Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:166

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan và cơ sở lý thuyết về hàn plasma; Vật liệu, thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu; Nghiên cứu các đặc tính mối hàn plasma giáp mối thép không gỉ SUS 304; Xây dựng mô hình đặc tính bền vật liệu mối hàn plasma thép SUS 304.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma đến chất lượng mối hàn thép không gỉ SUS 304 dạng tấm

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ĐỖ HẢI TĨNH ĐỖ HẢI TĨNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP KHÔNG GỈ SUS 304 DẠNG TẤM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ HÀ NỘI - 2023
BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ ĐỖ HẢI TĨNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN THÉP KHÔNG GỈ SUS 304 DẠNG TẤM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 Xác nhận Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 của Viện Nghiên cứu Cơ khí (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) PGS.TS Lê Thu Quý PGS.TS Đào Duy Trung PGS.TS Lê Thu Quý HÀ NỘI - 2023
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa có tác giả/nhóm tác giả khác nghiên cứu công bố. Một số kết quả nghiên cứu đã công bố trong các bài báo và báo cáo khoa học đều được sự đồng ý của đồng tác giả cho phép đưa vào nội dung luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Nghiên cứu sinh NCS. Đỗ Hải Tĩnh
LỜI CẢM ƠN Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công Thương); Trung tâm Đào tạo (Viện Nghiên cứu Cơ khí); lãnh đạo Trung tâm chuyển giao công nghệ Việt - Đức (Tổng cục Tiêu chuẩn, Đo lường và Chất lượng, Bộ Khoa học và Công nghệ); Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt; Công ty Cổ phần Eresson Việt Nam và các phòng thí nghiệm chuyên ngành đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm nghiên cứu hoàn thành các chỉ tiêu đánh giá chất lượng mối hàn plasma thép không gỉ SUS 304 của luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn tập thể người hướng dẫn khoa học là PGS.TS. Đào Duy Trung và PGS.TS. Lê Thu Quý đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện, động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn cá nhân các nhà khoa học tại Trung tâm Đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, tư vấn khoa học cho nghiên cứu sinh trong suốt thời gian nghiên cứu của mình để hoàn thành bản luận án này. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia đình đã luôn động viên, chia sẻ những khó khăn và là nguồn động lực to lớn giúp tác giả vượt qua khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả luận án NCS. Đỗ Hải Tĩnh
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT .................................... i DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................... ii DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... ix MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết ...................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 2 3. Đối tượng, phạm vi, giới hạn nội dung nghiên cứu ......................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................... 3 5.1. Ý nghĩa khoa học ..................................................................................... 3 5.2. Ý nghĩa thực tiễn ..................................................................................... 3 6. Kết cấu của luận án ............................................................................................ 3 7. Đóng góp mới trong lĩnh vực khoa học chuyên ngành ................................... 4 Chương 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN PLASMA ....... 5 1.1.1 Sơ lược về lịch sử ngành hàn ............................................................. 5 1.1.2 Phân loại các phương pháp hàn ........................................................ 6 1.2. Tổng quan về công nghệ hàn plasma ........................................................... 12 1.2.1. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng ở ngoài nước ............................. 12 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.................................................. 16 1.3. Cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn plasma ................................................... 18 1.3.1 Khái niệm cơ bản về hàn plasma .................................................... 18 1.3.2. Nguyên lý hàn hồ quang plasma .................................................... 19 1.3.3. Các phương pháp hàn hồ quang plasma ....................................... 21 1.3.4. Các ưu điểm và nhược điểm của PAW .......................................... 26 1.4. Xác định nội dung nghiên cứu của luận án ................................................. 35 Kết luận Chương 1 ............................................................................................... 36 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................................................... 38 2.1. Vật liệu thí nghiệm ........................................................................................ 38
2.1.1. Lựa chọn vật liệu, kích thước phôi hàn plasma và dây hàn ......... 38 2.1.2. Lựa chọn kết cấu mối hàn plasma và cách gá lắp ......................... 40 2.2. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm ........................................................... 41 2.2.1. Thiết bị hàn plasma ........................................................................ 41 2.2.2. Lựa chọn chế độ hàn plasma cho các bước thí nghiệm ................. 41 2.2.3. Thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng hàn .................................... 42 2.2.4 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ........................................... 44 2.2.4.1. Chuẩn bị vật liệu và thiết bị hàn plasma .................................... 44 2.2.4.2. Kiểm tra khả năng thiết bị hàn plasma đáp ứng yêu cầu thí nghiệm ................................................................................................................... 46 2.2.4.3. Hàn đính kết cấu theo đường hàn plasma .................................. 46 2.2.4.4. Thí nghiệm hàn plasma theo các chế độ định hướng công nghệ 46 2.3. Phương pháp tính toán xây dựng hàm mục tiêu chất lượng mối hàn plasma thép SUS 304 ......................................................................................................... 52 2.3.1. Cơ sở để xây dựng mô hình toán học dự báo đặc tính bền mối hàn ................................................................................................................... 52 2.3.2. Phương pháp lập ma trận thực nghiệm trực giao 3 mức 3 yếu tố 33 ................................................................................................................... 53 2.3.2.1. Đặt vấn đề .................................................................................... 53 2.3.2.2. Cơ sở lý thuyết lập ma trận thực nghiệm trực giao 3 mức 3 yếu tố 33 ................................................................................................................ 54 Kết luận Chương 2 ............................................................................................... 57 Chương 3. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH MỐI HÀN PLASMA THÉP SUS 304 ......................................................................................................................... 59 3.1. Đánh giá ngoại dạng ...................................................................................... 59 3.1.1. Hình thái bề mặt và kích thước hình học mối hàn ........................ 59 3.1.2. Biến dạng kết cấu mối hàn ............................................................. 67 3.2. Đặc tính cơ - lý vật liệu mối hàn .................................................................. 70 3.3. Đặc tính kim tương học vật liệu mối hàn .................................................... 82 3.3.1. Chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt ................................................. 82 3.3.2. Kích thước hình học mối hàn ......................................................... 83 3.3.3. Tổ chức tế vi các vùng cấu trúc đặc trưng vật liệu mối hàn ......... 85 3.4. Độ cứng tế vi các vùng cấu trúc đặc trưng mối hàn................................... 92
3.5. Phân tích SEM và EDX mối hàn.................................................................. 99 Kết luận Chương 3 ............................................................................................. 103 Chương 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐẶC TÍNH BỀN VẬT LIỆU MỐI HÀN PLASMA THÉP SUS 304 .................................................................................. 104 4.1. Ảnh hưởng độc lập của chế độ hàn đến chất lượng mối hàn plasma ..... 104 4.1.1. Độ bền kéo ..................................................................................... 104 4.1.2. Giới hạn chảy ................................................................................ 107 4.1.3. Độ giãn dài tương đối ................................................................... 109 4.2. Nghiên cứu đặc tính cơ – lý liên kết hàn plasma theo ma trận trực giao 3 mức 3 yếu tố 33 .................................................................................................... 115 4.2.1. Kết quả thực nghiệm theo quy hoạch N27................................... 115 4.2.2. Thảo luận khoa học về kết quả thực nghiệm mô phỏng ............. 119 4.2.2.1. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo .............................. 119 4.2.2.2. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến giới hạn chảy .......................... 124 4.2.2.3. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ giãn dài tương đối ............. 125 4.3. Mô hình dự báo đặc tính bền vật liệu mối hàn plasma thép SUS 304 .... 127 4.3.1. Mô hình dự báo độ bền kéo theo quy hoạch trực giao 3 mức 3 yếu tố 33 ......................................................................................................... 127 4.3.2. Mô hình dự báo giới hạn chảy theo quy hoạch trực giao 3 mức 3 yếu tố 33 ......................................................................................................... 130 4.3.3. Mô hình dự báo độ giãn dài tương đối theo quy hoạch trực giao 3 mức 3 yếu tố 33........................................................................................ 133 Kết luận Chương 4 ............................................................................................. 136 KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................................... 137 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................................ 138 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .......................... 139 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 140
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT Hàn khí hoạt tính điện cực kim loại (Gas metal active welding) GMAW Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ TIG Hàn que (Shielded Metal Arc Welding) SMAW Hàn plasma (Plasma welding) PAW Hàn hồ quang trong môi trường khí bảo vệ với điện cực không nóng chảy (Gas Tungsten Arc Welding) GTAW Hàn microplasma (Microplasma welding) MPA Vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat affected zone) HAZ Hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ TIG Quy hoạch thực nghiệm QHTN Chiều dày tấm thép hàn, mm t Cường độ dòng plasma mức trên, A Ih Cường độ dòng plasma mức dưới, A Ib Tốc độ hàn, cm/ph Vh Tốc độ cấp dây hàn, cm/ph vcd Lưu lượng cấp khí gas, lít/phút G Điện áp hàn, V U Đường kính dây hàn, mm d Chiều cao phía trên mối hàn plasma, mm hT Chiều rộng phía trên mối hàn plasma, mm bT Chiều cao phía dưới mối hàn plasma, mm hD Chiều rộng phía dưới mối hàn plasma, mm bo Độ uốn cong trung bình của liên kết hàn plasma do ảnh hưởng nhiệt hàn, mm f t.b Độ bền kéo liên kết hàn plasma thép SUS 304, MPa ơki Độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 HV0,2 Giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304, MPa ơsi Độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304, % ơLi Thí nghiệm sàng lọc định hướng công nghệ ở đợt 1 TNĐ1 Thí nghiệm ở đợt 2 TNĐ2 i
DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị hàn GMAW.................................................7 Hình 1.2 Đồ thị biểu diễn sự gia tăng xung tần số trong quá trình giảm làm nguội của vùng HAZ liền sát nhau đến đường nóng chảy của hợp kim nhôm theo Ghost và các tác giả, 1994 [16] ...................................................................................................................8 Hình 1.3 Cấu tạo hệ thống thiết bị hàn FCAW (a); sự hình thành mối hàn chìm khi sử dụng thuốc trợ dung hàn bazơ (b);Mô tả quá trình sản xuất dây hàn lõi thuốc (c) [106] 8 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hàn hồ TIG (GTAW) [106] ....................................................9 Hình 1.5 So sánh quá trình hàn TIG (a) kết hợp với hàn plasma (b) và Hình ảnh dòng plasma hàn lỗ khóa (c) [106] ............................................................................................9 Hình 1.6 So sánh phân bổ nhiệt của hàn TIG với plasma: kích hoạt plasma: 40 CFH Ar, 200 A, 15 V; Xung plasma ổn định (kích thước 3/16 inch) .............................................9 Hình 1.7 Đồ thị mối tương quan giữa năng suất hàn với chiều dày phôi hàn khi hàn TIG và hàn plasma ...........................................................................................................9 Hình 1.8 Sự phụ thuộc của nhiệt độ vào bán kính bề mặt vũng hàn khi có và không dùng chất trợ dung (a); tương quan giữa sức căng bề mặt và mật độ lớp đắp khi hàn thép không gỉ SUS 304 có trợ dung TiO2 (b); tương quan giữa độ ngấu sâu và mật độ lớp đắp của trợ dung TiO2 theo Tanaka, 2000 và sơ đồ nguyên lý mô tả mô hình hàn thu hẹp nhờ hoạt tính của chất trợ dung (d) [106]..........................................................10 Hình 1.9 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cảm ứng điện từ vào nhiệt độ của Ác-gông Ar trong khoảng 3000 ÷ 30 000 K (a); Sơ đồ vị trí hàn được khảo sát (b) và nguyên lý mô tả sự thay đổi điện áp, trường điện từ và mật độ lớp đắp (c) [106]..........................11 Hình 1.10 Nguyên lý hàn hồ quang plasma (a) và mở rộng khu vực hàn lỗ khóa (b) ...20 Hình 1.11 Lưu lượng khí tạo plasma tiêu biểu...............................................................21 Hình 1.12 Ảnh đầu hàn plasma (a); các dạng linh kiện đầu hàn plasma (b) [106] ........25 Hình 1.13 Hình ảnh nguồn hàn (a), Bảng cài đặt điều khiển quá trình hàn plasma (b) và đồ gá hàn (c) trong hệ thống thiết bị hàn plasma LINCOLN C3 MATIC 32-33...........25 Hình 1.14 So sánh hàn hồ quang khí điện cực không nóng chảy (tungsten) (a) so với hàn plasma thép không gỉ SUS 304 tấm dày 13 mm (b) và hàn lỗ khóa (c) .................26 Hình 1.15 Ảnh mô tả hàn plasma nối ống (a) và hình dạng dòng plasma (b) ..............26 Hình 1.16 Ảnh hàn micro plasma 15  200 A, ứng dụng trong công nghiệp ...............26 Hình 1.17 Sơ đồ kết cấu góc vát mép 75O, 60O khi hàn TIG và hàn plasma ................27 Hình 1.18 Ba dạng kết cấu hàn SMAW, TIG, PAW với cường độ dòng plasma trung bình 15  200 A .............................................................................................................27 Hình 1.19 Nguyên lý điều chỉnh dòng hàn plasma mức trên 100 A .............................27 ii
Hình 1.20 Nguyên lý khởi động dòng plasma với điện cực âm ....................................27 Hình 1.21 Sơ đồ nguyên lý hàn plasma có dịch chuyển (a) và không dịch chuyển (b) vật liệu hàn ....................................................................................................................28 Hình 1.22 Nguyên lý điều chỉnh khí gas Ar (a), plasma (b) và Ar tinh chất ................28 Hình 1.23 Đồ thị và biểu đồ mô tả tính khả dụng và hiệu quả của công nghệ tiên tiến hàn plasma .....................................................................................................................28 Hình 1.24 Biểu đồ năng lượng khi hàn plasma bằng giải pháp công nghệ tiên tiến .....28 Hình 1.25 Các thông số quá trình hàn plasma: cường độ dòng plasma AC, DCEN, xung; điện áp; tốc độ hàn; khí ga; đường kính lỗ thoát đầu phun; dây hàn;đường kính, thành phần, thời gian trước xung, tầm với điện cực, hình dạng hình học của dòng plasma [106] ...................................................................................................................29 Hình 1.26 Cường độ dòng plasma AC khi hàn nhôm, hợp kim nhôm, magiê, hợp kim magiê (a) và DC khi hàn thép, hợp kim HSLA, thép không gỉ, đồng, hợp kim đồng, titan, niobi (b) [106] .......................................................................................................29 Hình 1.27 Cường độ dòng plasma AC khi khi hàn vật liệu nhôm ở nhiệt độ T 1 =600OC vì lớp Al2O3 nóng chảy ở nhiệt độ T2=2100OC [106] ....................................................29 Hình 1.28 Cường độ dòng plasma khi hàn AC vật liệu nhôm ở các giai đoạn DCEN (a); AC (b) và DCEP (c) [106] .......................................................................................29 Hình 1.29 Các dạng tín hiệu dòng plasma khi hàn AC (50-60 Hz): a) sơ đồ dao động bình thường liên quan đến gia tăng của tần số; b) ba dạng sóng AC khác nhau khi biểu thị với điều kiện cân bằng thời gian và vận hành dòng điện xoay chiều 2000 A [106] .30 Hình 1.30 Điều chỉnh cân bằng cường độ dòng plasma theo tín hiệu dạng sóng khi hàn AC [106] .........................................................................................................................30 Hình 1.31 Dạng tín hiệu xung dòng plasma tính theo công thức lý thuyết I m = (Iptp + Ibtb)/(tp + tb) (a) và trên thực tế (b) [106] ........................................................................30 Hình 1.32 Điều kiện so sánh tín hiệu cường độ xung dòng plasma và mức năng lượng so với hàn truyền thống [106] ........................................................................................30 Hình 1.33 Ứng dụng công nghệ hàn plasma bằng kim loại bù [106] ............................31 Hình 1.34 Sơ đồ nghiên cứu hình dạng mối hàn plasma/micro plasma [81], [82] ........32 Hình 1.35 Ảnh tổ chức thô đại mối hàn plasma [81], [82] ............................................32 Hình 1.36 Đồ thị 2D biểu diễn mối tương quan giữa số liệu thí nghiệm và tính toán [82]: a) Chiều rộng phía trên mối hàn; b) Chiều rộng phía dưới mối hàn; c) Chiều cao phía trên mối hàn; d) Chiều cao phía dưới mối hàn .......................................................32 Hình 1.37 Đồ thị 2D biểu diễn sự phụ thuộc của chiều rộng mặt trên mối hàn plasma vào cường độ dòng plasma (a); cường độ dòng ngược (b); Tần suất xung plasma (c) và hiệu suất xung (d) [82] ...................................................................................................33 iii
Hình 1.38 Đồ thị 2D biểu diễn sự phụ thuộc của chiều rộng mặt dưới mối hàn plasma vào cường độ dòng plasma mức trên (a); cường độ dòng plasma ngược (b); Tần suất xung plasma (c) và hiệu suất xung plasma (d) [82] .......................................................33 Hình 1.39 Đồ thị 2D biểu diễn sự phụ thuộc của chiều cao mặt dưới mối hàn plasma vào cường độ dòng plasma mức trên (a), cường độ dòng plasma ngược (b), Tần suất xung plasma (c) và hiệu suất xung plasma (d) [82] .......................................................34 Hình 1.40 Ứng dụng phối trộn khí gas cho quá trình hàn plasma [19] ..........................34 Hình 1.41 Ảnh tổ chức theo mặt cắt ngang mối hàn thép duplex chiều dày 6 mm bằng công nghệ PAW (a) và hàn kết hợp TIG với PAW (b) [25] ..........................................35 Hình 2.1 Nguyên lý chuẩn bị phôi hàn giáp mối thép không gỉ tấm SUS 304: 1, 2, 3 – các vị trí hàn đính sơ bộ trước khi hàn plasma...............................................................40 Hình 2 2 Ảnh chụp toàn cảnh thiết bị hàn plasma LINCOLN C3-MATIC 32-33 sử dụng cho thí nghiệm: Toàn cảnh nhìn từ một góc máy (a); Mô đun màn hình và cụm cài đặt chương trình hàn tự động (b); Cụm nguồn cấp khí gas (c); Cụm cấp dây hàn tự động (d); Đồ gá kẹp phôi hàn (e) và cách gá kẹp phôi hàn thép không gỉ SUS 304 .....40 Hình 2.3 Máy kéo nén kỹ thuật số KM&T (a, b) tại Tổng cục Tiêu chuẩn, Đo lường và Chất lượng, Bộ KH&CN ................................................................................................43 Hình 2.4 Máy thử kéo nén kỹ thuật số sử dụng cho thí nghiệm kéo phá hủy (a); Máy đo độ cứng tế vi BUEHLER (b) và kính hiển vi quang học AXIOVERT 25 MAT (c) dùng cho khảo sát đặc tính tế vi vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ...........43 Hình 2.5 Kính hiển vi điện tử quét JEOL JSM-6490 dùng cho phân tích SEM-EDX (a); Máy phân tích X-Ray SIEMENS D5005 (b) máy dập cắt cơ khí (c) ............................43 Hình 2.6 Sơ đồ khối các bước thí nghiệm hàn plasma ...................................................45 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cách cắt lấy phôi để gia công mẫu thử kéo phá hủy liên kết hàn plasma (a); phôi gia công mẫu khảo sát các đặc tính kim tương học (HV 0,2) (b) và hình thái và tổ chức tế vi theo mặt cắt ngang mối hàn plasma (b) .................................48 Hình 2.8 Bản vẽ gia công mẫu thử phá hủy xác định độ bền kéo liên kết hàn plasma theo TCVN 197-1: 2014 (a); ảnh một số mẫu thử điển hình sau khi hàn plasma (b) ....48 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý khảo sát đặc tính kim tương học vật liệu mối hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304 của luận án ........................................................................49 Hình 2.10 Mô hình quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu 3 mức 3 yếu tố 3 3 áp dụng cho hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304 của luận án ..............................................56 iv
Hình 3.1 Ảnh hình thái bề mặt mối hàn phụ thuộc vào các chế độ hàn thực nghiệm thép SUS 304 (nhóm 1, chiều dày 2 mm) ..............................................................................60 Hình 3.2 Ảnh hình thái bề mặt mối hàn phụ thuộc vào các chế độ hàn thực nghiệm thép SUS 304 (nhóm 2, chiều dày 2 mm) ..............................................................................61 Hình 3.3 Ảnh tổ chức thô đại mối hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ........................61 Hình 3.4 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước chiều rộng phía trên (b T) theo mặt cắt ngang đường liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ........................64 Hình 3.5 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước chiều rộng phía dưới (b D) theo mặt cắt ngang đường liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ........................64 Hình 3.6 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước chiều cao phía trên (h T) theo mặt cắt ngang đường liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ........................65 Hình 3.7 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước chiều cao phía dưới (h D) theo mặt cắt ngang đường liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ........................65 Hình 3.8 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn đến kích thước chiều dày lớn nhất (hmax) theo mặt cắt ngang đường liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ..........................65 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý đo biến dạng nhiệt lớn nhất khảo sát dọc (a) và ngang (b) đường liên kết hàn giáp mối thép không gỉ SUS 304 ....................................................67 Hình 3.10 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn plasma đến biến dạng uốn võng lớn nhất theo phương dọc đường liên kết hàn tính trên khoảng khảo sát 100 mm ......................69 Hình 3.11 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn plasma đến biến dạng uốn võng lớn nhất theo phương ngang đường liên kết hàn tính trên khoảng khảo sát 100 mm ..................69 Hình 3.12 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn plasma đến tổng biến dạng uốn võng đường liên kết hàn plasma tính trên 100 mm chiều dài và chiều ngang mẫu khảo sát ..70 Hình 3.13 Ảnh chụp các mẫu thí nghiệm điển hình trong lô quy hoạch thực nghiệm mô phỏng (TNĐ2) trước thử nghiệm (a; c; e) và sau khi bị kéo đứt (b; d; f) ......................71 Hình 3.14 Đồ thị lực kéo phá hủy mẫu hàn plasma loại 2 mm trích xuất từ máy tính kết nối với máy thử kéo KM&T (TNĐ1) .............................................................................72 Hình 3.15 Đồ thị lực kéo phá hủy mẫu hàn plasma loại 1,5 mm trích xuất từ máy tính kết nối với máy thử kéo KM&T (TNĐ1) .......................................................................73 Hình 3.16 Biểu đồ so sánh độ bền kéo và giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 phụ thuộc các chế độ hàn khác nhau........................................81 v
Hình 3.17 Biểu đồ so sánh giới hạn chảy và độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 phụ thuộc các chế độ hàn khác nhau ...........................81 Hình 3.18 Biểu đồ ảnh hưởng của chế độ hàn plasma thép SUS 304 đến chiều rộng trung bình vùng ảnh hưởng nhiệt (bHAZ) ........................................................................83 Hình 3.19 Sơ đồ nguyên lý khảo sát kích thước hình học theo mặt cắt ngang đường liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304:  - chiều dày ban đầu tấm thép hàn; bT - chiều rộng mối hàn ở mặt trên; bD - chiều rộng mối hàn ở mặt dưới; hT - chiều cao phần lồi phía trên mối hàn; hD - chiều cao phía dưới mối hàn .....................................................84 Hình 3.20 Ảnh tổ chức thô đại mối hàn plasma thép không gỉ SUS 304 (chiều dày 2 mm) theo mặt cắt ngang đường hàn ...............................................................................85 Hình 3.21 Ảnh tổ chức thô đại mối hàn plasma thép không gỉ SUS 304 (chiều dày 1,5 mm) theo mặt cắt ngang đường hàn ...............................................................................85 Hình 3.22 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu tại các phân vùng đặc trưng của mối hàn plasma thép SUS 304 khảo sát trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 25 MAT (mẫu 1.2) .87 Hình 3.23 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu tại các phân vùng đặc trưng của mối hàn plasma thép SUS 304 khảo sát trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 25 MAT (mẫu 3.4) .88 Hình 3.24 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu tại các phân vùng đặc trưng của mối hàn plasma thép SUS 304 khảo sát trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 25 MAT (mẫu 5.5) .89 Hình 3.25 Ảnh tổ chức tế vi vật liệu tại các phân vùng đặc trưng của mối hàn plasma thép SUS 304 khảo sát trên kính hiển vi quang học AXIOVERT 25 MAT (mẫu 6.2) .90 Hình 3.26 Ảnh tổ chức tế vi có vết ấn lõm khi đo độ cứng tế vi vật liệu mối hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304: mẫu số 1.2, x100 ..............................................................95 Hình 3.27 Ảnh tổ chức tế vi có vết ấn lõm khi đo độ cứng tế vi vật liệu mối hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304: mẫu số 3.4, x100 ..............................................................96 Hình 3.28 Ảnh tổ chức tế vi có vết ấn lõm khi đo độ cứng tế vi vật liệu mối hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304: mẫu số 5.5, x100 ..............................................................97 Hình 3.29 Ảnh tổ chức tế vi có vết ấn lõm khi đo độ cứng tế vi vật liệu mối hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304: mẫu số 6.2, x100 ..............................................................98 Hình 3.30 Đồ thị ảnh hưởng của vị trí đo đến độ cứng tế vi vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ...................................................................................................99 Hình 3.31 Ảnh tổ chức tế vi SEM vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 mẫu số N6 và sơ đồ các vị trí phân tích EDX ..............................................................100 vi
Hình 3.32 Ảnh tổ chức tế vi SEM vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 mẫu số N11 và sơ đồ các vị trí phân tích EDX ............................................................101 Hình 4.1 Sự phụ thuộc của độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) vào các yếu tố độc lập Ih (a), Ib (b); vh (c) và vcd(d) ..........................................................................................106 Hình 4.2 Sự phụ thuộc của độ bền kéo liên kết hàn plasma ( ki) vào ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố độc lập khi xét theo: Ih.Ib; Ih.vh và Ih.vcd ........................................106 Hình 4.3 Ảnh hưởng độc lập của các thông số công nghệ hàn plasma đến giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma, si, MPa ..........................................................................110 Hình 4.4 Ảnh hưởng tương tác đồng thời của các thông số công nghệ hàn plasma đến giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma, si, MPa....................................................110 Hình 4.5 a÷h. Biểu đồ phân tích ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ bền kéo vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 có chiều dày 2 mm .........................................111 Hình 4.6 k÷m. Biểu đồ phân tích ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ bền kéo vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 có chiều dày 2 mm .........................................112 Hình 4.7 a÷d. Biểu đồ phân tích ảnh hưởng của chế độ hàn đến giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 có chiều dày 2 mm ..............................................1132 Hình 4.7 e÷n. Biểu đồ phân tích ảnh hưởng của chế độ hàn đến giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 có chiều dày 2 mm ................................................113 Hình 4.8 Ảnh hưởng của tương tác (Ih.vh) đến độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) khi Ib = 50 A (a); Ib = 55 A (b) và Ib = 60 A (c) .................................................................128 Hình 4.9 Ảnh hưởng của tương tác (Ib.vh) đến độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) khi Ih = 80 A (a); Ih = 90 A (b) và Ih = 100 A (c) ...............................................................129 Hình 4.10 Ảnh hưởng của tương tác (Ih.Ib) đến độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) khi vh = 24 cm/ph (a); vh = 28 cm/ph (b); vh = 32 cm/ph (c) ...................129 Hình 4.11 Đồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ih.vh) đến độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) khi Ib = 55 A (a); vh = 28 cm/ph (b) .....................................129 Hình 4.12 Ðồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ib.vh) đến độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) khi vh = 28 cm/ph (a) và Ih = 90 A (b) ..................................130 Hình 4.13 Đồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ib.vh) đến độ bền kéo liên kết hàn plasma (ki) khi Ib = 55 A (a) và Ih = 90 A (b) .........................................130 vii
Hình 4.14 Ảnh hưởng của tương tác (Ih.vh) giới hạn chảy liên kết hàn plasma (si) khi Ib = 50 A (a); Ib = 55 A (b) và Ib = 60 A (c) .................................................................131 Hình 4.15 Ảnh hưởng của tương tác (Ib.vh) đến giới hạn chảy liên kết hàn plasma (si) khi Ih = 80 A (a); Ih = 90 A (b) và Ih = 100 A (c) .........................................................132 Hình 4.16 Ảnh hưởng của tương tác (Ih.Ib) đến giới hạn chảy liên kết hàn plasma (si) khi vh = 24 cm/ph (a); vh = 28 cm/ph (b); vh = 32 cm/ph (c) ...................132 Hình 4.17 Đồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ih.vh) đến giới hạn chảy liên kết hàn plasma (si) khi Ib = 55 A (a); vh = 28 cm/ph (b)......................................132 Hình 4.18 Ðồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ib.vh) đến giới hạn chảy liên kết hàn plasma (si) khi vh = 28 cm/ph (a) và Ih = 90 A (b) ...........133 Hình 4.19 Đồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ib.vh) đến giới hạn chảy liên kết hàn plasma ( si) khi Ib = 55 A (a) và Ih = 90 A (b) ...................133 Hình 4.20 Ảnh hưởng của tương tác (Ih.vh) độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma (Li) khi Ib = 50 A (a); Ib = 55 A (b) và Ib = 60 A (c).......................................134 Hình 4.21 Ảnh hưởng của tương tác (Ib.vh) đến độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma (Li) khi Ih = 80 A (a); Ih = 90 A (b) và Ih = 100 A (c) ..............................134 Hình 4.22 Ảnh hưởng của tương tác (Ih.Ib) đến độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma (i) khi vh = 24 cm/ph (a); vh = 28 cm/ph (b); vh = 32 cm/ph (c) ..............135 Hình 4.23 Đồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ih.vh) đến độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma (i) khi Ib = 55 A (a); vh = 28 cm/ph (b)..........135 Hình 4.24 Ðồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ib.vh) đến độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma (i) khi vh = 28 cm/ph (a) và Ih = 90 A (b) ......135 Hình 4.25 Đồ thị 2D biểu diễn sự ảnh hưởng đồng thời (I h.vh), (Ib.vh) đến độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma ( i) khi Ib = 55 A (a) và Ih = 90 A (b) ..............136 viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Một số khí gas dùng cho hàn plasma và phạm vi sử dụng [106]....................23 Bảng 1.2 Ví dụ về chọn chế độ thí nghiệm hàn microplasma [81] ................................23 Bảng 1.3 Ví dụ về các thông số khảo sát và mức điều chỉnh bằng thực nghiệm [11] ...31 Bảng 2.1 Thành phần hóa học thép không gỉ SUS 304 dùng cho thí nghiệm ...............39 Bảng 2.2 Cơ tính của thép không gỉ SUS 304 (2 = 2 mm) dùng cho thí nghiệm .........39 Bảng 2.3 Các thông số chế độ thí nghiệm hàn plasma thép không gỉ SUS 304 (TNĐ1) ........................................................................................................................................41 Bảng 2.4 Các thông số chế độ thí nghiệm hàn plasma thép không gỉ SUS 304 (TNĐ1) ........................................................................................................................................42 Bảng 2.5 Các thông số chế độ thí nghiệm hàn plasma thép không gỉ SUS 304 (TNĐ1) ........................................................................................................................................50 Bảng 2.6 Chế độ quy hoạch thực nghiệm toàn phần N27 khi hàn thép không gỉ SUS 304 ..................................................................................................................................51 Bảng 2.7 Ký hiệu mã hóa các chế độ thực nghiệm hàn plasma thép không gỉ SUS 304 sắp xếp theo trực giao 3 mức 3 yếu tố (TNĐ2) ..............................................................51 Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm theo chế độ hàn plasma tự động định hướng công nghệ.59 Bảng 3.2 Kết quả đo biến dạng uốn võng lớn nhất tính trên chiều dài 100 mm đường liên kết hàn plasma thép SUS 304 ..................................................................................68 Bảng 3.3 Đặc tính bền vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS304..................74 Bảng 3.4 Chiều rộng trung bình vùng ảnh hưởng nhiệt dọc theo đường hàn plasma ....82 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo (ki) và chất lượng của bề mặt mối hàn plasma thép SUS 304 ở trạng thái sau khi làm nguội trong không khí [2], [3].......86 Bảng 3.6 Độ cứng tế vi (HV0,2) vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304, khảo sát tại các vùng cấu trúc đặc trưng sau khi làm nguội trong không khí ................93 Bảng 3.7 Thành phần hóa học vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 - N6 (2 mm), % khối lượng ..................................................................................................101 Bảng 3.8 Thành phần hóa học vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 - N11 (1,5 mm), % khối lượng .......................................................................................102 ix
Bảng 4.1 Phân tích hàm hồi quy độ bền kéo liên kết hàn plasma thép SUS 304, ki, MPa ..............................................................................................................................105 Bảng 4.2 Phân tích mức độ ảnh hưởng của bốn thông số công nghệ hàn plasma đến độ bền kéo liên kết hàn plasma thép SUS 304, ki, MPa ..................................................105 Bảng 4.3 Thực trạng và dự báo sự nhận biết bất thường về độ bền kéo liên kết hàn plasma thép SUS 304, ki theo các phương án khảo sát ...............................................105 Bảng 4.4 Phân tích hàm hồi quy giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 ................................................................................................................................108 Bảng 4.5 Phân tích mức độ ảnh hưởng của bốn thông số công nghệ hàn plasma đến giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 ............................................108 Bảng 4.6 Thực trạng và dự báo sự nhận biết bất thường về giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304, si theo các phương án khảo sát ..................................109 Bảng 4.7 Độ giãn dài tương đối vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 sắp xếp theo trực giao 3 mức 3 yếu tố với tốc độ cấp dây hàn vcd = 85 cm/ph.................................116 Bảng 4.8 Kết quả tính toán xác định độ bền kéo vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 với tốc độ cấp dây hàn vc.d = 85 cm/ph .....................................................117 Bảng 4.9 Kết quả tính toán xác định giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 ........................................................................................................118 x
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Trên thế giới, việc nghiên cứu các công nghệ hàn tiên tiến đang được đẩy mạnh ứng dụng ở nhiều nước công nghiệp phát triển (G7, G20) từ những năm 1970 trở lại đây. Ở Việt Nam hiện nay, ngành công nghiệp cơ khí chế tạo đang ngày càng được đầu tư đổi mới với trang thiết bị, công nghệ tiên tiến nhập khẩu từ nước ngoài. Mặc dù có thể nhập khẩu các máy hàn tiên tiến, trong đó có máy hàn plasma từ nhiều nước khác nhau, nhưng vấn đề nghiên cứu làm chủ công nghệ và đưa ra các giải pháp kỹ thuật phù hợp với tình hình thực tế trong nước còn là vấn đề luôn có tính thời sự và cần thiết. Hàn plasma là một trong những phương pháp công nghệ hàn hồ quang biến thể dựa trên cơ sở bổ sung hoặc không bổ sung vật liệu bù vào mối hàn kim loại nóng chảy trong môi trường có khí bảo vệ (khí trơ) bằng xung plasma được cài đặt ở chế độ cho trước. Ưu điểm là khả năng thâm nhập sâu hơn (từ dòng khí plasma cao hơn), không xảy ra hiện tượng nhiểm vật liệu điện cực vonfram vào vật hàn, từ điện cực đến khoảng cách vật hàn mà không có sự thay đổi đáng kể về nhiệt độ ban đầu cấp vào. Ở ngoài nước, công nghệ hàn plasma (PAW) đã được các nhà nghiên cứu tiến hành có hệ thống và cơ bản nhằm mục đích ứng dụng cho các kết cấu hàn từ nhiều vật liệu khác nhau như: thép các bon, thép hợp kim, thép không gỉ, hợp kim đồng, hợp kim titan, hợp kim y sinh, ... Tuy nhiên, những tài liệu tham khảo do nghiên cứu sinh cập nhật được gần đây chủ yếu công bố về một số lĩnh vực ứng dụng chuyên ngành, trong đó sự quan tâm đặc biệt về ứng dụng cho quá trình hàn PAW các mác thép không gỉ rất phát triển ở Nhật Bản và một số nước G7 khác. Ở nước ta, cho đến nay chưa thấy có các công trình chuyên sâu về hàn plasma liên quan đến vấn đề hàn giáp mối thép không gỉ dạng tấm SUS 304 được công bố, ngoài một số sách và giáo trình, tập bài giảng [1, 11]. Một vài công trình nghiên cứu bảo vệ học vị Tiến sĩ Kỹ thuật ngành hàn [6, 7] và số ít bài báo khoa học của nhóm nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương [8 - 10], công bố về kết quả thực nghiệm ứng dụng công nghệ hàn tiên tiến ở Việt Nam. Nguyên nhân chính có thể là do thiếu sự đầu tư cho nghiên cứu cơ bản về hướng công nghệ hàn plasma ứng dụng cho một số kết cấu cơ khí điển hình. Vì thế, vấn đề tiến hành thí nghiệm để xác lập cơ sở khoa học tin cậy cho việc đề xuất các quy trình hàn plasma đối với thép không gỉ tấm mỏng hợp lý, phù hợp với năng lực thiết bị hàn hiện có ở nước ta để khuyến cáo cho các doanh nghiệp cơ khí ứng dụng có hiệu quả vào sản xuất ở quy mô công nghiệp là rất cần thiết. Đó cũng chính là hướng nghiên cứu luận án của nghiên cứu sinh, có tính mới về khoa học và tiềm 1
năng ứng dụng thực tiễn cao, phù hợp với mã ngành đào tạo trình độ Tiến sĩ “Kỹ thuật cơ khí” tại Viện Nghiên cứu Cơ khí. 2. Mục đích nghiên cứu - Định hướng nghiên cứu của luận án là trên cơ sở tổng hợp, phân tích các công bố khoa học trong những năm gần đây trên thế giới và ở Việt Nam, từ đó đưa ra phương án khả thi cho việc nghiên cứu thực nghiệm, tìm ra chế độ tối ưu của vật liệu với thiết bị hàn plasma LINCOLN C3-MATIC32-33, mô-đen 450+/Plasma–SP7 Turnmatic TT [12], ứng dụng cho hàn giáp mối các tấm thép không gỉ tấm SUS 304 trong điều kiện Việt Nam. - Khảo sát, nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ hàn plasma cho vật liệu thép không gỉ dạng tấm đến đặc tính bền cơ học của mối hàn, kết hợp nghiên cứu thăm dò ban đầu về hình dạng bên ngoài, tổ chức và độ cứng tế vi mối hàn, nhằm nâng cao chất lượng và năng suất mối hàn. 3. Đối tượng, phạm vi, nội dung nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: hàn liên kết giáp mối thép không gỉ SUS 304 dạng tấm ở vị trí hàn bằng; b) Phạm vi nghiên cứu - Sử dụng thiết bị hàn LINCOLN C3- MATIC, mô-đen 450+/Plasma – SP7 Turnmatic TT để hàn thép SUS 304, chiều dày phôi hàn δ 02 = 2 mm cho thí nghiệm của luận án; - Khảo sát ảnh hưởng của 4 thông số chế độ công nghệ hàn (Ih, Ib, vh, vcd) đối với các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hàn thông qua các thông số độ bền kéo, giới hạn chảy, độ dãn dài tương đối khi đứt; - Trong các thí nghiệm thăm dò định hướng công nghệ hàn plasma sử dụng phôi hàn với hai loại chiều dày phôi hàn thép không gỉ SUS 304: δ01 = 1,5 mm và δ02 = 2 mm. Trong các thí nghiệm mô phỏng của luận án chỉ tập trung nghiên cứu một loại chiều dày phôi hàn δ02 = 2 mm, do tính ứng dụng cao trong thực tế các ngành công nghiệp; - Xây dựng mô hình toán học mô phỏng dựa trên phương pháp lập ma trận thực nghiệm trực giao 3 mức 3 yếu tố, mô phỏng dự báo các đặc tính bền của liên kết hàn plasma thép SUS 304 trong miền điều chỉnh thích hợp sau khi xử lý kết quả thăm dò định hướng công nghệ, đảm bảo chất lượng liên kết hàn đạt mức yêu cầu của người sử dụng. 4. Phương pháp nghiên cứu Thông qua nghiên cứu tổng hợp tài liệu tham khảo, kết hợp nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm trên thiết bị hàn plasma hiện đại với 3 thông số công nghệ hàn plasma là: cường độ dòng plasma mức trên (Ih); cường độ dòng plasma mức dưới (Ib) và 2
tốc độ hàn (vh). Việc dự báo cơ tính của liên kết hàn bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao 3 mức 3 yếu tố 33 theo kết quả mô phỏng nội suy khi tính toán, xây dựng mô hình toán học dưới dạng các hàm hồi quy đa thức trực giao phi tuyến tính và đồ thị 3D để đánh giá chất lượng thông qua bộ tiêu chí gồm: độ bền kéo (ki); giới hạn chảy (si) và độ giãn dài tương đối (Li). Các đặc tính khác của liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 như: kích thước hình học mối hàn plasma; biến dạng trung bình (fNT.B) – kết quả ảnh hưởng của nhiệt năng tích lũy trong quá trình hàn; độ cứng tế vi (HV0,2) được tổng hợp và thể hiện bằng biểu đồ 2D; Khảo sát ảnh tổ chức tế vi tại các tiểu vùng cấu trúc vật liệu đặc trưng trong liên kết hàn plasma trên mẫu điển hình lựa chọn ở chế độ quy hoạch thực nghiệm khác nhau. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học - Bằng thực nghiệm, đưa ra chế độ hàn plasma hợp lý khi hàn liên kết giáp mối thép không gỉ dạng tấm SUS 304 có chiều dày 2 mm, đảm bảo chất lượng theo yêu cầu được đánh giá qua bộ tiêu chí đánh giá đặc tính bền; - Đưa ra được các mô hình toán học ở dạng đa thức bậc 2 (phi tuyến) là những hàm mục tiêu đầu ra cần tìm, lượng hóa các quy luật ảnh hưởng thay đổi 3 thông số đầu vào đến độ bền kéo (ki); giới hạn chảy (si); độ giãn dài tương đối của liên kết hàn plasma phụ thuộc vào 3 yếu tố công nghệ đầu vào gồm cường độ dòng xung plasma mức trên (Ih); cường độ dòng xung plasma mức dưới (Ib); tốc độ hàn (vh); - Tổng hợp kết quả thực nghiệm đánh giá các đặc tính cơ – lý vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 trên mẫu thí nghiệm nhận được ở 27 chế độ hàn khác nhau đối với loại tấm hàn có chiều dày 2 mm, từ đó có thể dễ dàng đưa ra dự báo mức chất lượng liên kết hàn theo yêu cầu (đủ mức cần thiết trên thực tiễn của người sử dụng) trong phạm vi miền khảo sát của các thông số công nghệ đầu vào chủ yếu đã chọn. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn Luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo trong đào tạo ngành Kỹ thuật Cơ khí thuộc lĩnh vực chế tạo kết cấu hàn và ngành gần như Kỹ thuật vật liệu ở trình độ đại học và sau đại học tại Việt Nam. 6. Kết cấu của luận án Luận án được kết cấu thành 4 chương chính: - Chương 1: Tổng quan và cơ sở lý thuyết về hàn plasma; - Chương 2: Vật liệu, thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu; - Chương 3: Nghiên cứu các đặc tính mối hàn plasma giáp mối thép không gỉ SUS 304; 3