Đánh giá khả năng định hình của phôi hàn

Cách xác định giá trị đầu vào bằng các thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo và mô phỏng phần tử hữu hạn

Hình 1 Đây là cấu hình của các mẫu nguyên khối cho các thử nghiệm kéo.

Phôi hàn dành cho thợ may (TWB) được chế tạo bằng cách hàn giáp mép / hàn mép, thường bằng tia laser, hai hoặc nhiều tấm có độ dày hoặc hợp kim khác nhau để tạo thành mẫu trống đa năng hoặc đa chức năng. Việc sử dụng TWB có thể loại bỏ nhiều cụm lắp ráp con bằng cách thay thế chúng bằng một thành phần được đóng dấu. Khi được sử dụng cho các bộ phận ô tô, TWB có thể được thiết kế để đạt được sức mạnh mục tiêu chỉ ở những khu vực cần thiết, giúp tiết kiệm trọng lượng tổng thể của xe.

Khả năng định hình của TWB phụ thuộc vào chất lượng mối hàn, vì vậy các thông số hàn phải được tối ưu hóa. Ngoài ra, trong quá trình hàn thép bằng laser, các cấu trúc vật liệu không đồng nhất phát triển khắp vùng hàn, điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của TWB.

Kiểm tra độ bền kéo

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Tạo hình Chính xác của Đại học Bang Ohio đã thực hiện một nghiên cứu để xác định các thông số vật liệu đầu vào cho mô phỏng phần tử hữu hạn (FE) của TWB bằng các thử nghiệm kéo. Vật liệu nguyên khối (không có mối hàn) và các mẫu hàn cho dự án này được cung cấp bởi một công ty đối tác và người ta cho rằng chất lượng mối hàn là tốt nhất có thể.

Vật liệu nguyên khối là thép chết nhôm chất lượng mạ kẽm dày 1,2 mm. TWB được tạo ra bằng cách hàn laser hai tấm vật liệu nguyên khối, mỗi tấm 1,2 mm.

Kết quả thực nghiệm

Hình 2 Được thể hiện ở đây là cấu hình của TWB cho các thử nghiệm kéo.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm ba mẫu cho mỗi nguyên khối (xem Hình 1 ) và cấu hình TWB (xem Hình 2 ). Họ sử dụng hệ thống máy ảnh GOM Aramis 6M 3D để thực hiện tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) để xác định sự phân bố biến dạng.

Các nhà nghiên cứu đã thu được đường cong tải trọng cho vật liệu nguyên khối và TWB bằng cách ghép các kết quả từ thử nghiệm kéo và DIC, sau đó chuyển đổi kết quả thành đường cong ứng suất-biến dạng kỹ thuật. Mỗi đường cong (xem Hình 3 ) đại diện cho trung bình ba mẫu.

Độ giãn dài đồng đều thay đổi từ 26,0% theo hướng cán đến 24,5% theo hướng 45 độ theo hướng cán đối với vật liệu nguyên khối. Độ giãn dài đồng đều ở TWB giảm xuống 24% ở TWB 0 độ và 23,5% ở TWB 90 độ. Không có sự khác biệt đáng kể nào được quan sát thấy về độ bền kéo cuối cùng của vật liệu nguyên khối và TWB.

Hình 3 Các nhà nghiên cứu đã chuyển đổi kết quả của các đường cong hành trình tải, kiểm tra độ bền kéo và mối tương quan hình ảnh kỹ thuật số cho vật liệu nguyên khối và phôi trống được hàn hiệu chỉnh thành các đường cong ứng suất-biến dạng kỹ thuật.

Các nhà nghiên cứu đã thu được đường cong ứng suất chảy và các đặc tính cơ học của vật liệu nguyên khối từ kết quả thử nghiệm kéo và sử dụng chúng làm đầu vào cho vật liệu nguyên khối:

• Đường cong ứng suất chảy: σ = 492,6 ϵ0,225 (thu được bằng cách sử dụng định luật lũy thừa Holloman bằng cách ngoại suy dữ liệu độ bền kéo, được đo đến biến dạng 0,23)
• Dị hướng: r0 = 1,58; r45 = 1,46; r90 = 1,95, trong đó σ = ứng suất chảy và ε = biến dạng thực

Kết quả mô phỏng

Hình 4 Các nhà nghiên cứu đã sử dụng sự phân bố độ cứng để xác định chiều rộng của mối hàn và HAZ.

Sử dụng phần mềm DEFORM-3D, các nhà nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng FE với ba yếu tố dọc theo độ dày của mẫu (để đánh giá độ mỏng hiệu quả). Với phép đo độ cứng, họ thu được chiều rộng của vùng ảnh hưởng nhiệt và vùng mối hàn (xem Hình 4 ) và sau đó gán các đặc tính cơ học cho mối hàn và HAZ (xem Hình 5 ). Họ nhập các giá trị ứng suất dòng chảy không đổi cho HAZ và vùng mối hàn và gán ba giá trị ứng suất chảy khác nhau cho HAZ để đảm bảo giảm trơn tru các giá trị ứng suất chảy từ mối hàn đến vật liệu cơ bản.

So sánh các đường cong ứng suất-biến dạng kỹ thuật từ các thí nghiệm và mô phỏng FE chỉ ra rằng một sự phù hợp tốt đã thu được (chênh lệch ~ 2%) cho đến khi bắt đầu nghiêng về 90 độ được lấy mẫu, nguyên khối và TWB.

So sánh sự phân bố biến dạng trong mẫu thử độ bền kéo từ DIC và mô phỏng được thể hiện trong Hình 6 . Các mô phỏng FE dự đoán biến dạng tại mối hàn và HAZ lên đến 25% khi so sánh với các thí nghiệm.

Hình 5 Sau khi được xác định, các đặc tính vật liệu cho mối hàn và HAZ được gán cho TWB, với σw, σ1, σ2 và σ3 đại diện cho các giá trị ứng suất chảy không đổi.

Sự phân bố biến dạng từ phương pháp phần tử hữu hạn có thể được cải thiện bằng cách thay đổi các đặc tính của mối hàn và HAZ đã được giả định ban đầu. Các mô phỏng FE kết hợp với các thí nghiệm kiểm tra độ bền kéo có thể là một phương pháp tốt để ước tính HAZ và các đặc tính của mối hàn. Tuy nhiên, chiều rộng vùng mối hàn rất nhỏ so với chiều rộng vật liệu cơ bản khi phiếu thử kéo được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM E8.

Hình 6 Được thể hiện ở đây là sự so sánh phân bố biến dạng trong mẫu thử kéo từ tương quan hình ảnh kỹ thuật số và mô phỏng phần tử hữu hạn đối với phôi hàn 90 độ.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang phân tích ảnh hưởng của việc sử dụng phiếu thử độ bền kéo nhỏ hơn để thu được các đường cong ứng suất-biến dạng kỹ thuật và các đặc tính của mối hàn và HAZ.

Công ty Cổ phần Thiết bị và Giải pháp Cơ khí Automech
Trụ sở chính: số 285 đường Phúc Lợi, quận Long Biên, Hà Nội
Chi nhánh Đà Nẵng: lô 11, khu A4 – Nguyễn Sinh Sắc, quận Liên Chiểu, Đà Nẵng
Chi nhánh TP HCM: số 84, đường 10, khu đô thị Vạn Phúc, Hiệp Bình Phước, Thủ Đức
Hotline: 0987 899 347
Website: automech.vn
Fanpage: Automech Life