Bài viết này sẽ phân tích các tham số đầu vào có ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn khi hàn hai vật liệu khác nhau. Các kế hoạch thực nghiệm được thiết lập trước khi tiến hành thí nghiệm bằng việc sử dụng phương pháp Taguchi nhằm xác định các tham số đầu vào của quá trình hàn.
CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 LẬP QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM CHO QUÁ TRÌNH HÀN HAI KIM LOẠI KHÁC NHAU SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP TAGUCHI (1) (1) Th.S LÊ THỊ NHUNG Bộ môn Công nghệ vật liệu - Viện khí Tóm tắt Hàn hai vật liệu khác có vai trị quan trọng nhiều ngành công nghiệp Trên thực tế, tham số hàn nh n tố chủ đạo ảnh hưởng tới chất lượng, suất giá thành sản phẩm Do vậy, báo ph n tích tham số đ u vào có ảnh hưởng tới chất lượng mối hàn hàn hai vật liệu khác Các kế hoạch thực nghiệm thiết lập trước tiến hành thí nghiệm việc sử dụng phương pháp Taguchi nhằm xác định tham số đ u vào trình hàn Key words: hàn vật liệu khác loại, phương pháp Taguchi Mở đầu Hiện nay, hàn hai vật liệu khác loại ngày ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp nhiệt điện, hạt nhân, hóa dầu Các tham số hàn có vai trò quan trọng định tới chất lượng mối hàn Bên cạnh đó, phương pháp hàn, u cầu hình dáng mối hàn ảnh hưởng trực tiếp tới tính giá thành sản phẩm Trong biểu đồ Ishikawa rõ mối quan hệ nguyên nhân - ảnh hưởng tham số tới chất lượng mối hàn.[1] Hình Biểu đồ Ishikawa Trong trình nghiên cứu, ta cần dự tính ảnh hưởng tham số hàn phạm vi thay đổi chúng suốt q trình hàn trước tiến hành thí nghiệm nhằm đạt kết tối ưu giảm chi phí sản xuất Các tham số đầu vào chia thành hai nhóm: Các tham số điều khiển tham số không điều không điều khiển Các tham số điều khiển cường độ dòng điện hàn, tốc độ hàn, điện áp hàn, lưu lượng khí bảo vệ, khoảng cách từ điện cực tới phơi có ảnh hưởng lớn tới đặc tính mối hàn [2] Sharma [5] cho rằng, cường độ dòng điện điện áp hàn điều khiển tốc độ nóng chảy điện cực tốc độ kết tinh mối hàn Bên cạnh tham số định độ ngấu mối hàn Tốc độ hàn thường tương ứng với cường độ dòng điện điện áp hàn Nếu tốc độ lớn, lượng nhiệt cung cấp cho mối hàn bị giảm lượng kim loại bổ sung Do tham số biến đổi phạm vi rộng, ta cần cân nhắc, điều chỉnh trước thực trình hàn Các giá trị lựa chọn dựa theo loại mối hàn, phương pháp hàn Bên cạnh đó, việc lập quy hoạch thực nghiệm dựa việc phân tích, đánh giá yếu tố đầu vào yêu cầu đầu giảm thời gian thực hành thí nghiệm, tiết kiệm chi phí giúp ta làm chủ tồn q trình nghiêm cứu Phương pháp Taguchi công cụ hữu dụng nhiều nhà khoa học lựa chọn [1] Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 28 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Phƣơng pháp Taguchi Ngày nay, phương pháp Taguchi [3] ngày ứng dụng rộng rãi lập quy hoạch thực nghiệm Phương pháp góp phần cải thiện suất trình nghiên cứu phát triển, tạo sản phẩm có chất lượng cao mà giá thành thấp Nhà bác học Taguchi phát triển phương pháp dựa thí nghiệm “Orthogonal Array” nhằm giảm tham số thí nghiệm với bố trí thích hợp điều kiện thuận lợi tham số điều khiển Các dãy trực giao (Orthogonal arrays - OA) tạo cân thí nghiệm tỉ số Gignal – to – Noise (S/N) hàm logarit đầu mong muốn, thỏa mãn mục đích tối ưu hóa, giúp cho việc phân tích dự đốn kết Trong phương pháp Taguchi thuật ngữ “Signal” để giá trị trung bình (giá trị mong muốn) mục tiêu đầu thuật ngữ “Noise” để giá trị không mong muốn Do tỉ số S/N hay giá trị trung bình V.D.S/N sử dụng để tính sai lệch so với giá trị mong muốn Trong tỉ số S/N, S xác định theo công thức sau: S = -10Log [ giá trị trung bình bình phương sai lệch] Do vậy, để đạt tính mối hàn điều kiện tốt nhất, tỉ số higher – the – better xác định Giá trị trung bình bình phương sai lệch xác định theo tỉ số higher – the – better tính theo cơng thức sau: Giá trị trung bình bình phương sai lệch = ∑ Với Pi giá trị độ thẩm thấu Có ba tỉ số S/N để tối ưu hóa: Smaller – the better: n = -10Log10 [Giá trị trung bình tổng bình phương tính tốn] (ii) Larger – the – better n = -10Log10 [Giá trị trung bình tổng bình phương nghịch đảo số liệu tính tốn] (iii) Nominal – the – best n = 10Log10 [Bình phương giá trị trung bình/Phương sai (Variance] (i) Lập bảng quy hoạch thực nghiệm cho hàn hai vật liệu khác 3.1.Vật liệu Thí nghiệm tiến hành hàn hai loại vật liệu thép không gỉ SS 304L thép cacbon A 106B Kích thước hàn 230x150x3 mm Thành phần hóa học tính kim loại kim loại bổ sung cho bảng Bảng Thành phần thép SS 304L, A 106B đo NDE ER 309L theo chuẩn (wt-%) Loại C Mn Si S P Cr Ni Mo Cu V SS 304L 0,0235 1,69 0,368 - 0,0311 19,0 8,78 0,128 0,154 0,0628 A106B 0,1868 0,4309 0,2194 0,0447 0,0014 0,0447 0,0577 - 0,0510 0,0034 ER 309L 0,03 1,0-2,5 0,30-0,65 0,03 0,03 23,0- 12,0- 25,0 4,0 0,75 0,75 - Bảng Cơ tính thép SS 304L A 106B Loại Độ bền (MPa) Giới hạn chảy (MPa) Độ dãn dài dọc thớ (%) SS 304L ≤585 ≤240 40 A106B ≥415 240 30 Trong thí nghiệm sử dụng phương pháp hàn GTAW, nghiên cứu ảnh hưởng tham số hàn đến độ bền mối hàn Các tham số khảo sát gồm cường độ dòng điện hàn, tốc độ hàn, khoảng cách từ điện cực tới phôi hàn Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 29 CHÀO MỪNG NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Bảng 3: Các tham số hàn Kí hiệu Tham số hàn Đơn vị Mức độ Mức độ Mức độ I Cường độ dòng điện A 90 100 120 V Tốc độ hàn mm/s 60 100 150 D Khoảng cách từ điện cực tới phôi Mm 2.3 2.4 2.5 3.2 Lập bảng chuẩn bị thí nghiệm – Dẫy trực giao Taguchi số Theo phương pháp Taguchi, dựa tham số lựa chọn mức độ giá trị ta tiến hành lập bảng thực nghiệm theo dãy trực giao OA Với ba tham số biến đổi ba mức giá trị khác ta phải tiến hàn thí nghiệm tương ứng Bảng Dãy trực giao L9 Số thí nghiệm Cƣờng độ dòng điện hàn (A) Tốc độ hàn (mm/s) Khoảng cách từ điện cực tới phôi (mm) 90 60 2.3 90 100 2.4 90 150 2.5 100 60 2.4 100 100 2.5 100 150 2.3 120 60 2.5 120 100 2.4 120 150 2.3 Ghi Kết luận Nghiên cứu ứng dụng phương pháp Taguchi tối ưu hóa tham số hàn hàn hai vật liệu khác đạt số kết sau: Thông qua việc phân tích ảnh hưởng tham số đầu vào, mục tiêu đầu sử dụng dãy trực giao OA theo phương pháp Taguchi giúp cho ta có định hướng rõ ràng q trình chuẩn bị thí nghiệm nghiên cứu Qua đó, thời gian thí nghiệm chi phí thí nghiệm giảm xuống đáng kể Tỉ số Signal – to – noise (S/N) sử dụng việc tối ưu hóa tham số hàn cường độ dòng điện, điện áp tốc độ hàn có ảnh hưởng tới độ bền mối hàn Đây tiền đề cho việc phân tích sử lý số liệu đo đạc trình thí nghiệm sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vikas Chauhan, “Parametric optimization of MIG welding for stainless steel (SS-304) and low carbon steel using Taguchi design method” International Juornal of advanced technology and engineering research (IJATER) Nội san khoa học Viện Cơ khí Số 01 – 11/2015 30 ... 10Log10 [Bình phương giá trị trung bình /Phương sai (Variance] (i) Lập bảng quy hoạch thực nghiệm cho hàn hai vật liệu khác 3.1.Vật liệu Thí nghiệm tiến hành hàn hai loại vật liệu thép không gỉ SS 304L... GIÁO VIỆT NAM 20/11/2015 Phƣơng pháp Taguchi Ngày nay, phương pháp Taguchi [3] ngày ứng dụng rộng rãi lập quy hoạch thực nghiệm Phương pháp góp phần cải thiện suất trình nghiên cứu phát triển, tạo... ứng dụng phương pháp Taguchi tối ưu hóa tham số hàn hàn hai vật liệu khác đạt số kết sau: Thơng qua việc phân tích ảnh hưởng tham số đầu vào, mục tiêu đầu sử dụng dãy trực giao OA theo phương pháp