QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT KHUẤY FRICTION STIR WELDING (FSW)

Tác giá: EVD Thiết Bị | Ngày: 24-08-2020 | 0 bình luận

1. Giới thiệu chung.

Quá trình được phát triển và cấp bằng sáng chế của Wayne Thomas viện công nghệ Hàn (TWI) Anh Quốc vào năm 1991.

2. Nguyên lý của quá trình.

- Đầu quay hình pin “pin-shaped” được ấn xuống và quay, tác động 1 lực ép đáng kể vào mối ghép giữa 2 chi tiết đã được ngàm chặt.

- Ma sát giữa đầu quay (có khả năng chống mài mòn tốt) và chi tiết làm cho kim loại cơ bản vật hàn chuyển sang trạng thái chảy dẻo trên bề mặt. Tuy nhiên nhiệt lượng này chưa đủ để khiến toàn bộ phần mối hàn bị nấu chảy như các quá trình hàn hồ quang.

- Khi đầu quay di chuyển dọc theo mối hàn, phần kim loại đạt tới trạng thái chảy dẻo xuất hiện trên bề mặt dọc theo đường đi của đầu quay.

- Khi nguội, phần kim loại mối hàn tạo thành liên kết cứng giữa 2 chi tiết. Mối hàn được hình thành.

3. Đặc điểm của quá trình hàn.

- Mở rộng khả năng hàn cho các kim loại mềm không chứa Fe mà trước đó được coi như không thể hàn được do có nhiệt độ nóng chảy thấp (hợp kim nhóm 2xxx và 7xxx) hoặc các hợp kim như (Al, Hợp kim Cu,Mg,Zn,Pb) mang lại kết quả tốt.

- Sự hình thành mối hàn ở nhiệt độ dưới nhiệt độ nóng chảy của KLCB (khác hàn hồ quang). Nhiệt sinh ra khoảng 80-90% nhiệt độ nóng chảy của KLCB.

=> Ktra uốn và kéo cho kết quả độ cứng và khả năng chống mỏi xuất sắc so với các quá trình khác.

- Xử lý sau hàn ở mức tối thiểu, do mặt đáy mối hàn tốt và mối hàn gần như không có ứng suất dư.

=> Cong vênh và co ngót sau hàn ở mức tối thiểu.

- Không cần mài, đánh bóng hay nắn thẳng

=> Không cần chuẩn bị trước khi hàn, chỉ cần tẩy dầu mỡ trên bề mặt KLCB.

- Mối hàn sau khi hàn thành chỉ chứa các kim loại cơ bản của vật hàn.

-Giảm khối lượng chi tiết sau hàn (giảm 40% so với hàn MIG/MAG)

- Dùng cho các tấm có biên dạng đường hàn thẳng hoặc cong.

- Thiết bị hàn ESAB hàn được tấm có độ dày từ 0,5 đến 65 mm ( hàn từ một phía) hoặc 1,2 đến 130 mm (2 phía) với khả năng ngấu hoàn toàn.

- Phù hợp cho sản xuất hàng loạt và có thể tự động hóa hoàn toàn.

- Thích hợp cho các phôi từ nguyên công dập.

- Không sinh khói hàn độc hại, không có xỉ hàn, không bắn tóe và độ ồn thấp.

- Mối hàn không bị rỗng, nứt hay lẫn xỉ.

- Thích hợp cho tự động hóa hoàn toàn trong sản xuất hàng loạt.

- Không yêu cầu tay nghề thợ hàn.

- Vận hành thiết bị đơn giản (HMI).

- Cải thiện khả năng lặp lại khi hàn.

- Tiêu thụ ít năng lượng hơn các quá trình hàn hồ quang khác (do không cần năng lượng sinh nhiệt).

4. Ưu thế của quá trình FSW so với các quá trình khác.

- Cơ tính và độ bền mỏi của sản phẩm tốt hơn so với các quá trình khác.

- Tiết kiệm nguyên công chuẩn bị trước khi hàn.

=> Giảm chi phí.

- Tiết kiệm năng lượng so với các quá trình khác.

=> Giảm chi phí.

- Không cần sử dụng vật liệu hàn, khí bảo vệ.

=> Giảm chi phí và khối lượng sản phẩm => thích hợp với các sản phẩm yêu cầu khối lượng nhẹ mà vẫn an toàn như ô tô, phương tiện hàng không.

- Không cần (ít) xử lý nhiệt sau khi hàn và biến dạng hàn.

=> Giảm chi phí và nâng cao chất lượng.

- Không có khuyết tật hàn, bắn tóe, khói hàn.

=> Không cần hàn sửa chữa và an toàn cho sức khỏe người vận hành.

- Có thể áp dụng tự động hóa hoàn toàn vào sản xuất

=> nâng cao năng suất và không yêu cầu tay nghề thợ hàn => tối đa hóa chi phí.

- Mang lại chất lượng cao cho sản phẩm kể cả khi xuất hiện sai số trong dung sai gá lắp trước khi hàn.

- Giúp hàn được các vật liệu mà trước đó không có tính hàn (hợp kim nhóm 2xxx và 7xxx).

5. Nhược điểm của FSW.

- Khi hàn các vật liệu có độ nóng chảy cao (thép, titanium) cần sử dụng đầu quay được chế tạo phức tạp => Tốn chi phí.

- ESAB không cung cấp đầu quay cho FSW và phải mua ngoài.

- Cần lực ấn xuống (theo trục Z) khá lớn trong khi hàn.=> cần đồ gá, ngàm và lót đáy trong khi hàn.

6. Thiết kế công cụ hàn (đầu hàn)

Thiết kế đầu hàn rất quan trọng trong phương pháp hàn FSW. Tối ưu hóa hình dạng của đầu hàn để tạo ra nhiều nhiệt hơn hoặc khuấy hiệu quả hơn mang lại hai lợi ích chính: cải thiện khả năng phá vỡ và trộn lớp oxit (tạo nhiệt hiệu quả hơn) mang lại tốc độ hàn cao hơn - và nâng cao chất lượng. Vật liệu chế tạo phải giữ được độ cứng cao ở nhiệt độ cao trong thời gian dài. Do đó, sự kết hợp giữa vật liệu làm dụng cụ và vật liệu cơ bản luôn quan trọng đối với tuổi thọ làm việc của đầu hàn.

7. Một số dạng liên kết hàn cơ bản

8. Các lĩnh vực ứng dụng của hàn FSW (Theo ESAB).

Trong thực tế, hàn FSW chủ yếu được sử dụng để hàn các tấm nhôm đã được dập hoặc hàn nhôm với thép. Giúp giảm khối lượng các sản phẩm trong lĩnh vực phương tiện giao thông, hàng không vũ trụ là động lực chính khiến các công ty này áp dụng FSW vào sản xuất.

- Công ty Boeing: thời gian chế tạo bình chứa nhiên liệu giảm đáng kể và việc tiết kiệm chi phí trên nhiều phương diện. Chỉ bằng khoảng 20% chi phí nếu sản xuất bằng đinh tán truyền thống.

- Giảm khối lượng của máy bay dân dụng, dẫn đến giảm trực tiếp chi phí vận hành. Giảm khối lượng cho phép di chuyển ở tốc độ cao hơn và giảm tiêu tốn nguyên liệu.

- Cho phép hàn các vật liệu trước đó không thể hàn được Al-Li (AA2195), kết hợp 2 vật liệu này mang lại độ bền cao và trọng lượng giảm => rất cần trong lĩnh vực hàng không.