BỘ CÔNG THƯƠNG
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

ĐỖ HẢI TĨNH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ
CÔNG NGHỆ HÀN PLASMA ĐẾN CHẤT LƯỢNG
MỐI HÀN THÉP KHƠNG GỈ SUS 304 DẠNG TẤM

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí
Mã số: 9520103

Hà Nội, 2023


Cơng trình được hồn thành tại:
Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương

Người hướng dẫn khoa học:
1. Người hướng dẫn 1: PGS.TS. Đào Duy Trung
2. Người hướng dẫn 2: PGS.TS. Lê Thu Quý
Phản biện 1: PGS.TS. Vũ Ngọc Pi
Phản biện 2: PGS.TS. Trần Ngọc Hiền
Phản biện 3: PGS.TS. Hoàng Văn Gợt

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện
Họp tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Cơng Thương
Tịa nhà trụ sở chính: số 4 đường Phạm Văn Đồng, quận Cầu
Giấy, TP Hà Nội

Vào hồi ………. giờ ………, ngày …….. tháng …….. năm ……..

Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Thư viện Quốc gia Việt Nam
2. Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí


DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
1. V.Anh Nguyen, H. Seongming, N. Huu Manh, A. Murata, D. Hai Tinh,
L. Thu Quy, S. Tashiro, M. Tanaka. A Novel Welding Solution Technology
for Stamping Processes. AWS Sheet Metal Welding Conference XIX Welding Solutions for Lightweight and Electric Vehicle Production.
November 2-4, 2021: Conference at Laurel Manor, Livonia, Michigan, USA;
2. Đỗ Hải Tĩnh (2019): Hàn Micro plasma và ứng dụng, Tạp chí Doanh
nghiệp cơ khí & Đời sống, tháng 1/2019, trang 57-59;
3. Đỗ Hải Tĩnh, Hà Minh Hùng, Đào Duy Trung, Nguyễn Văn Đức (2022):
Nghiên cứu đặc điểm tổ chức tế vi vật liệu mối hàn plasma thép không gỉ tấm
mỏng SUS 304, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 293, T8/2022, trang 85-92;
4. Ha, M.H., Do, H.T., Vu, D., Dao, D.T., Le, T.Q. (2023). The Experimental
Research on Plasma Welding of SUS 304 Stainless Steel Thin Plates. In:
Nguyen, D.C., Vu, N.P., Long, B.T., Puta, H., Sattler, KU. (eds) Advances
in Engineering Research and Application. ICERA 2022. Lecture Notes in
Networks
and
Systems,
Vol.
602.
Springer,
Cham.
(SCOPUS Q4);

5. Minh Hung Ha, Duong Vu, Hai Tinh Do: Experimetal Design in Plasma
Welding of SUS 304 Stainless Steel Thin Plates, SPEKTA, Jurnal
Pengabdian Kepada Masyarakat: Tecnologi dan Aplikasi, Universitas
Ahmad Dahlan (UAD), 2023, Vol.4, No.1, pp 51-62;
6. Minh Hung Ha, Quan Hoang Nguyen*, Quy Huy Trieu, Hai Tinh Do,
Duy Trung Dao, Thu Quy Le (2023): A Predictive Model for Tensile
Strength of Plasma-Welded Joints in SUS 304 Stainless Steel Thin Sheets,
6th International Conference on Engineering and Research Application 2023
(ICERA 2023), Thai Nguyen City, December, 1-2, 2023, Code IP: 7430.


MỤC LỤC

1. GIỚI THIỆU .................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu của luận án ............ 1
1.2. Mục đích nghiên cứu của luận án ............................. 1
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 1
2.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài ............................... 1
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................ 2
2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................... 2
3. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN............................................... 2
4. KẾT LUẬN .................................................................... 23
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................. 24


1. GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết đề tài nghiên cứu của luận án
Trên thế giới, việc nghiên cứu các công nghệ hàn tiên tiến đang được
đẩy mạnh ứng dụng ở nhiều nước công nghiệp phát triển (G7, G20) từ những
năm 1970 trở lại đây. Ở Việt Nam hiện nay, ngành cơng nghiệp cơ khí chế

tạo đang ngày càng được đầu tư đổi mới với trang thiết bị, công nghệ tiên
tiến nhập khẩu từ nước ngoài.
Định hướng nghiên cứu của luận án là trên cơ sở tổng hợp, phân tích
một số cơng bố điển hình trong vài chục năm gần đây trên thế giới và ở Việt
Nam, từ kết quả đó đưa ra phương án khả thi cho việc nghiên cứu bằng thực
nghiệm tìm ra chế độ hàn plasma tốt nhất và phù hợp với tính năng của thiết
bị hàn plasma tiên tiến LINCOLN C3-MATIC 32-33.
1.2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Khảo sát, nghiên cứu ảnh hưởng của một số thơng số quy trình cơng
nghệ hàn plasma cho vật liệu thép không gỉ dạng tấm - thông qua đánh giá
thành phần, tổ chức tế vi và đặc tính bền của mối liên kết hàn nhằm nâng cao
chất lượng và năng suất mối hàn.
Bằng thực nghiệm khi sử dụng thiết bị hàn tiên tiến của hãng
LINCOLN ELECTRIC (Mỹ) để khảo sát, nghiên cứu ảnh hưởng của một số
thông số công nghệ hàn plasma.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của luận án: liên kết hàn giáp mối thép không
gỉ SUS 304 dạng tấm ở vị trí hàn bằng.
Hàn plasma sử dụng thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN C3- MATIC, mô
đen 450+/Plasma – SP7 Turnmatic TT để tạo phôi liên kết hàn plasma thép
SUS 304 cho thí nghiệm của luận án;
Hàn giáp mối ở vị trí hàn bằng, khí bảo vệ là Ar, khí tạo plasma là Ar
+ 5% H2, liên kết hàn giáp mối với khe hở bằng không;

1


Khảo sát ảnh hưởng của 4 thông số chế độ công nghệ hàn (Ih, Ib, vh,
vcd) đối với các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hàn thông qua bộ các tiêu chí:

đặc tính cơ –lý ở trạng thái tĩnh, đặc tính kim tương học của liên kết hàn.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Trong các thí nghiệm thăm dị định hướng cơng nghệ hàn plasma
(TNĐ 1) sử dụng phôi hàn với 2 loại chiều dày phôi hàn thép không gỉ SUS
304: δ01 = 1,5 mm và δ02 = 2 mm và dây hàn sử dụng là mác 308L đường
kính 1mm. Trong các thí nghiệm mơ phỏng TNĐ 1 chỉ nghiên cứu một loại
chiều dày phôi hàn δ02 = 2 mm;
Ứng dụng công nghệ hàn plasma sử dụng dây hàn phù hợp với phôi
thép hàn bằng thép không gỉ tấm SUS 304 trên thiết bị plasma tiên tiến
LINCOLN C3-MATIC 32-33, mô-đen 450+/Plasma–SP7 Turnmatic TT, thiết
bị dùng cho sản xuất công nghiệp để tạo phơi;
Xây dựng mơ hình tốn học mơ phỏng dự báo các đặc tính bền cơ học
của vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 trong miền điều chỉnh thích
hợp sau khi xử lý kết quả thăm dò định hướng cơng nghệ, đảm bảo chất lượng
liên kết hàn hồn tồn đạt mức yêu cầu của người sử dụng.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu tổng hợp tài liệu tham khảo với nghiên cứu thực
nghiệm trên thiết bị hàn plasma hiện đại 3 thông số công nghệ hàn plasma
là: cường độ dòng plasma mức trên (Ih, A); cường độ dòng plasma mức dưới
(Ib, A) và tốc độ hàn (vh, cm/ph).
Các đặc tính khác của liên kết hàn plasma thép khơng gỉ SUS 304
như: kích thước hình học mối hàn plasma; biến dạng trung bình (fNt.B) – kết
quả ảnh hưởng của nhiệt năng tích lũy trong q trình hàn; độ cứng tế vi
(HV0,2) được tổng hợp và thể hiện bằng biểu đồ 2D.
3. BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN
Gồm 4 chương
Nội dung luận án gồm các chương và phần chính sau
LỜI MỞ ĐẦU
Chương 1: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HÀN
PLASMA


2


1.1 Phân loại công nghệ hàn tiên tiến
Trong thế kỷ 19, những bước đột phá lớn trong hàn được thực hiện.
Việc sử dụng các ngọn lửa mở (axetylen) là một cột mốc quan trọng trong
lịch sử của hàn vì ngọn lửa mở, cho phép sản xuất các công cụ kim loại phức
tạp và thiết bị. Anh Edmund Davy phát hiện acetylene trong năm 1836 và
axetylen đã sớm sử dụng bởi các ngành công nghiệp hàn.
Một số trong những phát triển gần đây trong ngành công nghiệp bao
gồm hàn ma sát quá trình hàn phát triển ở Nga, và hàn laser phát triển ở Mỹ,
Đức, Trung Quốc. Laser được phát triển trong phịng thí nghiệm Bell
Telephone nhưng giờ đây nó được sử dụng cho các loại công việc hàn.
Hàn plasma là một phương pháp hàn hồ quang biến thể. Về bản chất
khoa học, phương pháp hàn này cũng như hàn hồ quang, lợi dụng nhiệt của
hồ quang (phần lõi) để làm nóng chảy kim loại cần hàn. Ta dùng thiết bị để
tập trung dòng vào lõi hồ quang (plasma) vào dòng nhỏ có nhiệt độ cao.

Hình 1.1. Ngun lý hàn hồ quang plasma (a) và mở rộng khu vực
hàn lỗ khóa (b)

3


Phương pháp hàn plasma có các tính chất đặc biệt nhờ thiết kế đầu
hàn. Theo đường kính lỗ vịi phun, cường độ dịng điện hàn và lưu lượng khí
tạo plasma, có thể đưa ra ba phương pháp hàn hồ quang plasma:
+ Phương pháp hàn microplasma được sử dụng với dòng hàn trong
khoảng 0,1÷15 A. So với hàn hồ quang bằng điện cực khơng nóng chảy trong

mơi trường khí bảo vệ ở dải cường độ thấp, chiều dài hồ quang microplasma
dài hơn nhiều.
+ Phương pháp hàn plasma được sử dụng với dịng hàn trung bình
trong khoảng 15÷100A. Tương tự như hàn hồ quang bằng điện cực khơng
nóng chảy bình thường. Tuy có thể tăng lưu lượng khí tạo plasma để tăng
chiều sâu chảy nhưng khơng khí có thể lẫn vào hồ quang do dịng chảy rối
của khí bảo vệ.
+ Phương pháp hàn plasma lỗ khóa được sử dụng với dịng hàn trên
100A. Hình thành do tăng cường độ dịng điện hàn và lưu lượng khí tạo
plasma. Hồ quang plasma này có công suất rất lớn, tương tự như của tia laser.
Khi hàn, hồ quang plasma xuyên thủng vật liệu, tạo ra một lỗ khóa với kim
loại nóng chảy của vũng hàn bao quanh lỗ khóa để tạo ra kim loại mối hàn.
1.2 Tổng quan về cơng nghệ hàn plasma
1.2.1 Tình hình nghiên cứu phát triển, ứng dụng hàn plasma ở ngoài
nước
Ở các nước công nghiệp phát triển trên thế giới, nhiều cải tiến mới
trong lĩnh vực công nghệ hàn tiên tiến, trong đó có hàn bằng năng lượng
plasma (PAW) và hàn microplasma (MPAW) đã được nhiều nhà khoa học
tiến hành nghiên cứu chun sâu. Lấy ví dụ như tác giả cơng trình năm 2014
đã đưa ra bài tổng quan hệ thống hóa 297 cơng trình báo cáo và bài báo khoa
học đã được công bố trong giai đoạn từ năm 1960 đến năm 2002.
Từ năm 2002 đến năm 2005 có bài báo khoa học về các vấn đề:
Nghiên cứu giám sát trực tuyến quá trình hàn plasma; Nghiên cứu giám sát
bề mặt mối hàn khi sử dụng cảm biến thu tín hiệu khơng chuyển dịch dịng
plasma,…
1.2.2 Tình hình nghiên cứu cơng nghệ hàn plasma ở Việt Nam
Để góp phần nghiên cứu và bước đầu tìm hiểu về các cơng nghệ hàn
tiên tiến, trong đó có hàn plasma, microplasma, nhằm mục đích nâng cao

4



chất lượng sản phẩm kết cấu hàn, năm 2008 đã có một đề tài nghiên cứu khoa
học cấp - Bộ Công Thương (mã số 321.08.RD/HĐ-KHCN) về vấn đề:
“Nghiên cứu công nghệ hàn plasma và microplasma trong chế tạo chi tiết
máy thành mỏng bằng các vật liệu đặc biệt”, do Viện Nghiên cứu Cơ khí chủ
trì thực hiện. Đối tượng nghiên cứu là: hàn vật liệu thép đặc biệt và hợp kim
đồng. Kết quả chính của đề tài mới chỉ dừng lại ở mức đề xuất quy trình cơng
nghệ hàn plasma, microplasma nói chung, chưa đi sâu vào các vấn đề cụ thể
để tối ưu hóa các thơng số đầu vào như lưu lượng khí, cường độ dịng điện
hàn, tốc độ hàn, v.v...
1.3 Cơ sở lý thuyết về công nghệ hàn plasma
Hàn plasma (PAW) là quá trình hàn liên kết vật liệu kim loại bằng
dòng xung hồ quang thu hẹp giữa điện cực giữa dây hàn nóng chảy và phơi
hàn hoặc điện cực khơng nóng chảy, tương tự như q trình GTAW, nhưng
hồ quang của PAW phun qua lỗ nhỏ của một chụp thu hẹp hồ quang được
làm mát bằng nước, có thể áp dụng kết cấu hàn có lỗ khóa.
1.4 Xác định nội dung nghiên cứu của luận án
Các nội dung nghiên cứu chính sau đây:
1) Nghiên cứu tài liệu tham khảo, tổng hợp, phân tích đánh giá các
kết quả nghiên cứu về cơ sở lý thuyết, thực nghiệm và triển khai ứng dụng
của một số nhà khoa học chuyên ngành ngoài nước và trong nước để lựa
chọn miền giới hạn nội dung trọng tâm cần nghiên cứu của luận án;
2) Lựa chọn vật liệu, thiết bị thí nghiệm, phương pháp nghiên cứu,
phù hợp với tính năng lực thực tế của thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN C3MATIC 32-33.
3) Tiến hành các thí nghiệm sàng lọc và thí nghiệm theo quy hoạch
thực nghiệm đầy đủ đã nêu trong phương pháp thí nghiệm nêu trên.
4) Đưa ra giới hạn phạm vi miền lựa chọn của các thông số công
nghệ đầu vào; dự kiến các hàm mục tiêu đầu ra; chọn các điều kiện biên cơ
bản phù hợp tính năng thiết bị hàn plasma cho các bước tiến hành thí nghiệm

thăm dị định hướng công nghệ (L9 - Taguchi).
6) Tổng kết những đóng góp mới về mặt khoa học của luận án và
đưa ra khuyến cáo lựa chọn chế độ hàn plasma hợp lý đối với kết cấu giáp
mối thép không gỉ tấm SUS 304 cho các nhà sản xuất trong nước.

5


Kết luận chương
1) Việc hệ thống hóa một số vấn đề cơ sở thực tiễn của kỹ thuật hàn
plasma, microplasma qua tham khảo một số tài liệu đã công bố ngồi nước
và trong nước gần đây cho thấy có thể nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trên
thực tiễn sản xuất sẽ cho hiệu quả tốt cho các nhà doanh nghiệp sản xuất các
mặt hàng cơ khí từ vật liệu thép không gỉ cho các ngành kinh tế - kỹ thuật ở
Việt Nam;
2) Các nghiên cứu phát triển công nghệ và thiết bị hàn plasma,
microplasma nói chung được các nhà khoa học trên thế giới đi theo nhiều
hướng là cơ sở khoa học cho lựa chọn nội dung nghiên cứu chính của luận
án;
3) Đưa ra định hướng sơ bộ về một số nội dung nghiên cứu cụ thể
chính của luận án gắn liền với năng lực trang thiết bị thí nghiệm hiện có tại
một doanh nghiệp sản xuất các sản phẩm cơ khí từ vật liệu thép khơng gỉ và
thép hợp kim khác.
Chương 2: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Vật liệu thí nghiệm
Để thực hiện với yêu cầu đầu bài của luận án liên quan đến thép
không gỉ, Tập thể người hướng dẫn và nghiên cứu sinh đã lựa chọn SUS304
với một số lý do sau: Khả năng chịu nhiệt tốt; Khả năng chống chịu ăn mịn
cao; Khả năng gia cơng tạo hình tốt

2.2 Thiết bị và phương pháp thí nghiệm
Một số hình ảnh về hệ thống thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN C3MATIC 32-33 hiện có tại Cơng ty Cổ phần ERESSON Việt Nam. Đây là
một hệ thống thiết bị hàn tiên tiến của hãng LINCOLN ELECTRIC cung
cấp, biến thể dùng cho sản xuất ở quy mô công nghiệp, đảm bảo như một
công cụ hiện đại chủ lực với đặc điểm.
- Phôi hàn gồm các tấm thép không gỉ SUS 304 được mua sẵn trên
thị trường ở Việt Nam. Phôi thép hàn được kiểm tra thành phần hóa học trước
khi cắt thành các mảnh ghép giáp mối như quy định ở phần trên;

6


- Phôi thép không gỉ SUS 304 được cắt đúng kích thước yêu cầu tùy
thuộc chủng loại kết cấu hàn cần ghép bằng phương pháp dập cắt trên máy
cắt.

Hình 2.1. Sơ đồ khối các bước thí nghiệm hàn plasma của luận án
Kiểm tra chất lượng mối hàn plasma trên mẫu thí nghiệm TNĐ 1

7


- Phương pháp lấy mẫu thử phá hủy xác định cơ tính mối hàn

Hình 2.2. Sơ đồ ngun lý cách cắt lấy phôi để gia công mẫu thử kéo
phá hủy liên kết hàn plasma (a); phôi gia công mẫu khảo sát các đặc tính kim
tương học (HV0,2) (b) và hình thái và tổ chức tế vi theo mặt cắt ngang mối
hàn plasma (b)

Mẫu thử kéo phẳng có đầu


Hình 2.3. Bản vẽ gia công mẫu thử phá hủy xác định độ bền kéo liên kết
hàn plasma theo TCVN 197-1: 2014 (a); ảnh một số mẫu thử điển hình
sau khi hàn plasma (b)

8


a)

 Hướng khảo sát

b)
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý khảo sát đặc tính kim tương học vật liệu mối hàn
plasma thép khơng gỉ tấm SUS 304 của luận án

Thí nghiệm hàn plasma thép không gỉ SUS 304 theo ma trận trực
giao 3 mức 3 yếu tố

9


Bảng 2.1. Các thơng số chế độ thí nghiệm hàn plasma thép khơng gỉ SUS 304 (TNĐ 1)

Số thí
nghiệm

Chiều
dày
phơi

hàn, ,
mm

Đường
kính dây
hàn, d,
mm

Cường độ
dòng xung
plasma mức
trên Ih, A

Cường độ
dòng xung
plasma
mức dưới,
Ib, A

Tốc độ
hàn
plasma,
vh, cm/ph

Tốc độ
cấp dây
hàn vc.d,
cm/ph

Tần

suất
xung,
F, Hz

Lưu
lượng
khí bảo
vệ G,
lít/phút

1 ÷ 27

2

1,0

80; 90;100

50; 55; 60

24; 28;32

80

0,5

80

Ghi chú: Cấp khí cho quá trình hàn plasma: Ar + 5% H2; Hiệu suất xung N = 70 %
Bảng 2.2. Chế độ quy hoạch thực nghiệm toàn phần 3 mức 3 yếu tố khi hàn thép không gỉ SUS 304

Mức điều chỉnh
Thông số chế độ hàn

Ký hiệu

0

1

2

Bước điều
chỉnh

Cường độ dòng xung plasma mức
trên, A

X1 = Ih

80

90

100

10

Cường độ dòng xung plasma mức
dưới, A


X2 = Ib

50

55

60

5

Tốc độ hàn, cm/phút

X3 = vh

24

28

32

4

10


Bảng 2.3. Ký hiệu mã hóa các chế độ thực nghiệm hàn plasma thép không gỉ SUS 304 sắp xếp theo ma trận trực giao
3 mức 3 yếu tố (TNĐ 1)
Các yếu tố đầu vào khảo sát

X3

(Mức 0)

X3
(Mức 1)

X3
(Mức 2)

X2 (Mức 0)

X2 (Mức 1)

X2 (Mức 2)

X1 (Mức 0)

000

010

020

X1 (Mức 1)

100

110

120


X1 (Mức 2)

200

210

220

X1 (Mức 0)

001

011

021

X1 (Mức 1)

101

111

121

X1 (Mức 2)

201

211


221

X1 (Mức 0)

002

012

022

X1 (Mức 1)

102

112

122

X1 (Mức 2)

202

212

222

11


Phương pháp đánh giá chất lượng liên kết hàn plasma thép SUS 304

Tất cả các mẫu thí nghiệm theo quy hoạch đầy đủ 3 mức 3 yếu tố 33
(TNĐ 1) tùy theo chế độ hàn plasma thép không gỉ tấm SUS 304 sau khi làm
nguội đều được kiểm tra đánh giá chất lượng liên kết hàn được thực hiện
tương tự như đối với các mẫu thí nghiệm thăm dị định hướng cơng nghệ
(TNĐ 1) được trình bày ở tiểu mục tiếp theo.
Xây dựng mơ hình tốn học đặc tính bền mối hàn plasma thép SUS 304
Đây là một bước khái quát kết quả thực nghiệm lên một tầm cao hơn
ở dạng đưa ra cơng thức tốn học thực nghiệm thích hợp, mô tả gần đúng
mối tương quan giữa các thông số công nghệ chủ yếu đầu vào đã chọn và
hàm mục tiêu đầu ra cần tìm (độ tin cậy của mơ hình có thể chọn ở mức 95%
giá trị danh nghĩa).
2.3 Phương pháp tính tốn xây dựng hàm mục tiêu chất lượng mối
hàn plasma thép SUS 304
Phương pháp lập ma trận thực nghiệm trực giao 3 mức 3 yếu tố 33
Việc áp dụng để giải bài tốn này có thể thực hiện các thí nghiệm
khoa học bằng cách xác lập mơ hình tốn học để đánh giá chất lượng liên kết
hàn thông qua các hàm mục tiêu độ bền kéo ki, giới hạn chảy si, và độ giãn
dài tương đối Li do ảnh hưởng của quá trình hàn plasma như là các hàm số
của những thông số độc lập đầu vào cần khảo sát gồm:
Y = f (Ih, Ib, vh, vcd, ...)
trong đó: Ih – Cường độ dịng plasma mức trên (A); Ib – Cường độ
dòng plasma mức dưới, (A); vh – Tốc độ hàn (theo phương dọc mối hàn),
cm/phút; vcd. Các điều kiện biên khác (như Tốc độ cấp dây bù; …).
Sơ đồ ngun lý mơ hình thí nghiệm của luận án

Phương pháp đo trực tiếp và xử lý số liệu thực nghiệm

12



Để tính tốn các giá trị trung bình của yếu tố lựa chọn là các thông số
đầu vào cần khảo sát (X), sai số tiêu chuẩn SX, độ lệch quân phương
(Dispersi) S2X và sai số tích luỹ X:
1) Nếu Xi là giá trị đo thơng số cơng nghệ nào đó, thì: Xi = (ai  i)
ở đây: ai – số đo của Xi; i – sai số của dụng cụ đo; i – chỉ số ký hiệu thông
số được đo. Sai số tương đối trong trường hợp này là: i/ai
2) Khi đó giá trị sai số tuyệt đối là: Xi = i.ai
Phương pháp tính tốn các hàm mục tiêu đặc tính cơ - lý vật liệu mối hàn
Các bước chủ yếu trong tính tốn xây dựng mơ hình tốn học gồm:
1) Thiết lập các Bảng số liệu thống kê các thông số công nghệ chủ
yếu và kết quả đo đạc chỉ tiêu đánh giá hàm mục tiêu đầu ra (giới hạn chảy
mối hàn,...) sau khi đã kiểm tra tính đồng nhất của các số liệu thống kê;
2) Xây dựng các đa thức trực giao theo các thông số công nghệ chủ
yếu đã chọn (Bảng 2.6);
3) Tính các hệ số ẩn trong mơ hình tốn học mơ tả ảnh hưởng của
các yếu tố đầu vào đến hàm mục tiêu đầu ra cần tìm;
4) Kiểm tra tính thích hợp của mơ hình toán tối ưu nhận được theo
tiêu chuẩn Fisher ở mức độ phù hợp đã chọn;
Kết luận về độ chính xác mơ phỏng của mơ hình tốn học nhận
được so với kết quả thực nghiệm.
Kết luận chương
1) Thiết bị hàn plasma của hãng LINCOLN ELECTRIC có khả năng
điều khiển tự động q trình hàn với 3 thơng số đầu vào (Ih, Ib và vh);
2) Phương pháp thí nghiệm hàn plasma thép khơng gỉ SUS 304 theo
mơ hình thí nghiệm và quy trình thực hiện đề xuất đồng thời với việc áp
dụng phương pháp tính tốn xử lý số liệu thống kê toán học thực nghiệm;
3) Các chỉ tiêu chất lượng khác như: biến dạng võng do ảnh
hưởng của nhiệt hàn; chiều rộng vùng ảnh hưởng nhiệt; các đặc tính
kim tương học như: ảnh tổ chức thô đại mối hàn, tổ chức tế vi.


13


Chương 3: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH MỐI HÀN PLASMA THÉP SUS 304
3.1 Đánh giá ngoại dạng mối hàn plasma thép SUS 304
Ký
hiệu
mẫu
01
02
03
04
05
06
07
08
09
11
12

𝐼 ,
A
100
80
90
90
90
90
95
95

100
60
50

𝐼 ,
A
60
50
50
50
50
50
50
50
50
30
25

13

70

35

Các thông số công nghệ hàn
được khảo sát
δ.
Gpl;
𝑣 ,
𝑣. ,

cm/ph cm/ph mm l/ph
34
80
2
2
40
90
2
2
30
80
2
2
25
80
2
2
30
90
2
2
28
90
2
2
32
90
2
2
30

90
2
2
30
90
2
2
30
75
1,5
2
25
65
1,5
2
30

75

Ghi chú: Lưu lượng cấp khí bảo vệ 𝐺

1,5

2

N, %
70
70
70
70

70
70
70
70
70
70
70
70

Chiều cao mối hàn,
mm
Phía
Phía dưới, Max,
hi
trên, ℎ
ℎ
0,438
0,192
2,639
1,004
0,281
3,271
0,471
0,063
2,528
0,389
0,354
2,687
0,465
0,494

2,907
0,442
0,389
2,787
0,514
0,425
2,742
0,537
0,318
2,842
0,505
0,437
2,918
0,337
0,547
2,192
0,431
0,479
2,338
0,100

0,232

1,517

Chiều rộng mối hàn,
mm
Phía
Phía
trên, 𝑏

dưới, 𝑏
5,404
3,507
4,043
1,487
4,531
1,402
5,342
3,502
5,210
2,767
5,543
3,266
5,304
2,679
5,499
3,717
5,459
3,595
4,843
3,908
3,950
2,841
4,577

3,824

= 80 l/ph; Đường kính dây hàn, 𝑑 = 1,0 mm

14



a) Mẫu 01 T

b) Mẫu 01 D

c) Mẫu 02 T

d) Mẫu 02 D

e) Mẫu 03 T

f) Mẫu 03 D

g) Mẫu 04 T

h) Mẫu 04 D

k) Mẫu 05 T
l) Mẫu 05 D
Hướng hàn dọc theo đường ghép nối 

15


Hình 3.1. Ảnh hình thái bề mặt mối hàn phụ thuộc vào các chế độ hàn thực nghiệm thép SUS 304 (nhóm
1, chiều dày 2 mm)

a) Mẫu 06 T


b) Mẫu 06 D

c) Mẫu 07 T

d) Mẫu 07 D

e) Mẫu 08 T

f) Mẫu 08 D

g) Mẫu 09 T

h) Mẫu 09 D

Hướng hàn dọc theo đường ghép nối 
Hình 3.2. Ảnh hình thái bề mặt mối hàn phụ thuộc vào các chế độ hàn thực nghiệm thép SUS 304 (nhóm
2, chiều dày 2 mm)

16


a) Mẫu 11 T

b) Mẫu 11 D

c) Mẫu 12 T

d) Mẫu 12 D

e) Mẫu 13 T


f) Mẫu 13 D

Hướng hàn dọc theo đường ghép nối 
Hình 3.3. Ảnh tổ chức thơ đại mối hàn plasma thép khơng gỉ SUS 304
(nhóm 3, chiều dày 1,5 mm) theo mặt cắt ngang đường hàn

17


3.2 Đặc tính cơ - lý vật liệu mối hàn
Độ bền kéo liên kết hàn thép SUS 304
Kết quả tính tốn tự động nhờ trợ giúp của phần mềm tích hợp trong máy thử kéo cho phép trích xuất ra số
liệu và đồ thị 2D thực nghiệm xác định độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài tương đối.
3.3 Đặc tính kim tương học vật liệu mối hàn
Để có đánh giá một cách toàn diện hơn về chất lượng liên kết hàn plasma nhận được trên một số mẫu điển
hình khác nhau, cần thực hiện nghiên cứu chuyên sâu để khảo sát, chụp ảnh tổ chức và đo độ cứng tế vi tại các
vùng cấu trúc đặc trưng vật liệu mối hàn.
Ký
hiệu
mẫu

Đường kính
dây bù, 𝑑 ,
mm

Chiều dày
phơi hàn,
ho, mm


Độ bền kéo
liên kết hàn,
k, MPa

Đánh giá
hình thái bề
mặt mối hàn

𝐼 ,
A

𝐼 ,
A

𝑣 ,
cm/ph

𝑣. ,
cm/ph

𝐺 . ,
l/ph

1.2

100

60

34


80

2

1,0

2

655,304

Đạt

3.4

90

50

30

80

2

1,0

2

686,925


Đạt

5.5

90

50

30

90

2

1,0

2

723,211

Rất Tốt

6.2

90

50

28


90

2

1,0

2

693,656

Rất Tốt

Thông số công nghệ hàn khảo sát

18


3.4 Độ cứng tế vi các vùng cấu trúc đặc trưng mối hàn plasma thép
SUS 304
Độ cứng tế vi (HV0,2) vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ
SUS 304, khảo sát tại các vùng cấu trúc đặc trưng sau khi làm nguội trong
khơng khí
Ký Độ cứng tế vi đo tại các phân vùng cấu trúc theo sơ đồ ký hiệu trên Hình 3.6
hiệu b
mẫu Vùng 1
Vùng 2 Vùng 3
Vùng 4 Vùng 5
Vùng 6 Vùng 7
1.2


3.4

5.5

6.2

(KLCBt) (HAZt)

(MH)

(HAZp)

(KLCBp) (BGt)

(BGp)

180; 209

180;
194;
206

177; 161;
178; 190;
198

171;
182;


174;

175;
180;
201

187;
176;
194

177; 161;
173; 174;
199

170;
188;

197;
183;
174

172; 165;
165; 188;
176

182;
173;

177;
173;

183

181; 168;
158; 171;
179

181;
186;

174; 176

168; 174

186; 176

191

192

189
174; 182

183

185;
182;
183

186; 185


182

180

176;
178;

178;
178;
168

183; 177

173;
178;
171

168;
164;
167
193;
176;
174
185;
184;
184

3.5 Phân tích SEM và EDX mối hàn
Để thực hiện nội dung nghiên cứu đặc tính kim tương học vật liệu
liên kết hàn plasma bằng phương pháp SEM-EDX, tiến hành chọn 02 mẫu

thí nghiệm như sau: mẫu có ký hiệu SUS304-N6 (chiều dày phôi hàn 2 mm)
và mẫu SUS304-N11 (chiều dày phôi hàn 1,5 mm)

19


Ảnh tổ chức tế vi SEM vật liệu liên kết hàn plasma thép không gỉ
SUS 304 mẫu số N6 và sơ đồ các vị trí phân tích EDX

Kết luận chương
1) Chất lượng liên kết hàn plasma thép không gỉ SUS 304 khi sử dụng
thiết bị hàn tự động LINCOLN C3-MATIC 32-3.
2) Trên hầu hết các mẫu thí nghiệm thăm dị định hướng công nghệ hàn
plasma thép không gỉ (chiều dày 2 mm và 1,5 mm) trong miền khảo sát của
04 thông số đầu vào sơ bộ (Ih, Ib, vh, vcd), đều đạt chất lượng yêu cầu, ngoại
trừ có 01 mẫu khi hàn với vh cao (vh = 40 cm/ph) không đạt yêu cầu như kỳ
vọng. Do đó cần điều chỉnh miền khảo sát của chúng khi tiến hành thí nghiệm
theo ma trận trực giao 3 mức 3 yếu tố .
Chương 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐẶC TÍNH BỀN VẬT LIỆU MỐI
HÀN PLASMA THÉP SUS 304
4.1 Ảnh hưởng độc lập của chế độ hàn đến chất lượng mối hàn
plasma thép SUS 304
Độ bền kéo
20


Các số liệu thống kê toán học thực nghiệm được xử lý nhờ trợ
giúp của máy tính để phân tích phương sai ANOVA khi xem xét đơn yếu
tố (Ih), (Ib), (vh), (vcd) hoặc theo cặp đôi (Ih.Ib), (Ih.vh), (Ib.vh), (vh.vcd), ... có
mức độ ảnh hưởng như thế nào đến các hàm mục tiêu đầu ra cần tìm (ki;

si; Li).

Giới hạn chảy
Kết quả phân tích phương sai ANOVA đối với hàm mục tiêu đầu ra là
giới hạn chảy vật liệu liên kết hàn plasma thép SUS 304 trong các trường
hợp khi mẫu bị phá hủy ở các vùng kim loại cơ bản. Các thông số đầu vào
khảo sát giống như trường hợp xác định hàm mục tiêu độ bền kéo vật liệu
trong liên kết hàn plasma thép SUS 304.

21