Chiều sâu ngấu (h) Chiều rộng mối hàn (b) Chiều cao đắp (c)
4,5 ÷ 5,5 12,5 ÷ 13,5 2 ÷ 3
Sử dụng công cụ “Optimizer” của phần mềm Modde 11.0.1 để tìm ra bộ thông số chế độ hàn theo với kích thước mong muốn (MKS Umetrics, 2015; Vũ Văn Ba, 2015). Nhập các thông số đầu vào với khoảng biến thiên đã xác định và các thông số phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn. Kết quả thu được thể hiện trên bảng 4.7.
Bảng 4.7. Bộ thông số chế độ hàn theo phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn
Khoảng biến thiên của các thông số đầu
Phạm vi kích thước mối hàn mong muốn
h
[m
m
]
Hình 4.21. Ảnh hưởng của Ih đến h với khoảng giá trị mong muốn
Hình 4.22. Ảnh hưởng của Ih đến c với khoảng giá trị mong muốn
Factor Effect for Ih [A] - Untitled (MLR)
1 2 3 4 5 6 7 Min Target Max b b [m m ] 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 410 412 414 416 418 420 422 424 426 428 430 Ih [A] Predicted L. conf. int. U. conf. int. Worksheet
Hình 4.24. Ảnh hưởng của Vh đến h với khoảng giá trị mong muốn
Hình 4.25. Ảnh hưởng của Vh đến c với khoảng giá trị mong muốn
Hình 4.27. Ảnh hưởng đồng thời của Vh và Ih đến chiều sâu ngấu h với khoảng giá trị mong muốn
Hình 4.28. Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều cao đắp c với khoảng giá trị mong muốn
Hình 4.29. Ảnh hưởng đồng thồi của Vh và Ih đến chiều rộng mối hàn b với khoảng giá trị mong muốn
Dựa vào đồ thị và bảng phạm vi kích thước mong muốn của mối hàn ta có thể thấy rất rõ khoảng phạm vi kích thước mong muốn: giá trị nhỏ nhất, giá trị lớn nhất và kết quả ở tâm (target) khi các giá trị Ih (x1) và Vh(x2) thay đổi trong khoảng giá trị ta xét.
4.1.1.5. Trên cơ sở xác định bộ thông số hàn, ta tiến hành hàn để chế tạo chi tiết máy
Đề tài tiến hành thực nghiệm hàn giáp mối chi tiết có dạng trụ tròn, phôi sẽ được gá trên cơ cấu chuyển động quay, đầu hàn sẽ ở vị trí đứng yên.
Trên cơ sở tính toán ở trên ta đã xác định được giá trị cường độ dòng điện và tốc độ di chuyển đầu hàn, sử dụng công thức chuyển đổi giữa vận tốc dài và vận tốc góc để ta xác định tốc độ quay của cơ cấu gá đặt phôi khi phôi chuyển động quay trong quá trình hàn.
- Tốc độ dài của chuyển động: v = (m/s) - Tốc độ góc của chuyển động: = (rad/s)
- Liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc: = v/r (rad/s) = (v/r).(60/2 ) (vòng/phút)
Với r là bán kính của đường tròn (m)
Như vậy với giá trị ta đã xác định được vận tốc di chuyển của đầu hàn là 16 m/h, từ đó ta sẽ có tốc độ quay của phôi. Trên cơ sở đó tiến hành hàn thực nghiệm chi tiết tròn xoay.
Ta tiến hành hàn chế tạo chi tiết bánh xe của máy thu hoạch khoai tây ứng dụng công nghệ hàn tự động dưới lớp thuốc sử dụng máy hàn model: Autotractor-630-1, nguồn hàn Armada-630.
Hình 4.30. Đồ gá hàn 1, thiết bị phụ trợ đã được thiết kế, chế tạo và lắp ghép kết hợp với máy hàn ứng dụng để hàn chi tiết máy
Bộ thông số chế độ hàn theo tính toán và đã được lựa chọn Ih = 419,5 A, Vh = 16 m/h, Vđ = 25 V, độ nhô ra của điện cực dây hàn (stick out) là 30 mm.
a) A A 5.0 35.0 A-A ( 1 : 1 ) Ø50.0 Ø300.0 R10.0 1. 7 b)
Hình 4.31. Một số thông số về chi tiết hàn ứng dụng a - Một phần chi tiết trước khi và hình dạng của chi tiết sau khi được hàn; a - Một phần chi tiết trước khi và hình dạng của chi tiết sau khi được hàn;
b – Kích thước của 1 nửa chi tiết trước khi hàn không vát mép Mối hàn Đồ gá hàn và cơ cấu phụ trợ Xe hàn
Hình 4. 32. Sơ đồ bố trí máy hàn, đồ gá đã thiết kế và chế tạo, dạng chi tiết hàn ứng dụng
a) b)
Hình 4.33. Gá mẫu trên đồ gá và tiến hành quá trình hàn thử nghiệm trên mẫu có đường kính giống bánh của máy thu hoạch khoai tây
Hình 4.34. Hình ảnh mối hàn khi đã hàn xong
Nhận xét: Với bộ thông số chế độ hàn trên khi tiến hành hàn chế tạo chi
tiết bánh của máy trồng khoai tây cho hình dạng mối hàn tương đối ổn định, tiến hành đo sơ bộ kích thước chiều rộng mối hàn có sự dao động nhưng không đáng kể và vẫn nằm trong giá trị mong muốn. Mối hàn không bị cháy rỗ và không có những vết lõm trên bề mặt.
4.1.2. Mô hình thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thước mối hàn khi hàn liên kết chữ T đến hình dạng và kích thước mối hàn khi hàn liên kết chữ T
4.1.2.1. Các thông số của mô hình thực nghiệm
Xây dựng mô hình nghiên cứu phù hợp với liên kết hàn chữ T, hàn ở vị trí hàn bằng (1F), thép chế tạo chi tiết máy nông nghiệp là thép Q345B dày 5 ÷ 8 mm bằng quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW).
hd bh 240.0 10 0. 0 5. 0 240.0 80 .0 8. 0 a) b)
Hình 4.36. Kích thước của 2 tấm kim loại hàn thực nghiệm a – tấm 1; b – tấm 2 a – tấm 1; b – tấm 2 0 - 1 2 1 Hình 4.35. Hình dạng và kích thước mối hàn 1 – vật hàn; 2 – mối hàn 1 2
Hình 4.37. Mô hình mối ghép thực nghiệm 1 – tấm thép 1; 2 – tấm thép 2
Hình 4.38. Vị trí mối hàn dung để thực nghiệm (1F)
Đề tài sử dụng loại dây hàn thép cacbon thấp có bọc đồng, với đường kính dây là 1,6 mm được quấn trên ống cuộn của máy hàn.
Tầm với điện cực 30 mm Điện áp hàn 27 V
Thông qua quá trình thực nghiệm và thông qua các tài liệu hướng dẫn tác giả đã chọn ra vùng khảo sát như sau:
Ih= 420 ÷ 440 A Vh= 16 ÷ 20 m/h
4.1.2.2. Xây dựng mối quan hệ toán học
Như đã trình bày ở trên, mặc dù trong quá trình hàn tự động dưới lớp thuốc có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước mối hàn, nhưng đề tài lựa chọn 2 thông số chính để nghiên cứu gồm: Cường độ dòng điện hàn (Ih), tốc độ hàn (Vh). Các thông số đặc trưng cho hình dạng và kích thước của mối hàn: Chiều cao mối hàn (hd), chiều rộng mối hàn (bh).
- Quy ước các thông số đầu vào (thông số chế độ hàn chính) như sau: X1 – cường độ dòng điện hàn Ih [A]
X2 – tốc độ hàn (tốc độ di chuyển mỏ hàn) Vh [m/h]
- Quy ước các thông số đầu ra (hình dạng và kích thước của mối hàn) như sau: Y1 – chiều cao mối hàn hd [mm]
Y2 – chiều rộng mối hàn bh [mm]
Theo các kết quả nghiên cứu và trong các tài liệu đã được công bố (Kumanan, S. et al.,2007; Yang, L. et al., 1993),…cũng như sự khảo nghiệm kết quả sơ bộ cho thấy rằng: Các thông số kích thước mối hàn (chiều cao, chiều rộng mặt trên) phụ thuộc tuyến tính và qua lại với các thông số chế độ hàn (cường độ dòng điện hàn và vận tốc hàn).
Hàm số tương đương có dạng: Yi = b0 + b1X1 + b2X2 + b12X1X2
Bảng 4.8. Giá trị và khoảng biến thiên của thông số đầu vào
Mức thay đổi I Các thông số đầu vào
h (A) X1 Vh (m/h) X3
Mức trên (Zi=+1) 440 20
Mức cơ bản (Zi=0) 430 18
Mức dưới (Zi=-1) 420 16
Theo dự kiến mô hình có dạng tuyến tính bậc nhất nên ta bố trí số điểm thực nghiệm N 2k = 22 = 4, với k là số biến cần khảo sát. Để tăng thêm tính chính xác mỗi thí nghiện tác giả sẽ tiến hành 3 lần và lấy giá trị trung bình và tiến hành thêm 3 thực nghiệm ở tâm.
Bảng 4.9. Ma trận kế hoạch thực nghiệm
TT
Biến thực Biến mã hóa
Ih (A) X1 Vh (m/h) X2 Z1 Z3 1 420 16 -1 -1 2 440 16 +1 -1 3 420 20 -1 +1 4 440 20 +1 +1 5 430 18 0 0 6 430 18 0 0 7 430 18 0 0 4.1.2.3. Quy trình thực nghiệm
- Chuẩn bị mẫu hàn: mài bề mặt mối hàn để đảm bảo tốt chất lượng mối hàn
a) b)
Hình 4.39. Chuẩn bị mẫu để hàn a – mẫu khi chưa hàn đính; b – mẫu khi đã hàn đinh a – mẫu khi chưa hàn đính; b – mẫu khi đã hàn đinh
a) b)
Hình 4.40. Các vị trí mẫu hàn đính
a – đính ở hai đầu; b – đính ở 2 vị trí cách đầu mối hàn 30mm
- Thiết kê, chế tạo đồ gá hàn mẫu thực nghiệm - Tiến hành gá đặt
- Nhập các thông số máy hàn theo bảng ma trận kế hoạch thực nghiệm - Chạy thử, kiểm tra và hiệu chỉnh chương trình hàn
- Thực nghiệm quá trình hàn
Hình 4.41. Quá trình hàn thực nghiệm
- Tháo liên kết hàn
- Làm sạch và kiểm tra mối hàn
c) d)
Hình 4.42. Tháo liên kết hàn và kiểm tra sơ bộ mối hàn a, b – mặt trên mối hàn; c, d – mặt dưới mối hàn a, b – mặt trên mối hàn; c, d – mặt dưới mối hàn
- Lấy mẫu kiểm tra bằng cách cắt bỏ hai đầu của liên kết hàn.
a) b)
Hình 4.43. Kiểm tra lắp ghép mối hàn liên kết chữ T [29] a – quy cách chuẩn bị kiểm tra mối hàn; b – cắt mẫu để kiểm tra mối hàn
4.1.2.4. Kết quả thực nghiệm
Để xác định các kích thước tiết diện ngang của mối hàn, tác giả sẽ tiến hành thực nghiệm qua các bước sau:
- Mài và đánh bóng vùng mặt cắt ngang của mối hàn bằng máy mài chuyên dùng và giấy ráp với độ nhám khác nhau.
- Sử dụng dung dịch cồn với 3 – 4 % dung dịch axit Nitơric để thẩm thực bề mặt mẫu rồi rửa sạch và sấy khô. Trên cơ sở đó ta có thể phân biệt được vùng kim loại mối hàn và vùng kim loại cơ bản, từ đó ta cũng có thể quan sát được hình dạng, vùng kết tinh của mối hàn và chụp ảnh.
- Sử dụng thước đo có độ chính xác cao để đo các thông số kích thước của mối hàn. Tại mỗi điểm đo trên 3 mẫu, kết quả đo sẽ lấy trung bình cộng và lập bảng thông số kích thước của mối hàn.
Hình ảnh tổ chức thô đại và cách kiểm tra thông số kích thước của mối hàn được thể hiện trong các hình dưới đây:
Hình 4.44. Tổ chức thô đại của mối hàn ứng với Ih = 420A, Vh = 20m/h
Hình 4.45. Tổ chức thô đại của mối hàn ứng với Ih = 430A, Vh = 18m/h
Kết quả thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến hình dạng và kích thước mối hàn được cho trong bảng dưới đây:
Bảng 4.10. Kết quả thực nghiệm
TT Thông số công nghệ hàn
Kích thước mối hàn tương ứng (mm) Ghi chú Ih (A) Vh (m/h) Y1 (hd) Y2 (bh) 1 420 16 7,1 11,9 2 440 16 8,9 13.1 3 420 20 5,6 10,2 4 440 20 7,5 11,2
Bảng 4.11. Hệ số hồi quy thu được từ kết quả thực nghiệm
b0 b1 b2 b12
hd(Y1) 7,275 0,925 -0,725 0,025
bh(Y2) 11,6 0,55 -0,9 -0,05
Từ các kết quả ở trên ta có phương trình hồi quy thực nghiệm có dạng: Y1 (hd) = 7,275 + 0,925X1 – 0,725X2 + 0,025X1X2
Y2 (bh) = 11,6 + 0,55X1 – 0,9X2 - 0,005X1X2
Để tính phương sai tái hiện, ta tiến hành lặp lại các thí nghiệm ở tâm 3 lần:
Bảng 4.12. Kết quả thực nghiệm ở tâm
TT Thông số công nghệ hàn
Kích thước mối hàn tương ứng (mm) Ghi chú Ih (A) Vh (m/h) hd bh 1 430 18 7,1 11,8 2 430 18 6,4 11,1 3 430 18 6,7 11,6
- Kiểm định mức ý nghĩa của các hệ số bi trong phương trình: Giá trị của phương sai tái hiện:
= Sth ≈ 0,351
= Sth ≈ 0,36
Trong đó, m là số thí nghiệm ở tâm m = 3
Sự có nghĩa của các hệ số hồi quy được đánh giá bằng tiêu chuẩn Student: ti =
bi – hệ số thứ i trong phương trình hồi quy – độ lệch quân phương của hệ số thứ i
= ≈ 0,176 = ≈ 0,18
Trên cơ sở đó ta tính được các giá trị ti ( :
Bảng 4.13. Các giá trị ti (
t0 t1 t2 t12
41,335 5,256 4,119 0,142
Trên cơ sở đó ta tính được các giá trị t’i ( :
Bảng 4.14. Các giá trị t’i (
t'0 t'1 t'2 t'12
Tra bảng tiêu chuẩn Student với mức ý nghĩa p = 0,05, bậc tự do f = N0 – 1 = 2, ta có tp(f) = t0,05(2) = 2,920 (Nguyễn Văn Dự và Ngô Đăng Bình, 2011)
Trong số các hệ số ti và t’
i trong bảng thì ta thấy chỉ có các hệ số t0, t'0, t1, t'1,
t2, t'2 > t0,05(2). Do đó, các hệ số này có nghĩa trong phương trình hồi quy. Hệ số t12, t'12 < t0,05(2) nên không có nghĩa.
Từ đó ta có phương trình hồi quy:
Y1 = 7,275 + 0,925X1 – 0,725X2 Y2 = 11,6 + 0,55X1 – 0,9X2
- Kiểm định sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm: + Với phương trình: Y1 = 7,275 + 0,925X1 – 0,725X2