Hàn ma sát là gì

1. Hàn ma sát là gì?

Hàn ma sát 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 nung mép hàn đến trạng thái chảy dẻo, sau đó dùng lực ép để ép hai chi tiết lại với nhau làm cho kim loại mép hàn khuếch tán sang nhau tạo thành mối hàn.

Hình 1: Hàn ma sát là gì?

2. Lịch sử phát triển kỹ thuật hàn ma sát

- Kỹ thuật hàn ma sát được một người thợ tiện của Nga Xô tên là AI Chudikov phát hiện vào năm 1954. Sau nhiều lần thực nghiệm, ông đã thành công.

- Từ năm 1956, kỹ thuật này đã được đưa vào nghiên cứu tại Sở nghiên cứu kỹ thuật hàn Soviet (VNIESO) và được coi là kỹ thuật bí mật của Nga.

- Năm 1960, thông tin về kỹ thuật này lọt vào tay của Kỹ thuật Điều tra Đoàn của Nhật bản trong khi đoàn điều tra này đang ở Nga, (trong những năm ở thập kỷ (19)70, chính phủ Nhật hỗ trợ thành lập các đoàn điều tra kỹ thuật, cử các kỹ sư giỏi đi tham quan các xí nghiệp ngoại quốc để học tập, thực ra là một dạng điệp viên kinh tế), lập tức các thông tin kỹ thuật được chuyển về Tokyo và Hiệp hội nghiên cứu kỹ thuật hàn của Anh Quốc (BWRA).

- Năm 1961 người Nhật công bố kỹ thuật hàn ma sát xoay và bắt đầu ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật chế tạo phụ tùng xe hơi.

- Năm 1962, hãng chế tạo máy dệt Toyota bắt đầu đưa vào chế tạo máy hàn ma sát xoay hàng loạt dạng Brake.

- Năm 1964, thiết lập Hội nghiên cứu hàn ma sát, bắt đầu nghiên cứu hàn ma sát trên nhiều loại vật liệu khác nhau, tạo cơ sở lý thuyết cho ra đời các quy chuẩn về hàn ma sát JIS 3607.

- Năm 1998 hãng Izumi được ủy thác chế tạo toàn bộ từ kỹ thuật bàn giao của Toyota đã chế tạo thành công máy hàn ma sát NC . Máy hàn ma sát có khả năng hàn 2 loại vật liệu khác nhau với đường kính nhỏ nhất là 1.6mm.

Có thể nói kỹ thuật này do người Nga khởi đầu và người Nhật đã cải tiến và ứng dụng thành công.

3. Ưu, nhược điểm và ứng dụng của hàn ma sát

3.1 Ưu điểm của hàn ma sát

- Ít hao phí vật liệu, tiết kiệm kim loại.

- Thời gian hàn cực nhanh, năng suất cao .

- Không phát xạ độc hại (khói độc, bắn tóe,bức xạ điện tử ngoại, ...)

- Khả năng chế tạo lại và điều khiển các thông số quá trình hàn tốt.

- Không cần bổ sung kim loại phụ.

- Dễ dàng tích hợp quá trình hàn vào dây chuyền sản xuất tự động.

- Độ chính xác của các chi tiết hàn cao (kể cả khi hàn tiết diện đặc biệt ).

- Hàn được các kim loại khác loại với nhau.

- Cơ tính mối hàn rất tốt.

- Hàn được các loại tiết diện khác nhau.

- Môi trường sản xuất sạch.

- Không yêu cầu cao về tay nghề của công nhân.

- Khuyết tật mối hàn hầu như không có.

- Không cần yêu cầu tiết diện của 2 chi tiết phải giống nhau.

3.2. Nhược điểm của hàn ma sát

- Chiều dài của chi tiết hàn bị giảm.

- Thiết bị hàn đắt tiền.

- Kích thước của chi tiết hàn bị hạn chế

- Không hàn được kết cấu quá phức tạp.

3.3. Ứng dụng hàn ma sát

Ứng dụng của hàn ma sát các chi tiết vật liệu chất lượng cao hoặc chế tạo đặc biệt tại 1 vài vị trí nhằm giảm chi phí vật liệu đầu vào. Đặc biệt các chi tiết dạng trụ chịu tải cục bộ để chế tạo các chi tiết bán thành phẩm. Các chi tiết cần sự phối hợp cơ tính của 2 vật liệu khác nhau. Các chi tiết cần có sự chính xác cao như van trong động cơ đốt trong, trục cánh quạt trong ngành hàng không vũ trụ, các chi tiết chịu tải lớn như trục bánh răng, ống chịu lực, các chi tiết trong thiết bị quốc phòng...

4. Nguyên lý hoạt động và các phương pháp hàn ma sát

4.1. Nguyên lý hoạt động của hàn ma sát

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của hàn ma sát

- Khi 2 bề mặt của vật thể chuyển động tương đối với nhau dưới tác dụng của lực ép thì năng lượng cơ học sẽ chuyển thành nhiệt năng.

- Ma sát trong hàn là ma sát khô.

4.2. Phương pháp hàn ma sát

4.2.1. Hàn ma sát quay

Là loại hàn phổ biến nhất của hàn ma sát và trở thành tiêu chuẩn công nghiệp trong hàn các ống khoan, cần khoan, trục bánh xe, trục quay, cần piston. Hàn ma sát xoay bao gồm việc giữ một bộ phận trong khi quay bộ phận khác và đưa chúng lại gần nhau.

Hình 3: Hàn ma sát quay

Chú thích ảnh:

(1) Dụng cụ vận hành bằng máy đẩy đầu xoay hay đầu dò vào kim loại

(2) Tốc độ quay và tuyến tính của đầu xoay rất quan trọng trong quá trình này và thay đổi phụ thuộc tính chất kim loại.

(3) Đầu xoay tạo ra nhiệt và gắn kết kim loại vào với nhau.

(4) Ma sát làm mềm kim loại dọc theo đường hàn, đưa chúng vào tình trạng mềm nhão mà không tan chảy.

4.2.2. Hàn ma sát tịnh tiến

Hai chi tiết hàn chuyển động tương đối với nhau theo phương của bề mặt tiếp xúcsinh ra nhiệt ma sát làm vật liệu bề mặt tiếp xúc nóng chảy, hai chi tiết được ép vàonhau tạo mối hàn.

4.2.3. Hàn ma sát xoay