Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hàn đến độ bền kéo mối hàn ma sát xoay hai vật liệu thép không gỉ AISI 304 và thép cacbon thấp AISI 1020 bằng phương pháp Taguchi

Mục đích của bài nghiên cứu này là khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ bền kéo của mối hàn ma sát xoay hai vật liệu thép các-bon thấp AISI 1020 và thép không gỉ AISI 304. Thời gian ma sát t1, lực hàn F2, tốc độ vòng n gây ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo của mối hàn đã được khảo sát dựa trên phương pháp Taguchi.

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 25 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ HÀN ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO MỐI HÀN MA SÁT XOAY HAI VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ AISI 304 VÀ THÉP CACBON THẤP AISI 1020 BẰNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI RESEARCH ON THE EFFECT OF WELDING PARAMETERS ON TENSILE PROPERTIES OF DISSIMILAR BASE MATERIALS (LOW CARBON STEEL AISI 1020 AND STAINLESS STEEL AISI 304) ROTARY FRICTION WELDING JOINT USING TAGUCHI METHOD Đặng Thiện Ngôn, Tào Anh Tuấn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, Việt Nam Ngày soạn nhận 26/2/2018, ngày phản biện đánh giá 7/3/2018, ngày chấp nhận đăng 16/3/2018 TĨM TẮT Mục đích nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng thông số hàn đến độ bền kéo mối hàn ma sát xoay hai vật liệu thép các-bon thấp AISI 1020 thép không gỉ AISI 304 Thời gian ma sát t1, lực hàn F2, tốc độ vòng n gây ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo mối hàn khảo sát dựa phương pháp Taguchi Kết nghiên cứu lý thuyết thí nghiệm kiểm chứng cho thấy, chế độ hàn với t1 = 6s, F2 = 100 MPa, N = 1450 v/ph, lượng co l = mm (chọn trước) hàn ma sát xoay phôi thép D = 20 mm cặp vật liệu thép các-bon thấp AISI 1020 - thép không gỉ AISI 304 có độ bền kéo mối hàn đạt từ 86,89% đến 93,68% so với vật liệu (AISI 1020) Trong phạm vi khảo sát, lực hàn F2 tốc độ vòng n hai thơng số có tỉ lệ ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo mối hàn (78% 28%), ảnh hưởng thời gian hàn t1 khơng lớn Từ khóa: Độ bền kéo; hàn ma sát xoay; thép các-bon thấp AISI 1020; thép không gỉ AISI 304; thời gian ma sát; lực hàn; tốc độ hàn ABSTRACT The following study objective is an investigation in order to determine welding parameter effect on dissimilar base materials (low carbon steel AISI 1020 and stainless steel AISI 304) rotary friction welding joint In rotary friction welding process, the tensile strength is tested as welding joint quality Friction time t1, friction force F2, rotary speed N which greatly affect the tensile strength is investigated by the Taguchi method With the parameter setting: t1 = 6s, F2 = 100 MPa, N = 1450 rpm, upsetting length l =3 mm (selected) and workpiece diameter D = 20 mm The results show that tensile strength can be from 86.89% to 93.68% AISI 1020 tensile strength Within the experimental parameter range, welding force F2 and rotary (friction) speed N mainly impact on the tensile strength weld joint (78% and 28% respectively), and the effect of welding time t1 is not significant Keywords: Tensile strength; rotary friction welding; low carbon steel AISI 1020; stainless steel AISI 304; friction time; welding force; rotary (friction) speed ĐẶT VẤN ĐỀ Hàn ma sát xoay phương pháp hàn ứng dụng để hàn chi tiết có yêu cầu vật liệu chất lượng cao chế tạo đặc biệt vài vị trí nhằm giảm chi phí vật liệu đầu vào, đặc biệt chi tiết dạng trụ chịu tải cục Ngồi hàn ma sát xoay cịn ứng dụng để chế tạo chi tiết bán thành phẩm, chi tiết cần phối hợp tính hai loại vật liệu khác chi tiết van động đốt trong, trục cánh quạt ngành hàng không, trục các-đăng, ống chịu lực, dụng cụ cắt dạng trịn 26 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh xoay… [1] Gần đây, mối hàn ma sát xoay hai vật liệu thép khơng gỉ thép cácbon, ví dụ thép khơng gỉ AISI 304 thép cácbon thấp AISI 1020, công ty chế tạo hàn trường đại học quan tâm nghiên cứu Nghiên cứu Ramadhan H Gardi (2011) rằng, lượng co rút chiều dài tăng tăng lực hàn lực ma sát hàn ma sát xoay thép không gỉ AISI SAF250 thép cacbon thấp [2] Giới hạn độ bền kéo mối hàn giảm tăng lực ma sát, lực hàn đạt khoảng 66,12 – 79,17% so với kim loại Ảnh hưởng lực ma sát lực hàn đến độ bền kéo, độ cứng cấu trúc tế vi mối hàn thép cacbon thấp AISI 1060 với thép không gỉ AISI 304 H Ates cộng (2014) nghiên cứu [3] Kết nghiên cứu cho thấy, tăng lực ma sát lực hàn độ cứng, độ bền kéo mối hàn tăng Việc gia tăng độ cứng ảnh hưởng đến cấu trúc tế vi mối hàn, biến dạng vết nứt thường gặp vùng ảnh hưởng nhiệt thép AISI 1060 Serdar Mercan cộng (2015) nghiên cứu độ bền mỏi mối hàn ma sát xoay thép AISI 2205 AISI 1020 [4] đến kết luận: tốc độ quay cao, thời gian lực ma sát thấp làm tăng độ bền mỏi mối hàn Trong đó, độ bền kéo giới hạn bền mỏi giảm tăng thời gian ma sát tăng lực ma sát làm độ bền kéo, độ bền mỏi giảm Cách thức tính tốn, chọn thông số hàn tiến hành hàn thực nghiệm ma sát xoay không đề cập đến công bố Và mối hàn ma sát xoay cặp vật liệu thép không gỉ AISI 304 thép cácbon thấp AISI 1020, việc nghiên cứu ảnh hưởng thông số hàn (tốc độ vòng quay, thời gian ma sát lực hàn) đến chất lượng mối hàn chưa khảo sát đầy đủ Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thông số hàn (tốc độ vòng quay, thời gian ma sát lực hàn) đến độ bền kéo mối hàn cặp vật liệu thép cácbon thấp AISI 1020 - thép không gỉ austenite AISI 304 sử dụng phương pháp Taguchi HÀN MA SÁT XOAY Hàn ma sát xoay trình liên kết chi tiết hàn nhờ lượng ma sát sinh bề mặt chi tiết tiếp xúc chuyển động tương tác động lực ma sát Khi đó, nhiệt độ sinh nhờ lượng ma sát bề mặt tiếp xúc làm nóng bề mặt chi tiết đến trạng thái dẻo tác dụng lực ép làm cho kim loại khuếch tán vào tạo thành mối hàn [5] Như trình hàn ma sát diễn nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy [6] Khi hàn ma sát xoay truyền động liện tục thơng số q trình hàn bao gồm [7]:  Tốc độ quay, n (vòng/ph): tốc độ chi tiết q trình ma sát, tính thời điểm mà hai bề mặt phôi tiếp xúc với  Lực ma sát, F1 (MPa): lực ép đơn vị diện tích bề mặt chi tiết trình ma sát Lực ma sát xuất từ lúc bắt đầu q trình ma sát đến lúc kích hoạt lực hình thành mối hàn Mẫu hàn Hình Mẫu hàn thực nghiệm kết kiểm tra độ bền kéo [4]  Thời gian ma sát, t1 (s): khoảng thời gian từ lúc lực ma sát phát sinh đến lúc kích hoạt lực hình thành mối hàn, hay nói cách khác: khoảng thời gian từ lúc lực ma sát phát sinh đến ngắt chuyển động trục  Lực hàn, F2 (MPa): lực ép đơn vị diện tích bề mặt chi tiết Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh trình hình thành mối hàn, lực thực sau trình ma sát [5]  Lượng giảm dài chi tiết trình hình thành mối hàn, l (mm): khoảng chiều dài bị rút ngắn chi tiết tác dụng lực hàn khoảng thời gian hình thành mối hàn [5]  Thời gian hình thành mối hàn, t4 (s): khoảng thời gian dụng tồn lực hàn P% AISI 304 S% Mn% Si% 27 Co% 0.020 0.012 1.598 0.437 0.145 AISI 1020 0.012 0.013 0.586 0.209 0.007 Các mẫu chi tiết sử dụng thí nghiệm có kích thước đường kính Ø20 mm, chiều dài 110 mm, vệ sinh trước hàn dung môi (xăng) để đảm bảo khơng dính phoi, dầu mỡ bề mặt tiếp xúc  Thời gian hãm, t3 (s): khoảng thời gian từ lúc ngắt chuyển động trục đến trục ngừng hẳn a) 12 mẫu chi tiết thép AISI 304 b) 12 mẫu chi tiết thép AISI 1020 Hình Mẫu chi tiết thí nghiệm 3.2 Thiết bị thực nghiệm  Máy hàn ma sát (dạng truyền động liên tục) phịng thí nghiệm REME Lab (trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM) (hình 4) với thơng số kỹ thuật giới thiệu bảng 1) Lượng giảm kích thước dọc trục giai đoạn ma sát; 2) Thời gian ma sát; 3) Thời gian dừng; 4) Thời gian hình thành mối hàn; 5) Lượng giảm kích thước dọc trục giai đoạn hình thành mối hàn; 6) Tổng lượng giảm kích thước dọc trục q trình hàn ma sát (lượng co)  Lực hướng trục;  Lượng giảm kích thước theo phương dọc trục;  Tốc độ quay;  Giai đoạn ma sát;  Lực ma sát;  Giai đoạn dừng;  Giai đoạn hình thành mối hàn;  Lực hàn Hình Các giai đoạn trình hàn ma sát xoay [7] THỰC NGHIỆM Hình Máy hàn ma sát xoay (REME Lab) 3.1 Vật liệu Vật liệu sử dụng mối hàn ma sát xoay vật liệu thép không gỉ austenite AISI 304, thép các-bon thấp AISI 1020 Bảng Thành phần hóa học thép AISI 304, thép AISI 1020 [8] Ti% AISI 304 - AISI 1020 0.053 Cr% Ni% C% Fe% 19.720 7.796 0.046 68.913 - - 0.341 98.712 Bảng Thông số kỹ thuật máy hàn ma sát xoay Thông số kỹ thuật Công suất động (kW) Giá trị 6,5 Tốc độ quay trục tối đa (v/ph) 1500 Lực ép dọc trục tối đa (MPa) 100 Thời gian ma sát tối đa (s) 30 Thời gian hàn tối đa (s) 30 28 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Thời gian dừng (s) 0,3 - Đường kính phơi tối đá mâm cặp cố định (mm) 30 Đường kính phơi tối đá mâm cặp xoay (mm) 30 Hành trình piston (mm) 50 + Lực hàn F2:  Máy kiểm tra vật liệu đa Universal Testing Machine WEW-1000B 3.3 Quy hoạch thực nghiệm phương pháp Taguchi Tiến hành thực nghiệm theo phương pháp Taguchi sau:  Bước 1: Xác định mục tiêu trình Mục tiêu trình độ bền kéo sản phẩm Độ bền kéo cao chất lượng tốt  Bước 2: Xác định thông số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn lựa chọn thông số cần khảo sát Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn gồm: tốc độ vòng n, lực ma sát F1, thời gian ma sát t1, lực hàn F2 lượng co l + Tốc độ vòng n: Với cặp vật liệu khác cần có giá trị tốc độ quay khác Tốc độ dài v hàn ma sát xoay thường chọn khoảng 0,6 - m/s [9] Do tích tốc độ vịng với đường kính ngồi (dn, mm) nằm khoảng: n.dn = (1,2 – 6).104 khoảng 30 - 50 MPa [10, 4] Chọn giá trị lực ma sát F1 = 40 MPa để tiến hành khảo sát (1) Với đa số kim loại đen tốc độ dài v chọn khoảng v = m/s [9], ta chọn n.dn = 2,8.104 (khoảng giá trị cho phép) Từ ta được: 2,8 104 𝑛= = 1400 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 20 + Lực ma sát F1: Lực ma sát phụ thuộc vào tính chất vật liệu thường dao động từ 10 - 80 MPa [9] Khi hàn ma sát hai vật liệu thép không gỉ thép cácbon thấp lực ma sát chọn Khi hàn ma sát hai vật liệu khác nhau, lực hàn thường chọn gấp hai lần lực ma sát (F2 = 2F1) [9] Do lực ma sát chọn F1 = 40 MPa, nên lực hàn chọn là: F2 = 2F1 = 2.40 = 80 MPa + Thời gian ma sát t1: Việc lựa chọn thời gian ma sát dựa vào biểu đồ quan hệ thời gian ma sát t1 với tốc độ vòng n [9] Với giá trị tốc độ vịng tính tốn n = 1300 – 1500 v/ph ta chọn khoảng thời gian ma sát t1 từ – s Để đảm bảo thể tích kim loại nóng chảy cao ta chọn t1 = s + Lượng co l: Lượng co ảnh hưởng đến độ khuếch tán kim loại ngấu mối hàn Nếu lượng co nhỏ làm cho kim loại không đủ khuếch tán khả ngấu Chọn lượng co lớn kim loại nóng chảy bị đẩy ngồi tâm có kim loại chưa nóng chảy hồn tồn nên khả khuếch tán không cao Theo biểu đồ quan hệ lượng co đường kính phơi [9], với phơi hàn đường kính 20 mm ta chọn lượng co mm để có mối hàn mà kim loại ngấu, khuếch tán tốt Các kết tính tốn, lựa chọn tổng hợp bảng Bảng Thông số hàn đề xuất Giá trị Đơn vị Tốc độ vòng n 1400 v/ph Lực ma sát F1 40 MPa Thời gian ma sát t1 s Lực hàn F2 80 MPa Lượng co l mm Thông số hàn Ta thấy,lực ma sát F1 tốc độ vòng n thay đổi gây ảnh hưởng lớn đến lực ma sát, ta lựa chọn tốc độ vòng đại lượng thay đổi để khảo sát Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Lực hàn F2 lựa chọn dựa vào F1, ta cố định lực hàn F1 khảo sát thay đổi lực hàn F2 đến chất lượng mối hàn Lượng co l theo phân tích đề cập sẽ giữ cố định Từ phân tích trên, ta khảo sát ảnh hưởng thơng số tốc độ vịng n, thời gian ma sát t1 lực hàn F2 đến chất lượng mối hàn Khoảng khảo sát thông số trình bày bảng Bảng Thơng số lựa chọn để khảo sát Đơn vị Chức Thông số hàn Giá trị Tốc độ vòng n 1300-1450 Lực ma sát F1 40 T/gian ma sát t1 6-8 Lực hàn F2 80-100 Lượng co l v/ph Khảo sát MPa Cố định s Khảo sát MPa Khảo sát mm Cố định Bảng Phạm vi thông số khảo sát Ký hiệu Thông số hàn Đơn vị A Thời gian ma sát t1 B C Mức giá trị Thấp Cao s Lực hàn F2 MPa 80 100 Tốc độ n v/ph 29 Bảng Bảng trực giao L4 bố trí thí nghiệm Thí nghiệm Thơng số mức Thơng số mức độ mã hóa độ thực tế A B C t1 F2 n 1 1 80 2 100 1450 2 80 2 100 1300 1300 1450 Mỗi thí nghiệm thực lần, tổng số thí nghiệm cần thực 12 Đặt tên thí nghiệm lần thứ A1, thứ A2 A3 cho lần thứ tiếp tục tương tự cho thí nghiệm cịn lại Bảng mã hố thí nghiệm trình bày bảng Bảng Mã ký hiệu thí nghiệm Thí nghiệm Lần Lần Lần A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3  Bước 4: Thực thí nghiệm Lần lượt thực thực nghiệm hàn ma sát xoay cho mẫu với liệu lấy từ bảng Hình ảnh mẫu hàn thành phẩm giới thiệu hình 1300 1450  Bước 3: Thành lập bảng trực giao điều kiện cụ thể cho thí nghiệm Số lần thí nghiệm bảng trực giao cần thoả yêu cầu lớn tổng bậc tự (DOF) +1 Với yếu tố trình bày t1, F2, n mức độ thấp cao (bảng 5), số lượng thực nghiệm nhỏ tính theo cơng thức sau [11]: E = + [Số nhân tố x (Số mức độ – 1)] (2) E = + [3 x (2 – 1)] = Do đó, bảng trực giao thí nghiệm L4 (bố trí thí nghiệm cho thơng số khảo sát) xác định thỏa mãn yêu cầu trình bày bảng [12] Hình Các mẫu hàn thực nghiệm Tiến hành đánh giá độ bền kéo chi tiết hàn máy kiểm tra vật liệu đa Universal Testing Machine WEW1000B, kết bảng 30 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Bảng Kết kiểm tra độ bền kéo chi tiết hàn Thông số Thí nghiệm A B C 1 1 2 2 2 Từ biểu đồ ta có số nhận xét: Độ bền kéo KQ1 KQ2 KQ3 439,04 412,78 439,97 557,52 549,02 569,52 492,87 491,85 476,00 507,83 516,11 524,54  Bước 5: Phân tích liệu - Tính tốn S/N từ kết thực nghiệm Với giá trị độ bền kéo “càng lớn tốt”, ta tính tỷ số tín hiệu/nhiễu (signalto-noise) S/N theo cơng thức sau [13]: 𝑆 𝑁 = −10 log 𝑛 (∑ 𝑦 ) (3) Kết tính tốn phân tích S/N (sử dụng phần mềm Minitab 16) trình bày bảng biểu đồ mức độ ảnh hưởng thơng số theo S/N hình Ngồi ra, kết đo độ bền kéo mẩu thép sử dụng thực nghiệm sau: + Ứng suất kéo trung bình thực tế mẫu: 751,79 MPa + Ứng suất kéo trung bình thực tế mẫu: 618,15 MPa Bảng Kết tính tốn S/N Thơng số TN A B C 1 1 2 2 2 Độ bền kéo (MPa) KQ1 KQ2 KQ3 439,04 412,78 439,97 557,52 549,02 569,52 492,87 491,85 476,00 507,83 516,11 524,54 S/N (dB) 52,6699 54,9404 53,7456 54,2534 Hình Biểu đồ thể mức độ ảnh hưởng thông số theo S/N + Đường biểu diễn thời gian t1 gần nằm ngang, thời gian thay đổi từ nhỏ đến lớn khoảng khảo sát chất lượng mối hàn không thay đổi Do vậy, giá trị t1 mức nhỏ tương ứng với giá trị 6s chấp nhận được, nghĩa đủ lượng thời gian mối hàn hình thành tốt + Từ đường biểu diễn quan hệ tốc độ vòng quay n chất lượng mối hàn, ta thấy khoảng khảo sát (n = 1300 - 1450 v/ph) chất lượng mối hàn tăng tỷ lệ thuận với tốc độ vòng quay + Với lực hàn F2 ta nhận thấy chất lượng mối hàn tăng tỷ lệ thuận với lượng tăng lực hàn phạm vi khảo sát (F2 = 80 - 100 MPa) Ngoài ra, độ dốc lực hàn F2 lớn so với độ dốc tốc độ vòng quay n Điều thể lực hàn F2 ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn lớn ảnh hưởng tốc độ vịng quay n - Phân tích phương sai (ANOVA) Để xác định tỷ lệ ảnh hưởng thông số đến chất lượng mối hàn, tiến hành phân tích phương sai giá trị đo độ bền kéo mẫu chi tiết hàn (bảng 9) ta có kết bảng 10 Và tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng thông số khảo sát (t1, F2, n) đến độ bền kéo mối hàn biểu diễn dạng sơ đồ hình Bảng 10 Kết phân tích phương sai S A B C e T SS 142,4852 18567,69 7326,515 1007,319 27044,01 f 1 11 V F p 142,4852 1,1316 0,000613 18567,69 147,4623 0,681917 7326,515 58,18628 0,266255 125,9148 / / / / / Hình Tỷ lệ ảnh hưởng thông số đến độ bền kéo mối hàn Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh  Bước 6: Kiểm chứng kết thực nghiệm - Dự đoán giá trị bền kéo thực nghiệm Giá trị S/N cao độ bền kéo tốt, mức tốt thơng số mức mà có giá trị S/N cao Với độ tin cậy 95%, dựa vào biểu đồ phân tích kết S/N độ bền kéo tốt đạt với giá trị S/N 54,9404 tương ứng với giá trị cụ thể thông số bảng 11 Bảng 11 Thông số cho kết độ bền kéo tốt Thông số Mã Giá trị Đơn vị Thời gian ma sát t1 A1 s Lực hàn F2 B2 100 MPa Tốc độ n C2 1450 v/ph - Ước lượng khoảng tin cậy chất lượng mối hàn chế độ hàn tốt Từ giá trị thông số xác định bảng 11, ta tính giá trị độ bền kéo theo dự đốn trung bình theo [12]: ̅̅̅̅ = 𝜇𝐴1 𝐵2 𝐶2 = ̅̅̅ 𝐴1 + ̅̅̅ 𝐵2 + ̅̅̅ 𝐶2 − 2𝑇 494,6416 + 537,4233 + 522,7967 − ∗ 498,0875 = 558,5866 (𝑀𝑃𝑎) 𝑛𝑒𝑓𝑓 = 31 𝑁 (1 + 𝑡𝑜𝑛𝑔 𝑠𝑜 𝑏𝑎𝑐 𝑡𝑢 𝑑𝑜 𝑐𝑢𝑎 𝑐𝑎𝑐 𝑦𝑒𝑢 𝑡𝑜) 12 = (1+1+1+1) = (6) + R số lần thí nghiệm thí nghiệm kiểm chứng Ở đây, ta chọn số thí nghiệm kiểm chứng Từ giá trị tham số thành phần, tính khoảng tin cậy (CI): CI = 21,13 Vậy chất lượng mối hàn xác định sau [12]: [𝜇𝐴1 𝐵2𝐶2 − 𝐶𝐼] < 𝜇𝐴1 𝐵2 𝐶2 < [𝜇𝐴1 𝐵2 𝐶2 + 𝐶𝐼] = 558,68 − 21,13 (𝑀𝑃𝑎) < 𝜇𝐴1 𝐵2 𝐶2 < 558,68 + 21,13 (𝑀𝑃𝑎) [7] Hay: 537,38 (𝑀𝑃𝑎) < 𝜇𝐴1 𝐵2 𝐶2 < 579,64 (𝑀𝑃𝑎) - Thí nghiệm kiểm chứng: Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng (3 lần) với thông số bảng 11, kết thử nghiệm độ bền kéo mẫu trình bày bảng 12 (4) Tính khoảng tin cậy (CI) để dự đốn vùng giá trị để tiến hành thí nghiệm kiểm chứng theo công thức sau [12]: 𝐶𝐼 = (𝐹𝛼;(1,𝑓𝑒) 𝑉𝑒 [𝑛 𝑒𝑓𝑓 1 + 𝑅]) Hình Các mẫu thí nghiệm kiểm chứng (5) Trong đó: Bảng 12 Kết độ bền kéo mẫu thí nghiệm kiểm chứng Thí nghiệm Độ bền kéo (MPa) + F;(1,fe) số Fisher với độ rủi ro  = 0,05; 550,32 + fe bậc tự sai số, theo bảng 11 ta fe = 8; 569,02 570,11 Giá trị trung bình 563,15 + Ve phương sai sai số, theo bảng 11 ta có Ve = 125.9148 Theo bảng D F [12] ta có F0,05;(1,8) = 5.32 Và giá trị hiệu dụng neff lần lặp tính sau: Như thí nghiệm kiểm chứng cho kết trung bình 563,15 MPa nằm giới hạn khoảng giá trị dự đoán (537,38 - 579,64) với độ tin cậy 95% Do vậy, giá trị thông số bảng 11 tin cậy có ý nghĩa 32 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh KẾT LUẬN  Một phương thức tính tốn, chọn thông số hàn ma sát xoay hai vật liệu thép cacbon thấp AISI 1020 thép không gỉ AISI 304 đề xuất  Chế độ hàn cho cặp vật liệu thép cacbon thấp AISI 1020 thép không gỉ AISI 304 với đường kính phơi 20 mm, lượng co chọn trước mm đề xuất là: t1 = 6s, F2 = 100 MPa, n = 1450 v/ph Kết kiểm nghiệm chế độ hàn cho kết độ bền kéo mối hàn nằm khoảng 537,38 MPa < A2B2C2 < 579,64 MPa với độ tin cậy 95% So với ứng suất vật liệu thép cacbon thấp đạt từ 86.89% đến 93.68% Kết đo thực tế cho thấy độ bền kéo mẫu hàn đạt khoảng 90% độ bền kéo kim loại (thép cacbon thấp)  Lực hàn F2 thông số ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo mối hàn, với chế độ hàn đề xuất lực hàn F2 = 100 MPa có tỷ lệ ảnh hưởng lên đến 72% Như yếu tố định cao đến chất lượng mối hàn so với thông số thời gian t1 n phạm vi thực nghiệm  Thời gian hàn t1 = 6s giá trị mà lượng nhiệt sinh đủ để hình thành mối hàn tốt Nếu t1 tăng thêm chất lượng mối hàn khơng tăng đáng kể Ngồi tăng thời gian suất giảm, từ ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm  Tốc độ vịng n có ảnh hưởng lớn đến chất lượng chiếm tỉ lệ khoảng 28% Đối với tốc độ quay phạm vi n = 1300 – 1450 v/ph chất lượng mối hàn đáp ứng chất lượng  Ngoài ra, giá trị độ bền kéo chi tiết hàn chưa đạt vật liệu xét đến nguyên nhân ta chưa loại bỏ phần kim loại dư mà hình thành khe hai kim loại nên dễ tạo thành ứng suất gây nên vết nứt, gãy đứt… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] Manufacturing Technology, Inc., Friction Welding, MTI, 1999 Ramadhan H Gardi, Salm Aziz Kako Efficiency of Dissimilar Friction Welded (Super Duplex Stainless Steel SAF 2507 - Mild Steel) Joints, Al-Rafidain Engineering, Vol 21, No 1, February 2013, pp 56-65 [3] Hakan Ates, N Kaya, Mechanical and Microstructural Properties of Friction Welded AISI 304 Stainless Steel to AISI 1060 Steel AISI 1060, Archives of metallurgy and materials, Volume 59, Issue 3, 2014, pp 841-846 [4] Serdar Mercan, Sinan Aydin, Niyazi Özdemir, Effect of welding parameters on the fatigue properties of dissimilar AISI 2205–AISI 1020 joined by friction welding, International Journal of Fatigue, Volume 81, December 2015, pp 78-90 [5] American Welding Society, Welding Handbook, Volume 3: Welding Processes, Part 2, 9th Edition, AWS, 2007 [6] Andrzej Sluzalec, Theory of Thermomechanical Processes in Welding, 1st Edition, Springer, 2005 [7] ISO 15620:2000 - Welding Friction welding of metallic materials, International Organization for Standardization, September 2000 [8] William D Callister Jr., David G Rethwisch, Materials Science and Engineering: An Introduction, 8th Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2009, 992 Pages [9] Лебедев В К., Черненко И А., Вилль В И., Сварка трением, Издательство: Л.: Машиностроение, 1987 г., 240 страниц [10] A Chennakesava Reddy, Fatigue Life Evaluation of Joint Designs for Friction Welding of Mild Steel and Austenite Stainless Steel, International Journal of Science and Research (IJSR), Volume Issue 2, February 2015, pp 1714-1719 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 33 [11] Mohammed Shihab Patel, Arif Upletawala, Mohammed Shihab Patel, Arif Upletawala, Parametric Optimization of Energy Loss of a Spillway using Taguchi Method, International Journal of Engineering Technology Science and Research (IJETSR), Volume 4, Issue 2, February 2017, pp 48-53 [12] Phillip J Ross, Taguchi Techniques for Quality Engineering, 2nd Edition, Tata McGraw Hill Education, 2005, 352 pages [13] N S Kumar, Sameera Simha T P., Experimental Investigation on Seismic Resistance of Recycled Concrete in Filled Steel Columns - Taguchi’s Approach, Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering (15 WCEE), Lisbon (PT), 2012 Tác giả chịu trách nhiệm viết: PGS TS Đặng Thiện Ngôn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Email: ngondt@hcmute.edu.vn ... chọn thơng số hàn ma sát xoay hai vật liệu thép cacbon thấp AISI 1020 thép không gỉ AISI 304 đề xuất  Chế độ hàn cho cặp vật liệu thép cacbon thấp AISI 1020 thép không gỉ AISI 304 với đường kính... thông số hàn (tốc độ vòng quay, thời gian ma sát lực hàn) đến độ bền kéo mối hàn cặp vật liệu thép cácbon thấp AISI 1020 - thép không gỉ austenite AISI 304 sử dụng phương pháp Taguchi HÀN MA SÁT XOAY. .. hình thành mối hàn;  Lực hàn Hình Các giai đoạn trình hàn ma sát xoay [7] THỰC NGHIỆM Hình Máy hàn ma sát xoay (REME Lab) 3.1 Vật liệu Vật liệu sử dụng mối hàn ma sát xoay vật liệu thép không gỉ