Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu AISI 304 VÀ AISI 1020

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:101

Thêm vào BST

Báo xấu

9
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài được thực hiện với mục đích chính là nghiên cứu, xác định thông số hàn ma sát xoay cho cặp vật liệu thép không gỉ và thép cacbon thấp và qua đó nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đến chất lượng mối hàn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các thông số hàn đến chất lượng mối hàn ma sát xoay khi hàn cặp vật liệu AISI 304 VÀ AISI 1020

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