NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HÀN TT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ LÊ VĂN THỒI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG HÀN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 62.52.01.03 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2017 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghệ hàn công nghệ ứng dụng rộng rãi sản xuất cơng nghiệp, cho phép chế tạo nhiều dạng kết cấu khác như: khung thép, loại dầm, dàn, trụ, bể chứa, công nghiệp đóng tầu chế tạo kết cấu chịu tải lớn, áp lực cao kết cấu nồi hơi, bình ngưng vv chủng loại vật liệu khác thép bon thép hợp kim Do phát triển không ngừng ngành cơng nghiệp khí chế tạo máy nên nhu cầu chế tạo kết cấu thép sản phẩm hàn nước ta vô lớn để đáp ứng yêu cầu xây dựng sở hạ tầng công nghiệp đại Công nghệ hàn tự động lớp thuốc với hạt kim loại bổ sung công nghệ hàn tiên tiến, suất cao, chất lượng tốt chưa áp dụng rộng rãi sản xuất Ngun nhân thiếu cơng trình nghiên cứu chất tối ưu hố chế độ cơng nghệ, thiếu điều kiện sở vật liệu, thiết bị, chưa thiết lập xây dựng quy trình cơng nghệ tiêu chuẩn để áp dụng vào sản xuất Vì vậy, việc triển khai nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hàn” cần thiết nước ta Mục tiêu nghiên cứu luận án - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ hàn tỷ lệ hạt kim loại bổ sung vào kim loại đắp đến chất lượng mối hàn thép cacbon - Xây dựng hàm toán học biểu diễn quan hệ tiêu tính với thơng số cơng nghệ hàn gồm: cường độ dòng hàn Ih (A), tốc độ hàn Vh (m/h), tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp N (%) hồi quy thực nghiệm Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án + Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu chất lượng mối hàn thép cacbon giáp mối phía vát mép chữ V hàn công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung + Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu công nghệ hàn tự động lớp thuốc với thép bon thấp (SS400), dạng có chiều dày 18 mm với liên kết hàn giáp mối vát mép chữ V, hàn phía với thuốc hàn HJ431và hạt kim loại bổ sung hãng HOGANAS Đánh giá mẫu hàn tổ chức thô đại, tổ chức tế vi tiêu tính mối hàn, từ kết tiến hành phân tích, đánh giá ảnh hưởng thơng số dịng hàn Ih, tốc độ hàn Vh, tỷ lệ hạt kim loại N tới chất lượng liên kết hàn Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với thực nghiệm + Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích tổng hợp sở lý thuyết cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung có tham khảo nghiên cứu liên quan + Nghiên cứu thực nghiệm: - Xây dựng mơ hình thực nghiệm sở phân tích yếu tố đầu vào mục tiêu đầu q trình hàn Tính tốn xác định mức thơng số tổ hợp phương án thực thí nghiệm theo phương pháp Taguchi - Đo tiêu tính, hình thái liên kết hàn, sử dụng phân tích phương sai ANOVA hồi quy nhiều biến để đánh giá kết nghiên cứu theo mục tiêu đặt - Thực nghiệm kiểm chứng để xác nhận hiệu quả, độ tin cậy phương pháp, số liệu thực nghiệm mơ hình hồi quy, từ làm sở ứng dụng kết nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 5.1 Ý nghĩa khoa học: - Biểu diễn quan hệ thơng số cơng nghệ q trình hàn gồm Ih,Vh, N với tiêu tính mối hàn dạng hàm toán học, làm sở để xây dựng quy trình hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung   - Chỉ ảnh hưởng thông số công nghệ hàn chính, tỷ lệ hạt kim loại bổ sung đến chất lượng hàn như: hình dạng kích thước mối hàn, cấu trúc tế vi liên kết hàn, tính mối hàn suất trình hàn - Cung cấp hướng tiếp cận đơn giản để xác định miền tối ưu đồng thời nhiều tiêu chí chất lượng liên kết hàn - Phân tích phương sai để xác định kết hợp thông số Ih, Vh, N nhằm đạt tiêu tính cao miền khảo sát định lượng tỷ lệ ảnh hưởng thông số tới tiêu tính mối hàn - Sử dụng cơng cụ hồi quy bình phương tối thiểu để thiết lập quan hệ toán học Ih, Vh, N với tiêu tính mối hàn, từ phân tích xu ảnh hưởng chúng, làm sở để lập thơng số q trình hàn 5.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Đề xuất thông số công nghệ hợp lý công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung để hàn kết cấu từ thép bon nhằm đạt chất lượng mối hàn tốt - Kết nghiên cứu luận án làm sở ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung để chế tạo sản phẩm hàn Các điểm luận án - Ứng dụng công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung vào chế tạo sản phẩm khí - So sánh cấu trúc tế vi liên kết hàn hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung hàn tự động lớp thuốc hàn thông thường làm sở cho việc đánh giá chất lượng mối hàn - Xây dựng hàm hồi quy thể mối quan hệ ảnh hưởng đồng thời thông số Ih, Vh, N đến hàm mục tiêu tiêu tính mối hàn - Sử dụng số đánh giá tổng thể OEC để tìm mức phù hợp thơng số cơng nghệ đáp ứng đồng thời nhiều mục tiêu tính mối hàn Kết cấu luận án Ngoài phần mở đầu mục theo quy định, nội dung nghiên cứu luận án trình bày 04 chương kết luận chung luận án - Chương Tổng quan công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung - Chương Cơ sở lý thuyết hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung - Chương Xây dựng mơ hình thực nghiệm - Chương Kết thực nghiệm thảo luận - Kết luận chung luận án - Tài liệu tham khảo - Danh mục cơng trình cơng bố luận án - Phụ lục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 1.1 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn (SAW) công nghệ SAW với kim loại bổ sung giới Công nghệ hàn tự động lớp thuốc (SAW) nghệ hàn tiên tiến cho suất cao, chất lượng liên kết hàn tốt sử dụng nhiều chế tạo kết cấu thép có khối lượng lớn thuộc lĩnh vực lắp máy, xây dựng, đóng tầu, nhiệt điện, dầu khí Các nghiên cứu cơng nghệ SAW đa dạng toàn diện bao gồm nghiên cứu sở lý thuyết, đặc điểm công nghệ, thông số q trình, thiết bị, vật liệu, suất…vv Cơng nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung phát triển dựa công nghệ SAW nhằm tăng suất hàn, đảm bảo yêu cầu chất lượng kết cấu mà không cần sử dụng nhiều dây hàn Ngồi yếu tố cơng nghệ SAW tỷ lệ loại hạt kim loại bổ sung có ảnh hưởng lớn đến tính, cấu trúc tế vi suất hàn Để đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ tỷ lệ hạt kim loại bổ sung tới tiêu kể có nhiều nghiên cứu tác giả giới   như: nghiên cứu Phillip D T; J.Tusek; Bailey N; Sachchida Nand; Chandel R S đồng nghiệp Các tác giả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ, loại hạt phương pháp cấp hạt kim loại bổ sung đến tính, cấu trúc tế vi, vùng ảnh hưởng nhiệt, suất hàn Từ việc phân tích, đánh giá kết nghiên cứu ta thấy rằng: - Việc bổ sung bột kim loại làm tăng suất đắp, tăng suất hàn tới 60%, giảm số lớp hàn hàn nhiều lớp tới 50%, nâng cao hiệu sử dụng lượng hồ quang hàn, mối hàn có cấu trúc hạt mịn, tính mối hàn cải thiện, độ rộng vùng HAZ giảm từ giảm biến dạng liên kết hàn Với hiệu hợp kim hóa tốt bột kim loại bổ sung, việc sử dụng bột kim loại bổ sung tạo mối hàn lớp phủ với nguyên tố hóa học theo yêu cầu - Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào khảo sát, so sánh đánh giá ảnh hưởng bột kim loại bổ sung đầu vào nhiệt đến suất, chất lượng liên kết hàn lớp thuốc có bột kim loại bổ sung với hàn lớp thuốc thông thường [30,31,52,57] mà chưa xác định phù hợp thông số công nghệ để đạt chất lượng mối hàn tốt chưa xây dựng mối quan hệ thông số đầu vào đến tiêu chất lượng yêu cầu, mặt khác thông số công nghệ cơng trình nghiên cứu cịn thiếu chi tiết, chưa đầy đủ nên việc ứng dụng công nghệ vào thực tế nước ta gặp nhiều khó khăn 1.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng cơng nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung chế tạo khí Việt Nam Ở nước ta trước năm 80, công nghiệp phát triển chậm thấp nhiều so với nước giới, sản phẩm chế tạo hàn chủ yếu sử dụng công nghệ hàn thông dụng hàn hồ quang tay, hàn khí suất thấp, chất lượng cịn hạn chế Đến cuối năm 80 số công nghệ hàn tiên tiến suất cao (SAW, GMAW ) bắt đầu áp dụng vào chế tạo sản phẩm hàn ngày phát triển sử dụng phổ biến Các nghiên cứu nước ta chủ yếu tập trung vào phát triển công nghệ sản xuất vật liệu hàn để áp dụng có hiệu cơng nghệ hàn tiên tiến sản xuất giảm chi phí nhập Cụ thể để tài cấp bộ, cấp nhà nước có mã số: KH-CN: 242.07RD/HĐ-KHCN (2007), KC.02.04/11-15, KHCN 05- 05 Tổng công ty Máy động lực Máy nông nghiệp, Viện Nghiên cứu Cơ khí thuộc Bộ Cơng Thương thực Kết đề tài tạo vật liệu hàn với tạo xỉ Aluminat - rutil (A-R), thiết kế dây chuyền sản xuất thuốc hàn thiêu kết để hàn tự động lớp thuốc với tạo xỉ từ chất (CaO+MgO), Al2O3, CaF2, TiO2, xác định thông số công nghệ hợp lý để hàn mối hàn có liên kết giáp mối vát mép chữ V thép hợp kim thấp dày 10mm 20mm công nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung đánh giá hiệu sử dụng hạt kim loại bổ sung làm tăng suất hàn lên tới 100% công suất nguồn tăng 15-20% hàn dây Mangan với thuốc hàn gốm Các nghiên cứu để tránh khuyết tật ngậm xỉ, khơng ngấu chân hàn có hạt kim loại bổ sung dòng hàn cần tăng 100 – 200A so với cơng nghệ SAW thơng thường Ngồi cịn số luận án tiến sĩ nước TS Ngô Hữu Mạnh, nghiên cứu ảnh hưởng loại hạt kim loại bổ sung đến việc nâng cao khả chịu mòn cho lớp đắp hàn Plasma với hạt kim loại bổ sung Các kết nghiên cứu đề tài có ý nghĩa quan trọng lý thuyết thực tiễn lĩnh vực nghiên cứu sản xuất vật liệu hàn Tuy nhiên, nghiên cứu cịn chưa đầy đủ, ngồi việc thiết lập thông số công nghệ hàn dựa kết kiểm tra độ bền kéo mối hàn mẫu thực nghiệm ta cần kiểm tra đánh giá thêm đặc trưng chất lượng khác mối hàn cấu trúc vi mô, độ dai va đập, độ bền uốn mối hàn Mặt khác nghiên cứu chưa đề cập đến mối quan hệ ảnh hưởng thông số công nghệ hàn, hạt kim loại đến đặc trưng chất lượng mối hàn để tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ hàn Theo tìm hiểu số doanh nghiệp địa bàn tỉnh Hưng Yên tác giả thấy: Việc áp dụng công nghệ SAW với bột kim loại bổ sung vào sản xuất chế tạo kết cấu thép chưa phổ biến Một phần nguyên nhân vấn đề chưa có nghiên cứu mang tính tổng hợp có khó khăn việc đầu tư trang thiết bị công nghệ Như vậy, để triển khai ứng dụng công nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung vào sản xuất, chế tạo sản phẩm hàn nước ta, cần có đầu tư nghiên cứu đầy đủ, chi tiết ảnh hưởng yếu tố   đến trình hàn, thiết lấp mối quan hệ ảnh hưởng thông số công nghệ với hạt kim loại bổ sung đến chất lượng liên kết hàn, từ làm sở cho việc phát triển quy trình cơng nghệ phù hợp với kết cấu chế tạo công nghệ hàn này, đồng thời cần có đầu tư trang thiết bị, vật liệu thích hợp cho cơng nghệ SAW với bột kim loại bổ sung Kết luận chương Qua việc phân tích, đánh giá kết nghiên cứu ngồi nước cơng nghệ hàn SAW SAW với hạt kim loại bổ sung, số kết luận sau rút ra: - Công nghệ SAW nghiên cứu toàn diện vật liệu, kỹ thuật thông số công nghệ ảnh hưởng tới suất, chất lượng liên kết hàn Song cơng trình nghiên cứu SAW với hạt kim loại bổ sung chưa nhiều chủ yếu tập trung nghiên cứu so sánh ảnh hưởng loại tỷ lệ hạt kim loại bổ sung, đầu vào nhiệt tới suất chất lượng liên kết hàn mà chưa xây dựng mối quan hệ ảnh hưởng thông số công nghệ với tỷ lệ hạt kim loại bổ sung đến chất lượng liên kết hàn nên việc triển khai, áp dụng vào thực tế sản xuất cịn nhiều khó khăn - Cơng nghệ hàn tự động SAW với hạt kim loại bổ sung có nhiều ưu điểm trội so với công nghệ hàn tự động SAW thông thường như: cho suất cao nhiều đặc tính liên kết hàn cải thiện Việc phân tích, tổng hợp sở lý thuyết nghiên cứu ảnh hưởng, xây dựng mối quan hệ toán học thông số công nghệ đến chất lượng liên kết hàn thực hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung cần thiết - Đã xác định mục tiêu phạm vi nghiên cứu luận án, trọng tâm nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến chất lượng liên kết hàn hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 2.1 Khái quát công nghệ hàn lớp thuốc (SAW) 2.1.1 Nguyên lý, đặc điểm, phạm vi ứng dụng + Nguyên lý: Hàn hồ quang lớp thuốc q trình hàn hồ quang hình thành dây hàn vật hàn lớp thuốc, nhiệt hồ quang sinh làm nóng chẩy dây hàn, kim loại thuốc hàn Quá trình hàn dây hàn đẩy vào vùng hồ quang cấu đặc biệt với tốc độ phù hợp với tốc độ chảy Theo độ chuyển dời nguồn nhiệt hồ quang, kim loại bể hàn nguội kết tinh tạo thành mối hàn, phía mối hàn hình thành lớp xỉ có tác dụng tham gia vào trình luyện kim hàn, bảo vệ giữ nhiệt cho mối hàn [12,14] Nguyên lý hàn tự đông lớp thuốc mơ tả hình 2.1 Hình 2.1 Nguyên lý hàn tự động lớp thuốc + Đặc điểm [12]: - Năng lượng hồ quang tập trung, nhiệt độ cao cho phép hàn với tốc độ lớn suất hàn cao Chất lượng mối hàn cao, kim loại mối hàn tương đối đồng thành phần hóa học Bề mặt mối hàn trơn đều, bị khuyết tật khơng ngấu, rỗ khí bắn tóe Giảm tiêu hao kim loại điện cực điện + Phạm vi ứng dụng:   - Hàn hồ quang lớp thuốc thường ứng dụng để hàn vị trí hàn với góc nghiêng vật hàn < 70, chiều dày chi tiết hàn từ -100mm 2.1.2 Thiết bị vật liệu hàn 2.1.2.1.Thiết bị hàn Gồm : Nguồn điện hàn, đầu hàn tự động, xe hàn, phận rải thu hồi thuốc hàn 2.1.2.2.Vật liệu hàn [13,39,44] Gồm: dây hàn thuốc hàn, xác định phù hợp với kim loại 2.1.3 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ a) Góc nghiêng dây hàn [12,14] Khi nghiêng dây hàn phía hướng hàn để hồ quang thổi trực tiếp vào vũng hàn, chiều sâu ngấu chiều cao mối hàn tăng lên bề rộng mối hàn giảm Khi nghiêng dây hàn ngược với hướng hàn làm cho hồ quang hướng kim loại nhiều hơn, kết chiều rộng mối hàn tăng, chiều sâu ngấu mối hàn giảm b) Góc nghiêng vật hàn: Để đảm bảo việc tạo dáng mối hàn tốt góc nghiêng vật hàn khơng 80 so với mặt phẳng nằm ngang [12,14] c) Loại dòng điện hàn [12,14]: hàn dòng xoay chiều chiều, dòng chiều dễ gây hồ quang, khả điều chỉnh thơng số hình học tốc độ hàn tốt, dòng xoay chiều cần điện áp không tải lớn để tùy hồ quang dòng điện đổi cực d) Cỡ hạt thuốc hàn: cỡ hạt thuốc hàn nhỏ cho mối hàn hẹp hơn, chiều sâu ngấu lớn so với mối hàn thực thuốc hàn có cỡ hạt thơ 2.1.4 Ảnh hưởng thông số công nghệ 2.1.4.1.Ảnh hưởng cường độ dòng điện hàn 12,33 Giữ nguyên thơng số hàn khác, dịng hàn tăng làm tăng nhiệt đầu vào, tăng lượng vật liệu phụ thuốc sử dụng, độ ngấu chiều cao mối hàn tăng cịn chiều rộng mối hàn tăng khơng đáng kể 2.1.4.2 Ảnh hưởng điện áp hồ quang 12,33 Điện áp hàn tỷ lệ với độ dài hồ quang ảnh hưởng đến độ rộng mối hàn, giữ nguyên thông số hàn khác điện áp tăng lên, chiều rộng mối hàn tăng tăng tiêu hao thuốc hàn độ ngấu mối hàn giảm 2.1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ hàn 12,33 Tốc độ hàn tỉ lệ nghịch với nhiệt đầu vào, thường sử dụng để kiểm soát chiều rộng độ ngấu mối hàn 2.1.4.4 Ảnh hưởng đường kính điện cực 12,33 Các điện cực dẫn dòng điện cung cấp vật liệu phụ cần thiết để lấp đầy rãnh chi tiết để liên kết lại với mối hàn Tăng đường kính điện cực làm tăng diện tích vết hồ quang giảm mật độ dịng điện cột hồ quang làm tăng chiều rộng mối hàn, giảm chiều sâu ngấu chiều cao mối hàn 2.1.5 Xác định thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc (SAW) Các thông số chế độ công nghệ SAW xác định công thức thực nghiệm với liên kết hàn cụ thể [12] 2.1.5.1 Thông số công nghệ hàn liên kết giáp mối [12,17] - Gồm: Cường độ dòng điện hàn Ih (A), đường kính dây hàn d (mm), tốc độ hàn Vh (m/h), điện áp hàn Uh (V), lượng đường (qđ) Các thông số công nghệ xác định cơng thức thực nghiệm Hình 2.2 a liên kết hàn giáp mối hàn hai phía khơng khe hở hàn Trong h1, b1, c1; h2, b2, c2: chiều sâu ngấu, chiều rộng chiều cao mối hàn hàn phía thứ phía thứ hai Hình 2.2 Các loạiliên kết hàn a) Liên kết hàn giáp mối; b) Liên kế hàn góc a) b)   2.1.5.2 Thơng số cơng nghệ mối hàn góc 12,17 Tương tự mối hàn giáp mối, xác định thông số công nghệ cho mối hàn góc cần biết trước cạnh mối hàn Hình 2.2b Liên kết hàn góc trong, hàn lớp 2.1.6 Quá trình luyên kim hàn lớp thuốc Quá trình luyện kim hàn lớp thuốc xác định phản ứng hóa học tương tác pha khí, xỉ với kim loại nóng chẩy điện cực dịch chuyển vào bể hàn kim loại lỏng bể hàn   2.1 6.1.Tác dụng hydro với kim loại mối hàn Nguồn sinh hydro chủ yếu từ độ ẩm môi trường, ẩm thuốc hàn, hòa tan hydro chủ yếu vào giọt kim loại lỏng, mức độ hòa tan hydro phụ thuộc nhiệt độ áp suất riêng phần hydro pha khí Hyddro gây cho mối hàn khuyết tật rỗ khí, nứt tế vi, thơ đại cần phải khử triệt để trình hàn 2.1.6.2 Tác dụng oxy với kim loại mối hàn Kim loại tương tác trực tiếp với oxy hàn lớp thuốc Nguồn oxy chủ yếu phản ứng tương tác kim loại bể hàn với thuốc - xỉ Các q trình oxy hóa kim loại bể hàn bao gồm: oxy hoá bể hàn oxid bề mặt, ẩm thuốc, thuốc có chứa FeO, oxid hoạt tính 2.1.6.3 Tác động kim loại mối hàn với xỉ hàn Xỉ hợp chất ơxít kim loại muối, tạp chất có hại Trong hàn lớp thuốc tạp chất xỉ chủ yếu là: SiO2, MnO, FeO, Al2O3 SiO2,FeO, TiO2FeO [13,17], tạp chất cịn xót kim loại làm giảm độ dẻo độ dai va đập mối hàn 2.2 Hàn tự động lớp thuốc với hạt kim loại bổ sung 2.2.1 Nguyên lý đặc điểm +Nguyên lý: Hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung, thuốc hàn nóng chẩy bảo vệ kim loại bể hàn, hợp kim hóa mối hàn điện cực nóng chẩy cung cấp kim loại đắp cho rãnh hàn hàn tự động lớp thuốc thơng thường, kim loại đắp cịn cung cấp kim loại bổ sung nóng chẩy nên hiệu suất đắp tương đối cao làm tăng đáng kể suất hàn hiệu hợp kim hóa từ kim loại bổ sung [43] Hình 2.3, giới thiệu nguyên lý hàn tự động lớp thuốc với kim loại bổ sung Hình 2.3 sơ đồ hàn hồ quang thuốc có kim loại bổ sung 1-Tấm đỡ phơi; 2- KL bản; 3- KL bổ sung; 4- phễu cấp kim loại bổ sung; 5- thuốc hàn; 6- phễu cấp thuốc hàn; 7- dây hàn; 8- hồ quang; 9- xỉ lỏng; 10- bể hàn; 11- mối hàn + Đặc điểm: - Năng suất hàn cao so với hàn tự động lớp thuốc thông thường 30-60% - Sử dụng hiệu lượng hồ quang, giảm chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt có kích thước hạt mịn HAZ, liên kết hàn biến dạng nhỏ [30,52,60] - Giảm số lượng đường hàn hàn chi tiết có chiều dày lớn [30,52] - Hiệu hợp kim hóa mối hàn từ bột kim loại tốt 2.2.2 Sự khác biệt so với hàn tự động lớp thuốc hàn thông thường + Công nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung mối hàn hình thành từ tổ hợp ba thành phần vật liệu hàn, kim loại bổ sung kim loại bản, cịn SAW thơng thường hồm hai thành phần vật liệu hàn kim loại   + SAW với hạt kim loại bổ sung suất đắp cao, hiệu hợp kim hóa mối hàn tốt phần kim loại đắp rãnh hàn từ kim loại bổ sung di chuyển qua vùng hồ quang vào rãnh hàn nên hạn chể oxy hóa tác dụng hyđro +Trong công nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung cường độ dòng hàn phải cao để cung cấp đủ nhiệt nóng chẩy kim loại bổ sung đảm bảo chiều sâu ngấu mối hàn [22] 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nóng chẩy hàn 2.2.3.1 Bố trí dây hàn cấp kim loại bổ sung a) b) c) Hình 2.4 Cấp kim loại bổ sung a) cấp trước dây, thuốc hàn; b) qua ống gắn với điện cực; c) song song với dây hàn 2.2.3.2 Ảnh hưởng chế độ công nghệ hàn Chế dộ cơng nghệ hàn gồm: cường độ địng điện hàn Ih(A), điện áp hàn Uh(V), đường kính dây hàn d(mm), tốc độ hàn Vh(m/h), lượng hàn qđ (J/cm, KJ/cm) kim loại bổ sung N (%) Trong hàn tự động SAW với kim loại bổ sung lượng hồ quang thường lớn để làm nóng chẩy kim loại bổ sung, nên cường độ dòng điện hàn thường cao so với SAW thông thường từ (100- 200A) [22] Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến hình dạng kích thước mối hàn tương tự công nghệ SAW thông thường song mức độ khác Như SAW có hạt kim loại bổ sung hiệu suất đắp cao tốc độ hàn thường nhanh nên mối hàn thưởng hẹp vùng HAZ nhỏ so với SAW thông thường 2.3 Xác định thơng số cơng nghệ SAW có kim loại bổ sung để thực nghiệm Từ phân tích đánh giá ảnh hưởng thông số công nghệ, kết hợp với việc tham khảo nghiên cứu tương tự [22, 52, 60], ta chọn thông số công nghệ công nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung (Ih; Vh; N) để tiến hành thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng đến chất lượng hàn Kết luận chương Qua việc nghiên cứu sở lý thuyết hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung, số kết luận sau rút ra: - Công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn có hạt kim loại bổ sung phát triển sở công nghệ SAW, công nghệ hàn suất cao đáp ứng tốt yêu cầu chất lượng liên kết hàn Các thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc với hạt kim loại bổ sung ảnh hưởng đến trình hàn, chất lượng liên kết hàn, trình luyện kim chuyển giọt kim loại từ điện cực vào bể hàn, trình hàn cần xác định thơng số cơng nghệ phù hợp để đảm bảo chất lượng liên kết hàn yêu cầu - Thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung xác định công thức thực nghiệm cơng nghệ SAW, sau điều chỉnh (Ih, Vh) phù hợp với khối lượng kim loại bổ sung để đảm bảo đủ nhiệt cung cấp cho trình hàn, tránh khuyết tật tồn liên kết hàn - Từ phân tích ảnh hưởng thơng số cơng nghệ tìm hiểu nghiên cứu tương tự xác định thông số (Ih, Vh, N) để thực thí nghiệm hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung - Hyđro oxy gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng hàn, làm giảm độ dẻo, dai kim loại mối hàn, gây khuyết tật (rỗ khí, lẫn xỉ, nứt ) cho mối hàn Nguồn sinh Hyđro oxy chủ yếu từ độ ẩm thuốc   hàn, rỉ mép hàn, trình hàn cần chọn thuốc hàn phù hợp xử lý đầy đủ trước hàn, làm mép hàn yêu cầu nhằm hạn chế cao tác hại hai khí đến trình hàn CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 3.1 Mơ hình thí nghiệm: Được mơ tả hình 3.1 Hình 3.1 Mơ hình thí nghiệm 3.2 Thiết bị, vật liệu thực nghiệm 3.2.1 Thiết bị thực nghiệm [12,39] + Thiết bị hàn tự động SAW: sử dụng thiết bị hàn tự dộng lớp thuốc “LINCOLN IDEALARC DC600”, dịng hàn cho phép đến 1000A, đường kính dây hàn tới 4mm, hình 3.2a +Thiết bị cấp kim loại bổ sung: thiết bị cấp kim loại bổ sung ЧГН-009 Nga, hình 3.2b giới thiệu nguyên lý thiết bị cấp kim loại bổ sung a) b) c) Hình 3.2 Thiết bị hàn cấp kim loại bổ sung: a) Thiết bị hàn LINCOLN IDEALARC DC600;b) Cấp kim loại bổ sung; c) Thiết bị hàn tự động SAW với kim loại bổ sung để thực nghiệm 3.2.2.Vật liệu 3.2.2.1 Vật liệu làm mẫu Chọn thép kết cấu bon thấp làm mẫu thực nghiệm, mác thép SS400 JIS G3101- 2004, dạng thép có độ dày δ = 18-20 mm Mác thép theo tiêu chuẩn JIS G3101- 2004 khơng quy định thành phần hóa học mà quy định chất lượng Thành phần hóa học tính kiểm tra Trung tâm kỹ thuật đo lường chất lượng thuộc Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng bảng 31; 3-2 Bảng 3-1 Thành phần hóa học thép (%) C Si Mn Ni Cr V Cu W S P 0,1946 0,868 0,8107 0,0254 0,0276 0,0025 0,0374 0,0035 0,0043 0,028 Bảng 3-2 Cơ tính thép Mác thép σt (N/mm2) σb (N/mm2) δs (%) SS400 327 473 30 3.2.2 Vật liệu hàn, kim loại bổ sung a}Vật liệu hàn: Sử dụng dây hàn AWS A5.17.EL12, đường kính dây d = 3,2mm thuốc hàn HJ431GB/T5293-1999 Công ty cổ phần Kim Tín sản xuất, địa chỉ: 40 Ngơ Gia Tự - Đức Giang - Long Biên - Hà Nội, (Email: info@kimtingroup.com) b) Kim loại bổ sung: chọn hạt kim loại bổ sung mác W40.29 hãng HOGANAS- Thụy Điển để thực nghiệm hàn mẫu Hạt kim loại bổ sung sấy nhiệt độ 200– 2500C thời gian 2- trước hàn   3.3 Điều kiện thí nghiệm Thực hàn mẫu xưởng thực hành hàn trường Cao đẳng nghề Việt Xơ -Xn Hịa – Vĩnh phúc, điều kiện nhiệt độ môi trường, hàn vị trí a) liên kết hàn: Chọn liên kết hàn giáp mối vát mép chữ V theo tiêu chuẩn liên kết hàn tự động (ISO 9692) [52,65] Kích thước chi tiết liên kết hàn 18 x140 x 300 mm, để giữ kim loại bổ sung, thuốc hàn không chảy qua khe hở hàn sử dụng lót đáy kim loại có thành phần giống kim loại Hình 3.3 Liên kết hàn mẫu thực nghiệm Các thông số liên kết hàn kích thước mối hàn [13]: α = 340, b = 4,5 mm, c = 1,0 mm, e = 24mm, g = 2,0 mm, Fđ= 205mm2, khối lượng kim loại đắp (dây kim loại bổ sung) Mđ = 0,483 kg Hình 3.3 Kết cấu liên kết hàn mẫu thí nghiệm b) Xác định mức thơng số cơng nghệ thí nghiệm Từ cơng thức thực nghiệm, thí nghiệm thăm dị tìm hiểu nghiên cứu tương tự công bố [11, 22, 30, 52], xác định giá trị mức thông số công nghệ để thực nghiệm, cụ thể là:Ih ba mức (620, 670, 720)A; Vh ba mức (17, 20, 23,5)m/h; Tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp mức (30, 40, 45)% Điện áp hàn mẫu khoảng (37– 39V) theo mức tăng dòng điện hàn 3.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm Sư dụng phương pháp Taguchi phân tích kết phân tích phương sai (ANOVA) 3.4.1 Tổng quan phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi [4,54] Theo phương pháp Taguchi, kết hợp yếu tố ảnh hưởng tới hàm mục tiêu thực thông qua mảng trực giao (OAs) Các kết thử nghiệm phân tích phương pháp thống kê thơng qua việc tính tỷ lệ tín hiệu/ nhiễu (S/N), tỉ lệ S/N tỉ lệ giá trị trung bình tín hiệu (S) với độ lệch chuẩn (N) Với mục tiêu nghiên cứu yếu tố (Ih, Vh, N), yếu tố mức mảng trực giao L9 + Các bước tiến hành thiết kế thực nghiệm theo phương pháp Taguchi Bước 1: Xác định hàm mục tiêu, giá trị mong muốn, yếu tố mức chúng Bước 2: Lựa chọn mảng trực giao, chạy điều kiện thử nghiệm đo kết Bước 3: Phân tích liệu, dự báo mức độ chất lượng tối ưu Bước 4: Thực nghiệm xác minh lập kế hoạch hành động 3.4.2 Phân tích phương sai ANOVA [4,54] Phân tích ANOVA kỹ thuật thống kê cho phép ta định lượng ảnh hưởng tương đối yếu tố tầm quan trọng chúng tới hàm mục tiêu, sử dụng để phân tích mức độ ảnh hưởng yếu tố đến hàm mục tiêu 3.4.3 Tối ưu nhiều mục tiêu tiêu đánh giá tổng thể (OEC) Thông thường có nhóm tiếp cận hay sử dụng để tối ưu đồng thời nhiều mục tiêu Nhóm tiếp cận liên quan đến phương pháp đáp ứng bề mặt Nhóm tiếp cận sử dụng hàm giá trị mục tiêu mong muốn Nhóm sử dụng phương pháp số Nhóm tiếp cận sử dụng lý thuyết thiết kế tối ưu bền vững Taguchi Kết thực nghiệm thường phân tích cho tiêu chí thời điểm, cách tiếp cận thơ không đảm bảo thiết kế tốt thu cho tiêu chí phù hợp cho tiêu chí khác Kết hợp thiết kế thực nghiệm Taguchi, Roy đưa tiêu chí tổng thể (OEC) để đại diện phù hợp cho nhiều tiêu chí lần thử, việc dự đoán kết tối ưu cho tiêu chí đơn lẻ ứng với mức tìm thơng qua số đánh giá tổng thể OEC thực tương tự tính cho tiêu chí riêng lẻ 3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn 3.5.1 Các bước tiến hành hàn mẫu [43,59]   - Các mẫu hàn với tốc độ hàn 20 m/h (M09; M04) cho hình dạng kích thước mối hàn tương đối tốt, riêng (M08) có chiều rộng mối hàn hẹp Ih nhỏ + Khi Vh nhau, Ih khác nhau, N tăng chiều sâu ngấu lót đáy liên kết giảm kể hàn với Ih lớn (bảng 4-1) Điều chứng tỏ lượng hồ quang tiêu hao nhiều vào nóng chẩy hạt kim loại bổ sung + Khi Ih nhau, Vh, N khác liên kết hàn với Vh chậm, N nhỏ cho mối hàn có độ ngấu lót đáy lớn (M07  4,0mm, M08  3,0mm, M05  1,2mm) kể mối hàn có Ih nhỏ N nhỏ mẫu (M07), mối hàn có Vh nhỏ N lớn chiều sâu ngấu lót đáy giảm (M02) - Khi hàn với Ih nhau, N khác liên kết hàn với Vh chậm có độ rộng HAZ lớn tiết diện ngang mối hàn mức Ih tương đương, mức Ih lớn (M02, M04, M11), tiết diện ngang mối hàn lớn so với mức Ih nhỏ (M05, M07, M08) Với mức Ih khác nhau, Vh Ih tăng làm tăng độ rộng HAZ (M02, M04, M11) so với Ih nhỏ (M05, M07, M08) - So với độ rộng HAZ liên kết hàn khơng có kim loại bổ sung phần lớn liên kết hàn với kim loại bổ sung độ rộng HAZ nhỏ hơn, trừ ba liên kết hàn với Vh chậm có chiều rộng HAZ tương đương, kết phù hợp với nghiên cứu [52,57] Bảng 4-2 Kết đo độ rộng HAZ mẫu thực nghiệm Bảng 4-2 Độ rộng HAZ liên kết hàn mẫu Tên mẫu M05 M07 M08 M03 M09 M12 M02 M04 M11 M.II Độ rộng 2,9 3,7 3.2 4,1 3,7 3,3 4,1 3,8 3,4 4,1 HAZ.(mm) 4.2 Tổ chưc tế vi liên kết hàn mẫu Tổ chức tế vi liên kết xác định phương pháp ASTM E407- 07 thiết bị Axiovert 40 MAT (Calzeii), Ảnh chụp tổ chức tế vi liên kết hàn bảng 4-3 Bảng 4-3 Ảnh chụp tổ chức tế vi mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt liên kết hàn mẫu M Ảnh chụp tổ chức tế vi Thành phần tổ chức tế vi: mối hàn, số HAZ Mối hàn Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) -Ih= 620A; Vh= 17m/h;N= 30%; - Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối),và tạp chất 07 - HAZ: ferit hình kim (màu sáng), bainit/ peclit (màu tối) - Ih= 620A;Vh= 20m/h;N= 40%; - Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), 08 peclit (màu tối) tạp chất HAZ- ferit hình kim (màu sáng), bainit ( màu tối) Ih= 620A;Vh=23,5m/h;N=45%; -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) tạp chất 05 -HAZ: ferit hình kim (màu sáng), bainit (màu tối) -Ih= 670A; Vh= 17m/h; N=40%; -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối), cacbit tạp chất 03 -HAZ: ferit hình kim (màu sáng), bainit, peclit (màu tối) 13   Tiếp bảng 4-3 -Ih= 670A;Vh= 20m/h;N= 45%; -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) tạp chất 09 -HAZ: ferit hình kim (màusáng), bainit, peclit (màu tối) 12 -Ih= 670A;Vh=23,5m/h;N=30%; -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) tạp chất -HAZ: ferit hình kim (màu sáng), bainit, peclit, (màu tối) -Ih=720A;Vh= 17m/h; N= 45%; -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) tạp chất 02 - HAZ: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) - Ih=720A;Vh= 23,5m/h; N= 40%; -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) tạp chất 11 -HAZ: ferit hình kim (màusáng),bainit/ peclit (màu tối), lượng nhỏ cacbit biên hạt -Ih=570A; Vh= 17m/h; Uh= 37; II -Mối hàn: ferit hình kim (màu sáng), peclit (màu tối) tạp chất - ferit hình kim ( sáng), peclit ( tối), tạp chất Từ hình ảnh chụp tổ chức tế vi mối hàn vùng ảnh hưởng nhiệt cho thấy: + Khi hàn với Ih, Vh, N khác tổ chức tế vi mối hàn giống nhau, gồm ferit (F) hình kim mầu sáng peclit (P) màu tối, vùng ảnh hưởng nhiệt liên kết giống nhau, gồm F hình kim, bainit (B)/ peclit (P) Song tỷ lệ pha F P mối hàn kích thước kim F phân bố pha khác Các mẫu hàn với tỷ lệ N lớn, Vh nhanh thường kim loại mói hàn chứa nhiều pha F Tổ chức tế vi HAZ giống tổ chức kim loại vật hàn gồm hai pha F, P song phân bố pha không kim loại vật hàn - Khi hàn với Ih nhau,Vh nhanh tổ chức tế vi HAZ có kim F nhỏ phân bố so với Vh chậm, mẫu (05,12,11) có tổ chức tế vi HAZ với F nhỏ phân bố so với mẫu khác Ih, bảng 4-3 Khi Vh mẫu hàn với Ih lớn tổ chức tế vi HAZ có kim F lớn phân bố khơng đều, mẫu ( 07) tổ chức HAZ có Ferit nhỏ, phân bố mẫu (03, 02), mẫu (08) tổ chức HAZ có kim F nhỏ, phân bố mẫu (09,04) Do Vh nhanh tác dụng nhiệt hồ quang lên kim loại vật hàn nhỏ làm giảm kích thước HAZ hạn chế thay đổi tổ chức HAZ - Kết đo cấp hạt (bảng 4-4) cho thấy mẫu hàn với kim loại bổ sung có cấu trúc mẫu hàn khơng có kim loại bổ sung Bảng 4-4 Kết đo cấp hạt tổ chức tế vi mối hàn Vị Mẫu số trí 11 12 II 8,46 8,64 8,67 8,78 9,04 8,73 8,2 8,61 9,12 9,26 8,61 8,89 8.61 8,97 8,73 8,67 8,2 8,61 8,97 9,26 8,37 8,64 8,61 8,97 8,81 8,99 8,14 8,78 8,75 9,42 8,49 8,67 8.58 8,94 8,91 8,99 8,17 8,7 9,09 9,37 8,55 8,73 8,67 8.94 8,75 8,97 8,3 8,61 9,12 9,37 14   4.3 Kết phân tích thành phần hóa học mối hàn Kết kiểm tra thành phần hóa học kim loại mối hàn cho bảng 4-5 Bảng 4-5 Thành phần hóa học mối hàn mẫu sau kiểm tra Tên mẫu M07 %C 0,0659 %Si 0,1658 %Mn 0,4845 %P 0,0164 %S 0,0136 %Cr 0,0282 %M0 0,0069 M08 0,0660 0,1890 0,5072 0,0163 0,0124 0,0276 0,0081 M05 0,0548 0,1464 0,4511 0,0172 0,0141 0,0187 0,0057 M03 0,0639 0,1933 0,4957 0,0186 0,0139 0,0235 0,0033 M09 0,0566 0,1928 0,4744 0,0157 0,0129 0,0236 0,0097 M12 0,0812 0,1973 0,5194 0,0158 0,0166 0,0399 0,0096 M02 0,0642 0,2118 0,5190 0,0168 0,0133 0,0355 0,0030 M04 0,0718 0,1840 0,4838 0,0206 0,0140 0,0428 0,0052 M11 0,0763 0,2080 0,5183 0,0173 0,0123 0,0379 0,0094 M(II) 0,0627 0,2745 0,5932 0,0156 0,0146 0,0356 0,0085 Ghi Với thông số chế độ hàn Ih, Vh, N khác thành phần hóa học mối hàn mẫu thực nghiệm có kim loại bổ sung khác Song khác thành phần nguyên tố mối hàn khơng lớn So với mẫu hàn khơng có kim loại bổ sung, hàm lượng bon kim loại mối hàn mẫu có kim loại bổ sung phần lớn cao hơn, trừ hai mẫu 05, 09 thấp hơn, hai mẫu có tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp cao (45%) lại hàn với Vh lớn nên lượng kim loại tham gia vào kim loại đắp so với mẫu hàn khác 4.4 Kết kiểm tra tính kim loại mối hàn Gồm: độ bền kéo, độ dai va đập độ cứng, tiêu tính kim loại mối hàn kiểm tra trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu (COMFA) thuộc Viện khoa học vật liệu Độ bền kéo, độ dẻo kiểm tra theo TCVN 8311:2010, độ dai va đập đánh giá theo phương pháp ASTM 123-02, độ cứng đo theo phương pháp TCVN 258-1: 2007 Kết kiểm tra tính kim loại mối hàn cho bảng 4- Bảng 4-6 Tóm tắt kết kiểm tra độ bền kéo, độ dai va đập độ cứng kim loại mối hàn Kết kiểm tra Lực Ứng Ứng Lực Độ giãn Độ thắt Độ dai Độ cứng Tên chẩy suất (HV) suất bền dài tương va đập mẫu Fc chẩy bền Fm tương đối (Z) (J/cm2) Rc Rm đối (A) kN MPa kN MPa % % M05 22,5 289 31,5 30,0 61,7 404 70.6 125 M07 22,2 288 31,5 25.0 59.5 409 65.1 131 M08 23,2 306 32,8 26.3 60.3 431 43,2 127 M03 24,7 286 35,8 32,5 60,5 413 45,1 126 M09 26,9 347 34,2 21.3 57,2 440 79.2 123 M12 25,6 328 34,2 30,0 60,0 439 74.7 130 M02 20,5 271 30,8 32,5 62,5 408 48.3 125 M04 21,5 275 32,8 27.5 56,5 419 57.1 129 M11 22,3 295 32,0 28,8 59,7 424 63.1 120 M(II) 24,3 312 33,5 27.5 58,7 430 49.5 136 + Kết kiểm tra độ bền kéo, độ dẻo mẫu hàn có kim loại bổ sung ta có số nhận xét đánh giá sau: - Với thông số chế độ hàn Ih, Vh, tỷ lệ kim loại bổ sung N khác độ bền, độ dẻo kim loại 15   mối hàn đạt khác Các mẫu có tỷ lệ kim loại bổ sung cao 45%, hàn với Ih thấp 620A, Vh cao nhất, mẫu 05 hàn với Ih cao 720A, Vh hàn chậm mẫu 02, mẫu hàn với Ih thấp nhất, Vh chậm nhất, tỷ lệ kim loại bổ sung thấp 30% độ bền kéo kim loại mối hàn thấp tương đối nhiều so với mẫu khác, song mẫu có độ dẻo cao so với mẫu có độ bền lớn - So với mẫu hàn không bổ sung kim loại phần lớn mẫu hàn có kim loại bổ sung độ bền kéo thấp ba mẫu (08, 09, 12) có độ bền kéo cao + Kết kiểm tra độ dai va đập kim loại mối hàn mẫu có nhận xét sau: - Các mẫu hàn với (Ih, Vh, N) khác độ dai va đập mối hàn đạt khác nhau, Thơng thường kim loại mối hàn có tổ chức pha hạt nhỏ, phân bố tương đối đồng độ dai va đập thường cao mối hàn mẫu (07, 08, 09, 12, 11) Phần lớn mẫu có độ bền kéo thấp độ dai va đập thấp mẫu (05, 03, 02) - So với mẫu khơng có kim loại bổ sung phần lớn mẫu có kim loại bổ sung vào kim loại đắp có độ dai va đập lớn tương đối nhiều (6 mẫu) mẫu thấp mẫu tương đương Như vậy, việc bổ sung kim loại vào kim loại đắp mối hàn hợp lý với Ih, Vh phù hợp mang lại hiệu tương đối tốt độ dai va đập mối hàn + Kiểm tra độ cứng mối hàn mẫu có nhận xét sau: - Khi hàn với Ih, Vh, tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp mối hàn khác mẫu hàn có độ cứng khác nhau, song mức độ chênh lệch độ cứng mối hàn không qua lớn Các mối hàn đạt độ dai va đập cao mẫu (09, 07,11) có độ cứng thấp so với mối hàn có độ dai va đập thấp mẫu (05, 03, 04) Riêng mối hàn mẫu (08,12) đạt chi tiêu tính độ cứng, độ dai va đập độ bền cao, điều thể hợp lý thông số công nghệ q trình thực nghiệm - So với mẫu hàn khơng có kim loại bổ sung, mối hàn mẫu có kim loại bổ sung độ cứng thấp hơn, mối hàn khơng bổ sung kim loại có hàm lượng nguyên tố hợp kim (Si, Mn) cao Hai mẫu (08, 12) độ cứng thấp khơng nhiều, điều chứng tỏ kim loại bổ sung hồn tồn đáp ứng yêu cầu độ cứng mối hàn với việc xác định hợp lý thông số Ih, Vh, N trình hàn 4.5 Về suất hàn Đánh giá tổng khối lượng kim loại đắp vào mối hàn đơn vị thời gian, bảng 4-7 Bảng 4-7 Đánh giá suất q trình hàn Thơng số hàn Năng suất kim loại đắp(kg/h) Thời Tên gian Từ kim N Lớp Từ dây Vh Tổng mẫu hàn, Ih(A) loại bổ (m/h) (%) hàn hàn cộng min/m sung M07 620 17 30 9,65 4,14 13,80 7,0 M08 620 20 40 9,67 6,44 16,11 6,0 M05 620 23,5 45 10,46 8,56 19,02 5,1 M03 670 17 40 8,28 5,52 13,80 7,0 M09 670 20 45 8,85 7,25 16,10 6,0 M12 670 23,5 30 13,31 5,71 19,02 5,1 M02 720 17 45 7,59 6,21 13,80 7,0 M04 720 20 30 11,27 4,83 16,10 6,0 M11 720 23,5 40 11,42 7,61 19,02 5,1 M(II) 540 17 9,28 9,28 10,4 Từ bảng đánh giá suất trình hàn cho thấy hàn có kim loại bổ sung suất kim loại đắp tăng cao hẳn hàn khơng có kim loại bổ sung làm tăng suất trình hàn, kết phù hợp với đánh giá tài liệu [22,52,60] 4.6 Xác định ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ hàn đến tính mối hàn 4.6.1 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Th, Vh, N) tới độ bền kéo mối hàn 4.6.1.1.Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Th, Vh, N tới độ bền kéo mối hàn 16   Từ kết đo độ bền kéo, thực bước phương pháp Taguchi phân tích ANOVA Kết tính tốn cho bảng 4- Bảng 4- Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ bền kéo mối hàn Thí nghiệm Kết σb 409 431 404 413 440 439 408 419 424 Trung bình kết thực nghiệm m 420,78 Tổng kết thực nghiệm (T) 3787 Hệ số điều chỉnh yếu tố (CF) 1594949 Bậc tự thực nghiệm (fT) 52,35 mIh1 mIh2 52,68 mIh3 52,40 mVh1 52,26 52,67 Phân mức cho thông số (mji) mVh2 mVh3 52,51 mN1 52,51 mN2 52,52 mN3 52,40 SIh 448,222 Tổng bình phương yếu tố SVh 610,889 (Sj) SN 53,555 Tổng bình phương thí nghiệm 1112,67 fIh Bậc tự yếu tố (fj) fVh fN VIh 224,111 Bình phương trung bình yếu VVh 305,444 tố (Vj) VN 26,778 PIh 40,28 Tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng PVh 54,91 yếu tố (Pj) PN 4,81 Căn vào bảng phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ bền kéo mối hàn ta có biểu đồ phân mức yếu tố tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố hình 4.3 4.4 đây: Hình 4.3 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ bền kéo mối hàn a) Phân mức Ih; b) phân mức Vh; c) phân mức N Hình 4.4 Biểu đồ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih, Vh N tới độ bền kéo mối hàn 17   Từ biểu đồ phân mức yếu tố cho thấy: Với yêu cầu đặc trưng chất lượng lớn tốt mức phù hợp yếu tố để có độ bền kéo lớn Ih2,Vh2, N2 Giá trị độ bền kéo dự đoán kết hợp yếu tố mức là: Yopt = T+ (Ih2 – T)+ (Vh2 - T) + (N2 - T) = 441,78.MPA Từ biểu đồ phân bố ảnh hưởng thông số Ih, Vh, N tới độ bền kéo mối hàn ta nhận thấy rằng: Vh có ảnh hưởng nhiều 54,91%; Ih ảnh hưởng mức thấp 40,28% N ảnh hưởng nhở 4,81% Từ phân bố cho thấy cần mối hàn với độ bền kéo lớn ta nên ưu tiên điều chỉnh vận tốc hàn cường độ dịng điện hàn 4.6.1.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ bền kéo mối hàn Tiến hành thực hàn mẫu kiểm chứng với thơng số tối ưu tìm được: Ih= 670 (A), Vh= 20 (m/h), N = 40 (%), Uh= 38 (V), kết kiểm tra độ bền kéo mẫu bảng 4-9 Bảng 4-9 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng độ bền kéo mối hàn Tên Kích thước Kết kiểm tra Ghi mẫu D0 L0 Fc Rc F m Rm A Z MKC,B 9,94 40 27,0 347 34,2 441 22.5 56,8 Không khuyết tật Như vậy, mẫu kiểm chứng với thông số công nghệ xác định có độ bền tương đương với kết tính tốn Điều chứng tỏ mức thông số Ih,Vh, N xác định phù hợp cho kết độ bền kéo lớn phạm vi nghiên cứu 4.6.1.3 Xây dựng quan hệ toán học thông số công nghệ tới độ bền kéo mối hàn phương pháp bình phương nhỏ Độ bền kéo mối hàn phụ thuộc vào thơng số cơng nghệ Ih,Vh, N Với mục đích tìm mối quan hệ tốn học thơng số công nghệ kể tới hàm mục tiêu độ bền kéo mối hàn, từ phân tích xu ảnh hưởng, đánh giá tác động thông số công nghệ tới hàm mục tiêu Xây dựng hai mơ hình hồi quy tuyến tính phi tuyến phương pháp bình phương tối thiểu, kết là: - Phương trình hồi quy dạng tuyến tính: b = 379,921+ 0,023.Ih+ 1,785.Vh - 0,281.N (4-1) (4- 2) - Hồi quy dạng lũy thừa: b = 261,1037.Ih0,045 Vh0,09 N-0,0237 Để so sánh kết nội suy theo hai dạng hàm ta vẽ đồ thị so sánh đây: Hình 4.5 So sánh kết nội suy theo hai dạng hàm lũy thừa tuyến tính Khi nội suy dạng hàm lũy thừa đồ thị tương đồng với dạng hàm tuyến tính kết nội suy dạng hàm gần ta xây dựng mơ hình quan hệ đầu vào Ih,Vh, N đầu độ bền kéo (b) mối hàn theo hai dạng hàm cho kết chấp nhận Trên sở hàm hồi quy lập được, tiến hành vẽ đồ thị phụ thuộc độ bền kéo vào thông số cơng nghệ Ih,Vh, N sau: Hình 4.6.Sự phụ thuộc độ bền kéo vào thông số hàn mức tối ưu dạng tuyến tính 3D 18   Hình 4.7 Sự phụ thuộc độ bền kéo vào Ih,Vh ,N mức tối ưu dạng phi tuyến 3D Độ bền kéo mối hàn tỷ lệ thuận với Ih, Vh tỷ lệ nghịch với N (hình 4.5 c, b, a) Có nghĩa ta tăng N độ bền kéo mối hàn giảm, ngược lại, tăng Vh Ih độ bền kéo mối hàn tăng Khi giữ nguyên Ih độ bền kéo tăng ta tăng Vh giảm N, hình 4.6a Khi giữ Vh mức tối ưu độ bền kéo mối hàn tăng tăng Ih giảm N, hình 4.6b Cịn giữ ngun N độ bền kéo mối hàn tăng tăng đồng thời Vh Ih, hình 4.6c Từ đồ thị hình 4.6 4.7 ta thấy rằng: độ bền kéo mối hàn nội suy dạng hàm lũy thừa có xu ảnh hưởng tương tự nội suy dạng hàm tuyến tính 4.6.2 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ Ih, Vh, N tới độ cứng mối hàn 4.6.2.1.Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ cứng mối hàn Từ kết thử nghiệm độ cứng kim loại mối hàn, tính tốn tương tự thực với tiêu chí độ bền kéo ta kết cho tiêu chí độ cứng mối hàn bảng 4-10 Bảng 4-10 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ cứng mối hàn Thí nghiệm Kết HV 125 131 127 126 123 130 125 129 120 Trung bình kết thực nghiệm m (HV) 126,22 Tổng kết thực nghiệm (T) 1136 Hệ số điều chỉnh yếu tố (CF) 143388,44 Bậc tự thực nghiệm (fT) mIh1 42,12 mIh2 42,03 mIh3 41,91 Phân mức cho thông số (mji) mVh1 41,96 mVh2 42,12 mVh3 41,98 mN1 42,14 mN2 41,98 mN3 41,94 SIh 13,556 Tổng bình phương yếu tố (Sj) SVh 9,555 SN 14,889 Tổng bình phương thí nghiệm (ST) 38,00 fIh Bậc tự yếu tố (fj) fVh fN 6,777 VIh Bình phương trung bình yếu tố VVh 4,777 (Vj) VN 7,444 35,67 PIh (%) Phần trăm ảnh hưởng yếu tố PVh (%) 25,15 (Pj) PN (%) 39,18 Từ kết tính bảng 4- 10, ta xác định biểu đồ phân mức biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng thông số Ih,Vh, N tới độ cứng mối hàn hình 4.8 4.9 đây: 19   Hình 4.8 Biểu đồ phân mức yếu tố (Ih, Vh, N) cho độ cứng mối hàn Hình 4.9 Biểu đồ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih, Vh N tới độ cứng mối hàn Căn vào biểu đồ phân mức yếu tố hình 4.8, cho thấy: Với yêu cầu đặc tính chất lượng lớn tốt hơn, mức phù hợp yếu tố để có độ cứng lớn Ih1,Vh2 N1 Giá trị độ cứng dự đoán kết hợp yếu tố mức tối ưu tìm là: Yopt = T+ (Ih1 – T)+ (Vh2 - T) + (N1 - T) = 130,89 (HV) Căn biểu đồ phân bố ảnh hưởng hình 4.9 yếu tố tới độ cứng mối hàn cho thấy: N Ih có ảnh hưởng mạnh (39,18% 35,67%), Vh có ảnh hưởng thấp (25,15%) Điều có nghĩa cần điều chỉnh độ cứng mối hàn ta nên ưu tiên điều chỉnh tỷ lệ kim loại bổ sung cường độ dịng hàn 4.6.2.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ cứng mối hàn Tiến hành thực hàn mẫu kiểm chứng với thông số: Ih=620 (A), Vh=20 (m/h), N =30 (%), Uh=37 (V) kiểm tra độ cứng mẫu kết bảng 4-11 Bảng 4- 11 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng độ cứng mối hàn Độ cứng trung bình Kết độ cứng HV10 Tên mẫu HV10 Điểm Điểm Điểm Điểm Điểm MKC HV 128 130 129 130 129 129 Như vậy, kết thí nghiệm mẫu kiểm chứng với thông số công nghệ xác định có độ cứng tương đương với kết tính tốn Điều chứng tỏ mức thơng số Ih,Vh, N xác định phù hợp cho độ cứng lớn phạm vi nghiên cứu 4.6.2.3 Quan hệ tốn học thơng số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn Tiến hành tương tự thực với tiêu độ bền kéo ta xây dựng hàm hồi quy dạng hàm tuyến tính hàm lũy thừa, kết sau: - Hàm hồi quy dạng tuyến tính: HV = 153,483 - 0,033.Ih + 0,334.Vh - 0,205.N (4-3) (4-4) - Hàm hồi quy dạng lũy thừa: HV= 436,165.Ih-0,160 Vh0,0066 N-0,0597 Căn vào biểu thức hồi quy (4-4) (4-5), thiết lập biểu đồ so sánh thể quan hệ thông số đầu vào Ih, Vh, N tới độ cứng mối hàn hai dạng hàm nội suy hình đây: Hình 4.10.So sánh quan hệ tuyến tính phi tuyến độ cứng mối hàn phụ thuộc thông số N,Vh,Ih - 2D Từ hình 4.10, cho thấy: Khi cố định Ih Vh độ cứng mối hàn tỷ lệ nghịch với N, hình 4.10a, Khi cố định Ih N độ cứng mối hàn tỷ lệ thuận với Vh, hình 4.10b độ cứng mối hàn tỷ lệ nghịch với Ih, hình 4.10c Đồ thị nội suy dạng hàm tuyến tính phi tuyến hình 4.10, có dạng 20   tương đồng xấp xỉ (sai số cỡ 0,08 %), cho thấy kết thực nghiệm hội tụ ta sử dụng hai dạng hàm cho kết tương đương Để làm rõ phụ thuộc đồng thời độ cứng mối hàn vào thông số Ih,Vh, N so sánh kết hai dạng hàm nội suy, vẽ đồ thị 3D biểu diễn quan hệ Hình 4.11 Sự phụ thuộc độ cứng vào thông số Ih,Vh, N mức tối ưu dạng hàm tuyến tính 3D Hình 4.12 Sự phụ thuộc độ cứng vào thông số Ih,Vh, N mức tối ưu dạng hàm phi tuyến 3D Từ hình 4.11 4.12 nhận thấy: cố đinh Ih mức tối ưu 620A, độ cứng mối hàn tăng ta tăng vận tốc hàn giảm tỷ lệ kim loại bổ sung Khi cố định Vh mức tối ưu 20m/h, độ cứng mối hàn tăng ta giảm đồng thời Ih N Còn cố đinh N mức tối ưu 30%, độ cứng mối hàn tăng ta tăng Vh đồng thời giảm Ih Đồ thị nội suy 3D dạng hàm lũy thừa tuyến tính tương đồng thể xu hướng ảnh hưởng thông số công nghệ 4.6.3 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn 4.6.3.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn Từ kết kiểm tra độ dai va đập, tiến hành tương tự thực với tiêu độ bền kéo mối hàn Với độ dai va đập ta sử dụng đặc trưng chất lượng lớn tốt tính toán kết bảng 4-12 Bảng 4-12 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ dai va đập mối hàn Thí nghiệm Kết aK (J/cm ) 70,6 65,1 43,2 45,1 79,2 74,7 48,3 57,1 63,1 Trung bình kết thực nghiệm m (J/cm ) 60,71 Tổng kết thực nghiệm (T) 546,4 Hệ số điều chỉnh yếu tố (CF) 33172,55 Bậc tự thực nghiệm (fT) 35,32 mIh1 mIh2 36,17 mIh3 34,94 Phân mức cho thông số (mji) mVh1 34,58 mVh2 36,46 mVh3 35,39 mN1 36,53 mN2 35,12 mN3 34,79 SIh 160,269 Tổng bình phương yếu tố (Sj) SVh 233,679 21   SN 206,495 Tổng bình phương thí nghiệm (ST) 600,53 fIh Bậc tự yếu tố (fj) fVh fN 80,13 VIh Bình phương trung bình yếu tố VVh 116,884 (Vj) VN 103,25 PIh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố 26,69 (Pj) PVh 38,93 PN 34,38 Căn vào vào bảng phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới độ dai va đập mối hàn vẽ biểu đồ phân mức yếu tố tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố hình 4.13 4.14: Hình 4.13 Biểu đồ phân mức yếu tố cho độ dai va đập mối hàn a) Phân mức Ih; b) Phân mức Vh; c) Phân mức N Hình 4.14 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih, Vh N tới độ dai   va đập mối hàn Căn vào biểu đồ phân mức yếu tố cho thấy: với yêu cầu đặc tính chất lượng lớn tốt mức phù hợp yếu tố để có độ dai va đập lớn Ih2, Vh2 N1 Giá trị độ dai va đập dự đoán kết hợp yếu tố mức tính theo cơng thức (3-8) Kết sau: Yopt = T+ (Ih2 – T)+ (Vh2 - T) + (N1 - T) = 79,24 (J/cm2) Căn biểu đồ phân bố ảnh hưởng yếu tố tới độ dai va đập mối hàn cho thấy: Vh có mức độ ảnh hưởng cao 38,93%; N có mức độ ảnh hưởng nhỏ 34,38% Ih có mức độ ảnh hưởng thấp 26,69% Điều có nghĩa cần điều chỉnh độ dai va đập mối hàn ta nên ưu tiên điều chỉnh theo thứ tự sau: tốc độ hàn, tỷ lệ kim loại bổ sung cường độ dịng hàn 4.6.3.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ dai va đập mối hàn Tiến hành hàn mẫu kiểm chứng với thông số: Ih=670 (A), Vh=20 (m/h), N =30 (%), Uh=38 (V) kiểm tra độ dai va đập mẫu kết bảng 4-13 Bảng 4-13 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn Ghi Rộng x sâu Diện tích Nhiệt độ thử Năng lượng Độ dai va đập Tên mẫu 2 nghiệm ( C) hấp thụ (J) (J/cm ) (cmxcm) (cm ) MKC.A 1,002 x0,80 0,802 63,3 78,9 Đứt Như vậy, kết mẫu kiểm chứng với thông số công nghệ xác định có độ dai va đập gần với kết tính tốn Điều chứng tỏ mức thơng số Ih,Vh, N xác định phù hợp cho kết độ cứng lớn phạm vi nghiên cứu 4.6.3.3 Xây dựng quan hệ toán học thông số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn - Dạng hàm hồi quy tuyến tính: Ak = 96,4 + 0,0347.Ih + 0,7627.Vh + 0,7281.N (4 - 5) (4 - 6) - Dạng hàm hồi quy lũy thừa: AK = 930,2678.Ih-0,2741 Vh0,2820 N-0,4992 22   Để có nhìn trực quan ảnh hưởng thơng số công nghệ (Ih,Vh, N) tới độ dai va đập mối hàn xác nhận hội tụ kết quả, vẽ đồ thị so sánh kết hồi quy dạng hàm tuyến tính phi tuyến dạng 2D, 3D Hình 4.15 Sự phụ thuộc dai va đập mối hàn vào thông số hàn mức tối ưu dạng tuyến tính, phi tuyến 2D Hình 4.16 Sự phụ thuộc độ dai va đập mối hàn vào thông số hàn mức tối ưu dạng tuyến tính 3D Hình 4.17 Sự phụ thuộc độ dai va đập mối hàn vào thông số hàn mức tối ưu dạng phi tuyến 3D Căn vào biểu đồ phụ thuộc độ dai va đập vào thông số công nghệ hàn biểu thức nội suy (4- 5) (4- 6) ta thấy: - Độ dai va đập tỷ lệ thuận với Vh (hình 4.15b) tỷ lệ nghịch với thông số Ih N (hình 4.15 a,c) Kết nội suy hai dạng hàm gần có đồng xu ảnh hưởng thông số công nghệ (Ih, Vh, N) tới độ dai va đập mối hàn, điều cho thấy kết nội suy tin cậy kết thí nghiệm hội tụ - Khi đồng thời tăng Vh giảm N độ dai va đập mối hàn tăng hình 4.16a 4.17a Khi đồng thời giảm Ih N độ dai va đập mối hàn tăng, hình 4.16b 4.17b.Tuơng tự độ dai va đập mối hàn tăng tăng Vh giảm Ih, hình 4.16c 417c 4.7 Xác định mức thông số công nghệ đáp ứng đồng thời tiêu tính Trong phần ta thấy thông số công nghệ Ih,Vh, N ảnh hưởng tới tiêu tính mối hàn, quy luật ảnh hưởng thơng số đến tiêu tính khác nhau, thiết kế tốt cho chí tiêu lại khơng phù hợp cho tiêu chí khác Để khắc phục điều đảm bảo thơng số cơng nghệ tìm thỏa mãn đồng thời nhiều tiêu chí cách tương đối, ta sử dụng số đánh giá tổng thể (OEC) để giải toán tối ưu đa mục tiêu Kết tính tốn bảng 4-14 Bảng 4-14 Các thông số đầu vào kết OEC cho thí nghiệm Chỉ số Mức tham số công Giá trị đo tiêu đánh giá nghệ điều kiện thử MSD S/N đơn lẻ (Gij) tổng thể nghiệm OEC Ih(A) Vh N(%) HV AK σb 620 17 30 125 70,6 409 0,4202 5,6621 -7,5298 620 20 40 131 65,1 431 0,7825 1,6332 -2,1303 23   Tiếp bảng 4-14 620 23.5 670 17 670 20 670 23.5 720 17 720 20 720 23.5 127 126 123 130 125 129 120 43,2 45,1 79,2 74,7 48,3 57,1 63,1 404 413 440 439 408 419 424 Trọng số tiêu chí (Wj) 0,3 0,3 0,4 45 40 45 30 45 30 40 0,1909 0,2794 0,7818 0,9241 0,2233 0,5279 0,3880 27,4376 12,8036 1,6360 1,1710 20,0535 3,5876 6,6407 -14,3834 -11,0733 -2,1378 -0,6854 -13,0219 -5,5480 -8,2221 Kết tính phân mức tỷ lệ ảnh hưởng thông số Ih, Vh, N tới OEC Kết cụ thể tổng hợp bảng 4- 15 Bảng 4-15 Phân mức tỷ lệ ảnh hưởng yếu tố tới OEC Thí nghiệm Kết OEC 42,02 78,25 19,09 27,94 78,18 92,41 22,33 52,79 38,80 (10-2) Trung bình kết thử nghiệm (OEC) 0,502 Tổng kết thực nghiệm (T) 4,52 Hệ số điều chỉnh yếu tố (CF) 2,2684 Bậc tự thực nghiệm (fT) -8,01 mIh1 mIh2 -4,63 mIh3 -8,93 mVh1 -10,54 Phân mức cho thông số (mji) mVh2 -3,27 mVh3 -7,76 mN1 -4,59 mN2 -7,14 mN3 -9,85 PIh(%) 29,13 Phần trăm ảnh hưởng yếu tố PVh (%) 52,83 (Pj) PN (%) 18,04 Từ kết tính bảng 4-15 ta xác định biểu đồ phân mức biểu đồ phần trăm ảnh hưởng thông số Ih,Vh, N tới số đánh giá tổng thể OEC đây: Hình 4.18 Biểu đồ phân mức yếu tố Ih, Vh, N cho số đánh giá tổng thể OEC Hình 4.19 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih,Vh N tới số đánh giá tổng thể OEC   Căn biểu đồ phân mức yêu tố cho thấy: Để số OEC đạt cao mức tối ưu thông số công nghệ hàn là: Ih2, Vh2, N1 Với kết hợp số đánh giá tổng thể OEC đạt: 24                     OECopt   OEC   Ih2   OEC    Vh2   OEC     N1   OEC    0,977               Như vậy,chỉ số OEC với mức tối ưu tìm bên (0,977) lớn nhiều so với giá trị trung bình (0,502) Điều chứng tỏ kết tối ưu đa mục tiêu thông qua số OEC đạt cao [54] Dựa vào biểu đồ thể phần trăm ảnh hưởng yếu tố tới OEC nhận thấy: vậntốc hàn có ảnh hưởng nhiều tới OEC hay nói cách khác ảnh hưởng nhiều tới tiêu tính mối hàn (52,83%) Tiếp đến cường độ dòng điện hàn (29,13%) tỷ lệ kim loại bổ sung (18,04%) Sau có kết mức tối ưu thông số công nghệ tới số đánh giá tổng thể OEC việc dự đốn kết tối ưu cho tiêu chí đơn lẻ ứng với mức tìm tính theo cơng thức (3-21) kết tổng hợp bảng 4-16 Bảng 4-16 Kết dự đoán tiêu chí riêng lẻ ứng với mức tối ưu tính theo OEC Kết tối ưu dự Kết tối ưu dự Phần trăm Chỉ tiêu đơn lẻ đoán theo tiêu đốn tính theo sai lệch chí đơn lẻ OEC Độ bền kéo mối hàn 0,077% 441,78 (Mpa) 441,44 (Mpa) Độ cứng mối hàn 130,89 (HV) 129,56 (HV) 1,016% 2 Độ dai va đập mối 79,24(J/cm ) 79,24(J/cm ) 0% Như với mức thông số tìm theo tiêu chí tổng thể kết đáp ứng cho tiêu chí dự đốn nhỏ so với đánh giá theo tiêu chí riêng lẻ Tuy nhiên, kết sai lệch lớn lớn khoảng 1% Như sử dụng số OEC để đánh giá đồng thời nhiều tiêu chí cho tính mối hàn Tiến hành hàn mẫu kiểm chứng với thông số công nghệ tìm theo tiêu chí tổng thể, cụ thể là: Ih= 670A; Vh= 20m/h; N= 30% Kết kiểm tra mẫu cho bảng 4- 17 Bảng 4-17 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng Tên mẫu Độ bền kéo: b (MPa) Độ cứng: HV10 Độ dai va đập AK(J/cm2) MKC.Đ 439 129,2 78,9 Từ kết kiểm tra mẫu kiểm chứng tiêu tính độ bền, độ cứng, độ dai va đập tương đương với kết tính tốn xác định theo số OEC Điều chứng tỏ mức thơng số Ih,Vh, N xác định đáp ứng đồng thời tiêu tính phù hợp vùng giá trị nghiên cứu Kết luận chương Từ việc phân tích đánh giá kết kiểm tra mẫu thực nghiệm hàn số kết luận sau rút ra: + Các thông số công nghệ Ih, Vh, N ảnh hưởng đến hình dạng kích thước, cấu trúc tế vi thành phần hóa học mối hàn Với mức thơng số công nghệ thực nghiệm mối hàn đạt độ ngấu khác song đảm bảo yêu cầu hình dạng kích thước theo tiêu chuẩn đánh giá chọn Độ rộng HAZ liên kết hàn phụ thuộc chủ yếu vào Vh, Ih, hàn với Vh nhỏ, Ih tăng độ rộng HAZ tăng, cơng nghệ SAW có kim loại bổ sung Vh thường lớn công nghệ SAW thông thường nên độ rộng HAZ thường nhỏ Về cấu trúc tế vi mối hàn giống gồm hai pha ferit, peclit song tỷ lệ độ lớn kích thước pha khác nhau, phụ thuộc khối lượng kim loại bổ sung lượng nhiệt hồ quang trình hàn Mối hàn SAW có kim loại bổ sung có cấu trúc mịn so với mối hàn SAW thông thường + Bằng phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi phân tích phương sai ANOVA xác định được: - Mức phù hợp thông số công nghệ cho hàm mục tiêu độ bền kéo, độ cứng độ dai va đập mối hàn lớn là: Ih2, Vh2, N2; Ih1, Vh2, N1; Ih2, Vh2, N1, đồng thời tỷ lệ ảnh hưởng thông số tới tiêu tính mối hàn tính tốn cụ thể 25   - Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu xây dựng mơ hình tốn học thể quan hệ tiêu tính với thơng số cơng nghệ hàm hồi quy tuyến tính phi tuyến, từ đánh giá xu hướng ảnh hưởng thông số công nghệ đến tiêu tính mối hàn Các đồ thị nội suy từ hai dạng hàm kể có dạng tương đồng xấp xỉ nhau, qua thể hội tụ cao kết thí nghiệm + Trên sở sử dụng số đánh giá tổng thể OEC tìm mức thơng số cơng nghệ phù hợp cho đồng thời tiêu tính mối hàn là: Ih2, Vh2, N1 xác định mức độ ảnh hưởng thông số cơng nghệ tới tính mối hàn + Các kết so sánh giá trị tính tốn lý thuyết với giá trị thực nghiệm kiểm chứng miền thí nghiệm tiêu tính phù hợp, điều khẳng định độ tin cậy lý thuyết kết nghiên cứu KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm đề tài luận án rút số kết luận sau: Đã khái quát sở lý thuyết công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung sở phân tích nghiên cứu nước, ngồi nước tìm hiểu lý thuyết liên quan hàn Đã nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ, tỷ lệ hạt kim loại bổ sung tới hình dạng, kích thước, thành phần hóa học mối hàn cấu trúc tế vi liên kết hàn, từ cho thấy mối hàn tự động lớp thuốc hàn có hạt kim loại bổ sung có cấu trúc mịn so với hàn tự động lớp thuốc thông thường Sử dụng phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi phân tích phương sai (ANOVA) đưa mức giá trị phù hợp cho thông số công nghệ (Ih, Vh, N) đảm bảo tiêu tính độ bền kéo, độ cứng độ dai va đập cao miền khảo sát Đồng thời đưa tỷ lệ mức độ ảnh hưởng thơng số tới tiêu tính Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu xây dựng hàm hồi quy dạng tuyến tính phi tuyến thể mối quan hệ thông số công nghệ Ih, Vh, N tới tiêu tính mối hàn, cụ thể: + Hàm hồi quy cho độ bền kéo mối hàn: - Dạng tuyến tính: b = 379,921+ 0,023.Ih+ 1,785.Vh - 0,281.N - Dạng phi tuyến: b = 261,1037.Ih0,045 Vh0,09 N-0,0237 + Hàm hồi quy cho độ cứng mối hàn: - Dạng tuyến tính: HV = 153,483 - 0,033.Ih + 0,034.Vh - 0,205.N - Dạng phi tuyến: HV= 436,165.Ih-0,160.Vh0,0066.N-0,0597 + Hàm hồi quy cho độ dai va đập mối hàn: - Dạng tuyến tính: Ak = 96,38 - 0,0347.Ih + 0,7924.Vh - 0,7424.N - Dạng phi tuyến: AK = 929,41.Ih-0,2737.Vh0,2903.N-0,5063 Từ tiến hành phân tích, đánh giá xu ảnh hưởng thông số công nghệ đồng thời thông số cơng nghệ tới tiêu tính mối hàn làm sở cho thiết kế phát triển quy trình cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung Khuyến cáo việc sử dụng hàm hồi quy phi tuyến đưa sở so sánh tổng phương sai tỷ lệ S/N dạng hàm hồi quy Dựa số đánh giá tổng thể OEC tìm thơng số cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung cho dạng kết cấu thép từ thép bon thấp (SS400) có chiều dày 18 mm góc vát mép 340 tư hàn là: Ih= 670 A; Vh= 20 m/h; N=30% thỏa mãn đồng thời tiêu tính mối hàn độ bền kéo, độ dai va đập độ cứng Đã tiến hành thực thí nghiệm kiểm chứng với giá trị tìm thơng số công nghệ Ih, Vh, N Các kết thu phù hợp với kết tính tốn lý thuyết Điều chứng tỏ kết tính tốn tin cậy áp dụng thực tế 26   DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ThS Lê Văn Thoài, ThS Nguyễn Minh Tân, TS Hoàng Văn Châu, PGS.TS, Đào Quang Kế, “ Nâng cao suất chất lượng kết cấu hàn công nghệ hàn tự động với bột kim loại bổ sung”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa hoc Cơng nghệ tồn quốc Cơ khí lần thứ IV, Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2015, tập (1), tr 188-195 ThS Lê Văn Thoài, ThS Nguyễn Minh Tân, TS Hoàng Văn Châu, “ Độ dai va đập kim loại mối hàn công nghệ hàn tự động với bột kim loại bổ sung”, Kỷ yêu Hội nghị Khoa học Công nghệ tồn quốc Cơ khí- Động lực 2016, Hà Nội ngày 13 tháng 10 năm 2016, tập (1), tr 327-331 ThS Lê Văn Thoài, TS Hoàng Văn Châu, KS Đinh Trần Nghĩa, ThS Nguyễn Quốc Dũng, “ ảnh hưởng tốc độ hàn tỷ lệ cấp bột đến tổ chức kim loại liên kết hàn công nghệ hàn tự động với bột kim loại bổ sung”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học công nghiệp Hà Nội tháng 12/2016 ThS Lê Văn Thoài, ThS Vũ Đước phúc, TS Hoàng Văn Châu, KS Phạm Phúc Hưng, “Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ hàn tự động lớp thuốc với bột kim loại bổ sung phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam số tháng 9/ 2017 27