Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình gia công hàn ma sát khuấy chi tiết vật liệu hợp kim nhôm 6061 dạng ống trụ

Tóm tắt: Nghiên cứu này sẽ nghiên cứu các thông số công nghệ trên ảnh hưởng đến độ bền kéo, lực dọc trục và lực hàn của mối hàn FSW. Bên cạnh đó nghiên cứu này cũng xác định tác động của lực dọc trục, lực hàn tác động lên dụng cụ và thiết bị hàn. Quá trình phân tích ảnh hưởng của các thông số trên được tiến hành bởi quá trình xây dựng mô hình toán học và thiết kế mô hình thực nghiệm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

NGUYỄN VẤN VŨ

NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH GIA CÔNG HÀN MA SÁT KHUẤY CHI TIẾT VẬT LIỆU HỢP KIM NHÔM 6061

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI

HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG TP.HCMCán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thiên Phúc

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS Lưu Phương Minh

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày tháng năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn

2 PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương

3 TS Lưu Phương Minh

4 PGS.TS Trần Doãn Sơn

5 TS Tôn Thiện Phương

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã sửa chữa (nếu có)

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

(Họ tên và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc

LỜI CẢM ƠNLời đâu tiên tôi cảm ơn đến Thầy Trần Thiên Phúc đã giúp đỡ, hướng dẫn và tạo

điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện luận văn này Thầy đã giảng dạy giúp tôi từ môn họcđến việc hoàn thành luận văn, cho tôi những lời động viên khi thực hiện đề tài, hỗ trợ tôicác thiết bị đo kiểm các loại

Sau thời gian học tập, tôi đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức quý báu từ các Thầy

Cô để có thể hoàn thành đề tài này và tự tin hơn khi nghiên cứu giải quyết các vấn đề kỹ

thuật Một lần nữa tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Trần Thiên Phúc và quý

Thầy/Cô trong tại trường Kỹ Thuật Cao Thắng, Phòng thí nghiệm sức bền vật liệu, bộ môn

Kỹ thuật nhiệt, phòng thí nghiệm đo lường Đại Học Bách Khoa đã luôn giúp đỡ và tạođiều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm

Tôi xin cám ơn đến những anh chị, bạn bè và đặc biệt là các thành viên lớp cao họcngành Kỹ Thuật Cơ Khí - Đợt 2/2015 đã cùng chia sẻ giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Và lời cảm ơn cuối cùng, tôi chân thành cảm ơn tất cả những người thân trong giađình luôn giúp đỡ, động viên và hỗ trợ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trườngĐại học Bách khoa TP.HCM

Chân thành cảm ơn!

Học viên

Nguyễn Văn Vũ

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc

TÓM TẮT

Nghiên cứu này là thí nghiệm hàn ma sát khuấy (FSW) trên mô hình ống trụ, vậtliệu hợp kim nhôm 6061 được thực hiên trên máy phay vạn năng Makino của Nhật với sốvòng quay trục chính vô cấp sử dụng bộ biến tầng để điều chỉnh tại xưởng cơ khí TrườngCao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng

Hai đoạn ống nhôm cần hàn có cùng kính thước đường kính ngoài 0100mm, dày5mm, chiều dài 40mm được gia công mặt đầu phẳng và gá trên trục gá được thiết kế đảmbảo độ cứng vững, đồng tâm và được định vị mặt ửong kẹp chặt hai đoạn bằng đai ốc, trục

gá này được lắp ửên hệ thống truyền dẫn vô cấp với các mức tốc độ xác định khác nhau

Mô hình này được thiết kế để dự đoán độ tin cây của các thông số công nghệ gồm: Tốc độdụng cụ, tốc độ hàn, bán kính vai hàn, trong điều kiện hàn ma sát dạng ống trụ Nghiên cứunày sẽ nghiên cứu các thông số công nghệ hên ảnh hưởng đến độ bền kéo, lực dọc trục vàlực hàn của mối hàn FSW Bên cạnh đó nghiên cứu này cũng xác định tác động của lựcdọc trục, lực hàn tác động lên dụng cụ và thiết bị hàn Quá trình phân tích ảnh hưởng củacác thông số trên được tiến hành bởi quá trình xây dựng mô hình toán học và thiết kế môhình thực nghiệm

Từ khóa: Hàn ma sát khuấy, ống nhôm 6061, số vòng quay trục chính, tốc độ hàn,bán kính vai dụng cụ, ứng suất kéo

ABSTRACT

This study aimed to experimentally explore the friction stir welding (FSW) on thealuminum alloy 6061 pipe (made on milling machine MAKING with stepless invertercontrol at Cao Thang Technical College in HCM City, Vietnam) Two pipe sections havethe same outer diameter of 100mm, thickness 5mm, length 40mm is tightly hinged on asystem specifically designed to be capable of rotation in the mold welding different speed,

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Thiên Phúc

easy installation and adjustment This model is used to predict the reliability parameters ofthe tool rotational speed, welding speed and radius shoulder tool This study willinvestigate the effect of welding parameters on the tensile strength, the axial force and thewelding force of joint produced by the FSW process The process of analyzing the impact

of the above parameters was carried out by the process of mathematical modeling andexperimental design model

Keywords: Friction Stir Welding, A6061-Pipe, tool rotational speed, welding

speed, radius shoulder tool, tensile strength

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên: Nguyễn Văn Vũ

MSHV: 1570821

Theo quyết định giao đề tài luận văn cao học của phòng Đào tạo Sau đại hoc, Đại

học Bách Khoa Tp.HCM, tôi đã thực hiện luận văn cao học với đề tài “Nghiên Cứu Các Thông số Công Nghệ Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Gia Công Hàn Ma Sát Khuấy Chi Tiết Vật Liệu Hợp Kim Nhôm 6061 Dạng Ống Trụ” dưới sự hướng dẫn của Thầy

PGS.TS Trần Thiên Phúc

Tôi xin cam kết đây là luận văn tốt nghiệp cao học của tôi, số liệu trong luận văn làthực, thực hiên luận văn đúng theo quy định của phòng Đào tạo sau đại học và theo hướngdẫn của Thầy PGS.TS Trần Thiên Phúc

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu luận văn của mình

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017

Học viên

MỤC LỤC

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN cứu 15

1.1 GIỚI THIỆU 15

1.2 PHẠM VI ÚNG DỤNG 16

1.2.1 Trong ngành hàng không vũ trụ: 16

1.2.2 Trong ngành công nghiệp ô-tô 18

1.2.3 Trong ngành đường sắt 18

1.2.4 Trong công nghiệp đóng tàu: 19

1.3 TÌNH HÌNH CÁC NGHIÊN cứu TRÊN THÓI GIỚI 20

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu TRONG NƯỚC 20

1.5 NHẬN XÉT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: 22

1.6 Ý NGHĨA VÀ MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN cứu 22

1.6.1 Mục tiêu của nghiên cứu 22

1.6.2 Ý nghĩa của nghiên cứu 23

Chương 2 cơ SỞ LÝ THUYẾT VÈ HÀN MA SÁT KHUẤY 24

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT KHUẤY 24

2.2 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT KHI HÀN 25

2.2.1 Đặc điểm chung 25

2.2.2 Quá trình nhiệt sinh ra trong quá trình hàn 26

2.2.3 Quá trình truyền nhiệt vào vật hàn 28

2.2.4 Hai mô hình động học 29

2.3 Lực VÀ MOMENT TRONG QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT KHUAY 31

2.4 DỤNG cụ HÀN 33

Chương 3 PHỮƠNG PHÁP NGHIÊN cứu 44

3.1 MÔ HÌNH BÀI TOÁN SINH NHIỆT 44

3.1.1 Mô hình bài toán nhiệt của đầu dụng cụ khuấy hình trụ 44

3.1.2 Mô hình bài toán nhiệt của đầu dụng cụ khuấy trên ống trụ 48

3.2 XÂY DỤNG MÔ HÌNH cin TIẾT THÍ NGHIỆM ' 50

3.2.1 Thiết bị máy dùng để thí nghiệm 51

3.2.2 Dụng cụ hàn 53

3.2.3 Phôi hàn 54

3.3 PHÂN TÍCH VÀ CHỌN CÁC THÔNG SỐ THựC NGHIÊM 56

3.3.1 Phân tích 56

3.3.2 Chọn các thông số đầu vào của thực nghiệm 56

3.4 TRÌNH Tự THựC HIỆN THựC NGHIẸM: .62

3.5 KIÊM TRA ĐỘ BỀN KÉO CỦA MỐI HÀN 64

3.6 KIÊM TRA Lực DỌC TRỤC Fz, Lực HÀN Fx 66

Chương 4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 68

4.1 THỰC NGHIÊM KHẢO SÁT MIỀN GIÁ TRỊ THÔ 68

4.2 THựC NGHIỆM ĐON YẾU TỐ 73

4.3 THỰC NGHIỆM YẾU TỐ TOÀN PHẤN 79

4.3.1 Xác định phưomg trình hồi quy 79

4.3.2 Kiểm tra ý nghĩa các hệ số của phưomg trinh hồi qui 90

4.3.3 Kiểm tra sự tương thích của phương trinh hồi quy 91

4.4 PHÂN TÍCH MỐI TƯƠNG QUAN CỦA HÀM MỤC TIÊU VỚI TÙNG CẶP YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 94

Chương 5 KẾT LUẬN 97

5.1 NHẬN XÉT VẤ ĐÁNH GIÁ NGHIÊN cứu 97

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHU LỤC A 102

PHỤ LỤC B 103

PHỤ LỤC c 105

PHỤ LỤC D 107

PHỤ LỤC E 110

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hàn ma sát khuấy trên ống nhôm 15

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo hàn ma sát khuấy 16

Hình 1.3 Tàu con thoi NASA 17

Hình 1.4 Các bộ phận máy bay được hàn bằng phương pháp hàn ma sát khuấy 18

Hình 1.5 Phần khung cabô của ôtô 18

Hình 1.6 Tàu Hitachi’s A-Train của ngành đường sắt Anh 19

Hình 1.7 ứng dụng trong đóng tàu 19

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hàn ma sát khuấy cho chi tiết dạng tấm 25

Hình 2.2 Ảnh hưởng của điều kiện trượt - dính đến quá trình sinh nhiệt [12] 26

Hình 2.3 Biểu đồ các giai đoạn của quá trình hàn và lực 28

Hình 2.4: Tổ chức vùng sinh nhiệt trong mối hàn ma sát khuấy 29

Hình 2.5 Mô hình các vùng trong hàn ma sát khuấy 31

Hình 2.6 Bố trí lực trong hệ trục tọa độ khi hàn 32

Hình 2.7 Lực tác dụng trong quá trình hàn ma sát khuấy 33

Hình 2.8 Các biên dạng của đầu hàn 34

Hình 2.9: Vai lồi dạng cong hoặc hình nón 41

Hình 2.10: Một số dạng mặt của vai 41

Hình 2.12 Đầu khuấy trụ ren đáy bo 42

Hình 2.13 Đầu khuấy có trụ ren đáy phẳng 43

Hình 3.1 Phân bố nhiệt tại bề mặt dụng cụ hàn 44

Hình 3.2 Mặt cắt thể hiện phân bố nhiệt vi phân trên chốt và vai 45

Hình 3.3 Sơ đồ mô hình hàn mẫu ống trụ hợp kim nhôm 48

Hình 3.4: Hình tổng thể hệ thống thí nghiệm 51

Hình 3.5: Đồ gá hàn và các loadcell thiết bị đo lực Fz và Fx 52

Hình 3.6 Bản vẽ chi tiết dụng cụ 53

Hình 3.7: Dao khuấy được chế tạo để sử dụng trong thực nghiệm 54

Hình 3.8: Chuẩn bị phôi được tiện cắt đứt phôi mở chống bị oxy hóa mặt đầu 55

Hình 3.9: Các thiết bị để điều chỉnh số vòng quay trục chính 58

Hình 3.10: Mẩu hàn do không đủ nhiệt gây hiện tượng dính mũi khuấy khi ở tốc độ

thấp dưới 985 vòng/phút 59

Hình 3.11 Mẩu hàn do dư nhiệt gây hiện tượng phân lớp bề mặt khi ở tốc độ cao hên 2200 vòng/phút 59

Hình 3.12 Mẩu hàn do đủ nhiệt khi ở tốc độ 1400 vòng/phút 60

Hình 3.13: Các thiết bị đo tốc độ SKF TMOT6 calip lại các thông số đầu vào 61

Hình 3.14 Gá đặt khoảng lệch tâm dụng cụ khi hàn 62

Hình 3.15 Trình tự hình thành mối hàn 63

Hình 3.16 Tháo lắp chi tiết 63

Hình 3.17 Thông số mẫu thử kéo 64

Hình 3.18 Thiết kế đồ gá kẹp thử ứng suất kéo mối hàn trên ống 65

Hình 3.19 Hệ thống đo lực 67

Hình 4.1 Đồ thị ảnh hưởng bán kính vai đến ứng suất kéo 69

Hình 4.2 Đồ thị ảnh hưởng bán kính vai đến lực Fx 69

Hình 4.3 Đồ thị ảnh hưởng bán kính vai đến lực Fz 69

Hình 4.4 : Các mẫu hàn với bán kính vai khác nhau không đạt 70

Hình 4.5 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến ứng suất kéo 71

Hình 4.6 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến lực Fx 72

Hình 4.7 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến lực Fz 72

Hình 4.8 Hình ngoại của mối hàn ứng với các giá trị tốc độ hàn 73

Hình 4.9 Đồ thị ảnh hưởng bán kính vai đến ứng suất kéo 74

Hình 4.10 Đồ thị ảnh hưởng bán kính vai đến lực Fx 75

Hình 4.11 Đồ thị ảnh hưởng bán kính vai đến lục Fz 75

Hình 4.12 Đồ thị ảnh hưởng số vòng quay trục khuấy đến ứng suất kéo 76

Hình 4.13 Đồ thị ảnh hưởng số vòng quay trục khuấy đến lực Fx 76

Hình 4.14 Đồ thị ảnh hưởng số vòng quay trục khuấy đến lực Fz 77

Hình 4.15 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến ứng suất kéo 77

Hình 4.16 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến lực Fx 78

Hình 4.17 Đồ thị ảnh hưởng tốc độ hàn đến lực Fz 78

Hình 4.18: Đồ thị ảnh hưởng các thông số công nghệ đến lực hàn Fx 85

Hình 4.19: Đồ thị ảnh hưởng các thông số công nghệ đến lực hàn Fz 87

Hình 4.20: Đồ thị ảnh hưởng các thông số công nghệ đến lực hàn ứng suất kéo 89

Hình 4.21 Ảnh hưởng của từng cặp nhân tố đến lực Fx 94

Hình 4.22 Ảnh hưởng của từng cặp nhân tố đến lực Fz 95

Hình 4.23 Ảnh hưởng của từng cặp đôi nhân tố tới ứng suất kéo 96

Hình 5.1 Quá trình thử kín 98

DANH MỤC BẢNG BlỂU•

Bảng 2.1: Chế độ hàn hợp kim Magie [12] 35

Bảng 2.2: Tóm tắt các vật liệu làm dụng cụ hàn 38

Bảng 3.1 : Thành phần hóa học của thép dụng cụ làm khuôn (SKD61) 53

Hình 3.2: Chứng nhận tù nhà cung cấp về thành phần hóa học của SKD61 53

Bảng 3.3:Thành phần hợp kim nhốm tấm 6061 55

Bảng 3.4: Cơ tính của hợp kim nhôm 6061 55

Bảng 3.5 Ket quả thử kéo 3 mẫu nguyên 56

Bảng 3.6 Khảo sát miền giá trị tuơng ứng với thông số hiện có của hệ thống hàn trên ống trụ 61

Bảng 4.1 Kết quả thục nghiệm miền giá trị bàn kính vai dụng cụ R2 (mm) 68

Bảng 4.2 Kết quả thục nghiệm miền giá trị tốc độ hàn (mm) 71

Bảng 4.3 Miền giá trị giới hạn 73

Bảng 4.4 Khảo nghiệm đơn yếu tố khi khoảng lệch tâm dụng cụ thay đổi 74

Bảng 4.5 Khảo nghiệm đơn yếu tố khi số vòng quay dụng cụ thay đổi 75

Bảng 4.6 Khảo nghiệm đơn yếu tố khi tốc độ hàn thay đổi 77

Bảng 4.7 Bảng kết quả lần 1 thục nghiệm toàn phần 79

Bảng 4.8 Bảng kết quả lặp lần 2 thục nghiệm toàn phần 81

Bảng 4.9 Bảng kết quả thục nghiệm toàn phần 82

Bảng 4.10 Bảng thực nghiệm toàn phần dạng mã hóa 83

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT

TẮT

Fz: Lực dọc trục (Lực hướng xuống của đầu khuấy) (N)

Fx: Lực hàn (Lực theo phương dọc vuông góc đầu khuấy) (N)

crk; ứng suất kéo (Mpa)

Qi: Nhiệt lượng được sinh ra tại bề mặt phía dưới của vai

Q2: Nhiệt lượng sinh ra tại mặt bên của chốt khuấy

Q3: Nhiệt lượng sinh ra tại mặt đầu của chốt

Ri: Bán kính chốt dụng cụ khuấy (mm)

R2: Bán kính vai dụng cụ khuấy (mm)

D: Độ lệch tâm dụng cụ (mm)

(0: Vận tốc gốc

dF: Lực tác dụng lên bề mặt tại khoảng cách r từ tâm của dụng cụ hàn

T contact • ứng suất trượt của vật liệu phôi hàn

T yieid • úng suất trượt chảy

ơyieid'. ứng suất chảy của vật liệu tại nhiệt độ làm việc

P: Áp lực tiếp xúc (W)

t: Thời gian (s)

HAZ: Vùng chịu nhiệt

TMAZ: Vùng chịu nhiệt của dụng cụ hàn

FSW: Hàn ma sát khuấy

Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 GIỚI THIỆU

Hàn ma sát khuấy đuợc phát minh vào năm 1991 bởi Wayne Thomas [1] của Việnhàn của Vuơng Quốc Anh (TWI), là kỹ thuật hàn được liên kết ở trạng thái rắn (khôngnóng chảy) ban đầu được áp dụng cho hàn hợp kim nhôm

Hàn ma sát khuấy (FSW) nổi tiếng nhất ửong ngành hàng không và ngành hóa dầu.FSW được coi như một quá trình xanh mà không tạo hồ quang và khói hàn, không yêu cầucác loại phụ khí che chắn Hàn ma sát khuấy là một trong những công nghệ hàn khôngnóng chảy tạo ra những liên kết hàn có tính chất ưu việt, đặc

biệt là các kim loại hay hợp kim có tính chịu hàn kém như hợp kim nhôm, hợp kim đồng Dụng cụ hàn vừa xoay vừa tịnh tiến xuống tiếp xúc với bề mặt vật hàn nhằm tạo nguồnnhiệt cần thiết ban đầu, kế tiếp là đi xuyên vào vật hàn (chiều sâu bằng với chiều sâu ngấu)tạo những thay đổi về tổ chức vật liệu làm cho quá trình biến dạng dẻo mãnh liệt ở vùngkhuấy, sau đó di chuyển dọc theo hướng hàn tạo thành mối hàn

Hình 1.1 Hàn ma sát khuấy trên ống nhôm

Đến nay, vật liệu được ứng dụng và đạt được nhiều thành công nhất trong hàn masát khuấy là hợp kim nhôm Nguyên nhân là vì việc hàn nhôm dễ và nó được sử dụngnhiều trong ngành công nghiệp Mặt khác, đặc biệt là do việc hàn hợp kim nhôm bằng cácphương pháp hàn nóng chảy là rất khó khăn, ví dụ như trong ngành công nghiệp máy báy,

trong khi hàn plasma với tỉ lệ hư hỏng tới 90%, còn hàn ma sát khuấy đã giảm tỉ lệ nàyxuống gần như bằng không [2], Nhiệt độ tối đa trong toàn bộ quá trình hàn là dưới nhiệt độnóng chảy, đối với hầu hết hợp kim nhôm là thấp hơn 660°C.

So sánh với những công nghệ hàn trước đây thì FSW tiêu thụ ít năng lượng mộtcách đáng kể, không tiêu thụ khí hàn, không có quá trình nóng chảy, không có khí độc khihàn, không phát sinh tia hồ quang và năng lượng bức xạ vấn đề năng lượng, môi trường,vật liệu chế tạo đang được thế giới quan tâm và luôn hướng đến sự hoàn thiện về mọi mặt,

do đó tất cả các ngành công nghiệp cũng cần nghiên cứu đổi mới công nghệ nhằm hạn chếtối đa năng lượng tiêu thụ và lượng khí thải khi sản xuất Trong lĩnh vực hàn các phươngpháp hàn tiên tiến như hàn hồ quang dưới lớp thuốc hay trong môi trường khí bảo vệ, hànbằng tia laser, phần nào đáp ứng được các yêu cầu trên Đặc biệt phương pháp hàn ma sátkhuấy (FSW) được xem là phương pháp rất hiệu quả và đang được quan tâm nhất hiệnnay

Hình 1.2 Sơ đồ cẩu tạo hàn ma sát khuấy

1.2 PHẠM VI ỨNG DỤNG

1.2.1 Trong ngành hàng không vũ trụ:

Phương pháp hàn ma sát khuấy được sử dụng cho việc hàn các bồn nhiên liệu củatàu con thoi và các chi tiết lớn của tàu Vào năm 1993, NASA đã đề suất công ty LockheedMartin phát triển một loại vật liệu có độ bền cao, nhẹ để thay thế cho

hợp kim nhôm 2219, được sử dụng cho bình chứa của tàu con thoi Một loại hợp

kim nhôm mới được tạo ra đó là Al-Li 2195, nhưng với các phương pháp hàn hiện tại thờiđiểm này đòi hỏi chi phí cao hơn mà mối hàn lại có nhiều khuyết tật Phương pháp hàn ma

sát khuấy được đưa vào để thay thế và cho hiệu quả cao, mối hàn bền hơn và hàn dễ dànghơn.

Hình 1.3 Tàu con thoi NASA

Hàn ma sát khuấy có nhiều ứng dụng tiềm năng trong ngành công nghiệp hàngkhông Việc thay thế, sửa chữa, ghép nối các chi tiết trong máy bay thì phương pháp hàn

ma sát khuấy đáp ứng rất tốt cho các nhiệm vụ này Ngày nay, việc chế tạo một số mẫutrong ngành công nghiệp hàng không đã được ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy.Các mối hàn dọc giáp mối và hàn các chi tiết trụ của hợp kim nhôm cho các bình chứanhiên liệu của máy bay, phương pháp hàn ma sát khuấy cho nhiều ưu điểm

Hàn ma sát khuấy có thể ứng dụng vào hàn các chi tiết như:

- Cánh máy bay, thân máy bay, các bộ phận thăng bằng

- Bình chứa nhiên liệu

và mảy bay TỊW bộptlđn

đáp phía sau

Hĩnh 1.4 Các bộ phận mảy bay được hàn bằng phương pháp hàn ma sảt khuấy

1.2.2 Trong ngành công nghiệp ô-tô

Phương pháp hàn ma sát khuấy được ứng dụng trong việc ghép các tấm hợp kim nhôm của thân xe, mâm xe và khung xe

Hình 1.5 Phần khung cabô của ôtô

1.2.3 Trong ngành đường sắt

Từ năm 1997 phần vỏ của tàu điện ngầm được chế tạo từ hợp kim nhôm và được hàn bằng phương pháp hàn ma sát khuấy Tàu điện của Bombardier’s

Electrostar tại Sapa Group sử dụng tấm panel được hàn bằng phương pháp hàn ma sát khuấy của Hitachi.

Hình 1.6 Tàu Hitachi’s A-Train của ngành đường sẳtAnh

1.2.4 Trong công nghiệp đóng tàu:

Đây là ngành đầu tiên ứng dụng kỹ thuật hàn ma sát khuấy Quy trình hàn được ứngdụng vào:

- Các tấm bano của boong, các vách ngăn và sàn

- Vỏ tàu và các kiến trúc thượng tầng

- Bãi đáp cho trực thăng trên tàu

Hình 1.7 ứng dụng trong đóng tàu

1.3 TÌNH HÌNH CÁC NGHIÊN cứu TRÊN THỚI GIỚI

Tháng 10 năm 2010, A Kumar D.p Fairchild, M.L.Macia, T.D Anderson, H.w Jin [1] Hàn ma sát khuấy trên ống trụ thép X80 có đường kính 736 mm và dày 16mm Kết

quả thử nghiệm nhiệt đô hàn 1275 °C, cho ra ứng suất thấp nhất 658 Mpa và cao nhất là

712 Mpa với dụng cụ vật liệu hợp kim W-Re (tungsten và rehenium)

Tháng 2 năm 2011, DH Lammlein , BT Gibson, DR DeLapp [2] Hàn ma sát

khuấy trên ống trụ hợp kim nhôm 6061-T6 có có đường kính 106 mm và dày 5 mm Sửdụng các phương pháp thử nghiệm, nghiên cứu chứng minh rằng hàn ma sát khuấy có thểđược thực hiện hên mô hình ống có đường kính nhỏ tại một loạt các thông số Kết quả thửnghiệm mối hàn có độ bền kéo cao và tin cậy Các tác giả khuyến cáo sử dụng điều khiểnlực và dùng các phương pháp thí nghiệm đảm bảo sự tiếp xúc cần thiết giữa bề mặt phôi vàdụng cụ khuấy để đảm bảo chất lượng mối hàn

Năm 2013, Mokhtar Awang, Hasan Fawad [3] sử dụng và cố định trên máy phay

CNC Bridgeport 2216 để hàn ống nhôm hợp kim 6063 Ống nhôm có đường kính 89 mm,chiều dày danh nghĩa 5mm, dụng cụ khuấy được làm bằng thép carbon Họ đã sử dụng ởcác mốc số vòng quay 900, 1200, 1500 vòng/phút và tốc độ hàn 1,2; 1,8; 2,4 mm/s cho raứng suất thấp nhất là 104 MPa và cao nhất là 132 MPa

A M Khourshid và I Sabry (năm 2013) [4] thử nghiệm hàn ma sát khấy dạng ống

hợp kim nhôm 6063 được thực hiện bằng cách sử dụng trên máy khoan Các dụng cụ quayvới tốc độ 485, 710, 910, 1120 và 1400 vòng/phút với một tốc độ hàn 4 mm/phút Các tínhchất cơ học của mối hàn đã được nghiên cứu bằng các xét nghiệm cơ học khác nhau baogồm kiểm tra độ bền kéo, độ cứng và cấu trúc tế vi Qua đó họ đã trình bày việc tối ưu hóa

và cũng nhấn mạnh ảnh hưởng của cấu trúc tế vi và cơ thuộc tính của hàn ma sát khuấytrên ống hợp kim nhôm 6063

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN cứu TRONG NƯỚC

Dương Đình Hảo, Trần Hưng Trà, Phí Công Thuyên, “Ảnh hưởng của thông số

hàn ma sát khuấy đến độ bền kéo tấm hợp kim nhôm AA6061”, Báo cáo khoa học tại hộinghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XI, Thành phố Hồ Chí Minh,7-9/11/2013, ĐH Tôn Đức Thắng, TP.HCM

Nhóm tác giả Dương Đình Hảo, Trần Hưng Trà và Vũ Công Hòa (2015) Nghiên

cứu ảnh hưởng của thông số hàn đến độ bền uốn của mối hàn ma sát khuấy tấm hợp kimnhôm AA7075-T6 Kết quả khảo sát thực nghiệm cho thấy mối hàn đạt chất lượng với độbền uốn khá cao khi tỉ số giữa tốc độ quay chốt hàn và tốc độ hàn (co/v) nằm trong khoảng

từ 4.0-10.0 vòng/mm Trong đó có mối hàn chịu được uốn với góc uốn khá lớn đạt đến 90°

và không bị phá hủy cũng như khả năng chịu uốn của mối hàn còn tốt hơn cả vật liệu nền

Mai Đãng Tuấn luận văn Thạc sĩ, nghiên cứu về một số thông số ảnh hưởng đến

chất lượng mối hàn ma sát khuấy trên tấm nhôm phẳng Trong đó tác giả đã quy hoạchthực nghiệm toàn phần 3 thông số: số vòng quay đầu khuấy, tốc độ hàn và đường kính vaiđầu khuấy, từ đó rút ra được bộ thông số tối ưu để đạt độ bền kéo lớn nhất

Võ Vãn Pho, Thân Trọng Khánh Đạt tác giả đã trình bày sự ảnh hưởng đồng thời

của 4 thông số (số vòng quay đầu khuấy, vận tốc hàn, chiều dài đầu khuấy và đường kínhđầu khuấy) đến độ bền kéo, lực dọc trục theo phương ngang và phương đứng

Tràn Trọng Thuyết luận văn Thạc sĩ nghiên cứu trình bày phương pháp gia nhiệt

trước cho đường hàn để từ đó nghiên cứu sự ảnh hưởng tới các thông số lực ttong suốt quátrình hàn tấm nhôm phang Ket quả nghiên cứu sẽ cung cấp các thông số công nghệ cho

quá trình hàn ma sát khuấy có gia nhiệt ttên tấm nhôm đạt độ tin cậy và hiệu quả hơn 2016.

6-Lê Đức Phương luận văn Thạc sĩ nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến nhiệt

độ mối hàn ma sát khuấy Mô phỏng nhiệt mối hàn ma sát khuấy Ket quả nghiên cứu sẽcung cấp các thông công nghệ (số vòng quay đầu khuấy, vận tốc hàn, hình dáng hình họccủa dụng cụ) cho quá trình hàn ma sát khuấy ttên nhôm tấm ảnh hưởng độ bền kéo và khảo

sát nhiệt khi hàn 9-2016.

Nguyễn Tấn Lực luận văn Thạc sĩ nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến quá

trình ma sát khuấy chi tiết ống nhôm hợp kim 5052 Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cácthông công nghệ (số vòng quay đầu khuấy, vận tốc hàn, độ lệch tâm) cho quá trình hàn ma

sát khuấy trên nhôm tấm ảnh hưởng độ bền kéo 1-2017.

Trong các tài liệu trên, các tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quá trìnhhàn ma sát khuấy đều dựa trên tính chất cơ học và luyện kim của kết cấu mối hàn ma sátkhuấy với các hợp kim nhôm bằng cách thí nghiệm.

Do đó, chúng tôi sẽ tiến hành nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số công nghệưong quá trình ứng dụng hàn ma sát khuấy ttên ống hợp kim nhôm 6061 có đường kínhnhỏ

1.6 Ý NGHĨA VÀ MỤC TIÊU CỦA NGHIÊN cứu

1.6.1 Mục tiêu của nghiên cứu

Trong quá trình hàn ma sát khuấy (FSW), một số lượng đáng kể các nghiên cứuđược thực hiện ttên tấm nhôm phang nhưng rất ít nghiên cứu được tìm thấy cho ống nhôm

và các dạng hình ống của nó Phương pháp hàn này là một trong những công nghệ hàn mớihiện nay, được nhiều nước và các công ty, tập đoàn lớn ttên thế giới nghiên cứu ứng dụng,

là một trong những yếu tố quan trọng cải thiện hiệu quả cơ tính, độ bền của sản phẩm.Quá trình FSW trên ống trụ cần phải phân tích ảnh hưởng các thông số công nghệtrong điều kiện thí nghiệm của quá trình hàn cho vật liệu nhôm hợp kim được tiến hành bởiquá trình xây dựng mô hình toán học và thiết kế mô hình thực nghiệm

Qua nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình hàn ma sát khuấy Dựa trên các nghiêncứu trong và ngoài nước, các đánh giá của các chuyên gia để hạn chế số thí nghiệm và cầnphải xây dựng các phương trình hồi quy để xác định ảnh hưởng các thông số công nghệđến quá trình hàn Tiến hành thực nghiệm, sử dụng phương pháp thống kê và phân tích dữliệu, từ đó rút ra bộ thông số công nghệ tốt nhất trong điều kiện thí nghiệm

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn với vật liệu ổng hợp kim nhôm 6061 có đường kính ngoài 100mm, chiều dày 5mm, với tổc độ trục chính 1000-2200 vòng/phút, tốc độ hàn

từ 25-125mm/phút, bán kính vai dụng cụ từ 7 đến 15mm

1.6.2 Ỷ nghĩa của nghiên cứu

Trong điều kiện hiện nay, việc tiết kiệm năng lượng, chống ô nhiễm môi trường và

an toàn trong công nghiệp là những tiêu chí quan trọng trong sản xuất, trong các ngànhcông nghiệp phát triển như hàng không, đóng tàu, ô tô, chế tạo khuôn mẫu, dầu khí nênviệc nghiên cứu ứng dụng phương pháp hàn ma sát khuấy là rất cần thiết, tạo điều kiện cho

việc tiếp cận và từng bước ứng dụng có hiệu quả các công nghệ tiên tiến trên thế giới vớimục đích đảm bảo các tiêu chí trên.

Nghiên cứu này giúp ta có thể mở rộng trong việc ứng dụng vào ngành dầu khí, hóadầu và các ngành công nghiệp khí đốt tự nhiên mà khối lượng mối hàn ống nhiều giúp tăngnăng suất trong sản xuất và tiết kiệm năng lượng Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp các chế

độ công nghệ cho quá trình hàn ma sát khuấy trên ống hợp kim nhôm đạt được độ tin cậy

và đưa ra một dự đoán hợp lý của các thông số cần được dự kiến trong các điều kiện hàn

ma sát khuấy khác nhau

Trong mối hàn trên ống trụ, ngoài hai thông số cơ bản là tốc độ quay trục chính, tốc độ hàn thì bán kính vai dụng cụ cũng là một trong các yếu tố quan trọng của dụng cụ

hàn quyết định đến chất lượng của mối hàn

Chương 2 cơ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN MA

SÁT KHUẤY

2.1 GIỚI THIỆU VÈ CÔNG NGHỆ HÀN MA SÁT KHUẤY

Hàn ma sát khuấy (Friction stir welding-FSW) là quá trình hàn áp lực, sử dụng nhiệt

ma sát sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tương đối với nhau để nungmép hàn đến trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm chokim loại mép hàn khuếch tán nhau tạo thành mối hàn Là một công nghệ mới để tạo ra cácmối hàn có chất lượng tốt, quá trình hàn với nhiệt độ không vượt quá nhiệt độ nóng chảycủa vật liệu làm việc đặc biệt là các vật liệu có tính chịu hàn kém mà các phương pháp hànthông thường không có được, phổ biến hiện nay là các hợp kim nhôm Hàn ma sát khuấyđặc biệt được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau

So sánh với những công nghệ hàn trước đây thì hàn ma sát khuấy có các ưu điểm:

- Tiêu thụ ít năng lượng, không tiêu thụ khí hàn

- Không có quá trình nóng chảy, không có khí độc khi hàn, không phát sinh tia hồquang và bức xạ

Vấn đề năng lượng, môi trường, vật liệu chế tạo đang được thế giới quan tâm vàluôn hướng đến sự hoàn thiện, do đó tất cả các ngành công nghiệp cũng cần nghiên cứu đổimới công nghệ nhằm hạn chế tối đa năng lượng tiêu thụ và lượng khí thải khi sản xuất

Trong lĩnh vực hàn các phương pháp hàn tiên tiến như hàn hồ quang dưới lớp thuốc haytrong môi trường khí bảo vệ, hàn bằng tia laser, phần nào đáp ứng được các yêu cầu ttên.Đặc biệt hàn ma sát khuấy được xem là phương pháp đang được quan tâm nhất hiện nay.

Hình 2.1: Sơ đồ cẩu tạo hàn ma sát khuẩy cho chỉ tiết dạng tấm.

2.2 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT KHI HÀN

2.2.1 Đặc điểm chung

Quá trình nhiệt khi hàn là sụ tăng nhiệt độ của vật hàn duới ảnh huởng của sụ tạonhiệt, sụ truyền nhiệt vào vật hàn và sụ thoát nhiệt vào môi truờng xung quanh Sụ thay đổinhiệt độ xác định một loạt các quá trình xảy ra đồng thời trong kim loại vật hàn Nguồnnhiệt hàn đuợc tạo thành do sụ kết hợp của quá trình ma sát giữa dụng cụ-phôi và quá trìnhphân tán dẻo trong khi vật liệu bị biến dạng Cơ chế tạo nhiệt bị ảnh huởng bởi: Các thông

số hàn, tính dẫn nhiệt của vật liệu phôi, đầu khuấy và vai, hình dáng hình học của dụng cụ.Đối với các vật hàn dày thì nhiệt độ bị ảnh huởng bởi chiều sâu của đầu khuấy,nhiệt độ cao nhất là tại bề mặt tiếp xúc giữa vai và bề mặt vật hàn Khi nhiệt độ vật liệumối hàn tăng lên thì sẽ tiếp tục làm mềm kim loại, moment xoắn giảm và một lượng nhiệtđược truyền đi bởi quá trình cơ học Điều này tạo thành một cơ chế nhiệt tương đối ổn định

và tránh tối đa hiện tượng nóng chảy của kim loại mối hàn Điều khiển nhiệt độ có thể thựchiện bằng cách thay đổi điều kiện ở bề mặt chung giữa dính và trượt

Hĩnh 2.2 Ảnh hưởng của điều kiện trượt - dính đến quá trình sinh nhiệt [12]

Thông thường thì điều kiện hàn nóng là hàn với số vòng quay cao và vận tốc hàn thấp.Ngược lại, hàn với tốc độ hàn cao và số vòng quay thấp thì được gọi là hàn lạnh Trường nhiệt

độ xung quanh đầu khuấy là không đối xứng, trong vùng lùi của mối hàn có nhiệt độ hơi caohơn nhiệt độ vùng tiến Để tránh hiện tượng quá nhiệt trong vùng tâm hàn thì cần hạn chế sốvòng quay của dụng cụ Vùng gần sát với đầu khuấy là gần như đẵng nhiệt và nhiệt độ tối đa cóthể ở tại ranh giới cắt xung quanh đầy khuấy Khi kim loại nguội dưới nhiệt độ tới hạn, ứngxuất dòng biến dạng tăng lên trên giá trị ứng suất trượt

2.2.2 Quá trình nhiệt sình ra trong quá trình hàn

Hàn ma sát khuấy là thực hiện quá trình hàn ghép hai chi tiết lại với nhau bằng phươngpháp chuyển động quay tròn và tịnh tiến của dụng cụ hàn (theo một quỹ đạo nhất định) Dụng

cụ hàn làm mềm chi tiết hàn bằng nhiệt độ được sinh ra bởi ma sát giữa bề mặt dụng cụ hàn với

bề mặt chi tiết và quá trình chuyển sang ttạng thái dẻo của vật liệu, tại ừạng thái dẻo này vậtliệu tại mối ghép được ttộn lại với nhau để hình thành mối hàn

Quá trình hàn ma sát có thể chia làm 5 giai đoạn :

- Giai đoạn 1 (Plunge period): Trong giai đoạn này, dụng cụ xoay đến chạm vào vật

liệu phôi tại mối ghép Ban đầu hệ số ma sát cao (0,4 - 0,5), moment xoắn và lực đixuống của dụng cụ cần đủ lớn để đầu khuấy xâm nhập hết vào phôi Bằng thực nghiệmthông thường thời gian để đầu khuấy hoàn toàn tiến sâu vào phôi là từ 2s - 5s, tùy thuộcvào chiều dày phôi, số vòng quay và lục tác dụng

- Giai đoạn 2 (quay tại chỗ) (Dwell): Khi vai vừa tiếp xúc vào phôi, giai đoạn 2 bắt

đầu Lục đi xuống giảm dần Ban đầu lượng nhiệt tạo ra trong giai đoạn này khá cao sovới nhiệt độ tạo ra trong lúc dụng cụ di chuyển, khi vật liệu phôi được làm mềm, hệ số

ma sát giảm đến 0,35 Vật liệu dưới vai được nung nóng, cùng lúc với quá trình biếndạng dẻo trước khi hàn.

- Giai đoạn 3 (nhiệt không ổn định) (Transient Heating): Lực đi xuống tăng khi vai

đến tiếp xúc với vật liệu mới Hệ số ma sát giảm đến 0,3 Nhiệt bắt đầu hình thành xungquanh vai cho đến khi hạng thái bão hòa xảy ra

- Giai đoạn 4 (ổn định) (Pseudo Steady State): Lực đi xuống và moment xoắn ổn

định, không có thêm nhiệt hình thành xung quanh vai Nhiệt độ gần như duy trì khôngđổi

- Giai đoạn 5 (sau ổn định) (Post Steady State): Gần cuối đường hàn nhiệt độ có thể

phản hồi từ cuối tấm dẫn làm tăng thêm nhiệt xung quanh vai dụng cụ

Hình 2.3 Biểu đồ các giai đoạn của quá trình hàn và lực.

2.2.3 Quá trình truyền nhiệt vào vật hàn

Trên cơ sở nguyên tắc tác dụng cục bộ, có thể nhận thấy rằng quá trình truyền nhiệt vàokhối luợng dòng kim loại bán lỏng (sệt) cũng như các sai số tức thời của công suất nguồn so vớicác giá trị trung bình, có ảnh hưởng hạn chế đối với trường nhiệt độ Sự truyền nhiệt chủ yếuxảy ra theo các định luật truyền nhiệt, mặc dù các dòng đối lưu trong kim loại gây ảnh hưởngnhất định đối với sự tản nhiệt ở gần vùng hàn, khối lượng vùng hàn càng lớn thì vai trò tảnnhiệt của chúng càng lớn

Sự phân tích trường nhiệt độ trong vật hàn khi nguồn nhiệt hàn di động thông thườngđược thực hiện trong hệ tọa độ không gian di chuyển cùng với nó Sau một thời gian nhất địnhkhi tốc độ hàn và công suất hiệu dụng ổn định, trạng thái ổn định bắt đầu, ở đó trường nhiệt độ

di động hầu như không thay đổi

Thời gian bắt đầu trạng thái tĩnh định (thời gian của chu kỳ bão hòa nhiệt) phụ thuộc vàotốc độ hàn, khoảng cách giữa các vùng được khảo sát và cường độ dẫn nhiệt của nó Chu kỳ bảohòa nhiệt được rút ngắn bởi sự giảm khoảng cách tới nguồn nhiệt, sự tăng tốc độ hàn và độ dẫnnhiệt của vật liệu, sự tăng thể tích vật thể và tốc độ truyền nhiệt vào môi trường xung quanh và

sự giảm nhiệt dung của vật liệu Kim loại được mềm hóa sẽ di chuyển quay đầu khuấy theochiều quay của dụng cụ và tụ lại phía sau đầu khuấy khi được vai ép xuống trước khi dụng cụ dichuyển tới dọc theo hướng hàn

Vùng gần đầu khuấy chủ yếu là quay nên tất cả vật liệu trong vùng này đều trải qua quátrình biến dạng Do đó vận tốc xoay - trồi phải bằng vận tốc di chuyển tới của dụng cụ cấu trúcmối hàn trong mặt cắt ngang hình 2.4 thể hiện mối hàn được chia bốn vùng: vùng trung tâmmối hàn được bao bởi vùng ảnh hưởng nhiệt và vùng ảnh hưởng cơ nhiệt Dựa vào hình dánghình học và cấu trúc mối hàn cho thấy dòng chảy vật liệu là không đối xứng Thể tích kim loạiđược quét phụ thuộc vào lượng nhiệt nung nóng để làm mềm vật liệu xung quanh dụng cụ Vàqua đó nhận thấy rằng nhiệt độ vùng lùi cao hơn nhiệt độ vùng tiến của mối hàn

Phần bề mặt rộng hơn phần đáy là do vai dụng cụ tạo nhiệt nhiều hơn đầu khuấy dụng

cụ Trong vùng trung tâm mối hàn có những mẫu xếp liên tục nhau là do cấu hình ren của đầukhuấy và bị biến mất là do sự trượt giữa bề mặt dụng cụ và phôi, ở nhiệt độ cao hơn khi lượngkim loại bị trồi ra trong quá trình hàn, vùng trung tâm kéo dài ra về phía vùng tiến là do dòngchảy không liên tục trước khi đông đặc

Đâu klnúy

Hĩnh 2.4: Tổ chức vùng sinh nhiệt trong mối hàn ma sát khuấy

Dòng chảy thường là có trật tự xung quanh đầu khuấy của dụng cụ, chỉ có vài dòng chảycủa kim loại bị ép xuống dưới bởi răng của đầu khuấy trong khi đó một số dòng chảy còn lại đi

từ trước ra sau theo chiều quay của dụng cụ Ngoài ra những dòng chảy riêng biệt nêu trên cònphụ thuộc vào thông số hàn hoặc phụ thuộc vào vùng tiến và vùng lùi của mối hàn Ngoài ra nócòn phụ thuộc vào vùng kim loại được khuấy hoặc vùng xung quanh đầu khuấy của dụng cụ

2.2.4 Hai mô hình động học

2.2.4.1 Mô hình thứl:

Khi đầu khuấy đi xuống và cắt vật liệu, phần vật liệu bị cắt sẽ xoay theo chiều quay củadụng cụ Sau đó tạo thành vòng xoáy vật liệu xếp chồng nhau bao quanh đầu khuấy và đuợc tạobởi bước răng của đầu khuấy Hai dòng chảy này được giới hạn bởi vùng cắt và chuyển độngđều xuống dưới vùng hàn Phần vật liệu không bị cuốn vào vòng xoáy sẽ quay quanh dụng cụtheo dòng chảy xuyên thẳng, còn những phần vật liệu bị cuốn theo vòng xoáy sẽ hải qua sự biếndạng cơ nhiệt rất cao bởi vì chúng có thể quay nhiều vòng quanh đầu khuấy Sự thay đổi hướngren (hoặc cấu hình đầu khuấy) sẽ dẫn đến sự thay đổi hướng lên hoặc hướng xuống của vật liệu.Vật liệu trong cạnh lùi của mối hàn di chuyển từ phía trước đầu khuấy ra phía sau đầu khuấy rồidừng lại là do tác dụng của dòng chảy xuyên thẳng của vật liệu Phần vật liệu trong cạnh tiếncủa mối hàn sau một thời gian quay quanh đầu khuấy bị kẹt lại bởi dòng chảy ly tâm của phầnvật liệu ở dưới vai dụng cụ Dòng chảy ly tâm của vật liệu là một phần của dòng xoáy vật liệulưu thông gây ra bởi ren của đầu khuấy Sự lưu thông của dòng xoáy sẽ chuyển vật liệu bị kẹtlại xuống dưới đầu khuấy Sự xoáy của dòng vật liệu quay quanh đầu khuấy và dòng vật liệuhướng xuống đầu khuấy càng thể hiện rõ hơn khi đầu khuấy di chuyển đi tới (ra khỏi vùngkhuấy) Sự thay đổi hướng ren sẽ làm thay đổi hướng dòng chảy vật liệu trong vùng xoáy từ sự

di chuyển lên hoặc di chuyển xuống dọc đầu khuấy

Hai dòng chảy hên sẽ quyết định lượng kim loại hải qua quá trình cơ nhiệt trong mỗidòng chảy và sẽ quyết định đến chất lượng mối hàn Sự xen kẽ của hai dòng chảy được thể hiệntrong hình 2.4, sự xảy ra của các hiện tượng trượt, dính hoặc cả trượt và dính giữa bề mặt dụng

cụ và phôi là nguồn gốc sự xen kẽ ưên Dòng chảy xuyên thẳng sẽ chiếm lĩnh vùng lùi của mốihàn (vùng phía trên đầu khuấy) và dòng chảy xoáy nằm ở vùng tiến (dưới đầu khuấy).

2.2A.2 Mô hình thứ II:

Gồm năm vùng: vùng dự nhiệt (1), vùng biến dạng ban đầu (2), vùng ttồi (3), vùng ép(4) và vùng nguội (5) (Hình 2.2)

ViEứ mrêhin

Hĩnh 2.5 Mô hình các vùng trong hàn ma sát khuấy

Ở vùng trồi, kim loại đã mềm ở phía trước di chuyển quanh đầu khuấy và ra phía sau củađầu khuấy lấp vào khoảng trống do đầu khuấy để lại khi di chuyển tới dọc theo đường hàn.Phần kim loại được điền đầy là kết quả của sự đan xen giữa vùng trồi phía trên và phía dưới đầukhuấy Phần phía sau của vai dụng cụ sẽ đi qua vùng trồi, vùng ép và nhờ áp lực đủ lớn giúpcho quá trình đông đặc mối hàn Khi dụng cụ đi qua, kim loại được nguội dần tạo thành liên kếthàn và cứ như thế dọc theo chiều dài mối ghép tạo thành đường hàn

Mối hàn được hình thành từ những dòng kim loại hội tụ lại ở phía sau dụng cụ, mứcdòng chảy và hướng các đường trượt dọc của dòng chảy sẽ quyết định kiểu vùng biến dạng, ứngsuất thủy tĩnh và vectơ vận tốc tại vùng biến dạng Dòng vật liệu xuyên qua mỗi vùng và hội tụmột lần nữa ở bề mặt từng vùng, sự rối loạn của dòng kim loại cùng với sự hình thành cáckhuyết tật mối hàn là sự biểu hiện của sự dao động về độ lớn, hướng của các lực và momentxoắn của dụng cụ

2.3 Lực VÀ MOMENT TRONG QUÁ TRÌNH HÀN MA SÁT KHUAY

Lực sinh trong hàn ma sát khuấy, cũng như moment xoắn và năng lượng, được sinh radựa trên các thông số đầu vào khi hàn, các thông số gồm: Biên dạng đầu khuấy, vật liệu hàn vàthông số hàn Các thông số đó có vai trò hết sức quan trọng, trong quá trình hàn việc thiết lậpđầu khuấy, đặc tính vật liệu, thay đối thông

số hàn tạo ra các giá trị lực khác nhau trong chuyển độnghàn, cũng như lực xoắn Các giá trị này chúng ta có thể quan sát

và điều khiển được, để từ đó tránh được các khuyết tật Đo lực

và moment xoắn rất quan trọng trong hàn ma sát khuấy

Quá trình hàn ma sát khuấy có thể chia làm hai giai đoạn đó là trước khi hàn và trong khihàn Ớ giai đoạn trước khi hàn, đầu hàn khi đi theo hướng z xuống, mũi và vai của đầu khuấyđâm thủng vào vật liệu hàn (giai đoạn nhúng đầu khuấy) Đầu khuấy quay tại chỗ một khoảngthời gian nhất định để làm mềm vật liệu bằng nhiệt do ma sát (khoảng dừng) Sau đó đầu khuấybắt đầu di chuyển dọc theo trục X (hướng hàn), khuấy vật liêu và kết dính chúng lại vói nhau.Quá trình hàn ma sát khuấy khá phức tạp bởi vì chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiềuthông số Các thông số đầu vào độc lập ở quy trình này được chia ra gồm:

- Dụng cụ: Bán kính của vai, biên dạng và bán kính chốt của mũi khuấy

- Vật liệu của phôi

- Thông số của quá trình hàn: tốc độ quay của đầu khuấy, tốc độ hàn, chiều sâu nhúng

Hình 2.6 Bố trí lực trong hệ trục tọa độ khi hàn

Những thông số phụ thuộc trong hàn ma sát khuấy bao gồm lực và moment xoắn Theo các thí nghiệm vế lực thì chúng được chia theo 3 trục tọa độ:

- Fz: lực z, là lực hướng xuống giống như lực cắt

- Fx và Fy: lực trên mặt phẳng Fx là lực theo phương dọc hoặc hay còn gọi là lực hàn.Chúng ta có thể thấy các lực là Fz, Fx và moment xoắn tác dụng lên đầu khuấy ở hình2.5

Cbiển quay tRK cbiiib

Hình 2.7 Lực tác dụng trong quả trình hàn ma sát khuẩy.

Trong quá trình hàn ma sát khuấy, dụng cụ có hai chuyển động là quay và tịnh tiến nên

nó sẽ có hai lực theo phương thẳng đứng và phương ngang để tạo ra mối hàn, cùng với sự tácdụng của nhiệt Những lực này có thể làm mòn đầu khuấy và tạo ra môt số khuyết tật trên mốihàn Vì vậy, việc đo và đoán trước, quan sát và điều khiển lực hàn ma sát khuấy là hết sức quantrọng, tạo ra nhiều thuận lợi như:

- Thiết kế đầu khuấy đảm bảo độ tin cậy

- Xác định được tuổi thọ đầu khuấy

- Thiết kế đồ gá phù hợp

- Xác định được lực kẹp cần thiết khi hàn

- Chất lượng mối hàn được nâng cao

Chốt khuấy có nhiều biên dạng khác nhau và đóng vai trò đẩy vật liệu xung quanh đixuống và giúp vật liệu được duy tn trong vùng hàn Trong quá trình hàn có một lực hướngxuống tác dụng lên dụng cụ hàn để duy trì chiều sâu nhúng của chốt khuấy một cách hợp lý vàcũng như làm cho vai của dụng cụ khuấy ép lên bề mặt chi tiết hàn

Hình 2.8 Các hiên dạng của đầu hàn

Thông thường trong FSW, chốt phải đi sâu vào trong chi tiết hàn và cách bề mặt đối diệnkhoảng 0.5mm để đảm bảo toàn bộ bề mặt mối ghép được hàn

Ngoài ra, đầu hàn ma sát khuấy bao gồm vai và đầu khuấy có thể được tích hợp hoặcchèn riêng biệt bằng một loại vật liệu khác Các thiết kế của vai và đầu khuấy rất quan trọng đốivới chất lượng các mối hàn Mỗi bộ phận đầu hàn ma sát khuấy có một chức năng khác nhau,các đầu hàn ma sát khuấy thiết kế tốt nhất khi vai và đầu khuấy được chế tạo từ các vật liệukhác nhau Khi lựa chọn các thiết kế vai và đầu khuấy cần dựa vào các yếu tố như phôi, vật liệuchế tạo đầu hàn ma sát khuấy, kiểu mối hàn (giáp mí hoặc xếp chồng, tấm mỏng hoặc khối dày)thông số đầu hàn ma sát khuấy (tốc độ quay và tốc độ di chuyển) và kinh nghiệm riêng củangười sử dụng Các đầu khuấy sinh ra nhiệt và khuấy vật liệu bên ttong mối hàn còn vai cungcấp thêm nhiệt từ quá trình ma sát cũng như ngăn chặn các vật liệu dẻo thoát ra khỏi khu vựchàn Vật liệu phôi và độ dày khác nhau sẽ đòi hỏi thiết bị đầu khuấy hình dạng khác nhau, mốihàn có thể được tạo ra từ một phía hoặc hàn một nửa độ dày sau đó chuyển qua để hoàn thành ởphía bên còn lại

Hàn ma sát khuấy sẽ hạn chế được một số vấn đề chung của hàn nóng chảy như đôngđặc và nứt, rỗ khí và sự mất mát của các nguyên tố hợp kim dễ bay hơi Những lợi thế này là lý

do chính để ứng dụng rộng rãi cho hàn nhôm và hợp kim mềm khác Tuy nhiên, các đầu hàn masát khuấy phải chịu nhiệt độ cao và ứng suất lớn, đặc biệt khi hàn thép và hợp kim các loại dẫntới các ứng dụng thương mại của FSW bị giới hạn bởi chi phí cao và tuổi thọ ngắn của đầu hàn

ma sát khuấy thấp Mặc dù, đã có những nỗ lực đáng kể được thực hiện trong thời gian qua đểphát triển hiệu quả vấn đề chi phí và các đầu hàn ma sát khuấy tái sử dụng, các kết quả đạt đượctrong thực nghiệm rất cần thiết để cải thiện thiết kế đầu hàn ma sát khuấy từ đó thúc đẩy việcthử nghiệm FSW cho các loại hợp kim cứng [12], Ví dụ: Bảng 2.1: Chế độ hàn hợp kim Magie

Bảng 2.1: Chế độ hàn hợp kim Magie [12].

Vật liệu iiàn Vật liệu đầu

hàn ma sát khuấy

Hình dạng và kích thước

PS: SCT, 3F renM4

3000vòng/phút; quaytại chỗ: l-4s; Tốc độhàn: 10 - 100 mm/s;

AZ31B-H24Mg

Dày: 2 mm Thép cacbon thấp

Thép không gỉThép cacbon cao

Thép HI3Thép vỏ xe tăng

PD: 3,175 mm; PL:

1,65 mm; PS: SC,LHT,

PL: 5,7 mm; PD: 6mm

Vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy

Ma sát khuấy là một quá trình biến dạng cơ nhiệt mà nhiệt độ đầu hàn ma sát khuấy đạttới nhiệt độ gần đường rắn của phôi Để có mối hàn ma sát khuấy chất lượng tốt đòi hỏi việc lựachọn thích hợp vật liệu đầu hàn ma sát khuấy với từng ứng dụng Tất cả các đầu hàn ma sátkhuấy có thêm tính năng được thiết kế cho một chức năng cụ thể Trong quá trình hàn đôi khigặp các kết quả không mong muốn như đầu hàn ma sát khuấy mất đi độ cứng vững, các tínhnăng được thiết kế không cho kết quả hoặc bị hư hỏng [13],

Yêu cầu của vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy

Nhiều đặc tính vật liệu khác nhau có ảnh hưởng lớn đối với quá trình hàn ma sát khuấy,lựa chọn các đặc tính vật liệu (từ nhiều đến ít quan trọng) sẽ phụ thuộc vào vật liệu phôi hàn,tuổi thọ của đầu hàn ma sát khuấy và những kinh nghiệm của người sử dụng Ngoài các tínhchất vật lý của vật liệu cần cân nhắc tới giá trị kinh tế mới có thể quyết định việc lựa chọn vậtliệu đầu hàn ma sát khuấy [13],

- Độ bền ở nhiệt độ cao: Các vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy đòi hỏi phải có khảnăng chịu được tải trọng nén khi đầu hàn ma sát khuấy bắt đầu tiếp xúc với phôi, có đủ

độ bền nén và cắt ở nhiệt độ cao để ngăn ngừa biến dạng hay gãy dụng cụ trong suốt quátrình hàn Hiện nay, để biết được độ bền cần thiết đòi hỏi mô phỏng tính toán phức tạp,

do đó thường dựa trên kinh nghiệm Ỏ mức tối thiểu, vật liệu chế tạo đầu hàn ma sátkhuấy phải làm việc được ở nhiệt độ cao (nhiệt độ gần đường rắn của phôi) [13],

- Độ cứng vững ở nhiệt độ cao: Ngoài khả năng đủ độ bền ở nhiệt độ cao, đầu hàn masát khuấy phải duy trì độ cứng vững và sự ổn định trong suốt thời gian sử dụng Độ bềnmỏi cần được quan tâm đối với đường hàn dài Độ bền mỏi nhiệt của vật liệu làm dụng

cụ hàn bắt nguồn từ quá trình kết tủa, hóa bền cơ học hoặc làm biến cứng vật liệu để đạtđược nhiệt độ sử dụng cao nhất Đầu hàn ma sát khuấy hoạt động ở nhiệt độ cao sau mộtthời gian, sẽ làm giảm tính chất cơ học Sự thay đổi tính chất cơ học là do quá nhiệt, liênkết giữa các nguyên tử dễ bị bẻ gãy làm đầu hàn ma sát khuấy trở nên yếu Trong ma sátkhuấy, những thay đổi này sẽ làm suy yếu cấu trúc tế vi của vật liệu hoặc thay đổi hìnhdạng, tạo ra vết nứt trên đầu hàn ma sát khuấy Độ bền mỏi nhiệt đuợc khảo sát khi đầuhàn ma sát khuấy đang trải qua nhiều chu kỳ làm nóng và làm mát (ví dụ hàn ma sátkhuấy tại chỗ hoặc hàn các mối hàn ngắn) Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, đặctính khác của vật liệu làm dụng cụ hàn sẽ gây ra hư hỏng trước sự mỏi vì nhiệt [13],

- Tính chống mòn: Đầu hàn ma sát khuấy bị mòn quá nhiều sẽ thay đổi hình dạng banđầu (thường loại bỏ tính năng đầu hàn ma sát khuấy) ảnh hưởng chất lượng mối hàn vàtăng xác suất xảy ra các khuyết tật Trong hàn ma sát khuấy, đầu hàn ma sát khuấy mònxảy ra do cơ chế kết dính, mài mòn, hoặc mòn hóa học (được tạo ra sau khi phản ứng)

Sự mòn đầu hàn ma sát khuấy chủ yếu do tương tác giữa phôi với vật liệu làm dụng cụhàn và sự lựa chọn thông số đầu hàn ma sát khuấy Ví dụ: trong trường hợp của đầu hàn

ma sát khuấy khối Bo Nitrit lập phương đa tinh thể ở tốc độ vòng quay thấp, mòn đầu

hàn ma sát khuấy chủ yếu do kết dính, trong khi mòn đầu hàn ma sát khuấy ở tốc độvòng quay cao do mài mòn [13],

- Độ dai va đập: Độ cứng vững của đầu hàn ma sát khuấy đóng một vai trò quan trọngừong suốt quá trình hàn đặc biệt giai đoạn đi xuống và quay tại chỗ, đây là giai đoạn gâynhiều thiệt hại nhất cho đầu hàn ma sát khuấy, ứng suất cục bộ và biến dạng sinh ra khiđầu hàn ma sát khuấy bắt đầu chạm vào phôi nếu quá lớn sẽ làm gãy đầu hàn ma sátkhuấy Có nhiều phương pháp để giảm thiểu như: dẫn hướng, giảm tốc độ đầu hàn ma sátkhuấy, làm nóng phôi sơ bộ Máy hàn ma sát khuấy có góc nghiêng trục chính do đó cầnchú ý khi lựa chọn loại vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy Đầu hàn ma sát khuấy có độcứng vững thấp ví dụ gốm, chỉ nên được hàn ma sát khuấy ttên máy có độ lệch trục thấp

để tránh gãy đầu hàn ma sát khuấy [13],

- Phản ứng vật liệu của đầu hàn ma sát khuấy: Vật liệu đầu hàn ma sát khuấy không phảnứng với phôi hoặc môi trường làm thay đổi (thường tiêu cực) các tính chất bề mặt củađầu hàn ma sát khuấy Titan cũng được biết đến là vật liệu phản ứng ở nhiệt độ cao Do

đó, bất kỳ phản ứng nào của titan với các vật liệu đầu hàn ma sát khuấy sẽ thay đổi cácthuộc tính đầu hàn ma sát khuấy và làm thay đổi chất lượng chung của mối hàn Phảnứng của môi trường với đầu hàn ma sát khuấy (ví dụ, quá trình oxy hóa) có thể thay đổikhả năng chống mài mòn hoặc thậm chí tạo ra các chất độc hại (ví dụ, hình thành cácMoO3) Những phản ứng của môi trường có thể được giảm nhẹ khi dùng các loại khí bảo

vệ, nhưng chúng có thể làm cho các hệ thống hàn thêm phức tạp Phôi cũng có thể phảnứng với môi trường, trong trường hợp các hợp kim titan, sử dụng khí bảo vệ cần thiết đểngăn chặn quá trình oxy hóa phôi [19],

Cần thực hiện khảo sát khi đầu và vai khuấy được làm bằng cùng một chất liệu, trong khithân (phần của dụng cụ gắn vào trục chính) là một loại vật liệu khác nhau Một ví dụ về điềunày được sử dụng với các công cụ PCBN có một lớp cách nhiệt ngăn nhiệt di chuyển vào thâncacbit vonfram Sự khác biệt giữa hệ số giãn nở nhiệt giữa đầu hàn ma sát khuấy và phôi khôngảnh hưởng đáng kể đến ma sát khuấy [13],

Một số vật liệu phổ biến chế tạo dụng cụ hàn

Các vật liệu làm đầu hàn ma sát khuấy được liệt kê trong Bảng 2.1 không phải danh sáchđầy đủ, bởi vì nhiều tài liệu không chỉ rõ vật liệu cụ thể hoặc một số vật liệu hiếm, độc quyền ít

sử dụng Thông thường hay sử dụng hợp kim, một số tài liệu đưa ra thép dụng cụ chứ không chỉ

- Thépdụng cụ:Đây làloại vậtliệu làmdụng cụhàn phổbiến sửdụngtrong hàn

ma sátkhuấy,

đa sốứng dụng cho hợp kim nhôm Những lợi thế khi sử dụng thép dụng cụ trong hàn ma sát khuấy

là vật liệu dễ tìm, dễ chế tạo, chi phí thấp Điển hình là H13, thép Cr-Mo làm khuôn dập nóngđuợc tôi cứng trong không khí và đuợc biết đến với độ bền nhiệt độ cao, chống sụ mỏi nhiệt vàchịu mài mòn cao Bên cạnh để hàn ma sát khuấy cho hợp kim nhôm, các đầu hàn ma sát khuấylàm bằng thép HI 3 còn đuợc sử dụng để hàn ma sát khuấy với đồng không rỉ (Cu-OF) và đồngphốt pho khử oxy với hàm luọng phốt pho cao (Cu-DHP) Tuy nhiên, tốc độ di chuyển khi hànCu-DHP sẽ hạn chế việc sử dụng thép H13 Một số nghiên cứu cho thấy thép dụng cụ có thểhàn đồng dày 3mm, nhưng với đồng dày 10mm thì khả năng điền đầy vật liệu không đều Một

số loại thép dụng cụ sử dụng để chế tạo đầu hàn ma sát khuấy gồm có thép tôi trong dầu, D2,SKD61 Nhiệt độ tối đa sử dụng các loại thép dụng cụ phụ thuộc vào quá trinh nhiệt luyện thép.Thép dụng cụ được tôi trong dầu hay nước có thể được sử dụng lên đến 500°C, loại thứ 2 làthép tôi cứng có thể được sử dụng lên đến 600°C [13],

Một số kiểu vai khuấy phổ biến:

- Vai lõm: Vai đầu tiên được thiết kế là vai lõm thường được gọi là loại vai tiêu chuẩn,thiết kế phổ biến nhất trong hàn ma sát khuấy Vai lõm tạo ra mối hàn ma sát khuấy chấtlượng với thiết kế đơn giản dễ gia công Vai lõm được tạo ra bời một góc nhỏ từ 5° đến10° giữa cạnh của vai và đầu khuấy Trong quá trình đầu hàn ma sát khuấy đi xuống vậtliệu bị đầu khuấy làm biến dạng dẻo và một phần được đẩy vào trong vai lõm đầu hàn

Thép không gỉ <6 <0,24 Thép không gỉ, PCBN,

Hợp kim vonframThép hợp kim thấp < 10 <0,4 wc, PCBN

ma sát khuấy Phần vật liệu này khởi đầu cho quá trình nén chặt của vai Đầu hàn ma sátkhuấy tiếp tục di chuyển buộc vật liệu mới vào trong phần lõm của vai, đẩy vật liệu hiện

có vào dòng chảy của đầu khuấy Hoạt động chính xác của thiết kế này đòi hỏi đầu hàn

ma sát khuấy phải nghiêng từ 2 - 4° so với pháp tuyến bề mặt phôi, điều này cần thiết đểchứa vật liệu và cho phép các cạnh sau của vai đầu hàn ma sát khuấy tạo ra lực nén lênmối hàn Phần lớn đầu hàn ma sát khuấy với thiết kế vai lõm trong quá trình hàn ma sátkhuấy chỉ hàn đường thẳng, mối hàn đường cong chỉ có thể hàn được nếu máy có thểnghiêng trục chính (máy nhiều trục FSW) [13],

- Vai lồi :Những nỗ lực ban đầu của TWI sử dụng đầu hàn ma sát khuấy với vai lồi đềukhông thành công vì hình dạng lồi đẩy vật liệu ra khỏi vùng khuấy Thử nghiệm thànhcông đầu hàn ma sát khuấy vai lồi phẳng với một đường kính vai 5mm để hàn tấm dày4mm Để hàn được tấm vật liệu dày hơn cần bổ sung một đường kềnh xoắn trên vai dạnglồi Cũng giống như kênh xoắn ttên vai biên dạng phang, các kênh xoắn ttên vai lồi dichuyển vật liệu từ phía đầu khuấy ra biên ngoài của vai Ưu điểm của hình dạng vai lồi làcác cạnh biên ngoài của đầu hàn ma sát khuấy này không cần phải tiếp xúc với phôi do

đó vai có thể được tiếp xúc với phôi ở bất kỳ vị trí dọc theo bề mặt lồi của dụng cụ hàn.Như vậy, một mối hàn tốt được tạo ra khi một phần của vòng kênh xoắn tiếp xúc vớiphôi Thiết kế vai này có sự linh hoạt hơn trong vùng tiếp xúc giữa vai và phôi, cải thiệnđường hàn, dễ dàng hàn phôi có độ dày khác nhau và cải thiện khả năng hàn đường congphức tạp Các biên dạng vai lồi có thể là hình nón hoặc cong

Hình 2.9: Vai lồi dạng cong hoặc hình nón.

Đâu khuắỵ

Hĩnh 2.10: Một sổ dạng mặt của vai

Vai cuộn xoắn ốc: Là một trong những tính năng của vai thuờng thấy nhất Các đầu hàn

ma sát khuấy vai cuộn xoắn ốc điển hình gồm một bề mặt phẳng với một kênh xoắn ốc từ cáccạnh của vai về phía trung tâm hình 2.11

Hình 2.11: Vai cuộn xoắn ốc

Các kênh xoắn ốc hướng vật liệu bị biến dạng từ các cạnh của đầu khuấy tới vai do đóloại bỏ sự cần thiết phải nghiêng đầu hàn ma sát khuấy Đầu hàn ma sát khuấy không cần phảinghiêng giúp đơn giản hóa thiết kế máy ma sát khuấy và cho phép hàn được mối hàn phức tạp.Đầu hàn ma sát khuấy vai lõm cũng có xu hướng lấy đi từng lóp phôi bề mặt khi tốc độ dichuyển tăng lên Thay thế vai lõm bằng vai cuộn xoắn ốc làm giảm bớt lớp vật liệu lấy hên bề