luận án tiến sỹ kỹ thuật cơ khí nghiên cứu công nghệ hàn lien kết nhôm thép bằng phương pháp hàn tig

B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC BÁCH KHOA HÀ NI









V ÌNH TOI








NGHIÊN CU CÔNG NGH HÀN
LIÊN KT NHÔM - THÉP BNG QUÁ TRÌNH HÀN TIG

LUN ÁN TIN S K THUT C KHÍ














HÀ NI - 2014


B GIÁO DC VÀ ÀO TO
TRNG I HC BÁCH KHOA HÀ NI







V ÌNH TOI

NGHIÊN CU CÔNG NGH HÀN
LIÊN KT NHÔM - THÉP BNG QUÁ TRÌNH HÀN TIG


Chuyên ngành: K thut C khí
Mã s: 62520103





LUN ÁN TIN S K THUT C KHÍ






NGI HNG DN KHOA HC:
1. PGS. TS. Hoàng Tùng
2. PGS. TS. Nguyn Thúc Hà

HÀ NI - 2014
i




LI CAM OAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu ca riêng tôi. Các s liu, kt qu trình
bày trong Lun án này là trung thc và cha tng đc ai công b trong bt c công trình
nào khác!
Hà Ni, ngày 01 tháng 06 nm 2014
Ngi cam đoan



V ình Toi


TP TH HNG DN KHOA HC




PGS. TS. Hoàng Tùng PGS. TS. Nguyn Thúc Hà

ii



LI CÁM N

Tác gi chân thành cám n PGS. TS. Hoàng Tùng và PGS. TS. Nguyn Thúc Hà, đã tn
tình hng dn, to điu kin v tài liu và đng viên tác gi trong sut quá trình nghiên
cu và hoàn thành bn lun án này.
Tác gi trân trng cám n B môn C khí hàn - Khoa C khí và Trung tâm Thc hành -
Trng i hc S phm K thut Nam nh (trong đó đc bit là ThS. V Vn Ba và KS.
V Vn t – ngi trc tip thí nghim) đã to điu kin thun li v c s vt cht phc
v thí nghim, nhit tình giúp đ tác gi trong sut quá trình nghiên cu thc nghim và
kim tra c tính liên kt hàn nhôm – thép ti đây.
Tác gi trân trng cám n ThS. Trn Th Xuân - B môn Vt liu hc, X lý nhit và
B mt - Vin Khoa hc & K thut Vt liu - i hc Bách khoa Hà Ni đã nhit tình
giúp đ tác gi trong quá trình đo đ cng và chp nh cu trúc t vi liên kt hàn nhôm –
thép mà tác gi nghiên cu ra.
Tác gi trân trng cám n Phòng thí nghim Hin vi đin t & Vi phân tích - Vin Tiên
tin Khoa hc & Công ngh - i hc Bách khoa Hà Ni đã nhit tình giúp đ tác gi
trong quá trình chp nh cu trúc siêu t vi và phân tích thành phn nguyên t trong liên
kt hàn nhôm – thép bng các k thut hin vi đin t quét (SEM) và ph tán sc nng
lng tia X (EDS/EDX).
Tác gi trân trng cám n các bn thân hu và các đng nghip trong B môn Hàn &
Công ngh Kim loi - Vin C khí - i hc Bách khoa Hà Ni đã to điu kin thun li
và đng viên tác gi trong quá trình nghiên cu thc hin lun án này.
Cui cùng, tác gi bày t lòng bit n sâu sc đn b, m tác gi cùng toàn th các thành
viên trong gia đình đã đng viên, to điu kin v tài chính và chia s nhng khó khn
trong sut quá trình tác gi nghiên cu và hoàn thành bn lun án này.

Tác gi lun án

V ình Toi

















iii



MC LC



Trang

DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT
vi

DANH MC CÁC BNG
xi

DANH MC CÁC HÌNH NH,  TH
xii




M U
1
1. TNG QUAN V HÀN NHÔM VI THÉP
5

1.1. Tình hình nghiên cu  trong nc
5

1.2. Tình hình nghiên cu  nc ngoài
6

1.3. Kt lun chng 1
17
2. C S KHOA HC HÀN NHÔM VI THÉP
18

2.1. Mc đích
18

2.2. ng x ca kim loi c bn khi hàn TIG
18


2.2.1. ng x ca nhôm AA1100 khi hàn TIG
18



2.2.1.1. Tính hàn ca nhôm AA1100
18



2.2.1.2. Vn đ nt liên quan đn vic chn vt liu hàn nhôm
21



2.2.1.3. Công ngh hàn nhôm AA1100 bng quá trình hàn TIG
21


2.2.2. ng x ca thép CCT38 khi hàn TIG
23



2.2.2.1. Tính hàn ca thép CCT38

23



2.2.2.2. Công ngh hàn thép CCT38 bng quá trình hàn TIG
23

2.3. Công ngh hàn các vt liu khác chng loi
24


2.3.1. c đim khi hàn các vt liu khác chng loi
24


2.3.2. Các quá trình khuch tán kim loi và tit pha mi khi hàn
26


2.3.3. Bn cht và c ch hình thành liên kt hàn hybrid nhôm - thép
28

2.3.4. nh hng ca các yu t công ngh đn vic hình thành liên kt
hàn hybrid nhôm - thép
32



2.3.4.1. nh hng ca nhit đ và thi gian khuch tán kim loi
32

2.3.4.2. nh hng ca đ sch b mt chi tit hàn
32



2.3.4.3. nh hng ca các nguyên t hp kim trong mi hàn
33

2.3.5. Chn vt liu đ hàn liên kt hybrid nhôm - thép bng quá trình
hàn TIG
36

2.4. Kt lun chng 2
38
3. MÔ PHNG S XÁC NH CH  CÔNG NGH HÀN TIG LIÊN
KT HYBRID NHÔM - THÉP DNG CH T

40

3.1. Mc đích
40

3.2. C s lý thuyt và phng pháp nghiên cu
40


3.2.1. S hóa phng trình truyn nhit khi hàn

40


3.2.2. Xây dng ma trn dòng nhit
41


3.2.3. Xây dng ma trn kt cu
42


3.2.4. Thit lp bài toán đa trng nhit - kt cu
44

3.3. Xác đnh kích thc ca liên kt hàn hybrid nhôm - thép dng ch T
bng phng pháp s

45

3.3.1. Thit k liên kt hàn hybrid nhôm - thép bng k thut tính toán
ti u

45



3.3.1.1. Bài toán ti u trong thit k kt cu
45

3.3.1.2. Mô hình liên kt hàn hybrid nhôm - thép dng ch T
49


3.3.2. Xác đnh kích thc ca liên kt hàn hybrid nhôm - thép ch T
51



3.3.2.1. Kt qu kim tra bn liên kt hàn hybrid nhôm - thép ch T

iv

 phng án thit k s b
51

3.3.2.2. Kt qu tính toán ti u kích thc ca liên kt hàn hybrid
nhôm - thép dng ch T

52

3.4. Xác đnh ch đ công ngh hàn TIG liên kt hybrid nhôm - thép dng
ch T bng mô phng s

56

3.4.1. Mô hình hóa quá trình hàn TIG liên kt hybrid nhôm - thép dng
ch T

56



3.4.1.1. Mô hình hóa ngun nhit hàn TIG
56



3.4.1.2. Mô hình các thuc tính ca vt liu
57



3.4.1.3. Xây dng mô hình mô phng
59

3.4.2. Kt qu tính toán trng nhit đ trong liên kt hàn hybrid nhôm -
thép dng ch T

62

3.4.2.1. nh hng ca góc nghiêng m hàn đn phân b nhit đ
trong tit din ngang ca liên kt hàn

62

3.4.2.2. Trng nhit đ phân b trong liên kt hàn hybrid nhôm -
thép ch T

63

3.4.2.3. Chu trình nhit và thi gian khuch tán kim loi ti mt s
v trí kho sát quan trng

66

3.4.3. Kt qu tính toán nh hng ca nng lng đng đn kh nng
hình thành liên kt hàn

69

3.4.3.1. nh hng ca nng lng đng đn nhit đ cc đi
trong tit din ngang liên kt hàn hybrid nhôm - thép

69

3.4.3.2. nh hng ca nng lng đng đn thi gian khuch tán
hiu qu

70

3.4.3.3. nh hng ca nng lng đng đn thi gian đông đc
ca mi hàn

72

3.4.4. Phân b ng sut và bin dng trong liên kt hàn hybrid nhôm -
thép ch T

72

3.5. Kt lun chng 3
74
4. NGHIÊN CU THC NGHIM HÀN TIG LIÊN KT HYBRID
NHÔM - THÉP DNG CH T

75

4.1. Mc đích
75

4.2. Trang thit b thí nghim
75


4.2.1. Thit b hàn
75


4.2.2.  gá hàn
76


4.2.3. Các trang thit b ph tr
77

4.3. Mu thí nghim
78

4.3.1. Vt liu mu hàn và dây hàn
78


4.3.2. Chun b mu thí nghim
78

4.4. Xây dng thí nghim
79


4.4.1. S đ gá kp mu thí nghim
79


4.4.2. Các ch đ và quy trình thí nghim
79

4.5. Các trang thit b kim tra cht lng hàn
81


4.5.1. Th kéo và b liên kt hàn
81


4.5.2. Các trang thit b dùng trong quá trình kim tra cht lng hàn
83

4.6. Kt lun chng 4
85
5. KT QU NGHIÊN CU VÀ BÀN LUN
86

5.1. nh hng ca nng lng đng đn cht lng liên kt
86

5.2. Hin tng nt trong liên kt hàn hybrid nhôm - thép
88

5.3. Các dng khuyt tt khác có th xut hin trong liên kt hàn hybrid

v

nhôm - thép dng ch T
88

5.4. Kt qu kim tra bn liên kt hàn hybrid nhôm - thép ch T
90

5.5. Cu trúc thô đi ca liên kt hàn hybrid nhôm - thép ch T
92

5.6. Cu trúc t vi ca liên kt hàn hybrid nhôm - thép ch T
92


5.6.1. Cu trúc t vi ti vùng liên kt gia KLMH và tm nhôm AA1100
92

5.6.2. Cu trúc t vi ti vùng liên kt gia KLMH và tm thép CCT38
93

5.7.  cng trong liên kt hàn hybrid nhôm - thép
94


5.7.1.  cng ti vùng liên kt không có lp IMC
94


5.7.2.  cng ti vùng liên kt có lp IMC
95

5.8. Nghiên cu cu trúc siêu t vi, thành phn hp kim ca lp IMC & vùng
liên kt gia KLMH vi tm thép CCT38 bng các k thut SEM và
EDS

95


5.8.1. Cu trúc siêu t vi di kính hin vi đin t quét (SEM)
95


5.8.2. Phân tích thành phn nguyên t bng k thut EDS
97

5.9. Nghiên cu quá trình khuch tán kim loi trong liên kt hàn nhôm - thép
bng ph tán sc nng lng tia X

98


5.9.1. Khuch tán kim loi ti vùng không cha lp IMC
98


5.9.2. Khuch tán kim loi ti vùng có lp IMC
101

5.10. Kt lun chng 5
104

KT LUN CHUNG CA LUN ÁN & KIN NGH
105

TÀI LIU THAM KHO
106

DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH Ã CÔNG B CA LUN ÁN
110

vi

DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT
Ký hiu /
Vit tt
n v Ý ngha
q


[J] Lng nhit sinh ra ca mt đn v th tích
q

[J] Dòng nhit truyn qua b mt đang xét

Ma trn nhit dung riêng ca phn t

Ma trn h s dn nhit ca phn t

Ma trn h s khuch tán nhit ca phn t

Ma trn h s truyn nhit đi lu qua b mt ca phn t

Véc t lu lng nhit ca phn t

Véc t dòng nhit đi lu qua b mt ca phn t

Véc t ti trng sinh nhit ca phn t

Ma trn khi lng ca phn t

Ma trn đ cng ca phn t

Ma trn đ cng c s ca phn t

Véc t ti trng nhit ca phn t

Véc t ti áp lc (pressure) lên phn t

Véc t ti trng lc (nodal force) đt lên nút ca phn t

Véc t gia tc nút phn t
γ
[kg/m
3
] Khi lng riêng ca vt cht
δ
Ký hiu vi phân
α
[m/(m.°C)]
H s dãn n nhit
ν
H s poisson
η
[%] Hiu sut ca quá trình hàn
φ
(j)

Trng s liên quan đn phng án thit k th j

δT
Vi phân nhit đ
[σ]
[MPa] ng sut cho phép
[∆l]
[mm]  võng cho phép
[B] Ma trn bin dng - chuyn v trên c s ca hàm hình dáng
[K] Ma trn h s dn nhit
vii

[N] Ma trn hàm hình dáng ca phn t hu hn
[N
n
] Ma trn hàm hình dáng ca pháp tuyn đng ti b mt chu
ti
{η}
Véc t pháp tuyn đn v ca b mt
{ε}
Véc t bin dng tng th
{σ}
Véc t ng sut
{ε
el
}
Véc t bin dng đàn hi
{ε
th
}
Véc t bin dng nhit
{δu}

T

Véc t vi phân chuyn v
{Fa} Véc t ti trng
{L} Véc t ct (gradient)
{p} Véc t ti áp lc
{q} Véc t dòng nhit
{T
e
} Véc t nhit đ nút phn t
{u} Véc t chuyn v nút phn t
{w} Véc t chuyn v ca ca đim đang xét
{} Véc t tc đ truyn nhit
AC Dòng đin xoay chiu
a
c
B mt có tr kháng phân b
a
f
, a
r
, b, c Các thông s ca mô hình ngun nhit hàn
a
p
B mt mà trên đó ti áp lc đt vào
c [J/(kg.K)] Nhit dung riêng
c
1
, c
2

, c
3
, c
4

Các hng s đc tính toán ni b trong thut toán ti u
Cao1
[mm] Chiu cao ti đu ngàm
Cao2 [mm] Chiu cao ti đu t do
CMT Dch chuyn kim loi ngui (Cold Metal Transfer)
CNC iu khin s nh máy tính
d [mm] ng kính đin cc vonfram
D [mm] ng kính ming chp khí
d
1
, d
2
, d
3
, d
4
Các hng s đc tính toán ni b trong thut toán ti u
db [mm] Chiu dày tm biên
DC+ Dòng đin 1 chiu cc nghch
dv [mm] Chiu dày tm vách
e [C] in tích ca đin t (Culong)
viii

E [MPa] Mô đun đàn hi
E0 [Kcal] Nng lng cn cho nguyên t dch chuyn bên trong vt

E
2
Sai s bình phng bé nht ca hàm mc tiêu
EB [Kcal] Nng lng gia các pha
EDS / EDX Ph tán sc nng lng tia X
(Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy)
E
R
và E
L
[Kcal] Nng lng kích thích khuch tán trong pha rn và pha lng
ES [Kcal] Nng lng lp b mt
F(x,p
k
) Hàm s ca các bin thit k
FEM Phng pháp phn t hu hn (Finite Element Method)
G
i
(x) Hàm điu kin gii hn trên
HAZ /
VAHN
Vùng nh hng nhit
h
f
H s đi lu nhit
H
j
(x) Hàm điu kin gii hn di
Hybrid Lai ghép
I

h
[A] Dòng đin hàn
IMC Hp cht liên kim (Intermetallic Compound)
k Hng s Boltzmann
KLCB Kim loi c bn
KLMH Kim loi mi hàn
Kmh [mm] Kích thc cnh mi hàn
K
xx
, K
yy
, K
zz
[W/(m.K)] H s dn nhit ln lt theo các hng x, y và z
L [mm] Chiu dài dm
m Tng s các hàm ràng buc
MIG Hàn h quang đin cc nóng chy trong môi trng khí tr
bo v
MMA Hàn h quang tay
n S lng bin thit k đc lp cn phi ti u
N Tng s các bin đc lp ca mô hình
n
d
S lng các phng án thit k hin thi
n
s
S ln tính lp đi lp li
N
s
S lng ti đa ca ln tính lp đi lp li

n
si
S phng án thit k không kh thi liên tip
N
si
S lng ti đa ca phng án thit k không kh thi liên
ix

tip
P [W] Công sut nhit hiu dng
p
k
S lng ca tham s
PTHH Phn t hu hn
PWHT X lý nhit sau khi hàn (Post Weld Heat Treatment)
q [J/mm] Nng lng đng
Q
f
[W/mm
3
] Mt đ ngun nhit hàn phía trc
Q
r
[W/mm
3
] Mt đ ngun nhit hàn phía sau
Q
R
[W/mm
3

] Hàm mt đ ngun nhit
Rong
[mm] Chiu rng biên dm
SAW Hàn h quang di lp thuc
SEM Hin vi đin t quét (Scanning Electron Microscope)
S
eqv
ng sut tng đng (Equivalent Stress)
T [
o
C] Nhit đ
t [s] Bin thi gian
T
B
[
o
C] Nhit đ ca môi trng
TCVN Tiêu chun Vit Nam
TIG Hàn h quang đin cc không nóng chy trong môi trng
khí tr bo v
U [J] Công kh d
U
h
[V] in áp hàn
U
max
[mm]  võng cc đi
V [J] Công do ngoi lc tác đng
V
e

[mm
3
] Th tích ca phn t hu hn
V
h
[mm/s] Vn tc hàn
W
k
(x) Hàm điu kin gii hn c cn trên và cn di
w
n
Pháp tuyn đng ca b mt phn t
x Véc t bin thit k
X Hàm pht
x
(b)
Hng s phng án thit k tt nht
YS [MPa] Gii hn chy

i
, β
j
, γ
k

Các sai s cho phép ca các hàm điu kin
 S dng rt nh

i
Bin thit k

x

 Dung sai ca hàm mc tiêu

0
[s] Thi gian  ca quá trình không hot hóa (ER + EL = 0)

R
[s] Thi gian tr (thi gian nguyên t tn ti trc rào cn th
nng)

xi

DANH MC CÁC BNG Trang
Bng 2.1 Thành phn hóa hc ca nhôm AA1100 19
Bng 2.2 C tính ca nhôm AA1100 19
Bng 2.3 Chn c chp khí theo đng kính đin cc vonfram 22
Bng 2.4 Thành phn hóa hc ca thép CCT38 23
Bng 2.5 C tính ca thép CCT38 23
Bng 2.6  cng t vi ca các pha liên kim gia Fe và Al 32
Bng 2.7 Ký hiu ca các hp cht liên kim 3 nguyên h Al-Fe-Si 35
Bng 2.8 Dây hàn TIG nhôm phù hp tng ng vi KLCB 37
Bng 2.9 Thành phn hóa hc ca mt s dây hàn cho nhôm theo tiêu chun
AWS A5.10-1980 37
Bng 2.10 C tính đt đc khi hàn nhôm AA1100 bng các dây hàn khác nhau 37
Bng 2.11 Tng hp các yu t và gii pháp k thut khi hàn nhôm vi thép 37
Bng 3.1 C tính ca các vt trong liên kt hàn hybrid gia nhôm AA1100 vi
thép CCT38 49
Bng 3.2 Các kích thc ca liên kt hàn ch T trong phng án thit k s b
và ti trng 49

Bng 3.3 So sánh các kích thc ca kt cu gia phng án s b và phng
án ti u 54
Bng 3.4 So sánh kích thc ca kt cu ban đu và ca phng án đc chn 55
Bng 3.5 Ký hiu quy c ca các t chc kim loi khi hàn 57
Bng 3.6 Mô t các nút cn kho sát 67
Bng 4.1 Thông s k thut c bn ca máy hàn MasterTIG 2500 xung AC/DC 75
Bng 4.2 Các trang thit b ph tr và mc đích s dng 77
Bng 4.3 Các ch đ thí nghim hàn TIG liên kt hybrid nhôm – thép dng
ch T dày 5 mm 80
Bng 4.4 Các trang thit b kim tra cht lng liên kt hàn 83
Bng 5.1 Kt qu th kéo 5 mu hàn hybrid nhôm – thép ch T 91
Bng 5.2 Kt qu th b 5 mu hàn hybrid nhôm – thép ch T 92
Bng 5.3  cng ti vùng liên kt không có lp IMC 95
Bng 5.4  cng ti vùng liên kt có lp IMC 95


xii

DANH MC CÁC HÌNH NH VÀ  TH Trang
Hình 0.1 D án SuperLightCar vi nhiu loi vt liu 1
Hình 0.2 S đ kt cu ca tàu tun tra cao tc v nhôm 2
Hình 0.3 Liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T 2
Hình 1.1 Liên kt hàn nhôm-thép dng ch T có s dng di vt liu trung gian 3 lp 5
Hình 1.2 Hàn liên kt chng nhôm-thép bng nng lng n 7
Hình 1.3 Hàn liên kt giáp mi nhôm-thép bng ma sát ngoáy 8
Hình 1.4 Hàn liên kt giáp mi dng thanh, ng nhôm-thép bng ma sát quay 9
Hình 1.5 Hàn liên kt chng nhôm-thép bng Xung t 10
Hình 1.6 Hàn đim liên kt chng nhôm-thép có s dng vt liu trung gian 11
Hình 1.7 Hàn liên kt chng nhôm-thép bng Laser 12
Hình 1.8 Hàn liên kt giáp mi nhôm-thép bng hàn t hp Laser+MIG 13

Hình 1.9 Nguyên lý hàn MIG và liên kt chng nhôm-thép thc hin bng hàn MIG 14
Hình 1.10 Nguyên lý hàn TIG & liên kt nhôm-thép thc hin bng hàn TIG 15
Hình 2.1 Phân loi nhôm và hp kim nhôm theo các nguyên t hp kim ch yu 19
Hình 2.2 c đim khi hàn nhôm 1xxx và hp kim nhôm không th nhit luyn 19
Hình 2.3 Kh nng hòa tan ca Hydro trong nhôm nguyên cht 20
Hình 2.4  nhy cm nt ca kim loi mi hàn theo loi và hàm lng ca các
nguyên t hp kim 21
Hình 2.5 Các dng c ch khuch tán kim loi  trng thái rn 27
Hình 2.6 Các giai đon ca quá trình kt ta (tit pha) mi trong kim loi 27
Hình 2.7 Các dng kt qu sau quá trình khuch tán trong kim loi 27
Hình 2.8 S đ khuch tán nguyên t và tit pha mi ti vùng biên gii thép
CCT38 - KLMH 29
Hình 2.9 H s khuch tán vào nhôm ca mt s kim loi 29
Hình 2.10 Kh nng hòa tan vào nhôm ca mt s kim loi 30
Hình 2.11 Cu trúc mng tinh th ca liên kim AlFe
3
và ôxit nhôm 30
Hình 2.12 Gin đ trng thái ca h hp kim 2 nguyên Fe-Al 31
Hình 2.13 nh hng ca các nguyên t hp kim trong vt liu hàn đn chiu dày
ca lp IMC và đ bn ca liên kt hàn nhôm – thép khi hàn TIG 33
Hình 2.14 Gin đ trng thái ca h hp kim 2 nguyên Al-Si 34
Hình 2.15 Gin đ trng thái ca h hp kim 2 nguyên Fe-Si 35
Hình 2.16 Gin đ trng thái ca h Al-Fe-Si ti nhit đ 600
o
C 36
Hình 3.1 Lu đ thut toán tính ti u liên kt hàn hybrid nhôm – thép 48
Hình 3.2 S đ tính toán liên kt hàn nhôm – thép dng ch T 49
Hình 3.3 Mô hình PTHH ca liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T
 phng án s b 50
Hình 3.4 ng sut tng đng

σ
e
trong liên kt hàn hybrid nhôm – thép ch T
 phng án s b 51
Hình 3.5  võng U
y
ca liên kt hybrid nhôm – thép ch T  phng án s b 52
Hình 3.6 Các phng án thit k và xác đnh phng án ti u 53
xiii

Hình 3.7 So sánh phng án s b ban đu a) và phng án ti u b) 54
Hình 3.8 Kt qu tính cnh mi hàn (Kmh) 55
Hình 3.9 Kim tra điu kin bn ca phng án la chn cui cùng 55
Hình 3.10 Kim tra đ võng U
y
ca phng án la chn cui cùng 56
Hình 3.11 Mô hình ngun nhit hàn MMA/TIG/MIG/MAG 57
Hình 3.12 Mô hình ngun nhit rút gn hàn MMA/TIG/MIG/MAG theo Goldak 57
Hình 3.13 Khi lng riêng ca thép CCT38 (trái) và ca nhôm AA1100 (phi) 58
Hình 3.14 Mô đun đàn hi ca thép CCT38 (trái) và ca nhôm AA1100 (phi) 58
Hình 3.15 Nhit dung riêng ca thép CCT38 (trái) và ca nhôm AA1100 (phi) 58
Hình 3.16 H s dn nhit ca thép CCT38 (trái) và ca nhôm AA1100 (phi) 59
Hình 3.17 Mô hình khi ca liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T 59
Hình 3.18 Mô hình PTHH ca liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T 59
Hình 3.19 Qu đo đng hàn và đng dn trên liên kt hàn hybrid nhôm-thép ch T 60
Hình 3.20 S dng các k thut "khi đng nóng" và "gim dòng hàn" 60
Hình 3.21 Các b mt và hàm trao đi nhit vi môi trng xung quanh 61
Hình 3.22 Các v trí kp cht khi hàn liên kt hybrid nhôm – thép ch T 61
Hình 3.23 Quy c góc nghiêng ca m hàn A
y

trong Sysweld 62
Hình 3.24 nh hng ca góc nghiêng m hàn đn phân b nhit đ trên tit din
ngang ca liên kt hàn khi hàn  cùng ch đ P=2100W, V
h
=3mm/s 63
Hình 3.25 Trng nhit đ phân b tc thi trong liên kt hàn hybrid nhôm – thép
ch T khi ngun nhit di chuyn đn gia mô hình (P=2400W, V
h
=3,5mm/s) 64
Hình 3.26 Trng nhit đ phân b trên tit din ngang liên kt hybrid nhôm – thép
ch T khi hàn vi công suât nhit hiu dng P=2400W, vn tc hàn V
h
=3,5mm/s 64
Hình 3.27 Trng nhit đ phân b trên tit din ngang ca liên kt hàn hybrid
nhôm – thép ch T  các ch đ công ngh khác nhau 65
Hình 3.28 V trí ca các nút cn phi kim soát cht ch chu trình nhit hàn 66
Hình 3.29 Chu trình nhit hàn ti các nút trên hình 3.28 trong ch đ hàn
P=2400W, Vh=3mm/s 67
Hình 3.30 Chu trình nhit hàn ti các nút trên hình 3.28 trong ch đ hàn
P=2400W, Vh=3,5mm/s 68
Hình 3.31 Chu trình nhit hàn ti các nút trên hình 3.28 trong ch đ hàn
P=2400W, Vh=4mm/s 69
Hình 3.32 nh hng ca nng lng đng đn nhit đ cc đi ti các nút kho sát
trên tit din ngang ca liên kt hàn hybrid nhôm-thép dng ch T dày 5mm 70
Hình 3.33 nh hng ca nng lng đng đn thi gian khuch tán ti các nút trên
b mt tm thép CCT38 trong tit din ngang ca mi hàn hybrid nhôm
– thép ch T dày 5 mm 71
Hình 3.34 nh hng ca nng lng đng đn thi gian đông đc ca mi hàn
(ti nút 2124 nm trong mi hàn) 72
Hình 3.35 Phân b ng sut trong liên kt hàn hybrid nhôm – thép ch T sau khi hàn

1 phía vi nng lng đng q = 680 J/mm 73
Hình 3.36 Bin dng sau khi hàn 1 phía liên kt hybrid nhôm – thép ch T vi nng
xiv

lng đng q = 680 J/mm 73
Hình 4.1 Thit b hàn MasterTIG 2500 xung AC/DC ca hãng Kemppi – Phn Lan 75
Hình 4.2  gá hàn đa nng và xe hàn t hành 76
Hình 4.3 Các mu phôi thí nghim 78
Hình 4.4 S đ gá kp mu hàn khi thí nghim 79
Hình 4.5 Biu đ tín hiu dòng hàn xung AC khi hàn liên kt nhôm – thép
bng quá trình hàn TIG 80
Hình 4.6 Các s đ th kéo và th b liên kt hàn hybrid nhôm – thép ch T 81
Hình 4.7 Chun b các mu đ th kéo và b liên kt hàn hybrid nhôm – thép
dng ch T 82
Hình 4.8  gá mu th kéo liên kt hàn ch T và lp ráp trên máy kéo – nén
vn nng CNC 82
Hình 4.9 B liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T 83
Hình 5.1 nh hng ca nng lng đng đn cht lng liên kt 86
Hình 5.2 Hin tng nt trên gianh gii KLMH và tm thép khi hàn  ch đ hàn 2 88
Hình 5.3 Các dng khuyt tt khác có th xut hin trong liên kt hàn hybrid nhôm
– thép dng ch T 89
Hình 5.4 Biên bn th kéo mu K03 liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T
dày 5 mm khi hàn vi nng lng đng 680 J/mm 90
Hình 5.5 Biên bn th b mu U02 liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T
dày 5 mm khi hàn vi nng lng đng 680 J/mm 91
Hình 5.6 Cu trúc thô đi ca liên kt hàn hybrid nhôm – thép ch T dày 5 mm 92
Hình 5.7 Cu trúc t vi ti vùng liên kt gia KLMH và tm nhôm AA1100 93
Hình 5.8 Cu trúc t vi ti vùng liên kt gia KLMH và tm thép CCT38 94
Hình 5.9  cng t vi ti vùng liên kt không có lp IMC (x500) 95
Hình 5.10  cng t vi ti vùng liên kt có lp IMC (x500) 95

Hình 5.11 Cu trúc siêu t vi ca vùng liên kt gia KLMH và tm thép CCT38
di kính hin vi đin t quét (SEM) 96
Hình 5.12 Phân tích thành phn kim loi trong lp IMC 97
Hình 5.13 Phân tích thành phn nguyên t trong lp ôxit st 98
Hình 5.14 Ph phân b các nguyên t trong vùng liên kt không cha lp IMC 99
Hình 5.15 Ph phân b ca tng nguyên t trong vùng liên kt không cha lp IMC 100
Hình 5.16 Thành phn nguyên t ti các v trí kho sát trong vùng liên kt không
cha lp IMC 101
Hình 5.17 Ph phân b các nguyên t trong vùng liên kt có cha lp IMC 102
Hình 5.18 Ph phân b ca tng nguyên t trong vùng liên kt có cha lp IMC 103
Hình 5.19 Thành phn nguyên t ti các v trí kho sát trong vùng liên kt có cha
lp IMC 104
1

M U
Hin nay, xu hng gim trng lng ca các thit b, phng tin giao thông vn ti đã
tr nên rt cp bách nhm các mc đích: tng tc đ và hiu qu vn hành, gim mc tiêu
hao nhiên liu s dng, gim ô nhim môi trng,… Trong đó, vic nghiên cu ch to các
kt cu khung, v ca các phng tin vn ti bng hp kim nh (nhôm, magiê, titan và
hp kim ca chúng) hoc bng các vt liu composite, cht do,… đã đc trin khai mnh
m trong các ngành ch to ôtô, tàu ha, máy bay, tàu thy và c tàu ngm. in hình là
quá trình ch to các loi tàu cao tc có 1 hoc nhiu thân, ch nng, chu đc sóng to,
chiu dài 35 – 45 m, đc bit là chy nhanh vi tc đ 40 – 75 km/h. Chúng thng đc
ch to t hp kim Al-Mg có đ bn cao, s dng công ngh hàn h quang trong môi
trng khí bo v (MIG hoc TIG). So vi tàu thép, chúng có th tit kim t 40 – 50 %
khi lng [1].
ng hành vi nhng thay đi v nhu cu s dng các vt liu nh k trên, các công
ngh ch to cng đòi hi phi có nhng nghiên cu phát trin tha đáng đ đáp ng đc
các yêu cu mi ca quá trình sn xut. Trong s đó, công ngh hàn cng cn phi đc
đu t nghiên cu phát trin đ có th ch to đc các kt cu nh t các vt liu k trên

nhm đáp ng các nhu cu ca công nghip và đi sng.
Tuy nhiên, theo mt s tài liu đã công b [1, 11, 56, 12], vic thay th kt cu hoàn
toàn bng vt liu nh đôi khi li không đáp ng đc các yêu cu s dng khác ca
phng tin (do đ bn chu ti ca kim loi nh thng không cao). Do vy mà ngi ta
ch tp trung vào thay th vt liu nh cho nhng kt cu/b phn không chu lc hoc chu
lc nh, còn vi các kt cu chu lc ln, chu lc ch yu thì vn phi s dng thép hoc
hp kim có đ bn cao (hình 0.1).
Ngoài khai thác các u đim v trng lng, ngi ta còn có th kt hp khai thác các
đc tính đc bit khác ca vt liu nh nh kh nng chu n mòn trong mt s môi trng,
tính dn nhit và dn đin tt, không b nhim t,… đ ch to thit b trong các ngành
nhit - lnh, hóa cht, thc phm, dc phm,

Hình 0.1 D án SuperLightCar vi nhiu loi vt liu (ngun: [13])
T đây, mt yêu cu mi đc đt ra là phi nghiên cu các gii pháp k thut đ có th
hàn hai loi vt liu khác nhau vi nhau. C th đi vi tàu cao tc trng ti tng đi ln
thì khung vn phi s dng thép, còn v tàu có th đc thay th bng hp kim nhôm và
vic hàn nhôm (v tàu) vi dàn khung thép  dng liên kt ch T (hình 0.2) là mt vn đ
mi đc đt ra, cn phi đc nghiên cu gii quyt.
Cng xut phát t đó mà ý tng nghiên cu các gii pháp k thut và công ngh thích
hp đ thc hin hàn nhôm vi thép  dng liên kt ch T đc hình thành và trin khai
trong đ tài “Nghiên cu công ngh hàn liên kt nhôm – thép bng quá trình hàn TIG”.
ây là mt đ tài mi và rt khó ca ngành c khí ch to, do hàn hai vt liu rt khác bit
v cu trúc, chng loi và tính cht nên s đi mt vi rt nhiu th thách v k thut &
2

công ngh, nhng nghiên cu thành công s có rt nhiu ý ngha v mt khoa hc và thc
tin.

Hình 0.2 S đ kt cu ca tàu tun tra cao tc v nhôm (ngun: [12])
• Mc đích ca lun án:

- Mc đích chính ca lun án này là nghiên cu tìm ra các gii pháp k thut & ch đ
công ngh hàn thích hp đ có th hàn đc hai tm nhôm AA1100 và thép CCT38 
dng liên kt ch T, hàn kín c hai phía bng quá trình hàn h quang đin cc không
nóng chy trong môi trng khí bo v (TIG).
- Mc đích th hai ca lun án là chng minh tính kh thi ca vic ng dng quá trình
hàn TIG đ hàn nhôm vi thép  dng tm dày, không s dng thuc hàn hay vt liu
trung gian, qua đó nhm m rng phm vi ng dng ca quá trình hàn TIG trong thc
t sn xut.
• i tng và phm vi nghiên cu ca lun án:
- i tng nghiên cu: lun án này nghiên cu thc hin hàn liên kt nhôm – thép trên
hình 0.3 bng quá trình hàn TIG. ây là liên kt hàn dng ch T, đc làm t 2 loi vt
liu khác nhau hoàn toàn v cu trúc, chng loi và tính cht. Tm đng (vách) đc làm
t thép cacbon thp CCT38, còn tm nm ngang phía di (biên) đc làm t nhôm
AA1100. Mi hàn đc thc hin s là mi hàn lai ghép (hybrid), theo cách: liên kt gia
kim loi mi hàn (KLMH) vi tm biên (nhôm AA1100)  dng hàn nóng chy (theo c
ch hòa tan - kt tinh), còn liên kt gia KLMH vi tm vách (thép CCT38)  dng hàn
vy (vt liu tm vách không b nóng chy, liên kt hoàn toàn theo c ch khuch tán - kt
ta).  cho d hiu, t đây v sau ta gi liên kt hàn trên hình 0.3 là liên kt hàn hybrid
nhôm - thép dng ch T.

Hình 0.3 Liên kt hàn hybrid nhôm – thép dng ch T
Yêu cu đt ra là c hai phía “hàn nóng chy” và “hàn vy” nêu trên phi đc thc
hin đng thi trong cùng mt quá trình hàn, ti cùng mt thi đim.  thc hin đc
điu này, đòi hi chúng ta phi khng ch cht ch, chính xác và tinh t ch đ nhit hàn,
nhm đm bo sao cho  phía tip giáp vi tm biên nhit đ phi đt ti nhit đ nóng
3

chy ca nhôm AA1100 (khong 660
o
C), còn  phía tip giáp vi tm vách nhit đ không

đc vt quá nhit đ nóng chy ca thép CCT38 (khong 1450
o
C).
- Phm vi nghiên cu: qua nghiên cu tìm hiu các quá trình hàn h quang thông dng, ta
thy rng vic kim soát ch đ nhit ca quá trình hàn TIG (đc bit TIG xung) là thun
li hn c, trong khi thit b li sn có  Vit Nam, do vy tác gi s hng đn vic s
dng quá trình hàn TIG đ nghiên cu trong phm vi ca bn lun án này. Mt khác, do s
đa dng ca vt liu và tính phc tp ca vn đ nghiên cu, bn lun án này đc gii hn
nghiên cu trên cp vt liu nhôm AA1100 vi thép CCT38. Quy mô nghiên cu ca lun
án đc xác đnh trong phm vi phòng thí nghim.
• Phng pháp nghiên cu:
Vì đây là vn đ rt mi và phi tiêu chun, do vy nu ch nghiên cu lý thuyt + thc
nghim đn thun thì s mt rt nhiu thi gian và đc bit là rt tn kém v mt chi phí
thc nghim. Trong khi đó, hin ti li có sn các công c tính toán hin đi (máy tính đin
t và phn mm Sysweld (bn quyn) chuyên dng cho mô phng s quá trình hàn), vì vy
đ nhanh đt đn đích do tránh đc vic thc nghim  các vùng thông s công ngh
không phù hp và đc bit là tit kim các chi phí thc nghim, tác gi la chn phng
pháp nghiên cu phi hp gia: nghiên cu lý thuyt + tính toán mô phng s + thc
nghim.
C th nh sau:
- Nghiên cu tài liu đ tìm hiu các công trình đã công b liên quan đn đ tài  trong và
ngoài nc. T đó xác đnh rõ nhng gì đã đc công b và tìm ra nhng ni dung mi
mà lun án cn phi gii quyt. ng thi tin hành kho sát, tìm hiu v c s vt cht
và các trang thit b sn có trong nc đ la chn thc hin lun án.
- Nghiên cu k các lý thuyt v ng x ca kim loi c bn trong quá trình hàn và công
ngh hàn các vt liu khác chng loi ( đây tp trung ch yu vào vic hàn nhôm vi
thép) đ qua đó đ ra các gii pháp k thut & công ngh thích hp nhm thc hin hàn
thành công liên kt hàn đã ch đnh.
- S dng phng pháp mô phng s đ khoanh vùng và đnh lng (trc) các thông s
công ngh thích hp. Các kt qu mô phng sau đó làm c s cho vic thit lp các

thông s khi thc nghim đ đánh giá nh hng ca các thông s công ngh đn kh
nng hình thành liên kt hàn cng nh cht lng ca mi ghép.
- S dng các trang thit b có sn phù hp vi điu kin thc nghim đ tin hành thí
nghim nhm đt đc các kt qu k vng.
- S dng các thit b đo, phân tích và phn mm hin đi hin có  Vit Nam đ đo đc
và đánh giá kt qu bo đm đ tin cy.
• Ý ngha khoa hc và thc tin ca lun án:
a) Ý ngha khoa hc ca lun án:
- Nghiên cu h thng hóa và b sung c s lý thuyt v công ngh hàn các vt liu khác
chng loi, đng thi thông qua nghiên cu kho sát cu trúc kim loi gia tm thép
CCT38 và kim loi mi hàn (KLMH) đ xác đnh và làm rõ v c ch, điu kin và kh
nng hình thành liên kt kim loi gia các vt liu khác chng loi, làm c s khoa hc
cho vic ch to liên kt hàn hybrid nhôm – thép bng quá trình hàn nóng chy (TIG).
- Xác đnh đc nh hng ca góc nghiêng m hàn đn kh nng hình thành liên kt
hàn gia nhôm AA1100 vi thép CCT38  dng ch T, làm c s cho quá trình thc
nghim thành công mi ghép.
- Xây dng đc mi quan h gia các thông s công ngh chính vi các yu t quyt
đnh ti kh nng hình thành liên kt hàn gia nhôm AA1100 và thép CCT38, t đó la
chn đc vùng thông s công ngh phù hp, đm bo to ra đc liên kt hàn gia
nhôm AA1100 vi thép CCT38.
4

- Kt hp phng pháp nghiên cu mô phng s vi thc nghim nhm nâng cao hiu
qu nghiên cu và đc bit là tit kim các chi phí thc nghim.
b) Ý ngha thc tin ca lun án:
- Ln đu tiên nghiên cu ng dng thành công quá trình hàn TIG đ hàn nhôm AA1100
vi thép CCT38  dng liên kt ch T tm dày, hàn c hai phía, không s dng thuc
hàn hay vt liu trung gian, góp phn t ch khoa hc công ngh ni sinh mà không ph
thuc vào bí quyt công ngh ca nc ngoài.
- Lun án m ra mt hng mi trong đào to, nghiên cu phát trin công ngh hàn các

vt liu khác chng loi  Vit Nam, đ ch to các chi tit, các sn phm mà trong đó
phi hp s dng nhiu loi vt liu – mt lnh vc đang có nhu cu ng dng rt ln và
đa dng trong công nghip và đi sng.
- Kt qu nghiên cu ca lun án có th ng dng vào vic ch to các tàu, xung v
nhôm c nh và/hoc ng dng đ ch to thit b trao đi nhit.
- Kt qu nghiên cu cng có th ng dng trong mt s ngành công nghip khác nh:
ch to máy, ch bin du khí, hóa cht và dc phm, xây dng các công trình bin
làm vic trong điu kin n mòn hoá hc cao, công nghip sn xut đin, công nghip
hàng không v tr và k thut quân s.
• Các đóng góp mi ca lun án:
1) Xây dng đc chng trình tính toán thit k ti u liên kt hàn hybrid nhôm – thép
dng ch T (mt dng kt cu mi, phi tiêu chun).
2) Mô phng đc quá trình hàn TIG cho liên kt lai ghép gia 2 loi vt liu rt khác
bit v chng loi và tính cht đó là nhôm vi thép  dng ch T, đ t đó đánh giá
đc kh nng hình thành liên kt hàn và d báo các khuyt tt ngoi dng.
3) Xây dng đc mi quan h gia nng lng đng vi các yu t quyt đnh đn kh
nng hình thành liên kt hàn gia nhôm AA1100 và thép CCT38, t đó la chn đc
di nng lng đng phù hp đm bo to ra đc liên kt hàn gia nhôm AA1100
vi thép CCT38 bng quá trình hàn TIG.
4) Tìm ra đc các gii pháp k thut và công ngh phù hp đ thc hin đc liên kt
hàn hybrid nhôm – thép dng ch T tm dày, hàn c 2 phía, không s dng thuc hàn,
không m hay s dng vt liu trung gian bng quá trình hàn TIG.
• Kt cu ca lun án
Ngoài phn m đu và các mc theo quy đnh, ni dung nghiên cu ca lun án đc
trình bày trong 05 chng, c th nh sau:
Chng 1: Tng quan v hàn nhôm vi thép.
Chng 2: C s khoa hc hàn nhôm vi thép.
Chng 3: Mô phng s xác đnh ch đ công ngh hàn TIG liên kt hybrid nhôm -
thép dng ch T.
Chng 4: Nghiên cu thc nghim hàn TIG liên kt hybrid nhôm - thép dng ch T.

Chng 5: Kt qu nghiên cu và bàn lun.
Kt lun chung ca lun án và kin ngh v nhng nghiên cu tip theo.
Danh mc các tài liu tham kho.
Danh mc các công trình đã công b ca lun án.

5

1. TNG QUAN V HÀN NHÔM VI THÉP
Ch đ hàn nhôm vi thép đã đc đ cp t khá lâu, đã có khá nhiu tác gi nghiên
cu, song cho đn nay nó vn còn là mt vn đ mang tính thi s do các kt qu nghiên
cu vn cha đt đc s m mãn so vi các yêu cu ngày càng cao và đa dng ca công
nghip và đi sng.
 tránh vic nghiên cu b trùng lp nhm bo đm tính mi m, phn tng quan di
đây s đi sâu vào vic phân tích, đánh giá các công trình nghiên cu  trong và ngoài nc
đã có cho đn nay v vn đ hàn nhôm vi thép, qua đó s cho thy nhng thành tu khoa
hc đã đt đc cng nh nhng vn đ còn hn ch, tn ti cn tp trung nghiên cu, gii
quyt.
1.1. Tình hình nghiên cu  trong nc:
Trong lnh vc ch to: Vic nghiên cu ch to xung nhôm và tàu nhôm c nh đã
đc trin khai cách đây mt s nm ti mt s Công ty đóng tàu thuc B Quc phòng,
tuy nhiên do là vt liu hoàn toàn bng nhôm nên ch đóng đc tàu/xung c nh có ti
trng thp và tc đ vn hành thp, cha đáp ng đc ht các yêu cu ca tàu cao tc
phc v công tác tun tra, cu h trên bin  khong cách xa b (chu lc ln, tc đ cao,
có th đc trang b c v khí, khí tài quân s).
Vài nm gn đây, cng ti mt s Công ty đóng tàu ca Quân đi (Công ty đóng tàu
189, Công ty đóng tàu Hng Hà, ) đã tin hành ch to các loi tàu cao tc v nhôm vi
ti trng ln hn, tuy nhiên vic hàn trc tip nhôm vi thép vn cha đc trin khai. 
ch to các liên kt nhôm – thép dng ch T, ngi ta phi nhp t nc ngoài các di vt
liu trung gian 2 lp: nhôm - thép (Bimetal) hoc 3 lp: hp kim nhôm - nhôm - thép
(Trimetal) – đc ch to bng quá trình hàn n, sau đó tin hành hàn nhôm vi nhôm và

thép vi thép nh cách làm thông thng (hình 1.1).

Hình 1.1 Liên kt hàn nhôm – thép dng ch T có s dng di vt liu trung gian 3 lp.
Cách làm này tuy có bo đm đc cht lng và đ tin cy yêu cu, nhng làm phc
tp cho kt cu, tn nhiu chi phí và thi gian ch to do s mi hàn tng gp đôi, phi gia
công nhiu và đc bit là mt chi phí và thi gian nhp khu các di vt liu trung gian.
Trong lnh vc nghiên cu: Vic nghiên cu công ngh hàn các vt liu khác chng
loi và khác nhóm cu trúc cha đc quan tâm và thc hin nhiu  Vit Nam, trong khi
kh nng ng dng ca chúng là rt ln và đa dng. Tác gi Hà Minh Hùng (Vin Nghiên
cu C khí – B Công thng) và các cng s [2] đã tin hành nghiên cu hàn nhôm vi
thép bng nng lng thuc n  quy mô phòng thí nghim và đã đt đc nhiu tin b v
cht lng mi ghép [2, 3], tuy nhiên phng pháp hàn n mà các tác gi thc hin ch là
đ to ra các ng, thanh và tm vt liu bimetal hoc trimetal (liên kt chng) ch không
thuc phm vi trc tip ch to kt cu hàn nh đ tài lun án này đ cp.
6

Gn đây nht (nm 2012), hãng Honda (thc hin ti Tokyo – Nht Bn) cng đã
nghiên cu thành công công ngh hàn nhôm vi thép [61] ng dng trong ngành ch to xe
hi (d kin s ng dng trong xe Accord phiên bn 2013) bng mt bin th ca hàn ma
sát ngoáy ch không phi bng nng lng ca h quang đin nh đ tài lun án này.
Cho đn nay, ti Vit Nam cha có tác gi nào nghiên cu công ngh hàn h quang đ
to kt cu hàn nhôm vi thép, do đó vic đu t nghiên cu các gii pháp k thut đ hàn
kt cu nhôm vi thép bng quá trình hàn h quang là rt mi, rt cn thit và có ý ngha
thc tin cao trong điu kin thc t hin nay  Vit Nam.
1.2. Tình hình nghiên cu  nc ngoài:
Vic nghiên cu ch to các kt cu t vt liu nh đã đc trin khai t khong hn
chc nm tr li đây và đã đt đc nhng thành tu rt kh quan. C th là các hãng ch
to ôtô (Mercedes Benz, BMW, Audi), tàu ha (ICE, TGV),… đã rt thành công trong vic
ch to các mu phng tin có v bng hp kim nhôm vi nhiu tính nng k thut ni
tri hn nhiu so vi các mu v thép trc đó. Trong đó đ hàn nhôm vi thép, ngi ta

đã áp dng rt nhiu quá trình hàn đc bit khác nhau cùng vi rt nhiu nghiên cu có giá
tr ca nhiu tác gi.
 có bc tranh tng quát v kh nng hàn nhôm vi thép, di đây s thng kê tt c
các quá trình hàn có th thc hin đc vic hàn nhôm vi thép cùng vi nhng nghiên
cu tiêu biu, t đó có th rút ra các u và nhc đim ca chúng. Trong s đó, nhóm các
quá trình hàn h quang – liên quan trc tip đn đ tài ca lun án – s đc phân tích,
đánh giá mt cách t m nhm tìm ra nhng vn đ còn tn ti, hn ch cn nghiên cu, gii
quyt tip.
• Hàn nhôm vi thép bng quá trình Hàn N:
Hin nay đã có rt nhiu tác gi và công trình nghiên cu ng dng quá trình hàn n đ
hàn nhôm vi thép, trong đó đin hình là các tác gi trong các tài liu [4, 14, 15]. Quá trình
hàn n (explosive welding process) s dng nng lng n ca thuc đ to ra đng nng
rt ln cho tm vt liu phía trên nm cách tm di mt khong cách phù hp (hình 1.2).
Vi đng nng rt ln này, tm vt liu phía trên s va đp xung tm di vi nhng
xung lc cc ln, làm cho b mt tip giáp gia hai tm vt liu chuyn sang trng thái do
(có th có ch nóng chy cc b  mc t vi) qua đó giúp chúng hòa trn, khuch tán sang
nhau đ to ra liên kt hàn.  nhng v trí quá nhit, do lng nguyên t khuch tán sang
nhau vt quá gii hn hòa tan bão hòa s xy ra hin tng kt ta to ra các pha mi
(thng là các t chc liên kim - Intermetallic Compound - IMC).
Yêu cu ca quá trình hàn này là mt vt liu phi có đ do cao (nh nhôm, đng,…
chng hn). Các kt qu nghiên cu ch ra rng quá trình hàn n rt thích hp đ hàn nhôm
vi thép, liên kt hàn nhn đc có đ bn chc cao, trong đó các hp cht liên kim loi
(IMC) xut hin trên gianh gii gia nhôm và thép  dng màng mng và không liên tc
to ra liên kt hàn có c tính tt. c đim tng quát ca quá trình hàn n có th đc tóm
tt nh sau:
* u đim ca hàn n:
- Thích hp đ hàn liên kt chng cho các chi tit dng tm, thanh và ng đ ch to vt
liu nhiu lp kim loi khác nhau nh Bimetal, Trimetal.
- Hàn đc các kim loi khác chng loi vi nhau, đc bit thích hp cho hàn nhôm vi
thép. Ngoài ra hàn n còn đc ng dng đ hàn các hp kim đc bit ng dng trong

đóng tàu, hóa cht, du khí, dc phm…
- Cht lng liên kt hàn rt tt và nng sut rt cao do thi gian hàn cc nhanh.
7


Hình 1.2 Hàn liên kt chng nhôm-thép bng nng lng n (ngun: [14])
* Nhc đim ca hàn n:
- Bin dng c – nhit rt ln nên phi tri qua công đon cán phng hoc là phng sn
phm sau khi hàn. B mt ca tm trên, ni tip xúc vi thuc n hay có hin tng
rn, nt hoc thm chí b xé rách nu nh ch đ hàn không phù hp (trng hp s
dng lng thuc n quá ln).
- Phng pháp hàn này phát x đc hi (khói đc, ting n rt ln, ). Môi trng sn
xut rt không an toàn và thng đc thc hin trong hm n chuyên dng đt trong
lòng núi hoc ti ni thao trng vng ngi.
- Không hàn đc các liên kt giáp mi đi đu cng nh các liên kt góc và ch T cho
các chi tit dng tm nh đ tài lun án đ cp.  thc hin hàn liên kt nhôm – thép
dng ch T thì phi thc hin theo cách nh đã mô t trong mc 1.1 (hình 1.1).
- Phng pháp này có yêu cu cao v kin thc và k nng phòng chng cháy n ca
ngi thao tác.
- Rt tn kém khi xây dng phòng n chuyên dng (thng làm hm n trong lòng núi
đá). Thit b tuy không phc tp nhng yêu cu rt cao v vic s dng và bo qun
thuc n.
• Hàn nhôm vi thép bng quá trình Hàn Ma sát:
Quá trình hàn ma sát cng là mt la chn tt đ tin hành hàn nhôm vi thép. Quá
trình hàn này s dng lc ma sát ln đ sinh nhit ti b mt tip giáp gia hai chi tit hàn,
đa vt liu ti mép hàn đn trng thái do và s dng lc ép ln đ ép vùng kim loi đã
do này li vi nhau, qua đó to điu kin hòa trn, khuch tán và gn kt kim loi to ra
liên kt hàn (các hình 1.3 và 1.4). Yêu cu ca quá trình hàn này là thit b phi to ra đc
mô men và tc đ quay rt ln đ đm bo sinh đ nhit, trong khi h thng thy lc phi
to ra đc mt lc ép ln.

ã có rt nhiu công trình nghiên cu hàn nhôm vi thép bng ma sát, trong đó ch yu
tp trung vào bin th hàn ma sát ngoáy (friction stir welding process, hình 1.3), mà đin
hình là các nghiên cu trong các tài liu [4, 16, 17, 18, 19].  hàn hai tm nhôm và thép 
dng giáp mi, đu ngoáy đc đt lch v phía tm nhôm ti v trí sao cho chúng va đ
chm vào mép ca tm thép khi n xung. Vi tc đ quay cc ln cùng vi lc ép xung
đ mnh ca đu ngoáy, làm cho vùng kim loi c bn (KLCB) tip xúc vi đu ngoáy
sinh ra mt lng nhit đ đ làm cho chúng chuyn sang trng thái do, nh đó mà đu
ngoáy có th cm sâu ht chiu dày ca chi tit hàn và sau khi đu ngoáy di chuyn ht
chiu dài ca đng hàn thì s to ra liên kt hàn giáp mi gia nhôm vi thép. G vai 
phía trên ca đu ngoáy s làm nhim v ép vùng kim loi do này li vi nhau đ to nên
liên kt hàn.
8


Hình 1.3 Hàn liên kt giáp mi nhôm-thép bng ma sát ngoáy (ngun: [4])
Các nghiên cu nêu trên cng ch ra rng cht lng ca liên kt hàn nhôm – thép bng
ma sát ngoáy là rt tt, lp IMC tuy có xut hin nhiu hn và dày hn so vi hàn n
nhng do chúng không liên tc nên liên kt nhn đc có c tính cao. Các đc đim c bn
ca quá trình hàn ma sát ngoáy đc tng hp di đây:
* u đim ca hàn ma sát ngoáy:
- Thích hp đ hàn giáp mi hoc hàn chng cho các chi tit dng tm (phng hoc đnh
hình), chiu dày lên đn 25mm (tùy thuc vào công sut máy).
- Cht lng hàn cao, c tính mi hàn rt tt, bin dng nhit và khuyt tt phía trong
mi hàn gn nh không có.
- D c khí hóa và t đng hóa (dùng Robot dng trm – Robotic Station). D dàng tích
hp quá trình hàn vào dây chuyn sn xut t đng. Thi gian hàn khá nhanh, nng
sut cao.
- Hàn đc các kim loi khác chng loi vi nhau, đc bit là hàn nhôm vi thép. Hàn
đc các hp kim đc bit trong hàng không, v tr (nhôm, magiê, titan,…).
- Phng pháp hàn này không phát x đc hi (khói đc, bn tóe, bc x t ngoi, ).

Môi trng sn xut rt sch.
- Không cn b xung kim loi ph và không yêu cu cao v tay ngh ca công nhân.
* Nhc đim ca hàn ma sát ngoáy:
- B mt mi hàn b lõm so vi KLCB, có h lõm rt sâu  cui đng hàn nên cn phi
làm tai công ngh khi hàn. Kích thc và chiu dày ca chi tit hàn b hn ch bi
công sut máy (máy có công sut ln nht hin nay mi hàn đc chiu dày 25 mm
đi vi thép).
- Chi tit hàn cn phi đc kp rt cht và cn phi có giá đ  mt đi din đ đm
bo đ cng vng cho chi tit hàn khi hàn. Không hàn đc kt cu quá phc tp. Ch
hàn đc liên kt giáp mi hoc chng cho tm, không hàn đc các liên kt dng góc
và ch T nh đ tài lun án này đ cp.
- Thit b rt đt tin – ch yu đc thit k di dng trm Robot nên không thích hp
vi công vic hàn  ngoài công trng.
Mt bin th khác ca hàn ma sát là hàn ma sát quay (inertia friction welding process,
hình 1.4). Trong trng hp này, mt chi tit đc kp cht vào mâm cp và quay vi vn
tc rt ln, chi tit còn li đc kp cht trên 1 giá có th di chuyn theo chiu dc và đc
ni vi 1 piston thy lc đ to lc ép. Khi hàn, hai chi tit chuyn đng tng đi vi
nhau  mt tc đ rt cao cùng vi lc ép ln s làm cho b mt tip xúc gia chúng sinh
ra mt lng nhit đ đ làm cho phn KLCB  ch tip xúc chuyn sang trng thái do,
9

sau đó h thng đc phanh li tc thi và đc ép vào nhau vi mt lc gia cng ln
hn làm cho 2 vt liu b ép cht, khuch tán sang nhau to ra liên kt hàn [4].

Hình 1.4 Hàn liên kt giáp mi dng thanh, ng nhôm-thép bng ma sát quay (ngun: [4])
Bin th này có nhng đc đim riêng nh sau:
* u đim ca hàn ma sát quay:
- Thích hp đ hàn liên kt giáp mi đi đu cho các chi tit dng cht, thanh, ng tròn
xoay hoc không tròn xoay. Có th hàn thanh vi thanh, thanh vi tm, ng vi thanh
hoc ng vi tm.  chính xác ca các chi tit hàn cao (k c khi hàn chi tit có tit

din không tròn xoay hoc tit din đc bit).
- Hàn đc các kim loi khác chng loi vi nhau, đc bit là hàn nhôm vi thép. Hàn
đc các hp kim đc bit khác, ng dng trong công nghip ch to ôtô, hàng
không,…
- Cht lng liên kt hàn rt tt, bin dng nhit và khuyt tt phía trong mi hàn gn
nh không có.
- D c khí hóa, t đng hóa (thng thit k máy dng trm CNC) và nng sut rt
cao. D dàng tích hp quá trình hàn vào dây chuyn sn xut t đng.
- Không phát x đc hi (khói đc, bc x t ngoi, ). Môi trng sn xut rt sch.
- Không cn b xung kim loi ph và không yêu cu cao v tay ngh ca công nhân.
* Nhc đim ca hàn ma sát quay:
- Mi hàn li ra ba via ln nên phi mt công ct b (gia công c: ct, tin, mài).
- Chiu dài ca chi tit hàn b gim đi nhiu nên khi thit k cn phi có lng d ln.
Ch hàn đc liên kt giáp mi đi đu cho các chi tit dng thanh, ng hoc cht.
Không hàn đc liên kt ch T cho các chi tit dng tm nh lun án đ cp.
- Thit b rt đt tin – ch yu đc thit k di dng trm CNC nên không thích hp
vi công vic hàn  ngoài công trng.
• Hàn nhôm vi thép bng quá trình Hàn Xung t:
Nhóm tác gi trong các tài liu [20, 21, 22, 23, 24] đã nghiên cu hàn nhôm vi thép
bng quá trình hàn xung t (Magnetic pulse welding process). Quá trình hàn này din ra
nh sau: khi mt dòng đin có cng đ cao đc cp vào cun dây (coil), mt t thông
cc mnh tc thi đc to ra  phía tm nhôm và thâm nhp vào b mt tip giáp
nhôm/thép, mt dòng đin xoáy (eddy curent) đi qua chúng s cn tr s thâm nhp sâu
hn na ca nó (hình 1.5). Kt qu là mt lc đin t cc ln tác đng vào tm nhôm và
tm nhôm đc gia tc rt ln, vng khi cun dây ri bay đn va đp rt mnh vào tm
thép. Ti thi đim va đp, b mt chi tit đc làm sch bi mt đng nng ln trc khi
va chm. Sau thi đim va chm, các b mt đã làm sch đó đc ép li vi nhau bi lc
đin t và giá đ, b mt tm nhôm ti ch tip giáp vi tm thép lúc đó chuyn sang trng
thái do trong khi b mt ca tm thép đc nung nóng bi nhit nng sinh ra do va đp
(c nng bin thành nhit nng), qua đó giúp chúng hòa trn, khuch tán sang nhau to ra

liên kt hàn.