BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO 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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồng Văn Châu TS Nguyễn Hà Tuấn Hà Nội - 2018 i   LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết trình bày Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 01 năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Văn Thoài TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Hoàng Văn Châu TS Nguyễn Hà Tuấn ii   LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Hoàng Văn Châu, TS Nguyễn Hà Tuấn tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện, động viên suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Viện nghiên cứu Cơ khí, lãnh đạo, chuyên viên Thầy Trung tâm đào tạo sau đại học Viện, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Cơ khí trường Đại học SPKT Hưng n có hỗ trợ kinh phí tạo điều kiện thời gian qúa trình học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy, Khoa Cơ khí đồng nghiệp đóng góp ý kiến, hỗ trợ tơi trình học tập, nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn công ty chế tạo kết cấu thép địa bàn tỉnh Hưng Yên cán kỹ thuật công ty giúp đỡ tạo điều kiện cho tham quan tìm hiểu thực tế kết cấu thép chế tạo hàn để phục vụ việc nghiên cứu thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Khoa Cơ khí -Trường Cao đẳng nghề Việt Xơ giúp đỡ trang thiết bị thí nghiệm q trình nghiên cứu thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tồn thể gia đình, bạn bè, người chia sẻ, động viên, giúp đỡ tơi học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh Lê Văn Thoài iii   MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii  TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ii  LỜI CẢM ƠN iii  MỤC LỤC iv  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii  DANH MỤC CÁC BẢNG xii  DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ xiv  MỞ ĐẦU 1  Tính cấp thiết đề tài .1  Mục tiêu nghiên cứu luận án 2  Đối tượng phạm vi nghiên cứu luận án 2  Phương pháp nghiên cứu .3  Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 3  5.1 Ý nghĩa khoa học 3  5.2 Ý nghĩa thực tiễn: .4  Các điểm luận án 4  Kết cấu luận án 4  CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 5  1.1 Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn tự động lớp thuốc hàn (SAW) công nghệ SAW với kim loại bổ sung giới 5  1.2 Tình hình nghiên cứu, sử dụng cơng nghệ SAW với hạt kim loại bổ sung chế tạo khí Việt Nam 13  Kết luận chương 16  CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN DƯỚI LỚP THUỐC HÀN VỚI HẠT KIM LOẠI BỔ SUNG 18  2.1 Khái quát công nghệ hàn lớp thuốc (SAW) 18  2.1.1 Nguyên lý, đặc điểm, phạm vi ứng dụng 18  2.1.2 Thiết bị vật liệu hàn 19  2.1.2.1.Thiết bị hàn 19  2.1.2.2 Vật liệu hàn [13,39,44] 22  2.1.3 Ảnh hưởng yếu tố công nghệ .24  2.1.4 Ảnh hưởng thông số công nghệ 25  iv   2.1.4.1 Ảnh hưởng cường độ dòng điện hàn 26  2.1.4.2 Ảnh hưởng điện áp hồ quang 26  2.1.4.3 Ảnh hưởng tốc độ hàn .27  2.1.4.4 Ảnh hưởng đường kính điện cực 27  2.1.5 Xác định thông số công nghệ hàn tự động lớp thuốc (SAW) .28  2.1.5.1 Thông số công nghệ hàn liên kết giáp mối .28  2.1.5.2 Thông số công nghệ mối hàn góc .32  2.1.6 Quá trình luyên kim hàn lớp thuốc .35  2.1.6.1 Tác dụng hydro với kim loại mối hàn 35  2.1.6.2 Tác dụng oxy với kim loại mối hàn 40  2.1.6.3 Tác động kim loại mối hàn với xỉ hàn .42  2.2 Hàn tự động lớp thuốc hàn với hạt kim loại bổ sung .43  2.2.1 Nguyên lý đặc điểm 43  2.2.2 Sự khác biệt so với hàn tự động lớp thuốc hàn thông thường 44  2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến nóng chảy hàn 45  2.2.3.1 Bố trí dây hàn cấp kim loại bổ sung 45  2.2.3.2 Ảnh hưởng chế độ công nghệ hàn 47  2.3 Xác định thông số công nghệ SAW có kim loại bổ sung để thực nghiệm 47  Kết luận chương 49  CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 50  3.1 Mơ hình thí nghiệm 50  3.2 Thiết bị, vật liệu thực nghiệm .50  3.2.1 Thiết bị thực nghiệm 50  3.2.2 Vật liệu 51  3.2.2.1 Vật liệu làm mẫu 51  3.2.2.2 Vật liệu hàn .53  3.3 Điều kiện thí nghiệm 55  3.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 58  3.4.1 Tổng quan phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi 58  3.4.2 Phân tích phương sai ANOVA 61  3.4.3 Tối ưu nhiều mục tiêu tiêu đánh giá tổng thể (OEC) .62  3.5 Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn .68  3.5.1 Các bước tiến hành hàn mẫu .68  3.5.2 Phương pháp đánh giá chất lượng liên kết hàn 69  v   3.5.3 Các thiết bị kiểm tra .72  Kết luận chương 73  CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 75  4.1 Hình dạng kích thước mối hàn .75  4.2 Tổ chưc tế vi liên kết hàn mẫu .79  4.3 Kết phân tích thành phần hóa học mối hàn 83  4.4 Kết kiểm tra tính mối hàn 85  4.4.1 Độ bền kéo, độ dẻo kim loại mối hàn 85  4.4.2 Độ dai va đập kim loại mối hàn 88  4.4.3 Độ cứng kim loại mối hàn 89  4.4.4 Độ bền uốn kim loại mối hàn 90  4.5 Về suất hàn 90  4.6 Xác định ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ hàn đến tính mối hàn 91  4.6.1 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Ih,Vh, N) tới độ bền kéo mối hàn 92  4.6.1.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ bền kéo mối hàn 92  4.6.1.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ bền kéo mối hàn 95  4.6.1.3 Xây dựng quan hệ tốn học thơng số Ih,Vh,N tới độ bền kéo mối hàn 96  4.6.2 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ (Ih,Vh,N) tới độ cứng kim loại mối hàn 100  4.6.2.1 Xác định tỷ lệ ảnh hưởng mức phù hợp thông số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn 100  4.6.2.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ cứng kim loại mối hàn 102  4.6.2.3 Xây dựng quan hệ toán học thông số Ih, Vh, N tới độ cứng kim loại mối hàn 103  4.6.3 Ảnh hưởng mức phù hợp thông số công nghệ 105  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 .105  4.6.3.2 Kết thí nghiệm kiểm chứng cho tiêu độ dai va đập mối hàn 108  4.6.3.3 Xây dựng quan hệ tốn học thơng số Ih, Vh, N tới độ dai va đập mối hàn 108  vi   4.7 Xác định mức thông số công nghệ .112  Kết luận chương 116  KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN 118  TÀI LIỆU THAM KHẢO 120  DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 126  PHỤ LỤC 127          vii   DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ Nội dung viết tắt ASTM (American Society for Testing and Materials) – Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ AWS (American Welding Society) - Hiệp hội hàn Mỹ aK Độ dai va đập b Chiều rộng mối hàn c Chiều cao mối hàn c’ Chiều cao mối hàn liên kết hàn vát mép CF Hệ số điều chỉnh yếu tố CH2O Nồng độ nước hòa tan CPO (Contour Plot Optimization) – Tối ưu theo biểu đồ đường bao d Đường kính dây hàn F Ferit Fđ Tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn fT Bậc tự thực nghiệm fj Bậc tự yếu tố fIh Bậc tự yếu tố dòng hàn fVh Bậc tự yếu tố tốc độ hàn fN FCAW Bậc tự yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp GMAW (Gas Metal Arc Welding) - Hàn hồ quang kim loại khí bảo vệ GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) - Hàn hồ quang điện cực vonfram khí (Flux Core Arc Welding) - Hàn hồ quang dây lõi thuốc bảo vệ GLS (Generalized Least Squares Regression) Hồi quy bình phương nhỏ Gđ Khối lượng kim loại đắp GĐKL Khối lượng kim loại bổ sung đắp vào mối hàn GĐD Khối lượng kim loại đắp từ dây vào mối hàn Gij Là giá trị đo thử nghiệm thứ i ứng với tiêu chí thứ j Gminj Giá trị nhỏ đo thử nghiệm ứng với tiêu chí thứ j viii   Gmaxj HAZ Giá trị lớn đo thử nghiệm ứng với tiêu chí thứ j Vùng ảnh hưởng nhiệt h1 Chiều sâu chảy hàn phía thứ [H] Độ hòa tan Hyđro kim loại HV10 Độ cứng mối hàn Ih Cường độ dòng điện hàn J Mật độ dòng điện Ji Là tổng kết yếu tố j mức i kh Hệ số tỷ lệ Ln Mảng trực giao Me Kim loại Mđ Khối lượng kim loại đắp mối hàn MSDi Độ lệch bình phương trung bình thử nghiệm thứ i MKC.A Mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn MKC.HV Mẫu kiểm chứng độ cứng mối hàn MKC.B Mẫu kiểm chứng độ bền mối hàn MKCĐ.A Mẫu kiểm chứng độ dai va đập mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu MKCĐ.HV Mẫu kiểm chứng Độ cứng kim loại mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu MKCĐ.B Mẫu kiểm chứng độ bền mối hàn mức tối ưu đa mục tiêu mĐB Khối lượng kim loại bổ sung kim loại đắp mối hàn mĐD Khối lượng kim loại đắp mối hàn từ dây m Trung bình tỷ số nhiễu mji Trung bình tỷ số tín hiệu/nhiễu ứng với mức yêu tố [Mn] (MnO)th MVR Hàm lượng mangan hòa tan kim loại lỏng Hàm lượng oxit mangan thuốc hàn (Multivariate Regression) – Hồi quy nhiều biến N Tỷ lệ kim loại bổ sung kim loại đắp mối hàn n Tổng số thí nghiệm thực nji Là số thử nghiệm yếu tố j mức i OEC (Overall Evaluation Criteria) - Chỉ số đánh giá tổng thể OECi Chỉ số đánh giá tổng thể với điều kiện thử nghiệm thứ i ix   OECBj1 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng lớn tốt OECNj2 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng bình thường tốt OECSj3 OEC ứng với tiêu chí theo đặc trưng chất lượng nhỏ tốt [O] Hàm lương oxy kim loại lỏng PH Áp suất riêng phần hyđro nguyên tử pha khí PH2 Áp suất riêng phần hyđro phân tử pha khí PH2O Áp suất riêng phần nước pha khí PJ Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tới hàm mục tiêu PIh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố dòng điện hàn tới hàm mục tiêu PVh Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tốc độ hàn tới hàm mục tiêu PN Phần trăm ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ KL bổ sung tới hàm mục tiêu pWPS q (Priliminary Welding procedure Specification)- Quy trình hàn sơ qđ SAW Cơng suất nhiệt hiệu dụng hồ quang Năng lượng đường (Submerged Arc Welding)- Hàn tự động lớp thuốc SJ Tổng bình phương yếu tố SIh Tổng bình phương yếu tố cường độ dòng hàn SVh Tổng bình phương yếu tố tốc độ hàn SN ST Tổng bình phương yếu tố tỷ lệ kim loại bổ sung vào kim loại đắp Tính tổng bình phương S/N Tỷ số tín hiệu nhiễu T Tổng kết thí nghiệm TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam Uh Điện áp hàn Vh Tốc độ hàn Vd Tốc độ cấp dây hàn VJ Bình phương trung bình (phương sai) yếu tố VIh Bình phương trung bình yếu tố cường độ dòng hàn VVh Bình phương trung bình yếu tố tốc độ hàn x   Tiếp bảng 4- 23 Giá trị lớn tiêu chí đơn lẻ (Gmaxj) 131 79,2 440 Giá trị nhỏ tiêu chí đơn lẻ (Gminj) 120 43,2 404 Trọng số tiêu chí (wj) 0,3 0,3 0,4 Dựa vào kết OEC bảng ta tính tỷ lệ S/N theo đặc trưng chất lượng lớn tốt hơn, từ tính phân mức mức độ ảnh hưởng thông số (Ih, Vh, N) tới OEC tính cho đơn mục tiêu Kết cụ thể tổng hợp bảng 4- 24 Bảng 4-24 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 m (OEC) 0,502 Tổng kết thực nghiệm (T) 4,52 Hệ số điều chỉnh yếu tố (CF) 2,2684 Bậc tự thực nghiệm (fT) Phân mức cho thông số (mji) Tổng bình phương yếu tố (Sj) mIh1 -8,01 mIh2 -4,63 mIh3 -8,93 mVh1 -10,54 mVh2 -3,27 mVh3 -7,76 mN1 -4,59 mN2 -7,14 mN3 -9,85 SIh 0,1256 SVh 0,2278 SN 0,0778 Tổng bình phương thí nghiệm (ST) Bậc tự yếu tố (fj) 0,43 fIh fVh fN 113   Tiếp bảng 4- 24 Bình phương trung bình yếu tố (Vj) Phần trăm ảnh hưởng yếu tố (Pj) VIh 0,0628 VVh 0,1139 VN 0,0389 PIh(%) 29,13 PVh (%) 52,83 PN (%) 18,04 Kết tính bảng 4- 24 xác định biểu đồ phân mức biểu đồ thể phần trăm ảnh hưởng thông số Ih,Vh, N tới số đánh giá tổng thể OEC đây: Hình 4.23 Biểu đồ phân mức yếu tố Ih, Vh, N cho số đánh giá tổng thể OEC Hình 4.24 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng yếu tố Ih,Vh N tới số đánh giá tổng thể OEC Biểu đồ phân mức yếu 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:        OECopt   OEC    Ih2   OEC              Vh2   OEC              N1   OEC         0,977  Chỉ số OEC với mức tối ưu tìm bên (0,977) lớn nhiều so với giá trị trung bình (0,502), chứng tỏ kết tối ưu đa mục tiêu thông qua số OEC đạt cao 114   Theo biểu đồ thể phần trăm ảnh hưởng yếu tố tới OEC vận tốc 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 thơng qua số đánh giá tính theo cơng thức (3- 21) r Yddk  T k   ( ji  T k ) i 1 Với j yếu tố ảnh hưởng tới hàm mục tiêu (j= Ih, Vh, N), i mức tối ưu yếu tố j tìm từ số đánh giá tổng thể OEC T k giá trị trung bình lần thử ứng với tiêu chí riêng lẻ k r số mức yếu tố j điều kiện thử nghiệm Yddk giá trị đáp ứng dự đoán tiêu chí k ứng với mức tối ưu yếu tố tìm thơng qua số đánh giá tổng thể OEC Kết tổng hợp bảng 4- 25 Bảng 4-25 Kết dự đoán tiêu chí riêng lẻ ứng với mức tối ưu thơng số tính theo OEC Chỉ tiêu đơn lẻ Độ bền kéo mối hàn Độ cứng mối hàn Độ dai va đập mối hàn Kết tối ưu dự Kết tối ưu dự đoán theo tiêu đốn tính theo chí đơn lẻ OEC 441,78 (MPa) 441,44 (MPa) 130,89 (HV) 129,56 (HV) 79,51(J/cm2) 79,51(J/cm2) Phần trăm sai lệch 0,077% 1,016% 0% Như với mức thơng số tìm theo tiêu chí tổng thể kết đáp ứng cho tiêu chí dự đoán nhỏ so với đánh giá theo tiêu chí riêng lẻ Tuy nhiên, kết sai lệch lớn lớn khoảng 1% Như vậy, sử dụng số OEC để đánh giá đồng thời nhiều tiêu chí cho tính mối hàn + Kết thí nghiệm kiểm chứng cho đồng thời tiêu tính mối hàn Sau xác định mức phù hợp thông số công nghệ đáp ứng đồng thời tiêu tính độ bền, độ cứng, độ dai va đập ta thực hàn mẫu kiểm chứng với thông số cơng nghệ đó, cụ thể là: Ih= 670A; Vh= 20m/h; N= 30% Kết kiểm tra mẫu sau hàn cho bảng 4-26 115   Bảng 4-26 Kết kiểm tra mẫu kiểm chứng Tên mẫu MKC.Đ Độ bền kéo: b (MPa) Độ cứng: HV10 439 129,2 Độ dai va đập AK(J/cm2) 78,9 Từ kết kiểm tra mẫu thí nghiệm 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 thông 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 - 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 116   + Trên sở sử dụng số đánh giá tổng thể OEC tìm mức thơng số công nghệ phù hợp cho đồng thời tiêu tính mối hàn là: Ih2, Vh2, N1 xác định mức độ ảnh hưởng thơng số cơng nghệ tới tính mối hàn + Các kết so sánh giá trị tính toán 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 117   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 thông 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 công 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 118   Dựa số đánh giá tổng thể OEC tìm thông số công 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 cơng 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 119   TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Văn Ba (2014) “Nghiên cứu công nghệ hàn giáp mối phía ứng dụng chế tạo vỏ tầu thủy”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội [2] Công ty Que hàn điện Việt Đức, Tổng cơng ty Hóa chất Việt Nam - Bộ Công Thương (2009): “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ sản xuất bột hàn gốm dùng để hàn thép có độ bền cao lớp thuốc trợ dung”, Đề tài khoa học cấp [3] Lê Công Dưỡng (2000), “Vật liệu học”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Nguyễn Trọng Hùng, TS Phùng Xuân Sơn (2016), “giáo trình thiết kế thực nghiệm chế tạo máy” , Nhà xuất Xây Dựng [5] Vũ Huy Lân (2016) “Nghiên cứu sản xuất thuốc hàn thiêu kết nguyên vật liệu nước để hàn tự động lớp thuốc kết cấu thép cacbon thấp thép hợp kim thấp” Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước mã số: KC.02.04/11-15 [6] Nguyễn Tuấn Linh, (2015),” Tối ưu hóa đa mục tiêu trình mài thép hợp kim máy mài tròn ngồi”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [7] Phạm Văn Liệu (2016),’’ Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số công nghệ đến chất lượng phục hồi bề mặt trục có hình dạng phức tạp bị mòn cơng nghệ phu phủ’’, Luận án tiến sĩ kỹ thuật - Trường Đại học Mỏ - Địa chất [8] Ngô Hữu Mạnh (2015) “Nghiên cứu nâng cao khả chịu mài mòn cho lớp đắp thép bon công nghệ hàn Plasma bột”, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội [9] Nguyễn Hữu Phấn (2016), “Nghiên cứu nâng cao hiệu gia công phương pháp tia lửa điện biện pháp trộn bột Titan vào dung dịch điện môi”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Thái Nguyên [10] Nguyễn Đức Thắng (2009), “Đảm bảo chất lượng hàn”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [11] Tp Hồ Chí Minh (2015), “Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ tồn quốc khí lần thứ IV”, tập (1), tr 188-195 [12] Ngô Lê Thông (2004), “Công nghệ hàn điện nóng chảy Tập I”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 120   [13] Nguyễn Văn Thông (2007), “Vật liệu hàn”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [14] Nguyễn Văn Thông (2007), “Vật liệu công nghệ hàn”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [15] Ngô Lê Thơng (2014), “Cơng nghệ hàn điện nóng chảy Tập II”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [16] Bùi Minh Trí (2005), “Xác xuất thống kê quy hoạch thực nghiệm”, Nhà xuấy Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [17] Nguyễn Như Tự (1984), “Công nghệ hàn nóng chảy”, Đại học Bách khoa Hà Nội [18] Tiêu chuẩn Quốc gia - TCVN 8311 (2010), “Thử phá hủy mối hàn vật liệu kim loại- thử kéo dọc kim loại mối hàn” [19] Tiêu chuẩn Quốc gia - TCVN 5402 (2010,) “Thử phá hủy mối hàn vật liệu kim loại- thử va đập- vị trí mẫu thử, hướng rãnh kiểm tra” [20] Tiêu chuẩn Quốc gia - TCVN 198 (2008), “Vật liệu kim loại thử uốn” [21] Viện Công nghệ - Tổng công ty Máy động lực Máy nông nghiệp, Bộ Công Thương (2007), “Nghiên cứu chế tạo thuốc hàn tự động vật liệu nước để hàn kết cấu thép thay thuốc hàn nhập ngoại”, Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước, KH - CN: 242.07RD/HĐ-KHCN [22] Viện nghiên cứu khí - Bộ cơng thương (2001), “Nghiên cứu đưa vào ứng dụng sản xuất công nghệ hàn tiên tiến, vật liệu hàn chất lượng cao phục vụ ngành đóng tầu thủy, đầu máy xe lửa, thiết bị hóa chất, dầu khí thiết bị áp lực”, báo cáo tổng kết Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp Nhà nước, KHCN 05-05, tr 65- 76 [23] Viện nghiên khí - công thương (2011), “nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn plasma để chế tạo phục hồi chi tiết máy”, Đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước, ĐT- PTNTĐ- 2011-G/8 [24] http://feilongweldingflux.com/joomlashine/147-feilong-fused-flux-hj431-2 [25].https://www.hoganas.com/globalassets/media/sharepoint-documents/ BrochuresanddatasheetsAllDocuments/IronpowderforWeldingApplications.pdf [26] https://zh.scribd.com/doc/219973528/Jis-g3101-Ss-400-Steel 121   [27] ANSI/AWS B4.0-98 An American National Standard (1997),“Standard Methods for Mechanical Testing of Welds”, Approved by American National Standards Institute December 30,1997 [28] 1Ajit Khatter, 2Pawan Kumar, -3Manish Kumar (2014), “Optimization of Process Parameter in TIG Welding Using Taguchi of Stainless Steel-304”, InternatIonal Journal of research In MechanIcal engIneerIng & technology IJRMET Vol 4, IssuE1, NoV2013 – April 2014 [29] B Beidokhti and R Pouriamaméh (2015), “Effect of Filler Metal on Mechanical Properties of HSLA Welds The microstructure and mechanical properties of API 5LX65 tandem submerged arc welded pipeline steel welds were improved using different combinations of filler metals”, 334-s Welding journal /october 2015, Vol 94 [30] By N Bailey, (1991) “Submerged Arc Welding Ferritic Steelswith Alloyed Metal Powder” , Supplement to the Welding Journal August 1991 [31] Chandel R S., Seow H P., Cheong F L (1998), “Effect of metal powder addition on mechanical properties of submerged arc welds Journal of Materials Science Letters”, vol 17, pp 1785-1786 [32] Chandel R S, Seow H P., Cheong F L (1997), “Effect of increasing deposition rate on the bead geometry of submerged arc welds”, Journal of Materials Processing Technology, vol.72, pp 124-128 [33] Copyright James Amanie (2011), “Effect of Submerged Arc Welding Parameters on the Microstructure of SA516 and A709 Steel Welds”, the Department of Mechanical Engineering University of Saskatchewan Saskatoon [34] Chuan Huat Ng1,a* and Mohd Khairulamzari Hamjah3.b (2014), “Welding Parameter Optimization of Surface Quality by Taguchi Method”, Applied Mechanics and Materials Vol 660 pp 109-113 Submitted: 2014-08-14 [35] Diganta Kalita1#*, Parimal Bakul Barua2# (2015), “Taguchi Optimization of MIG Welding Parameters Affecting Tensile Strength of C20 Welds”,International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) – Volume 26 Number 1August 2015 [36] Deepak Kumar and Sandeep Jindal* (2014), “Optimization of Process Parameters of Gas Metal ARC Welding by Taguchi’s Experimental Design Method”International 122   Journal of Surface Engineering & Materials Technology, Vol 4, No 1, January–June 2014, ISSN: 2249-7250 [37] D.-W Cho, D V Kỉan, and S.-J Na (2015), “Analysis of the Flux Consumption and Metal Transfer for Tandem Submerged Arc Welding Process under Iso Heat Input Conditions A study was performed on flux consumption for tandem”, 396-s Welding journal/ december 2015, VOL 94 [38] Er Rahul Malik1, Er Surjeet Gahlot2, Dr S.K Jarial3 (2015), “Parameters Optimization for Tensile Strength & Hardness of MIG Welding Joint of HSS & Mild Steel by Using Taguchi Technique”, International Journal of Enhanced Research in Science, Technology & Engineering ISSN: 2319-7463, Vol Issue 8, August-2015 [39] ESAB India Limited, “Product Catalogue: Welding Consumables - Equipment Automation - Cutting Systems” [40] G GÖtt, A Gericke, K.-M Henkel, and D Ủhlandt (2016), “Optical and Spectroscopic Study of a Submerged Arc Welding Cavern A combination of high speed imaging and spatically resolved spectroscopy at 5000 fps was performed on a submerged arc welding process using a thin¬gauge steel tunnel”, December 2016 / Welding journal 491-s [41] Genichi Taguchi, Subir Chowdhury, Yuin Wu,’(2005), “Taguchi’s Quality Engineering Handbook”, Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey [42] Höganäs AB (2013), “Material and Powder Properties” [43] Houldcroft P T (1989), “Submerged Arc Welding”, Abington publishing, Woodhead Publishing Ltd in association with The Welding Institute Cambridge England [44] International Welding Engineer (IWE) [45] Ishigami1 A , M J Roy2 · J N Walsh3· P J Withers3 (2016), “The effect of the weld fusion zone shape on residual stress in submerged arc welding”, Int J Adv Manuf Technol DOI 10.1007/s00170-016-9542-z [46] Krishnan Pandi M, A Naveen Sait (2015), “Parametric Optimization and Interaction Effect of TIG Welding Parameters for Stainless Steel (SS 301) Sheets”, Mechanics and Mechanical Engineering Vol 19, No (2015) 91–101 123   [47] Kanjilal P, T K Pal, and S K Majumdar (2007), “Prediction of Element Transfer in Submerged Arc Welding Several studies were conducted to better understand the chemical behavior of fluxes in order to control weld metal chemistry”136-s MAY 2007, VOL 86 [48] Kahraman Sirina, Sule Y Sirinb*, Erdinc Kalucc (2016), “Influence of the interpass temperature on t8/5 and the mechanical properties of submerged arc welded pipe”, Journal of Materials Processing Technology 238 (2016) 152–159 [49] Layus P &P Kah&J Martikainen &V V Gezha& R V Bishokov (2014), “Multi-wire SAW of 640 MPa Arctic shipbuilding steel plates”, Int J Adv Manuf Technol (2014) 75:771–782 DOI 10.1007/s00170-014-6147-2 [50] Lee C S, R S Chandel and H P Seow, 2000, “Effect of Welding Parameters on the Size of Heat Affected Zone of Submerged Arc Welding”, Materials and Manufacturing Processes [51] Pasupathy1.J, Ravisankar2 V, Senthilkumar3 C, Parametric (2014), “Optimization of TIG welding of Galvanized Steel with AA1050 using Taguchi Method”, International Journal of Science and Research (IJSR) [52] Phillip D Thomas (1986), “Automatic submerged arc welding with metal power additions to increase productivity and maintain quality”, Newport news Shipbuiding 4101 Washington avenue Newport news, va 23607 [53] Pollack A J (1993), “High speed low deposition submerged arc welding apparatus and method” US 5,214,265(Patent).[54] Rạnit K.Roy,’ (2001)”, Design of Experiments using the Taguchi Approach–16 step to Product and process Improvement’’, Awiley – interscience publication, John willey & sons, inc [54] Rạnit K.Roy,’ (2001), “Design of Experiments using the Taguchi Approach – 16 step to Product and process Improvement”, Awiley – interscience publication , John willey & sons, inc [55] Ramin Zahiria*, Ravikumar Sundaramoorthya, Patrick Lysza, Chinnia Subramaniana,b (2014), “Hardfacing using ferro-alloy powder mixtures by submerged arc welding”, Surface & Coatings Technology 260 (2014) 220 –22 [56] Sandeep Jindal* and Deepak Kumar (2014), “Optimization of Process Parameters of Gas Metal ARC Welding by Taguchi’s Experimental Design Method”, 124   International Journal of Surface Engineering & Materials Technology, Vol 4, No 1, January–June 2014, ISSN: 2249-7250 [57] Sachchida Nand1*and Pravin Kumar Singh2# “Effect of addition of metal powder on deposition rate mechanical properties and metallographic property of weld joints during submerged arc welding process”, Journal of Machining and Forming Technologies Volume 6, Numbers 3-4 [58] Sivasakthivel IK, II K.Janarthanan, III R.Rajkumar (2015), “Optimization of Welding Parameter in MIG Welding byTaguchi Method”, International Journal of Advanced Research in Mechanical Engineering & Technology (IJARMET) Vol 1, Issue (Apr - Jun 2015) [59] The Lincoln electric company cleveland, ohio, “The procedure handbooc of arc welding” [60] Tušek J, Suban M, “High-Productivity Multiple-Wire Submerged-Arc Welding and Cladding with Metal-Powder Addition” [61].Vineeta Kanwal1, R S Jadoun2 (2015), “Optimization of MIG Welding Parameters for Hardness of Aluminium Alloys Using Taguchi Method”, SSRG International Journal of Mechanical Engineering (SSRG-IJME) – volume Issue 6– June 2015 [62] Vineeta Kanwal1, R S Jadoun2 (2015), “Optimization of MIG Welding Parameters for Hardness of Aluminium Alloys Using Taguchi Method”, SSRG International Journal of Mechanical Engineering (SSRG-IJME) – volume Issue 6– June 2015 [63] Vijay Gohel1, Jatin Makwana2, Riteshkumar Ranjan3 (2016), “Optimization of process parameter for tensile strength and hardness of S.S 304 by TIG welding”, International Journal of Engineering Development and Research, 2016 IJEDR | Volume 4, Issue | ISSN: 2321-9939 [64] AWS D1.1/D1.1M:2010, Structural Welding Code – Steel, An American National Standard [65] ISO 9692, Weld Joint Preparation 125   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 Cơng 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 Đức Phúc, TS Hoàng Văn Châu, KS Phạm Phúc Hưng ,“Tối ưu hóa thơng số công 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 126   PHỤ LỤC Phụ lục 1: Các kết kiểm tra mẫu thực nghiệm + Kết chụp tổ chức tế vi, thô đại liên kết hàn mẫu thí nghiệm + Kết kiểm tra thành phần hóa học mối hàn mẫu + Kết đo cấp hạt mối hàn mẫu thí nghiệm + Kết kiểm tra tiêu tính mối hàn (độ bền kéo, độ dai va đập, độ cứng mối hàn, độ bền uốn liên kết hàn) + Kết kiểm tra tiêu tính mẫu kiểm chứng + Kết kiểm tra tính, thành phần hóa học kim loại làm mẫu thí nghiệm Phụ lục 2: Chương trình tính tốn sử lý số liệu áp dụng cho phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi (PT- HY) Phụ lục 3: Các bảng thông số quy quy trình hàn mẫu thực nghiệm theo tiêu chuẩn AWS D1.1 127