hp cho nhc ci
nhi phn làm mát ca t lnh và các thành phn cc
nh hình theo hình dng thích hp cho nhng b phn cn dn nhit.
Nhơm là kim loi r có tính dc dùng dn.
Nhơm khơng có t c dùng cho các thit b m
chn.
Nhơm d nh hình t b do tt
có th un li n   móp mép. Có nhi   nh hình nhơm, un, ép,
kéo...
* Các loi nhôm và hp kim nhôm ng gp:
- Nhôm nguyên cht (1XXX series)
- Hp kim nhôm-ng (2xxx series)
- Hp kim nhôm-mangan (3xxx series)
- Hp kim nhôm-silic (4xxx series)

- Hp kim nhôm-magiê (5xxx series)
- Hp kim nhôm-magiê-silicon (6xxx series)

HVTH: t

8

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

- Hp kim nhôm-km-magiê (7XXXseries)
- Các hp kim khác (8XXXseries)
p kim nhôm  magiê (5xxx series) c ng dng rng rãi ti
c phát trin trong các ngành xây dng, cơng nghi
Vì th tác gi chn nghiên cu công ngh hàn hp kim nhôm - magiê 5083

1 p kim nhơm 5083, [13]


V





115 ÷ 200

270 ÷ 345

5083

2 Thành phn hóa hc hp kim nhơm 5083

Mg

Mn

Cu

Si

Cr

Fe

Zn

Ti

Al

4÷4,9

0,4÷1





0,05÷0,25









1.2.2 Tính hàn ca nhơm và hp kim nhơm
Nhi nóng chy AL : 660 °C; Al 2O3: 2050 °C
Khng riêng ca AL : 2,7 g/cm3; Al2O3: 3,6 g/cm3
Khi hàn  hình thành lp màng oxit AL2O3
 cnh mi hàn khó nóng chy, ln x trong khi hàn.
h lp màng oxit nhôm bng các bin pháp:
- ci bng bàn chi có si thép khơng g ...
- Hóa hc: thuc hàn to thành các cht d 
thuc 50% KCl + 15% NaCl + 35% Na3 AlF3 cho phn ng
Al2O3 + 6KCl

2AlCl3 + 3K2O. Dung dch axit kim.




HVTH: t

9

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà


Luc s

i hc Bách khoa Hà Ni

- H quang: hiu ng bn phá catot ca h quang .
Ti nhi    bn gim nhanh, làm nhôm b s    chy
lỗng cao, nhơm d b chy ra khi chân mi hàn. Ngồi ra nhơm b i màu khi
hàn nên khó phát hiu ch
H s dãn n nhii thp, nhôm d b bin dng khi hàn
.
Hydrô là ngun gây r khí ch yu khi hàn nhơm, cn phi kh các hp cht
cha khí Hydrơ trên b mt hàn.  hòa tan ct
m my ra trong b
hàn nhiu hydro s hình thành "bong bóng" và "bong bóng" b mc kt trong mi
 tr nên xp    

Nhôm dn n tt nên khi hàn phi dùng ngun nhit có công sut ln hoc
ngun xung.
Tron
t này xy ra ngay trong  kim loi
vn cịn nóng. ng xy ra trong vùng HAZ 
1.3  hàn nhôm và hp kim nhôm
Ngày nay công ngh n khá m
       c s

dng là : hàn SMAW, TIG,...

HVTH: t

10

GVHD: PGS.TS. Nguyn Thúc Hà