Khuyết tật kích thước nhỏ trong các mối hàn ma sát khuấy của tấm làm mát chất lỏng

Tấm làm mát bằng nước là bộ trao đổi nhiệt có tác dụng tản nhiệt thông qua ma sát của chất lỏng chảy trên bề mặt bên trong của chúng. Chúng thường được sử dụng cho các thành phần công suất cao tạo ra quá nhiều nhiệt và làm mát bằng không khí không đủ. Ví dụ, ngành công nghiệp sản xuất điện sử dụng chúng trong máy phát VAR tĩnh (SVG), ngành công nghiệp ô tô trong pin xe điện và lĩnh vực CNTT đặt chúng trong các khoang chứa các máy chủ lớn.

Hiệu quả của tấm làm mát bằng nước phụ thuộc vào diện tích truyền nhiệt của chất lỏng. Không giống như làm mát bằng không khí, làm mát bằng nước yêu cầu một kênh dẫn nước để chất lỏng lưu thông. Kênh dẫn nước này phải được bịt kín hoàn toàn để ngăn chất lỏng rò rỉ ra ngoài và gây đoản mạch cho thiết bị điện cạnh đó.

Hàn nhiệt và hàn ma sát khuấy trên hợp kim nhẹ

Tấm làm mát bằng nước thường được cấu tạo bằng hợp kim nhôm. Do tính hàn kém, nếu sử dụng phương pháp hàn nhiệt truyền thống để hàn kín tấm làm mát bằng nước, thì mối hàn dễ bị khuyết tật, chẳng hạn như vết nứt nhiệt, rỗ và xỉ. Thợ hàn cần phải có kỹ năng hàn chảy và tay nghề xuất sắc để tạo ra mối hàn chất lượng cao. Nhiệt độ cao và khói độc do hàn nung chảy tạo ra có thể gây hại cho sức khỏe của thợ hàn. Hàn ma sát khuấy (FSW), sử dụng nhiệt ma sát của dụng cụ quay để hàn hai bề mặt, cung cấp một giải pháp hiệu quả cho những vấn đề này.

So với hàn nhiệt nung chảy, những ưu điểm chính của FSW bao gồm:

Ít bị cong vênh
Tính chất cơ học kim loại hàn tốt hơn
Không cần vật liệu bổ sung
Môi trường làm việc sạch sẽ và an toàn hơn
Dễ vận hành hơn
Tự động loại bỏ vảy oxit
Dễ dàng tích hợp công cụ hàn tự động và robot
Hiệu quả hơn trên các hợp kim nhẹ dễ bị nứt

Nhược điểm của mối hàn ma sát khuấy và giải pháp siêu âm mảng pha

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng FSW cũng có một số nhược điểm. Khi FSW được sử dụng trên các tấm làm mát bằng nước, các khuyết tật cơ học có thể xảy ra ở đường nối giữa hai tấm. Chúng thường xảy ra gần điểm ma sát của dụng cụ quay, xuất hiện dưới dạng những khoảng rỗng cực nhỏ giống như rỗ khí. Chúng có xu hướng tạo thành một chuỗi gần như liên tục nhưng không dễ phát hiện.

Đầu dò 10L64-FSW PA và nêm nước SFSW-N45S-WHC được sử dụng để kiểm tra mối hàn ma sát trên khối hiệu chuẩn tấm làm mát bằng nước (bên trái) và vùng quan tâm được biểu thị bằng các đường màu đỏ (bên phải)

Công nghệ kiểm tra siêu âm mảng pha (PAUT) có thể phát hiện các khiếm khuyết nhỏ trong FSW. Giải pháp được trình bày ở đây bao thiết bị OmniScan™ MX2 và đầu dò, nêm được tối ưu hóa để kiểm tra mối hàn ma sát khuấy. Thiết bị đơn giản như OmniScan SX cũng có thể được sử dụng với cùng một đầu dò và nêm để đạt được những kết quả tương tự.

OmniScan ™ MX2 và đầu dò PA được cấu hình để quét tuyến tính, chùm âm tạo từ 8 phần tử trên đầu dò 64 biến tử, phát sóng ngang 45 độ.

Kết quả phân tích dữ liệu hình ảnh siêu âm

Ảnh chụp màn hình bên dưới trong phần mềm OmniPC ™ hiển thị kết quả quét khối hiệu chuẩn. Nó không chỉ cho thấy các khuyết tật gần bề mặt, mà còn thấy sự thiếu ngấu trong mối nối dọc, cho thấy rằng mối hàn không được hàn đúng yêu cầu.

Thiếu ngấu trong hàn khuấy trên OmniScan MX2

Hình ảnh trực quan khi kiểm tra mối hàn FSW

Sử dụng công nghệ siêu âm mảng pha kết hợp với đầu dò và nêm chuyên dụng cho mối hàn ma sát khuấy, chúng tôi có thể phát hiện rõ ràng các khiếm khuyết cũng như thiếu ngấu không thể nhìn thấy trên bề mặt mối nối trong tấm làm mát nước. Hình ảnh quét thu được bằng OmniScan MX2 (hoặc OmniScan SX) với các màn hình dữ liệu rất dễ giải đoán và đánh giá.