- Ta có sơ đồ tổng quát sau:
6.2. Xây dựng kế hoạch thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm 1 Mô tả phƣơng pháp thí nghiệm
6.2.1. Mô tả phƣơng pháp thí nghiệm
Phƣơng pháp thực hiện:
Xác định hàm lƣợng hiđrô trong kim loại mối hàn bằng phƣơng pháp Glixerin tại phòng kỹ thuật nhà máy que hàn Việt Đức
Các bƣớc thực hiện:
- Sử dụng cân phân tích sai số 0,1g - Kiểm tra song song 3 mẫu
Hình 6.2. Hình ảnh cân sai số
- Các tấm thép hàn đƣợc chuẩn bị có kích thƣớc nhƣ bảng dƣới đây và đƣợc ủ ở nhiệt độ 5000C trong 1 giờ.
Bảng 6.5. kính thước tấm mẫu kiểm tra và tấm đệm Phƣơng pháp hàn Kích thƣớc tấm kiểm tra Kích thƣớc tấm đệm Dầy (T) Rộng (W) Dài (L) dầy (t) rộng (w) dài (l) Hàn tự động dƣới lớp
thuốc bảo vệ (UP) 12 25 100 12 25 150
Mẫu sau khi đó đƣợc chuẩn bị theo kích thƣớc nhƣ trên đƣợc làm sạch, đánh số vào tấm kiểm tra và cân trƣớc khí hàn đƣợc khối lƣợng G1 (g)
- Sau đó mẫu đƣợc gá nhƣ sau:
Hình 6.3 Hình dạng và kích thƣớc mẫu hàn thí nghiệm
- Đối với vật liệu hàn trƣớc khi đem hàn cần phải tuân theo hƣớng dẫn và phải đƣợc sấy khô trƣớc khi đem hàn.
- Đƣờng kính dây dùng để hàn cho mẫu thử nghiệm là loại 4; lớp thuốc hàn đem sấy khô dầy không quá 15mm.
- Hàn rồi ngâm mẫu trong Glixerin ở nhiệt độ 450
C trong thời gian 72 giờ. Dựng bình đo khí để xác định thể tích khí hiđrô có trong 100g kim loại mối hàn.
Hình 6.4 Hình ảnh mẫu thử hiđrô trong máy điều nhiệt
Hóa chất, dụng cụ, thiết bị.
- Máy điều nhiệt, các ống đo khí, bình chứa
Hình 6.6 Ảnh thí nghiệm đo hàm lƣợng hiđrô theo phƣơng pháp Glixerin
- Glixerin nguyên chất công nghiệp: C3H8O3. Tiến hành.
- Bắt đầu hàn và kết thúc từ vị trí cách đầu tấm đệm khoảng 20mm. Dòng hàn thấp hơn 625A, điện áp hàn 30V, tốc độ hàn 60cm/phút.
- Mẫu sau khi hàn nhanh chóng đƣợc ngâm trong nƣớc đá đến nguội sau đó lấy ra đập bỏ tấm đệm 2 đầu và làm sạch mẫu thí nghiệm. Sau đó ngâm trở lại trong nƣớc đá để tiếp tục hàn các mẫu tiếp theo (nếu có).
- Sau khi làm sạch mẫu đƣợc lau khô rồi cho vào bình thu khí đã có chứa Glixerin ở nhiệt độ 450C và đặt vào máy điều nhiệt cũng ở nhiệt độ trên.
Hình 6.7. Mẫu thử hiđrô ngâm glixerin
- Sau 72 giờ đo thể tích khí hiđrô bị đẩy ra trên bình đo khí, đƣợc thể tích V(ml). Lấy mẫu rửa sạch, lau khi rồi cân lại đƣợc khối lƣợng G2 (g)
Tính kết quả.
Hàm lƣợng hiđrô trong 100(g) kim loại mối hàn đƣợc tính theo công thức
2 1 Vx85,85 +1,73 G -G H= 0,79
Chênh lệch giữa các kết quả khi thực hiện trên các mẫu thí nghiệm song song (nếu có) không đƣợc lớn hơn 1, nếu lớn hơn 1 phải xác định lại. Kết quả cuối cùng là trung bình cộng của 3 kết quả xác định song song.
Kết quả sau khi phân tích đƣợc ghi lại trên biểu mẫu: BM-KS-29/* 6.2.2. Tiến hành thí nghiệm và kết quả
Bảng 6.6. Kế hoạch thực nghiệm và kết quả thí nghiệm
№ thí nghiệm
Giá trị các biến thực Giá trị các mã hóa Giá trị hàm mục tiêu – hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn, cm3 /100g Z1 Z2 Z3 X1 X2 X3 Y 1 6 500 40 –1 –1 –1 6,2 2 14 500 40 +1 –1 –1 5,0 3 6 700 40 –1 +1 –1 4,6 4 14 700 40 +1 +1 –1 3,3 5 6 500 80 –1 –1 +1 5,5
6 14 500 80 +1 –1 +1 4,4 7 6 700 80 –1 +1 +1 3,7 7 6 700 80 –1 +1 +1 3,7 8 14 700 80 +1 +1 +1 2,5 9 5,14 600 60 – 1,215 0 0 5,2 10 14,86 600 60 + 1,215 0 0 2,9 11 10 478,5 60 0 – 1,215 0 5,7 12 10 721,5 60 0 + 1,215 0 2,8 13 10 600 35.7 0 0 – 1,215 4,5 14 10 600 84.3 0 0 + 1,215 3,1 15 10 600 60 0 0 0 3,3 16 10 600 60 0 0 0 3,4 17 10 600 60 0 0 0 3,2 6.3. Xử lý kết quả thực nghiệm 6.3.1. Kết quả xử lý số liệu
Các kết quả thực nghiệm đƣợc tiến hành xử lý theo phần mềm chuẩn đó trình bày ở trên cho kết quả phƣơng trình hồi quy mô tả ảnh hƣởng của các biến đầu vào đến hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn nhƣ sau:
Y1 = 3,416 – 0,574X1 – 0,795X2 – 0,355X3 + 0,241X12 + 0,327X22 + 0,133X32 Hệ số tƣơng quan R2 = 0.966 cho thấy mô hình đƣợc mô tả chính xác cao. Hệ số tƣơng quan R2 = 0.966 cho thấy mô hình đƣợc mô tả chính xác cao.
6.3.2. Biểu diễn các đƣờng đặc tính và các kết luận khoa học
Hình 6.8 Hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào hàm lƣợng huỳnh thạch CaF2 trong thành phần thuốc hàn.
Hình 6.9 Hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào
nhiệt độ sấy thiêu kết
Hình 6.10 Hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn phụ thuộc vào thời gian sấy thiêu kết
Nhận xét:
Trên cơ sở quan hệ của các đƣờng đặc tính cho phép rút ra một số kết luận quan trong dƣới đây:
- Từ các phƣơng trình hồi quy cho phép xây dựng các đƣờng đặc tính phản ánh sự phụ thuộc của hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn vào hàm lƣợng huỳnh thạch (CaF2) trong mẻ liệu thuốc hàn, nhiệt độ sấy thiêu kết và thời gian thiêu kết.
- Đặc tính của các đƣờng biểu diễn đó phản ánh rõ ảnh hƣởng của cả 3 yếu tố đến hàm lƣợng hiđrô trong kim loại mối hàn và vùng ảnh hƣởng nhiệt, cho thấy tác dụng của các yếu tố này.
- Mức độ ảnh hƣởng của mỗi yếu tố có khác nhau, hàm lƣợng huỳnh thạch (CaF2) trong mẻ liệu thuốc hàn và nhiệt độ sấy thiêu kết ảnh hƣởng rất mạnh đến hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn. Cũn mức độ ảnh hƣởng của thời gian thiêu kết yếu hơn 2 yếu tố trên. - Khi các yếu tố đạt đến giá trị tới hạn, thì mức độ ảnh hƣởng ít thay đổi. Các kết quả này phù hợp với lý thuyết.
6.3.3. Xác định giá trị các biến đầu vào đảm bảo hàm lƣợng hiđrô yêu cầu
Nguyên tắc xác định giá trị các yếu tố hợp lý:
Xác định giá trị các yếu tố hợp lý (tối ƣu) từ mô hình đảm bảo hàm lƣợng hiđrô theo yêu cầu – tức là đảm bảo các tiêu chí kinh tế - kỹ thuật. Do vậy, việc giải bài toán này phải đáp ứng các điều kiện ràng buộc.
Bài toán quy hoạch đa mục tiêu hoặc trƣờng hợp tổng quỏt với n biến, m rằng buộc, và p mục tiêu là: Max(min) jk(x1,x2,...,xn),k 1,2,..., p. 0 ) ,..., , ( 1 2 j i n x b x x x g i = 1,2,…,m; j = 1,2,…,n.
Ta ký hiệu miền rằng buộc là miền D.
Trong các bài toán này tối ƣu một mục tiêu, việc giải bài toán là tìm ra đƣợc các giá trị của các biến đầu vào thỏa mãn giá trị hàm mục tiêu cho trƣớc.
1) Các ràng buộc của các biến đầu vào:
Là các giới hạn dƣới và trên của 3 biến đầu vào: 6 ≤ X1≤ 14;
500 ≤ X2 ≤700; 40 ≤ X3≤ 80. 40 ≤ X3≤ 80. 2) Xác định hàm mục tiêu cần tối ƣu:
Trong trƣờng hợp này hàm mục tiêu chính là hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn, tuy nhiên phụ thuộc vào các chỉ tiêu về cơ tính, mà chủ yếu là chỉ tiêu về độ dai va đập và độ giãn dài tƣơng đối của kim loại mối hàn mà lựa chọn hàm lƣợng hiđrô thấp đến mức độ yêu cầu (rất thấp, thấp, trung bình,…) theo giới hạn. Trong trƣờng hợp này nguyên tắc tối ƣu là vừa đảm bảo tính kỹ thuật (hàm lƣợng hiđrô thấp ≤ 3 cm3/100g) và tính kinh tế:
Y ≤ 3 cm3/100g;
Và nhiệt độ thiêu kết và thời gian sấy thiêu kết tối thiểu. Sau khi chạy chƣơng trình tối ƣu xác định các kết quả nhƣ sau:
Bảng 6.7. Kết quả tối ưu của các biến đầu vào và hàm lượng hiđrô
Hàm lƣợng huỳnh
thạch, (%) X1 Nhiệt độ sấy, (°C) X2
Thời gian sấy thiêu kết, (phút) X3 Hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn, cm3/100g 10 700 60 2,93
Với các giá trị của các yếu tố đầu vào tìm đƣợc đó tiến hành thí nghiệm kiểm tra, kết quả kiểm tra cho thấy giá trị tính toán về hàm lƣợng hiđrô trong mối hàn so với thực nghiệm là đủ chính xác, sai lệch dƣới 5%.