Nghiên cứu công nghệ hàn liên kết nhôm - Thép bằng quá trình hàn Tig

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
VŨ ĐÌNH TOẠI 
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN 
LIÊN KẾT NHÔM - THÉP BẰNG QUÁ TRÌNH HÀN TIG 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 
HÀ NỘI - 2014 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
VŨ ĐÌNH TOẠI 
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÀN 
LIÊN KẾT NHÔM - THÉP BẰNG QUÁ TRÌNH HÀN TIG 
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí 
Mã số: 62520103 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. PGS. TS. Hoàng Tùng 
2. PGS. TS. Nguyễn Thúc Hà 
HÀ NỘI - 2014
i 
LỜI CAM ĐOAN 
 Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình 
bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình 
nào khác! 
Hà Nội, ngày 01 tháng 06 năm 2014 
 Người cam đoan 
 Vũ Đình Toại 
 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 
 PGS. TS. Hoàng Tùng PGS. TS. Nguyễn Thúc Hà 
ii 
LỜI CÁM ƠN 
Tác giả chân thành cám ơn PGS. TS. Hoàng Tùng và PGS. TS. Nguyễn Thúc Hà, đã tận 
tình hướng dẫn, tạo điều kiện về tài liệu và động viên tác giả trong suốt quá trình nghiên 
cứu và hoàn thành bản luận án này. 
Tác giả trân trọng cám ơn Bộ môn Cơ khí hàn - Khoa Cơ khí và Trung tâm Thực hành - 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định (trong đó đặc biệt là ThS. Vũ Văn Ba và KS. 
Vũ Văn Đạt – người trực tiếp thí nghiệm) đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất phục 
vụ thí nghiệm, nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và 
kiểm tra cơ tính liên kết hàn nhôm – thép tại đây. 
Tác giả trân trọng cám ơn ThS. Trần Thị Xuân - Bộ môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt và 
Bề mặt - Viện Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình 
giúp đỡ tác giả trong quá trình đo độ cứng và chụp ảnh cấu trúc tế vi liên kết hàn nhôm – 
thép mà tác giả nghiên cứu ra. 
Tác giả trân trọng cám ơn Phòng thí nghiệm Hiển vi điện tử & Vi phân tích - Viện Tiên 
tiến Khoa học & Công nghệ - Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả 
trong quá trình chụp ảnh cấu trúc siêu tế vi và phân tích thành phần nguyên tố trong liên 
kết hàn nhôm – thép bằng các kỹ thuật hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng 
lượng tia X (EDS/EDX). 
Tác giả trân trọng cám ơn các bạn thân hữu và các đồng nghiệp trong Bộ môn Hàn & 
Công nghệ Kim loại - Viện Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi 
và động viên tác giả trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận án này. 
Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến bố, mẹ tác giả cùng toàn thể các thành 
viên trong gia đình đã động viên, tạo điều kiện về tài chính và chia sẻ những khó khăn 
trong suốt quá trình tác giả nghiên cứu và hoàn thành bản luận án này. 
 Tác giả luận án 
 Vũ Đình Toại 
iii 
MỤC LỤC 
 Trang 
 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi 
 DANH MỤC CÁC BẢNG xi 
 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ xii 
 MỞ ĐẦU 1 
1. TỔNG QUAN VỀ HÀN NHÔM VỚI THÉP 5 
 1.1. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 5 
 1.2. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 6 
 1.3. Kết luận chương 1 17 
2. CƠ SỞ KHOA HỌC HÀN NHÔM VỚI THÉP 18 
 2.1. Mục đích 18 
 2.2. Ứng xử của kim loại cơ bản khi hàn TIG 18 
 2.2.1. Ứng xử của nhôm AA1100 khi hàn TIG 18 
 2.2.1.1. Tính hàn của nhôm AA1100 18 
 2.2.1.2. Vấn đề nứt liên quan đến việc chọn vật liệu hàn nhôm 21 
 2.2.1.3. Công nghệ hàn nhôm AA1100 bằng quá trình hàn TIG 21 
 2.2.2. Ứng xử của thép CCT38 khi hàn TIG 23 
 2.2.2.1. Tính hàn của thép CCT38 23 
 2.2.2.2. Công nghệ hàn thép CCT38 bằng quá trình hàn TIG 23 
 2.3. Công nghệ hàn các vật liệu khác chủng loại 24 
 2.3.1. Đặc điểm khi hàn các vật liệu khác chủng loại 24 
 2.3.2. Các quá trình khuếch tán kim loại và tiết pha mới khi hàn 26 
 2.3.3. Bản chất và cơ chế hình thành liên kết hàn hybrid nhôm - thép 28 
 2.3.4. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến việc hình thành liên kết hàn hybrid nhôm - thép 32 
 2.3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian khuếch tán kim loại 32 
 2.3.4.2. Ảnh hưởng của độ sạch bề mặt chi tiết hàn 32 
 2.3.4.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong mối hàn 33 
 2.3.5. Chọn vật liệu để hàn liên kết hybrid nhôm - thép bằng quá trình hàn TIG 36 
 2.4. Kết luận chương 2 38 
3. MÔ PHỎNG SỐ XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ CÔNG NGHỆ HÀN TIG LIÊN 
KẾT HYBRID NHÔM - THÉP DẠNG CHỮ T 
40 
 3.1. Mục đích 40 
 3.2. Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu 40 
 3.2.1. Số hóa phương trình truyền nhiệt khi hàn 40 
 3.2.2. Xây dựng ma trận dòng nhiệt 41 
 3.2.3. Xây dựng ma trận kết cấu 42 
 3.2.4. Thiết lập bài toán đa trường nhiệt - kết cấu 44 
 3.3. Xác định kích thước của liên kết hàn hybrid nhôm - thép dạng chữ T 
bằng phương pháp số 
45 
 3.3.1. Thiết kế liên kết hàn hybrid nhôm - thép bằng kỹ thuật tính toán 
tối ưu 
45 
 3.3.1.1. Bài toán tối ưu trong thiết kế kết cấu 45 
 3.3.1.2. Mô hình liên kết hàn hybrid nhôm - thép dạng chữ T 49 
 3.3.2. Xác định kích thước của liên kết hàn hybrid nhôm - thép chữ T 51 
 3.3.2.1. Kết quả kiểm tra bền liên kết hàn hybrid nhôm - thép chữ T 
iv 
ở phương án thiết kế sơ bộ 51 
 3.3.2.2. Kết quả tính toán tối ưu kích thước của liên kết hàn hybrid nhôm - thép dạng chữ T 
52 
 3.4. Xác định chế độ công nghệ hàn TIG liên kết hybrid nhôm - thép dạng 
chữ T bằng mô phỏng số 
56 
 3.4.1. Mô hình hóa quá trình hàn TIG liên kết hybrid nhôm - thép dạng 
chữ T 
56 
 3.4.1.1. Mô hình hóa nguồn nhiệt hàn TIG 56 
 3.4.1.2. Mô hình các thuộc tính của vật liệu 57 
 3.4.1.3. Xây dựng mô hình mô phỏng 59 
 3.4.2. Kết quả tính toán trường nhiệt độ trong liên kết hàn hybrid nhôm - 
thép dạng chữ T 
62 
 3.4.2.1. Ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến phân bố nhiệt độ 
trong tiết diện ngang của liên kết hàn 
62 
 3.4.2.2. Trường nhiệt độ phân bố trong liên kết hàn hybrid nhôm - 
thép chữ T 
63 
 3.4.2.3. Chu trình nhiệt và thời gian khuếch tán kim loại tại một số 
vị trí khảo sát quan trọng 
66 
 3.4.3. Kết quả tính toán ảnh hưởng của năng lượng đường đến khả năng 
hình thành liên kết hàn 
69 
 3.4.3.1. Ảnh hưởng của năng lượng đường đến nhiệt độ cực đại 
trong tiết diện ngang liên kết hàn hybrid nhôm - thép 
69 
 3.4.3.2. Ảnh hưởng của năng lượng đường đến thời gian khuếch tán 
hiệu quả 
70 
 3.4.3.3. Ảnh hưởng của năng lượng đường đến thời gian đông đặc 
của mối hàn 
72 
 3.4.4. Phân bố ứng suất và biến dạng trong liên kết hàn hybrid nhôm - 
thép chữ T 
72 
 3.5. Kết luận chương 3 74 
4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HÀN TIG LIÊN KẾT HYBRID 
NHÔM - THÉP DẠNG CHỮ T 
75 
 4.1. Mục đích 75 
 4.2. Trang thiết bị thí nghiệm 75 
 4.2.1. Thiết bị hàn 75 
 4.2.2. Đồ gá hàn 76 
 4.2.3. Các trang thiết bị phụ trợ 77 
 4.3. Mẫu thí nghiệm 78 
 4.3.1. Vật liệu mẫu hàn và dây hàn 78 
 4.3.2. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 78 
 4.4. Xây dựng thí nghiệm 79 
 4.4.1. Sơ đồ gá kẹp mẫu thí nghiệm 79 
 4.4.2. Các chế độ và quy trình thí nghiệm 79 
 4.5. Các trang thiết bị kiểm tra chất lượng hàn 81 
 4.5.1. Thử kéo và bẻ liên kết hàn 81 
 4.5.2. Các trang thiết bị dùng trong quá trình kiểm tra chất lượng hàn 83 
 4.6. Kết luận chương 4 85 
5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 86 
 5.1. Ảnh hưởng của năng lượng đường đến chất lượng liên kết 86 
 5.2. Hiện tượng nứt trong liên kết hàn hybrid nhôm - thép 88 
 5.3. Các dạng khuyết tật khác có thể xuất hiện trong liên kết hàn hybrid 
v 
nhôm - thép dạng chữ T 88 
 5.4. Kết quả kiểm tra bền liên kết hàn hybrid nhôm - thép chữ T 90 
 5.5. Cấu trúc thô đại của liên kết hàn hybrid nhôm - thép chữ T 92 
 5.6. Cấu trúc tế vi của liên kết hàn hybrid nhôm - thép chữ T 92 
 5.6.1. Cấu trúc tế vi tại vùng liên kết giữa KLMH và tấm nhôm AA1100 92 
 5.6.2. Cấu trúc tế vi tại vùng liên kết giữa KLMH và tấm thép CCT38 93 
 5.7. Độ cứng trong liên kết hàn hybrid nhôm - thép 94 
 5.7.1. Độ cứng tại vùng liên kết không có lớp IMC 94 
 5.7.2. Độ cứng tại vùng liên kết có lớp IMC 95 
5.8. Nghiên cứu cấu trúc siêu tế vi, thành phần hợp kim của lớp IMC & vùng 
liên kết giữa KLMH với tấm thép CCT38 bằng các kỹ thuật SEM và 
EDS 
95 
 5.8.1. Cấu trúc siêu tế vi dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM) 95 
 5.8.2. Phân tích thành phần nguyên tố bằng kỹ thuật EDS 97 
 5.9. Nghiên cứu quá trình khuếch tán kim loại trong liên kết hàn nhôm - thép 
bằng phổ tán sắc năng lượng tia X 
98 
 5.9.1. Khuếch tán kim loại tại vùng không chứa lớp IMC 98 
 5.9.2. Khuếch tán kim loại tại vùng có lớp IMC 101 
 5.10. Kết luận chương 5 104 
 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN & KIẾN NGHỊ 105 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 
 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 110 
vi 
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 
Ký hiệu / 
Viết tắt 
Đơn vị Ý nghĩa 
q [J] Lượng nhiệt sinh ra của một đơn vị thể tích 
q [J] Dòng nhiệt truyền qua bề mặt đang xét 
 Ma trận nhiệt dung riêng của phần tử 
 Ma trận hệ số dẫn nhiệt của phần tử 
 Ma trận hệ số khuếch tán nhiệt của phần tử 
 Ma trận hệ số truyền nhiệt đối lưu qua bề mặt của phần tử 
 Véc tơ lưu lượng nhiệt của phần tử 
 Véc tơ dòng nhiệt đối lưu qua bề mặt của phần tử 
 Véc tơ tải trọng sinh nhiệt của phần tử 
 Ma trận khối lượng của phần tử 
 Ma trận độ cứng của phần tử 
 Ma trận độ cứng cơ sở của phần tử 
 Véc tơ tải trọng nhiệt của phần tử 
 Véc tơ tải áp lực (pressure) lên phần tử 
 Véc tơ tải trọng lực (nodal force) đặt lên nút của phần tử 
 Véc tơ gia tốc nút phần tử 
γ [kg/m3] Khối lượng riêng của vật chất 
δ Ký hiệu vi phân 
α [μm/(m.°C)] Hệ số dãn nở nhiệt 
ν Hệ số poisson 
η [%] Hiệu suất của quá trình hàn 
φ(j) Trọng số liên quan đến phương án thiết kế thứ j 
δT Vi phân nhiệt độ 
[σ] [MPa] Ứng suất cho phép 
[∆l] [mm] Độ võng cho phép 
[B] Ma trận biến dạng - chuyển vị trên cơ sở của hàm hình dáng 
[K] Ma trận hệ số dẫn nhiệt 
vii 
[N] Ma trận hàm hình dáng của phần tử hữu hạn 
[Nn] Ma trận hàm hình dáng của pháp tuyến động tại bề mặt chịu 
tải 
{η} Véc tơ pháp tuyến đơn vị của bề mặt 
{ε} Véc tơ biến dạng tổng thể 
{σ} Véc tơ ứng suất 
{εel} Véc tơ biến dạng đàn hồi 
{εth} Véc tơ biến dạng nhiệt 
{δu}T Véc tơ vi phân chuyển vị 
{Fa} Véc tơ tải trọng 
{L} Véc tơ cột (gradient) 
{p} Véc tơ tải áp lực 
{q} Véc tơ dòng nhiệt 
{Te} Véc tơ nhiệt độ nút phần tử 
{u} Véc tơ chuyển vị nút phần tử 
{w} Véc tơ chuyển vị của của điểm đang xét 
{ν} Véc tơ tốc độ truyền nhiệt 
AC Dòng điện xoay chiều 
ac Bề mặt có trở kháng phân bổ 
af, ar, b, c Các thông số của mô hình nguồn nhiệt hàn 
ap Bề mặt mà trên đó tải áp lực đặt vào 
c [J/(kg.K)] Nhiệt dung riêng 
c1, c2, c3, c4 Các hằng số được tính toán nội bộ trong thuật toán tối ưu 
Cao1 [mm] Chiều cao tại đầu ngàm 
Cao2 [mm] Chiều cao tại đầu tự do 
CMT Dịch chuyển kim loại nguội (Cold Metal Transfer) 
CNC Điều khiển số nhờ máy tính 
d [mm] Đường kính điện cực vonfram 
D [mm] Đường kính miệng chụp khí 
d1, d2, d3, d4 Các hằng số được tính toán nội bộ trong thuật toán tối ưu 
db [mm] Chiều dày tấm biên 
DC+ Dòng điện 1 chiều cực nghịch 
dv [mm] Chiều dày tấm vách 
e [C] Điện tích của điện tử (Culong) 
viii 
E [MPa] Mô đun đàn hồi 
E0 [Kcal] Năng lượng cần cho nguyên tử dịch chuyển bên trong vật 
E2 Sai số bình phương bé nhất của hàm mục tiêu 
EB [Kcal] Năng lượng giữa các pha 
EDS / EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X 
(Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy) 
ER và EL [Kcal] Năng lượng kích thích khuếch tán trong pha rắn và pha lỏng 
ES [Kcal] Năng lượng lớp bề mặt 
F(x,pk) Hàm số của các biến thiết kế 
FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) 
Gi(x) Hàm điều kiện giới hạn trên 
HAZ / 
VAHN 
 Vùng ảnh hưởng nhiệt 
hf Hệ số đối lưu nhiệt 
Hj(x) Hàm điều kiện giới hạn dưới 
Hybrid Lai ghép 
Ih [A] Dòng điện hàn 
IMC Hợp chất liên kim (Intermetallic Compound) 
k Hằng số Boltzmann 
KLCB Kim loại cơ bản 
KLMH Kim loại mối hàn 
Kmh [mm] Kích thước cạnh mối hàn 
Kxx, Kyy, Kzz [W/(m.K)] Hệ số dẫn nhiệt lần lượt theo các hướng x, y và z 
L [mm] Chiều dài dầm 
m Tổng số các hàm ràng buộc 
MIG Hàn hồ quang điện cực nóng chảy trong môi trường khí trơ 
bảo vệ 
MMA Hàn hồ quang tay 
n Số lượng biến thiết kế độc lập cần phải tối ưu 
N Tổng số các biến độc lập của mô hình 
nd Số lượng các phương án thiết kế hiện thời 
ns Số lần tính lặp đi lặp lại 
Ns Số lượng tối đa của lần tính lặp đi lặp lại 
nsi Số phương án thiết kế không khả thi liên tiếp 
Nsi Số lượng tối đa của phương án thiết kế không khả thi liên 
ix 
tiếp 
P [W] Công suất nhiệt hiệu dụng 
pk Số lượng của tham số 
PTHH Phần tử hữu hạn 
PWHT Xử lý nhiệt sau khi hàn (Post Weld Heat Treatment) 
q [J/mm] Năng lượng đường 
Qf [W/mm3] Mật độ nguồn nhiệt hàn phía trước 
Qr [W/mm3] Mật độ nguồn nhiệt hàn phía sau 
QR [W/mm3] Hàm mật độ nguồn nhiệt 
Rong [mm] Chiều rộng biên dầm 
SAW Hàn hồ quang dưới lớp thuốc 
SEM Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) 
Seqv Ứng suất tương đương (Equivalent Stress) 
T [oC] Nhiệt độ 
t [s] Biến thời gian 
TB [oC] Nhiệt độ của môi trường 
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 
TIG Hàn hồ quang điện cực không nóng chảy trong môi trường 
khí trơ bảo vệ 
U [J] Công khả dĩ 
Uh [V] Điện áp hàn 
Umax [mm] Độ võng cực đại 
V [J] Công do ngoại lực tác động 
Ve [mm3] Thể tích của phần tử hữu hạn 
 Vh [mm/s] Vận tốc hàn 
Wk(x) Hàm điều kiện giới hạn cả cận trên và cận dưới 
wn Pháp tuyến động của bề mặt phần tử 
x Véc tơ biến thiết kế 
X Hàm phạt 
x(b) Hằng số phương án thiết kế tốt nhất 
YS [MPa] Giới hạn chảy 
αi, βj, γk Các sai số cho phép của các hàm điều kiện 
ε Số dương rất nhỏ 
ρi Biến thiết kế 
x 
τ Dung sai của hàm mục tiêu 
τ0 [s] Thời gian ủ của quá trình không hoạt hóa (ER + EL = 0) 
τR [s] Thời gian trễ (thời gian nguyên tử tồn tại trước rào cản thế 
năng) 
xi 
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang 
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của nhôm AA1100 19 
Bảng 2.2 Cơ tính của nhôm AA1100 19 
Bảng 2.3 Chọn cỡ chụp khí theo đường kính điện cực vonfram 22 
Bảng 2.4 Thành phần hóa học của thép CCT38 23 
Bảng 2.5 Cơ tính của thép CCT38 23 
Bảng 2.6 Độ cứng tế vi của các pha liên kim giữa Fe và Al 32 
Bảng 2.7 Ký hiệu của các hợp chất liên kim 3 nguyên hệ Al-Fe-Si 35 
Bảng 2.8 Dây hàn TIG nhôm phù hợp tương ứng với KLCB 37 
Bảng 2.9 Thành phần hóa học của một số dây hàn cho nhôm theo tiêu chuẩn 
 AWS A5.10-1980 37 
Bảng 2.10 Cơ tính đạt được khi hàn nhôm AA1100 bằng các dây hàn khác nhau 37 
Bảng 2.11 Tổng hợp các yếu tố và giải pháp kỹ thuật khi hàn nhôm với thép 37 
Bảng 3.1 Cơ tính của các vật trong liên kết hàn hybrid giữa nhôm AA1100 với 
 thép CCT38 49 
Bảng 3.2 Các kích thước của liên kết hàn chữ T trong phương án thiết kế sơ bộ 
 và tải trọng 49 
Bảng 3.3 So sánh các kích thước của kết cấu giữa phương án sơ bộ và phương 
 án tối ưu 54 
Bảng 3.4 So sánh kích thước của kết cấu ban đầu và của phương án được chọn 55 
Bảng 3.5 Ký hiệu quy ước của các tổ chức kim loại khi hàn 57 
Bảng 3.6 Mô tả các nút cần khảo sát 67 
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy hàn MasterTIG 2500 xung AC/DC 75 
Bảng 4.2 Các trang thiết bị phụ trợ và mục đích sử dụng 77 
Bảng 4.3 Các chế độ thí nghiệm hàn TIG liên kết hybrid nhôm – thép dạng 
 ch ... nghiên cứu ảnh hưởng của góc nghiêng mỏ hàn đến hiện tượng quá nhiệt trên tấm 
thép CCT38, đã tìm ra được góc nghiêng mỏ hàn Ay = 20o là phù hợp nhất đối với liên 
kết hàn hybrid nhôm – thép dạng chữ T. 
4. Bằng phương pháp mô phỏng số, đã xây dựng được mối quan hệ giữa năng lượng 
đường cấp vào vùng hàn với nhiệt độ cực đại tại các vị trí trong tiết diện của liên kết 
hàn (hình 3.32) và thời gian khuếch tán tại các vị trí trên bề mặt tấm thép (hình 3.33), 
thông qua đó đã xác định được vùng năng lượng đường phù hợp đối với liên kết hàn 
hybrid nhôm – thép dạng chữ T dày 5 mm là q = 680 – 720 [J/mm], trong đó hàn với 
năng lượng đường q = 680 [J/mm] là tối ưu nhất. 
5. Đã tìm ra được dạng chuẩn bị mép hàn thích hợp đối với liên kết hybrid nhôm – thép 
dạng chữ T để bảo đảm khả năng điền đầy kim loại lỏng vào rãnh hàn, là kiểu vát lượn 
cong về một phía, để mặt đáy khoảng 1 mm và khe hở hàn đủ lớn (khoảng 1,5 – 2 mm) 
rồi tiến hành hàn ở phía lượn cong trước. 
6. Kết quả thực nghiệm cho biết rằng, để bảo đảm khả năng thấm ướt của kim loại vũng 
hàn lên bề mặt của tấm thép, cần phải làm sạch rất triệt để bề mặt tấm thép khỏi các chất 
dầu mỡ, bụi bẩn hay oxit và sử dụng lưu lượng khí bảo vệ thích hợp. 
7. Qua việc phân tích cấu trúc tế vi bằng phương pháp hiển vi quang học cho biết rằng, để 
tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ trên bề mặt tấm thép nhằm bảo đảm lớp IMC mỏng 
và đều thì cần phải loại bỏ các nhấp nhô tế vi trên bề mặt tấm thép và vê tròn các góc 
của tấm thép trước khi lắp ghép. 
8. Áp dụng các kỹ thuật tiên tiến, hiện đại và có độ chính xác cao như hiển vi điện tử quét 
(SEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) để phân tích cấu trúc siêu tế vi và thành 
phần nguyên tố, đã chứng minh cho giả thuyết về bản chất và cơ chế hình thành liên kết 
hàn giữa nhôm với thép mà tác giả nêu ra, đồng thời củng cố và làm sáng tỏ thêm cho 
các nghiên cứu trong các tài liệu [36, 60]. 
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 
Bản luận án này còn bỏ ngỏ một số vấn đề chưa triển khai nghiên cứu, kiến nghị các tác 
giả sau nghiên cứu tiếp những vấn đề dưới đây: 
1. Nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng đường đến chiều dày của lớp IMC. 
2. Nghiên cứu quá trình thấm ướt của KLMH trên bề mặt của tấm thép. 
3. Nghiên cứu tiếp đối với các cặp hợp kim nhôm và các loại thép khác nhau để có thể áp 
dụng một cách rộng rãi và đa dạng hơn nữa vào trong thực tiễn. 
106 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tài liệu tham khảo tiếng Việt: 
[1] Ngô Lê Thông (2007) Công nghệ hàn điện nóng chảy – tập 2. NXB KHKT, Hà Nội 
2007. 
[2] Hà Minh Hùng (2003) Hàn bằng năng lượng nổ. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 
2003. 
[3] Lương Văn Tiến (2012) Nghiên cứu Công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp thép - hợp kim 
nhôm dùng trong Công nghiệp đóng tàu thuỷ. Luận án Tiến sỹ Công nghệ tạo hình vật 
liệu. Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công thương, Hà Nội 2012. 
[4] Vũ Đình Toại (2009) Bài giảng Các quá trình hàn đặc biệt. Đại học Bách khoa Hà Nội, 
Hà Nội 2010. 
[5] TCVN 1659 (1975) Nhôm và hợp kim nhôm – Mác và yêu cầu kỹ thuật. Hà Nội 1975. 
[6] TCVN 1765 (1975) Thép cacbon kết cấu thông thường – Mác thép và yêu cầu kỹ thuật. 
Hà Nội 1975. 
[7] Lê Công Dưỡng (1996) Vật liệu học. NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1996. 
[8] B. N. Arzamaxov (Người dịch: Nguyễn Khắc Cường, Đỗ Minh Nghiệp, Chu Thiên 
Trường, Nguyễn Khắc Xương) (2000) Vật liệu học. NXB Giáo dục, Hà Nội 2000. 
[9] Vũ Đình Toại (2011) Bài giảng Xử lý nhiệt khi hàn. Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà 
Nội 2011. 
[10] Vũ Đình Toại, Võ Văn Phong (2006) Mô phỏng trường nhiệt độ, trường ứng suất và 
biến dạng nhiệt trong quá trình hàn nóng chảy bằng phương pháp phần tử hữu hạn. 
Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường Đại học Kỹ thuật, Số 57, Hà Nội 2006. 
Tài liệu tham khảo tiếng Anh: 
[11] McKenney,C.R.,Banker,J.G. (1971) Explosion-Bonded Metals for Marine Structural 
Applications. Marine Technology, July 1971, p.285-292. 
[12] Keith, Donald, J. and Amy Blair (2007) Fracture Mechanics Characterization of 
Aluminum Alloys for Marine Structural Applications. Ship Structure Committee report 
SSC-448, 2007. 
[13] Jurgen Vrenken, Cierick Goos, Tony van der Veldt, Wolfgang Braunschweig (2009) 
Fluxless Laser Brazing of Aluminium to Steel. Joining in Automotive Engineering 
2009. 
[14] George A. Young, John G. Banker (2004) Explosion Welded, Bi-Metallic Solutions to 
Dissimilar Metal Joining. Texas Section of the Society of Naval Architects and 
Marine Engineers. Proceedings of the 13th Offshore Symposium, Houston, Texas 
February 24, 2004. 
[15] David Cutter (2006) What you can do with explosion welding. Welding journal, July 
2006, pp. 38-43. 
[16] K. Kimapong and T. Watanabe (2004) Friction Stir Welding of Aluminum Alloy to 
Steel. Welding journal, October 2004, pp. 277-282. 
[17] Ahmed Elrefaey, Makoto Takahashi, and Kenji Ikeuchi (2005) Friction-Stir-Welded 
Lap Joint of Aluminum to Zinc-Coated Steel. Already published in Quarter. J. Japan 
Weld. Soc., 23-2 (2005). 
[18] S. Bozzi, A. L. Etter, T. Baudin, A. Robineau, and J. C. Goussain (2007) Mechanical 
Behaviour and Microstructure of Aluminum-Steel Sheets Joined by FSSW. S. Bozz, 
sandrine.bozzi@u-psud.fr, 12 December 2007. 
107 
[19] V. Soundararajan, M. Valant and R. Kovacevic (1991) An Overwiew of R&D Work in 
Friction Stir Welding at SMU. Association of Metallurgical Engineers of Serbia 
(AMES). Metalurgija - Journal of Metallurgy (MJoM), pp275-295. 
[20] Tomokatsu Aizawa and Mehrdad Kashani (2007) Magnetic Pulse Welding (MPW) 
Method for Dissimilar Sheet Metal Joints. Welding journal, May 2007, Vol. 86, 
pp.119-124. 
[21] T. Aizawa, M. Kashani, and K. Okagawa (2007) Application of Magnetic Pulse 
Welding for Aluminum Alloys and SPCC Steel Sheet Joints. Welding journal, Vol. 86, 
May 2007. 
[22] Serizawa Hisashi, Shibahara Isao, Rashed Sherif and Murakawa Hidekazu (2009) 
Numerical Study of Joining Process in Magnetic Pressure Seam Welding. 
Transactions of JWRI, Vol.38, No.1 (2009). 
[23] Ji-Yeon Shim Soo Kim Moon-Jin Kang In-Ju Kim Kwang-Jin Lee and Bong-Yong 
Kang (2011) Joining of Aluminum to Steel Pipe by Magnetic Pulse Welding. Materials 
Transactions, Vol. 52, No. 5 (2011) pp. 999 to 1002. 
[24] Yuan Zhang, B.S., M.S.(2010) Investigation of Magnetic Pulse Welding on Lap Joint 
of Similar and Dissimilar Materials. Presented in Partial Fulfillment of the 
Requirements for the Degree Doctor of Philosophy in the Graduate School of The 
Ohio State University, 2010. 
[25] X. Sun, E. V. Stephens, M. A. Khaleel, H. Shao, and D M. Kimchi (2004) Resistance 
Spot Welding of Aluminum Alloy to Steel with Transition Material - From Process to 
Performance - Part I: Experimental Study. Welding journal, June 2004. pp.188-195. 
[26] Sun and M. A. Khaleel (2004) Resistance Spot Welding of Aluminum Alloy to Steel 
with Transition Material — Part II: Finite Element Analyses of Nugget Growth. 
Supplement to the Welding Journal, July 2004. 
[27] Weihua Zhang,Daqian Sun, Lijun Han,Wenqiang Gao and Xiaoming Qiu (2011) 
Characterization of Intermetallic Compounds in Dissimilar Material Resistance Spot 
Welded Joint of High Strength Steel and Aluminum Alloy. ISIJ International, Vol. 51 
(2011), No. 11, pp. 1870–1877. 
[28] F. Wagner, I. Zerner, M. Kreimeyer, T.Seefeld, G. Sepold (2007) Characterization 
and Properties of Dissimilar Metal Combinations of Fe/Al and Ti/Al-Sheet Materials. 
BIAS, Bremen Institute of Applied Beam Technology Bremen, Germany 2009. 
[29] P. Peyre, G. Sierra, F. Deschaux-Beaume, D. Stuart, G. Fras (2007) Generation of 
aluminium–steel joints with laser-induced reactive wetting. Materials Science and 
Engineering: A, Volume 444, Issues 1–2, 25 January 2007, Pages 327-338. 
[30] Alexandre Mathieu, Sébastien Pontevicci, Jean-claude Viala, Eugen Cicala, Simone 
Matteï, Dominique Grevey (2006) Laser brazing of a steel/aluminium assembly with 
hot filler wire (88% Al, 12% Si). Materials Science and Engineering: A Volumes 435-
436, 5 November 2006, Pages 19-28. 
[31] Alexandre Mathieu, Rajashekar Shabadi, Alexis Deschamps, Michel Suery, Simone 
Matteï, Dominique Grevey, Eugen Cicala (2007) Dissimilar material joining using 
laser (aluminum to steel using zinc-based filler wire). Optics & Laser Technology, 
Volume 39, Issue 3, April 2007, Pages 652-661. 
[32] F Vollertsen and C Thomy (2007) Laser-MIG Hybrid Welding of Aluminium to Steel – 
An Analytical Model for Wetting Length. DFG (VO 530/21-2) within the DFG 
Research Unit FOR 505 “Hybridstrukturen”. 
108 
[33] C Thomy and F Vollertsen (2007) Laser-MIG Hybrid Welding of Aluminium to Steel – 
Effect of Process Parameters on Joint Properties. DFG (VO 530/21-2) within the 
DFG Research Unit FOR 505 “Hybridstrukturen”. 
[34] Tetsu Iwase, Seiji Sasabe, Tsuyoshi Matsumoto, Masaki Tanigawa, Makoto Tawara, 
Yasunori Hattori (2008) Dissimilar Metal Joining between Aluminum Alloy and Hot-
dip Aluminized Steel Sheet. Kobelco Technology Review No. 28, Oct. 2008, pp29-34. 
[35] Honggang Dong , Chuanqing Liao , Guoqing Chen & Chuang Dong (2012) Butt 
Joining of Aluminum toSteel by Arc Brazing Process. Materials and Manufacturing 
Processes 26 Nov 2012. 
[36] S. Imaizumi (1996) Welding of aluminium to dissimilar metals. Welding International 
1996 10 (8) 593-604. Selected from Journal of Light Metal Welding & Construction 
1996 34 (2) 15-27; Reference JL/96/2/15: Translation 1995. 
[37] Honggang Dong, Wenjin Hu, Yuping Duan, Xudong Wang, Chuang Dong (2012) 
Dissimilar metal joining of aluminum alloy to galvanized steel with Al–Si, Al–Cu, Al–
Si–Cu and Zn–Al filler wires. Journa of Materials processing Technology, Volume 
212, Isue 2, February 2012, Pages 458-464. 
[38] J.L. Song, S.B. Lin, C.L. Yang, G.C. Ma, H. Liu (2009) Spreading behavior and 
microstructure characteristics of dissimilar metals TIG welding–brazing of aluminum 
alloy to stainless steel. Materials Science and Engineering: A Volume 509, Issues 1-2, 
25 May 2009, Pages 31-40. 
[39] J.L. Song, S.B. Lin, C.L. Yang, C.L. Fan (2009) Effects of Si additions on 
intermetalliccompound layer of aluminum–steel TIG welding–brazing joint. Journal of 
Alloys and Compounds, Volume 488. Issue 1, 20 November 2009, Pages 217-222. 
[40] S.B. Lin, J.L. Song, C.L. Yang, C.L. Fan, D.W. Zhang (2010)Brazability of dissimilar 
metals tungsten inert gas butt welding–brazing between aluminum alloy and stainless 
steel with Al–Cu filler metal. Materials & Design, Volume 31, Issue 5, May 2010, 
Pages 2637-2642. 
[41] G. Sierra, P. Peyre, F. Deschaux Beaume, D. Stuart, G. Fras (2008) Galvanised steel 
to aluminium joining by laser and GTAW processes. Volume 59, Issue 12, December 
2008, Pages 1705-1715. 
[42] Rattana Borrisutthekul, Pusit Mitsomwang, Sirirat Rattanachan, and Yoshiharu Mutoh 
(2009) Feasibility Study of Using TIG Welding in Dissimilar Metals Between 
Steel/Aluminum Alloy. International Conference on Science, Technology and 
Innovation for Sustainable Well-Being (STISWB), 23-24 July 2009, Mahasarakham 
University, Thailand. 
[43] European Aluminium Association (2002) Materials – Designation system. Version 
2002 © European Aluminium Association. 
[44] ASM International Metals Handbook Volume 2 (1990) Properties and Selection: 
Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials. USA 1990. 
[45] Frederic Boitout , Damian Dry , Yogendra Gooroochurn , Philippe Mourgue, Harald 
Porzner (2012) Transient Simulation of Welding Processes: Thermal, Metallurgical 
and Structural Model. ESI Group, Rungis Cedex, France 2012. 
[46] ASM International Metals Handbook Volume 6 (1993) Welding, brazing and 
soldering. USA 1993. 
[47] ASM International Metals Handbook Volume 3 (1992) Alloy phase diagrams. USA 
1992. 
109 
[48] Ghosh G. Aluminium–iron–silicium. In: Petzow G, Effenberg G, editors.Ternary 
Alloys, vol. 5. Germany: VCH Verlagsgesellshaft; 1991. 
[49] Holman, J. P. (1976) Heat Transfer, Fourth Edition. McGraw-Hill, New York, 1976. 
[50] Zienkiewicz, O. C. (1977) The Finite Element Method. McGraw-Hill Company, 
London 1977. 
[51] Bathe, K. J. (1982) Finite Element Procedures in Engineering Analysis. Prentice-Hall, 
Englewood Cliffs, 1982. 
[52] ANSYS User Manual (2012) Theory Reference for ANSYS and Workbench. Ansys 
Inc. Release 14, 2012. 
[53] ESI Groups (2012) Sysweld User Manual - CD Toolbox. 99 Rue Des, Solets Silic 112 
94513 Rungis Cedex France. 
[54] Kemppi Oy (2012) Operation instruction of Mastertig AC/DC 2000, 2500, 2500W 
and 3500W. Lahti – Finland 2012. 
[55] AWS B4.0M-2000 (2002) Standard Methods for Mechanical Testing of Welds. 
American Welding Society Inc. Thu Jan 24 10:30:34 2002. 
Tài liệu tham khảo tiếng Đức: 
[56] Bergmann, H.W.; Waldmann, H.; Guyenot, M.; Haldenwanger, H.G.; Korte, M. 
(2000) Untersuchungsergebnisse zum Laserschweißen von Al auf Stahl für 
Außenhautanwendungen. European Automotive Laser Application, Bad Nauheim, 
Automotive Circle International, Berlin 2000. 
[57] F. Vollertsen and C. Thomy (2007) Laser-MIG-Hybridfügen von Aluminium-Stahl 
Leichtbaustrukturen. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2007. 
[58] Dipl. -Ing. Gerd Trommer (2005) Aluminium und Stahl verbinden sich metallurgisch 
innig–Thermisches Fügen der beiden wichtigen Konstruktionsmetalle. Redaktionsbüro 
Gerd Trommer Anzahl der Zeichen. Schweißen & Schneiden in September 2005. 
[59] Radaj, D. (1999) Schweissprozess-Simulation Grundlagen und Anwendungen. 
Fachbuchreihe Schweisstechnik, DVS Verlag, 1999. 
Tài liệu tham khảo tiếng Nga: 
[60] B. P. Рябов (1969) Сварка Плавлением Алюминия со Сталью. Издательство 
“Наукова Думка” Киев – 1969. 
Tài liệu tham khảo từ nguồn Internet: 
[61] 
tren-accord-2013-2242669.html 
[62] Jergen Bruckner (2005) Cold Metal Transfer Has a Future Joining Steel to Aluminum. 
[63] HM Wire International, Inc. (2010) Aluminum 1100-0. © www.hmwire.com 
110 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 
1. Vũ Đình Toại (2011) Tính toán và Thiết kế tối ưu kết cấu hàn bằng phương pháp số. 
Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Toàn quốc về Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội 
15/10/2011. 
2. Vu Dinh Toai (2013) Determine the optimal geometries of the welded Aluminum – 
Steel T-joint by the Numerical Simulation. Journal of Science & Technology, Technical 
Universities, No.94/2013. 
3. ThS. Vũ Đình Toại, PGS. Nguyễn Thúc Hà, ThS. Vũ Văn Ba (2013) Nghiên cứu mô 
phỏng trường nhiệt độ hàn TIG liên kết hybrid nhôm – thép dạng chữ T bằng phần mềm 
Sysweld. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số tháng 11/2013. 
4. ThS. Vũ Đình Toại, PGS. Nguyễn Thúc Hà (2013) Nghiên cứu công nghệ hàn liên 
kết hybrid nhôm – thép bằng quá trình hàn TIG. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số tháng 
11/2013. 
5. Vũ Đình Toại, Nguyễn Thúc Hà (2014) Nghiên cứu mô phỏng quá trình hàn hồ quang 
thép đóng tàu bằng phần mềm Sysweld. Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Các trường 
Đại học Kỹ thuật, số 98/2014.