MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Trong cơng nghệ hàn khe hở hẹp, có thể sử dụng nhiều phương pháp hàn
khác nhau, điển hình như hàn TIG (Tungsten inert gas welding), hàn MIG (metal
inert gas) và hàn MAG (metal active gas). Điều đó cho phép tiết kiệm nhiều
ngun cơng tạo phôi mối ghép, tiết kiệm dây hàn đáng kể, dẫn đến hạ giá thành
chế tạo kết cấu hàn.
Công nghệ hàn khe hở hẹp bằng phương pháp hàn MAG (viết tắt là NGMAG) dựa trên nền tảng của hàn bằng điện cực nóng chảy trong mơi trường
khí bảo vệ hoạt tính. Ở nước ta hiện nay cịn thiếu sự đầu tư cho nghiên cứu về
ảnh hưởng của các thông số công nghệ NG-MAG đến chất lượng kết cấu hàn
nhằm đưa ra được các quy trình hàn hợp lý để ứng dụng vào sản xuất công
nghiệp. tiên tiến khác nhau.
Nghiên cứu thực nghiệm để tìm ra chế độ hàn phù hợp khi hàn giáp mối
với khe hở hẹp các tấm thép các bon CT.38 có chiều dày  = 50 mm và mở
rộng đến  = 75; 100 mm với góc vát mép nhỏ (5o; 10o; 15o) bằng phương pháp
hàn trong mơi trường khí bảo vệ CO2 (MAG) đề đưa ra các giải pháp kỹ thuật
phù hợp với tình hình thực tế ở Việt Nam hiện nay là vấn đề luôn có tính thời
sự và cần thiết.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Bằng nghiên cứu thực nghiệm, xây dựng mối quan hệ giữa một số thông số
công nghệ đầu vào chủ yếu đến độ bền kéo, đặc tính cơ – lý và kim tương học
của mối hàn NG-MAG phôi thép các bon CT.38 khi sử dụng thiết bị hàn tiên tiến
LINCOLN FLEXTEC® 500x làm cơ sở khoa học để lựa chọn chế độ hàn phù
hợp, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kết cấu.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Đối tượng nghiên cứu của luận án: Trên cơ sở thực tiễn ở Việt Nam,
các kết cấu hàn giáp mối thép các bon CT.38 bằng công nghệ hàn NG-MAG;
b) Phạm vi, nội dung nghiên cứu của luận án:
+ Sử dụng bộ nguồn hàn MAG D500 với đầu hàn thiết kế, chế tạo phù
hợp để tiến hành thực nghiệm hàn giáp mối thép các bon CT.38 có chiều dày

δ = 50 mm;
+ Sử dụng hệ thống máy hàn tiên tiến LINCOLN FLEXTEC® 500x cho
phơi hàn có chiều dày δ = 50 mm và mở rộng đến chiều dày δ = 75; 100 mm.
c) Tính tốn xử lý số liệu thống kê thực nghiệm và đưa ra chế độ hàn
hợp lý để nâng cao độ bền kéo của mối hàn NG-MAG.

1


4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết về công nghệ hàn NG-MAG với nghiên cứu
thực nghiệm trên mơ hình thí nghiệm hàn đối với thép các bon CT.38 tấm
dày.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng thực nghiệm, đưa ra phương pháp hàn NG-MAG với chế độ
hợp lý cho liên kết giáp mối thép các bon tấm dày CT.38, đảm bảo chất lượng
mối hàn ở mức cần thiết theo yêu cầu thực tế. Chất lượng liên kết hàn được
đánh giá thơng qua bộ tiêu chí gồm: đặc tính cơ - lý và kim tương học khảo sát
tại các tiểu vùng kim loại mối hàn (MH); biên giới mối hàn với vùng ảnh hưởng
nhiệt (B.G); vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và vùng kim loại cơ bản (KLCB) khi
sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện đại, đảm bảo độ tin cậy của các kết quả
thực nghiệm cao trong điều kiện hiện có tại Việt Nam;
- Đưa ra được mơ hình tốn học ở dạng đa thức bậc 2, số hóa quy luật thay
đổi độ bền kéo liên kết hàn NG-MAG tùy thuộc vào 03 yếu tố công nghệ đầu
vào chủ yếu là cường độ dòng hàn (Ih), tốc độ hàn (vh) và góc vát mép nhỏ ()
trong miền khảo sát quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu 3 mức 3 yếu tố N27.
Theo đó, có thể dễ dàng điều khiển tùy ý chế độ hàn đảm bảo độ bền kéo và độ
tin cậy của mối hàn để khuyến cáo cho các doanh nghiệp sản xuất Cơ khí trong
nước.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của luận án được sử dụng làm tài liệu tham khảo trong nghiên
cứu khoa học, đào tạo ngành Kỹ thuật Cơ khí và khuyến cáo cho doanh
nghiệp về lĩnh vực chế tạo kết cấu hàn ở Việt Nam.
6. Kết cấu của luận án: Luận án ngoài phần đầu gồm mục lục, lời cam đoan,
lời cảm ơn của nghiên cứu sinh, bảng kê chữ viết tắt, danh mục các hình vẽ, danh
mục các bảng biểu, mở đầu, danh mục các cơng trình đã cơng bố, tài liệu tham
khảo và phụ lục được kết cấu thành:
- Chương 1: Tổng quan và cơ sở lý thuyết hàn khe hở hẹp;
- Chương 2: Vật liệu, thiết bị thí nghiệm và phương pháp nghiên cứu;
- Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm định hướng cơng nghệ;
- Chương 4: Xây dựng mơ hình tốn học độ bền kéo mối hàn khe hở hẹp;
- Kết luận chung và hướng phát triển tiếp theo của luận án;
7. Luận điểm bảo vệ chính
Khi áp dụng chế độ hàn NG-MAG hợp lý đề xuất cho các phôi thép tấm
các bon CT.38 có chiều dày 50 mm (mở rộng đến chiều dày 75 mm và 100
mm), với khe hở hẹp có thể thay đổi trong khoảng 10 ÷ 12 mm và góc vát mép
nhỏ (5o; 7,5o và 15o hai bên), đảm bảo được chất lượng liên kết hàn giáp mối
2


tốt về mặt kỹ thuật, dẫn đến giảm thiểu chi phí nguyên vật liệu (dây hàn, vật
tư phụ trợ), nâng cao hiệu quả cho doanh nghiệp sản xuất Cơ khí trong nước.
Chất lượng liên kết hàn NG-MAG được đánh giá bởi bộ tiêu chí gồm:
hình thái bề mặt (ngoại dạng) đường liên kết hàn (tính chất vật lý); độ bền kéo
(tính chất cơ học); độ cứng tế vi và tổ chức tế vi được khảo sát tại các tiểu vùng
cấu trúc đặc trưng (đặc tính kim tương học).
8. Đóng góp mới của luận án trong lĩnh vực khoa học chuyên ngành
1) Đưa ra phương pháp luận phù hợp để nghiên cứu q trình hàn liên
kết giáp mối NG-MAG phơi thép các bon CT.38 phù hợp với điều kiện thực

tiễn ở Việt Nam để khảo sát ảnh hưởng của 3 thông số cơng nghệ chủ yếu là
cường độ dịng điện hàn (Ih, A), tốc độ hàn (vh, cm/ph), và góc vát mép (,
độ) đến độ bền kéo và các đặc tính cơ –lý, kim tương học của mối hàn;
2) Áp dụng phương pháp tính tốn xử lý số liệu thống kê tốn học theo
quy hoạch thực nghiệm trực giao tồn phần kiểu 3 mức 3 yếu tố N27 (Ih, vh, )
bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất để tính tốn xây dựng mơ hình số hóa
dự đốn độ bền kéo (k, MPa) của liên kết hàn NG-MAG ở dạng đa thức bậc hai.
Theo đó, dề dàng điều khiển q trình hàn NG-MAG kết cấu thép CT.38 như
công thức (4.1) ở chương 4. Đồng thời đưa ra các đồ thị 2D và 3D biểu diễn trực
quan quy luật ảnh hưởng của chế độ hàn NG-MAG đến k trong miền quy hoạch
mô phỏng đã chọn.
Chương 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÀN KHE HỞ
HẸP
1.1. Khái niệm, phân loại ưu điểm của công nghệ hàn khe hở hẹp

1.1.1. Khái niệm hàn NGW

"Hàn khe hở hẹp (NGW) là một kỹ thuật liên kết theo định hướng có
liên quan đến q trình hàn hồ quang với đường hàn đặc trưng trong mỗi lớp
và được lấp đầy theo từng lớp trong một rãnh sâu có kích thước hẹp" [27].
1.1.2. Phân loại hàn NGW: gồm hai nhóm dựa trên kỹ thuật cấp dây hàn
hàn, sử dụng để đảm bảo đủ chiều sâu ngấu của các lớp hàn là nhóm hàn NGWI/ NGW-Ia/ NGW-Ic và nhóm hàn NGW-Ic [53], [54].
1.1.3. Ưu điểm của NGW: giảm thời gian hàn; chi phí tiêu hao thấp hơn;
giảm thời gian loại bỏ xỉ hàn; giảm chi phí chuẩn bị; giảm xử lý nhiệt sau hàn;
cải thiện độ dai va đập; giảm sự biến dạng góc của chi tiết hàn so với các
phương pháp khác.
1.2. Tổng quan về nghiên cứu, phát triển, ứng dụng hàn khe hở hẹp ở
nước ngoài
1.2.1. Khái quát về công nghệ hàn khe hở hẹp
3



Cơng nghệ hàn NGW ở ngồi nước đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế
giới nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở các quy mô khác nhau từ những năm 60
của thế kỷ trước cho đến ngày nay. Một số cơng trình cơng bố gần đây cập nhật
được đề cập đến những định hướng cơ bản về cải tiến thiết bị, vật liệu hàn và giải
pháp công nghệ tiên tiến, ví dụ như tác giả các cơng trình [19]  [54] đưa ra các
hình ảnh minh họa quá trình phát triển của công nghệ này là cơ sở để lựa chọn
đề tài của luận án.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng hàn NGW ở nước ngoài
Bài tổng quan về công nghệ hàn NGW của tác giả Barbara K. Henon [22]
đã nêu ra một số ứng dụng của quá trình hàn TIG điện cực nóng chảy; hàn
GTAW tự động; quá trình hàn NGW; tự động hóa q trình hàn; đắp kim loại;
cảm biến giám sát và các cấu thành trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử. Đồng
thời với các nhà nghiên cứu khác đã đưa ra những ưu điểm vượt trội và hạn chế
của công nghệ hàn NGW như: năng suất hàn cao hơn khi hàn các tấm vật liệu
có chiều dày lớn hơn 50 mm và có góc vát mép nhỏ; dễ hình thành các khuyết
tật trên biên giới kim loại mối hàn với mặt bên kim loai cơ bản; khó di chuyển
đầu dị kiểm tra chất lượng mối hàn và chi phí cho q trình hàn đắt đỏ [22].
Nguyên lý hàn khe hở hẹp khác nhau, sử dụng nguồn hàn MAG được đề cập
qua nhiều hình ảnh trực quan được trích dẫn trên các hình 1.1 ÷ 1.36 của luận
án.

a)
c)
b)
Hình 1.25. Ảnh cụm đầu hàn của máy hàn quay nối ống đường kính lớn (a);
nguyên lý hàn quay GTAW (b); sơ đồ nguyên lý của hàn GTAW phía ngồi đường
ống với khe hở hẹp (c) [20]


1.3. Tình hình nghiên cứu công nghệ hàn khe hở hẹp ở trong nước
Đến nay, nghiên cứu đầu tiên ở trong nước về công nghệ và thiết bị hàn
khe hở hẹp bằng phương pháp hàn trong khí bảo vệ (MAG) ứng dụng cho hàn
giáp mối thép tấm CT.38 (chiều dày 25 mm, góc vát mép 30O/hai bên), mới
được thực hiện năm 2014 tại Viện Nghiên cứu Cơ khí [4]. Tiếp đó, nhóm
nghiên cứu này thực hiện nghiên cứu về hàn thép các bon CT.38 với chiều dày
lớn hơn và khe hở hẹp, góc vát mép thay đổi giảm thiểu xuống đến khoảng 5 
15O (danh mục các cơng trình cơng bố của luận án). Ngồi ra chưa thấy cơng
bố chun sâu nào được đăng tải, nên vấn đề này có tính thời sự và có ý nghĩa
khoa học thực tiễn.
1.4. Cơ sở lý thuyết hàn khe hở hẹp
4


1.4.1. Một số vấn đề cơ bản
Những vấn đề lý thuyết cơ bản của hàn NG-GMAW chính là những nội
dung cơ sở lý thuyết đã được đăng tải về các phương pháp hàn khác nhau
(SAW; FCAW; GMAW; GTAW,…) đã biết. Các công nghệ hàn khe hở hẹp
(NG-GMAW) phổ biến trong các ngành đóng tàu, xây dựng cầu đường và các
ngành cơng nghiệp sử dụng kết cấu thép hàn có chiều dày lớn bằng giải pháp
hàn hồ quang chìm (SAW), trong khí bảo vệ (MIG/MAG; GMAW) và điện
cực vơnphram trong khí trơ. Điều đó cho phép đem lại lợi ích kinh tế tốt hơn
khi hàn các vật liệu kim loại có chiều dày từ 50 mm trở lên [21], [25]. Ngoài ra
các cơng trình nghiên cứu chun sâu khác về hàn NGW như [27] ÷ [32], [37]
÷ [54] đã cơng bố thường tập trung vào các vấn đề cải tiến thiết bị, đầu hàn,
công nghệ hàn, cấu trúc mối hàn, mô phỏng số và mơ hình hóa q trình hàn
NGW.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị hàn GMAW dùng khi hàn NGW cho
trên hình 1.37 và trích dẫn một số kết quả nghiên cứu trên thế giới (hình 1.38 ÷
1.67 và bảng 1.1 ÷ 1.7 của luận án) [21].


Hình 1.37. Sơ đồ hệ thống thiết bị hàn GMAW [21]: 1 - Cụm dây hàn; 2 - Con lăn định hướng cấp
dây hàn; 3- Cụm ống dẫn linh hoạt; 4 - Ống bọc; 5 - Súng hàn; 6 - Nguồn hàn

1.4.2. Phương pháp đánh giá chất lượng mối hàn GMAW ở nước ngồi
Ví dụ về mối hàn GMAW vật liệu thép S355 MC trên thiết bị hàn khe hở
hẹp với sơ đồ kết cấu mối hàn góc hình 1.68 ÷ 1.73 [21], [42].
1.5. Nội dung nghiên cứu của luận án
1) Sử dụng hệ thống nguồn hàn MAG D500 tại Viện NARIME và hệ thống
thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN FLEXTEC® 500x cho thí nghiệm hàn NG-MAG
tạo mẫu và các trang thiết bị chuyên dùng tiên tiến để đánh giá đặc tính cơ học và
đặc tính tổ chức tế vi kim loại mối hàn hiện có trong nước tại các pḥịng thí nghiệm
chuyên ngành;
2) Kết cấu mối hàn NG-MAG: giáp mối ở vị trí hàn bằng với khe hở hẹp 10 
12 mm phơi thép tấm CT.38 có chiều dày: δ1 = 50 mm; δ2 = 75 mm và
δ3 = 100
o
o
o
mm và góc vát mép: 1 = 15 ; 2 = 10 và 3 = 5 (hai bên).
5


Kết luận chương 1
1) Ở ngoài nước các hướng nghiên cứu phát triển công nghệ hàn khe
hở hẹp (NGW) bằng điện cực nóng chảy và nguồn hàn TIG/MIG/MAG bao
gồm: tối ưu hóa chế độ hàn; tối ưu hóa thành phần khí bảo vệ; cải tiến và tích
hợp mỏ hàn vào đầu hàn tự động; giám sát trực tuyến quá trình hàn; nâng cao
năng suất hàn bằng đầu hàn nhiều dây, đánh giá chất lượng mối hàn qua các
tiêu chí như hình thái bề mặt (ngoại dạng), tổ chức thơ đại, tổ chức tế vi và

độ bền cơ học liên kết hàn,… là những gợi mở cho việc ứng dụng để đánh giá
chất lượng mối hàn của luận án;
2) Thực nghiệm để tìm ra chế độ hàn NG-MAG thích hợp cho kết cấu
mối hàn giáp mối thép tấm CT.38 nếu lựa chọn hợp lý với đặc thù kiểu chữ
“V” (hàn một phía phơi 50 mm), “X lệch” và “X đối xứng” (hàn hai phía phơi
75 mm và 100 mm tương ứng) cho phép giảm thiểu chi phí dây hàn, năng
lượng hàn rất đáng kể và đảm bảo chất lượng hàn ổn định là cần thiết và có
tính mới về khoa học;
3) Nội dung nghiên cứu chính của luận án được giới hạn dựa trên năng
lực thiết bị thí nghiệm hiện có tại Viện Nghiên cứu Cơ khí và doanh nghiệp sử
dụng thiết bị hàn hiện đại LINCOLN FLEXTEC® 500x chính hãng, khơng đi
sâu vào việc tối ưu hóa cơng nghệ.
Chương 2. VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu thí nghiệm
2.1.1. Lựa chọn kích thước phơi hàn khe hở hẹp
Phôi thép CT.38 theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765-75 được chia
thành 3 loại với chiều dày () x chiều rộng (B)x chiều dài (L): 1) 50 x 100 x
200 mm; 2) 75 x 100 x 200 mm; 3) 100 x 100 x 200 mm (hình 2.1). Các phơi
loại 1, 2 và 3 sử dụng cho thí nghiệm thăm dị định hướng cơng nghệ (bước
1). Trong các thí nghiệm quy hoạch mô phỏng (bước 2) chỉ sử dụng phơi hàn
loại 1.
Thành phần hóa học và đặc tính cơ lý của phơi thép dùng để thí nghiệm đạt
u cầu theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765-75. Dây hàn đường kính d =
1,2 mm với thương hiệu GM-70s-6 sẵn có trên thị trường. Chế độ thí nghiệm
hàn NG-MAG ở bảng 2.3.

b)

a)


6

c)


Hình 2.1. Hình chiếu mặt đầu (a); mặt trên (b) bản vẽ gia công và ảnh một số
phôi thép các bon tấm dày CT.38 (c) chuẩn bị cho thí nghiệm hàn NG-MAG
của luận án:  - chiều dày phôi;  - Góc vát mép; B1, B2 - Chiều rộng mặt trên
và mặt dưới phôi B1 = B2 – .tg( /2); L - Chiều dài phôi

2.1.2. Lựa chọn kết cấu mối hàn NG-MAG
Chọn góc vát mép () giữa hai mặt đầu của các tấm thép CT38 như sau
(hình 2.2).

a) δ1 = 50 mm

b) δ2 = 75 mm

c) δ3 = 100 mm
Hình 2.2. Sơ đồ thiết kế kết cấu mối hàn NG-MAG của luận án:
a)
Chữ V; b) Chữ “X lệch”; c) Chữ “X đối xứng”

Bảng 2.3. Các thơng số chế độ thí nghiệm định hướng cơng nghệ NG-MAG
Kim Đường
loại kính dây Điện
cơ
hàn, áp hàn
bản d, mm Uh,V

Thép
CT.38 1,2 26÷30

Cường độ Tốc độ Tốc độ Tầm với Lưu lượng
dòng điện hàn, quay nn, điện cực khí bảo vệ
hàn Ih, A vh, m/h v/ph Lđ.c, mm Q, lít/ph
160 ÷ 220 4÷10

17÷40

15÷25

15 ÷ 25

2.2. Thiết bị thí nghiệm
2.2.1. Thiết bị hàn MAG tại Viện Nghiên cứu Cơ khí
Thiết bị thí nghiệm hàn định hướng cơng nghệ tạo mẫu mối hàn NG-MAG
tại Viện Nghiên cứu Cơ khí cho trên hình 2.4 [4].

a)

b)

c)

Hình 2.4. Hình ảnh thiết bị thí nghiệm hàn NG-MAG (a); cụm đầu hàn (b)
và đồ gá kẹp phôi hàn (c) tại Viện Nghiên cứu Cơ khí [4]

2.2.2. Thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN FLEXTEC® 500x tại


doanh nghiệp

7


Hệ thống thiết bị hàn LINCOLN FLEXTEC® 500x (hình 2.7) đảm bảo q trình
thực hiện thí nghiệm ổn định, chất lượng các mối hàn có độ tin cậy cao. Nguyên lý hàn
NG-MAG cho trên hình 2.8.

a)

b)

c)
®

Hình 2.7. Ảnh thiết bị tiên tiến LINCOLN - FLEXTEC 500x (Mỹ) dùng cho thí
nghiệm hàn giáp mối thép tấm dày với khe hở hẹp: a)Toàn cảnh hệ thống thiết bị
hàn; b) Điều chỉnh chế độ hàn thí nghiệm; c) Hàn thử theo chế độ quy hoạch thực
nghiệm

Hình 2.8. Sơ đồ ngun lý cơng nghệ hàn giáp mối thép tấm dày với khe hở hẹp
(a); Chuyển động tịnh tiến của đầu hàn theo khe hở hàn (b); Chuyển động quay
vòng của đầu hàn trong khe hở hàn (c); Ảnh bề mặt mối hàn tại thời điểm kết
thúc một số lớp trong quá trình hàn (d)

2.2.3. Thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng mối hàn
Thiết bị kiểm tra, đánh giá chất lượng mối hàn NG-MAG cho trên hình
2.10. Cách lấy mẫu khi cắt dây có tưới nguội tích cực phơi theo hướng ngang
đường hàn NG-MAG sau khi hàn, để tránh làm biến đổi có tính và tổ chức

vật liệu mối hàn (hình 2.12). Các mẫu thử nghiệm thử kéo phá hủy xác định
độ bền kéo cơ học của mối hàn được gia công cho trên hình 2.13, cịn ngun
lý lấy mẫu tại 03 phân vùng khác nhau theo chiều cao mối hàn cho trên hình
2.14.
Độ cứng tế vi được đo tại các vị trí cách nhau khong 50 ữ 100 àm, i t
tõm mi hn đến biên giới với vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và đi vào vùng kim
loại cơ bản. Điều kiện thí nghiệm theo quy hoạch đầy đủ N27 cho trong bảng
2.4.
8


a)

b)

c)

Hình 2.10. Ảnh máy thử kéo nén (a); máy đo độ cứng tế vi (b) và kính
hiển vi quang học (c) sử dụng cho thí nghiệm đánh giá đặc tính vật liệu
mối hàn NG-MAG

b) Phần giữa mối hàn c) Phần trên mối hàn
a) Phần đáy mối hàn
Hình 2.12. Ảnh mơ tả cách lấy phôi để gia công mẫu thử kéo phá hủy mối hàn
NG-MAG (a); mẫu khảo sát đo độ cứng tế vi (HV0,2) và chụp ảnh tổ chức tế vi
vật liệu tại 3 phân vùng theo chiều cao mối hàn (h1 = 0,25; h2 = 0,5; h3 = 0,75)

b)
a)
Hình 2.13. Ảnh một số mẫu điển hình (a) và bản vẽ gia công mẫu thử phá

hủy xác định độ bền kéo mối hàn NG-MAG theo TCVN 197: 2002 (b)

Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý minh họa cách cắt lấy phôi thí nghiệm đánh giá chất
lượng mối hàn NG-MAG của luận án

9


Bảng 2.4. Ví dụ về chế độ hàn NG-MAG theo quy hoạch thực nghiệm tồn
phần N27
Mức điều chỉnh Bước điều
Thơng số chế độ hàn
Ký hiệu
chỉnh
0
1
2
Cường độ dòng điện hàn, A
X1 = Ih
160 190 220
30
Tốc độ hàn, m/h
X2 = vh
4
7
10
3
Góc vát mép, độ
5
10

15
5
X3 = 
Tốc độ quay dây hàn, vg/phút X4 = nn
25
30
35
5
2.4. Phương pháp tính tốn xây dựng hàm mục tiêu chất lượng mối
hàn NG-MAG
2.4.1. Cơ sở để xây dựng mơ hình tốn học thực nghiệm
Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm [5560] cho phép lựa chọn phương án
nghiên cứu tối ưu, khi đối tượng càng phức tạp thì hiệu quả càng cao. Ở Việt
Nam có thể tham khảo vấn đề này do giáo sư Nguyễn Minh Tuyển công bố
năm 2005 [17] và một số nghiên cứu khác [18].
2.4.2. Áp dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao toàn phần
N27 cho nghiên cứu của luận án: Tham khảo ở ngoài nước một số tài liệu tham
khảo đã được công bố gần đây [5560]. Sơ đồ ngun lý mơ hình thí nghiệm
của luận án cho trên hình 2.15.
3 yếu tố độc lập: Điều kiện biên: X4; X5; X6;…
Hàm mục tiêu
ƠƠƠ
cần tìm:
X1 = Ih Ò
X2 = vh Ò
Ò y1= k
Đối tượng nghiên cứu
của luận án
X3 =  Ị
Ị y2 = HV0,2

Hình 2.15. Mơ hình quy hoạch thực nghiệm trực giao kiểu N27 cho hàn
NG-MAG thép các bon CT.38 tấm dày của luận án

Kết luận chương 2
1) Việc lựa chọn vật liệu, thiết bị tiên tiến và phương pháp thí nghiệm dựa
trên năng lực hiện có tại Viện Nghiên cứu Cơ khí và doanh nghiệp chuyển giao
công nghệ mới của Mỹ ở nước ta là có tính khả thi, tính ổn định của q trình
hàn NG-MAG cao;
2) Chọn mơ hình và quy trình thực hiện các bước của quá trình hàn NGMAG theo ma trận thực nghiệm trực giao toàn phần N27 là có cơ sở khoa học.
Phương pháp tính tốn xử lý số liệu thống kê toán học thực nghiệm để xây dựng
mơ hình tốn học mơ phỏng hàm mục tiêu độ bền kéo mối hàn (k) nhờ trợ giúp
của phần mềm máy tính chuyên dụng là giải pháp hiện đại, cho phép đảm bảo đủ
độ tin cậy kết quả tính tốn của luận án cao.
10


Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỊNH HƯỚNG CƠNG
NGHỆ
3.1. Mơ tả thí nghiệm định hướng cơng nghệ ở bước 1
Ở bước 1 thực hiện với 3 yếu tố độc lập Uh, vh và nn; cách lấy mẫu đo HV0,2
và chụp ảnh tổ chức tế vi cho trên hình 3.1a,b theo sơ đồ hình 3.2.
Mẫu No.1

a)

Mẫu No.2
b)
Hình 3.1. Ảnh tại một thời điểm thí nghiệm (a); vị trí cắt lấy phơi gia
cơng mẫu khảo sát các đặc tính tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG (b)


Hình 3.2. Sơ đồ vị trí đo độ cứng HV0,2 và chụp ảnh tổ chức thô đại vật liệu
mối hàn NG-MAG thép CT.38 khảo sát trên mẫu No.3, mã số (211)
3.2. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ở bước 1
3.2.1. Hình thái bề mặt mối hàn: Kết quả cho trên hình 3.3.
a)

b)

c)

d)

Hình 3.3. Ảnh hình thái bề mặt mối hàn trên mẫu hàn NG-MAG
định hướng công nghệ
3.2.2. Độ cứng tế vi vật liệu mối hàn: Kết quả thực nghiệm cho thấy:
- Độ cứng tế vi (HV0,2) tại vùng kim loại mối hàn (M1  M4) có giá trị là 173
 226, cịn tại vùng gần biên giới mối hàn (HM) là 202  274 (No.1); 219  263
(No.2); 212  321 (No.3) và 222  342 (No.4);
- Độ cứng tế vi (HV0,2) tại vùng (H) là 190  396 (No.1); 213  392 (No.2); 194 
321 (No.3) và 222  393 (No.4), còn tại vùng kim loại cơ bản (K) là 184  217 (No.1);
172  240 (No.2); 174  210 (No.3); 184 219 (No.4).
11


Như vậy, do ảnh hưởng của các chế độ hàn hác nhau HV0,2 có sự thay đổi
đáng kể tại các vùng cấu trúc đặc trung của mối hàn NG-MAG.
Bảng 3.2. Kết quả đo độ cứng tế vi mối hàn thép CT.38 (bước 1)
Vùng khảo sát Vị trí đo HV0.2 Mẫu No.1 Mẫu No. 2 Mẫu No. 3 Mẫu No. 4
M1
194

198
225
200
Vùng kim
M2
173
210
226
214
loại mối hàn
M3
174
204
213
211
(M)
M4
182
220
223
194
HM1
247
226
221
229
Vùng gần
HM2
222
238

212
226
biên giới
HM3
206
219
218
222
mối hàn
HM4
259
224
223
278
(HM)
HM5
241
243
213
233
HM6
215
235
219
226
HM7
202
216
225
232

HM8
274
263
321
342
H1
250
235
234
254
H2
212
261
217
222
H3
234
213
194
214
H4 (sáng)
253
282
241
281
H4 (tối)
386
392
381
376

H5
275
253
273
256
H6
233
240
249
207
H7
190
214
196
256
H8 (sáng)
242
252
294
275
H8 (tối)
396
392
406
393
K1
217
172
196
217

Vùng kim
K2
184
190
195
184
loại cơ bản
K3
196
181
174
196
(K)
K4
210
187
202
210
K5
219
240
203
219
K6
205
225
188
205
K7
204

173
195
204
K8
215
222
210
215

3.2.3. Tổ chức tế vi kim loại mối hàn:
Kết quả thí nghiệm định hướng cơng nghệ ở bước 1 cho trên các hình 3.4
 3.6, độ bền kéo mối hàn đạt giá trị khá cao. Theo đó, thấy rõ cần hiệu chỉnh
các chế độ hàn NG-MAG và thực hiện thêm thí nghiệm với các góc vát mép
khác nhau sẽ làm sáng tỏ hơn quy luật ảnh hưởng của chúng đến chất lượng
mối hàn.
12


a) H1x200

b) H2x200

d) H4x200

e) H5x200

c) H3x500

f) H6x200


Hình 3.4. Ảnh tổ chức tế vi
mẫu No.1 tại vùng bên
trong mối hàn (H): Uh = 26
V; vh = 7 m/h và nn = 30
vg/ph (mã số 011, thí
nghiệm thứ 11)

g) H7x200

h) H8x100

a) HM1x200

b) HM2x200

c) HM3x100

d) HM4x200

e) HM5x100

f) HM6x100

h) HM8x100

Hình 3.5. Ảnh tổ chức tế vi
mẫu No.1 tại vùng biên giới
mối hàn và mặt bên kim loại
cơ bản (HM): Uh = 26 V;
vh = 7 m/h và nn = 30 v/ph

(mã số 011, thí nghiệm
thứ 11)

g) HM7x200

13


a) K1x200

b) K2x200

c) K3x200

d) K4x200

e) K5x200

f) K6x200

Hình 3.6. Ảnh tổ chức tế vi mẫu No.1 tại vùng K: Uh = 26 V; vh = 7
m/h và vh = 30 v/ph (mã số 011, thí nghiệm thứ 11)

3.3. Thí nghiệm hiệu chỉnh cơng nghệ ở bước 2
3.3.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: Bảng 3.3 là điều kiện thí nghiệm theo quy
hoạch thực nghiệm toàn phần (ma trận trực giao N27).
Bảng 3.3. Chế độ thí nghiệm điều chỉnh cơng nghệ hàn NG-MAG thép các
bon CT.38
Thông số chế độ hàn
Ký hiệu

Mức điều chỉnh Bước điều
chỉnh
0
1
2
Cường độ dòng điện hàn, A X1 = Ih 160 190
220
30
Tốc độ hàn, m/h
X2 = vh
4
6
8
2
Góc vát mép, độ
5
10
15
5
X3 = 
Tốc độ quay dây hàn, vg/ph X4 = nn 25
25
25 Khơng đổi
3.3.2. Thảo luận về kết quả thí nghiệm ở bước 2
3.3.2.1. Quy ước các vị trí khảo sát cơ tính và phân tích cấu trúc
tế vi mối hàn
Thí nghiệm hàn NG-MAG thép CT.38 ở bước 2 sau điều chỉnh Ih; vh và .
Trên hình 3.9 là sơ đồ ký hiệu các vị trí đo độ cứng tế vi ở thang đo HV0,2 và chụp
ảnh tổ chức vật liệu mối hàn (khi  = 5 15o), được đánh số theo thứ tự tăng dần
tính từ phía bên phải sang phía bên trái.


3.3.2.2. Bàn luận về đặc điểm tổ chức tế vi kim loại mối hàn NG-MAG

Kết quả thí nghiệm trong quá trình hàn NG-MAG thép CT.38 (hình 3.8) và
nghiên cứu khảo sát, chụp ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn trên 03 mẫu điển
hình tương ứng với 03 nút quy hoạch lựa chọn và theo sơ đồ vị trí khảo sát ở hình
3.10 cho trên các hình 3.11 và hình 3.12, cho thấy chất lượng mối hàn NG-MAG
nhận được đều rất tốt.
14


a)

c)

b)

Hình 3.8. Ảnh hình thái bề mặt các mẫu thí nghiệm hàn giáp mối thép tấm
dày CT.38 với khe hở hẹp: Phơi có chiều dày 50 mm và góc vát mép α = 5
÷ 15o sau khi hàn đính lớp đáy với khe hở 5 ÷10 mm (a); Ảnh mẫu hàn đạt
80% chiều cao mối hàn (b) và đủ 100% chiều cao đến bề mặt trên (c)

Hình 3.9. Sơ đồ chọn và ký hiệu vị trí đo Hình 3.10. Ảnh tổ chức thô đại và vị
độ cứng tế vi HV0,2 trên mặt cắt ngang mối trí khảo sát chụp ảnh tổ chức tế vi vật
hàn NG-MAG thép CT.38, ở mặt đáy là
liệu mối hàn NG-MAG thép CT.38
o
(bước 2)
10 mm, góc vát mép  = 15


a) Vị trí 1, x200

b) Vị trí 4, x200

c) Vị trí 7,x200

d) Vị trí 12, x200

e) Vị trí 3, x200

f) Vị trí 6, x200

g) Vị trí 9, x200

h) Vị trí 10, x200

k) Vị trí 13, x200

Hình 3.11. Ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG thép CT.38 trên mẫu M2,
mã số 001: Ih = 160 A; vh = 4 m/h;  = 10o và nn = 25 vg/ph

15


a) Vị trí 1, x200

b) Vị trí 4, x200

c) Vị trí 7, x200


d) Vị trí 12, x200

e) Vị trí 2, x200

f) Vị trí 5, x200

g) Vị trí 8, x200

h) Vị trí 11, x200

k) Vị trí 13*, x200

Hình 3.12. Ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG thép CT.38 trên mẫu
M8, mã số 012: Ih = 160 A; vh = 6 m/h;  = 15o và nn = 25 vg/ph

3.3.2.3. Bàn luận về đặc tính thay đổi độ cứng tế vi mối hàn NG-MAG
Các đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng tế vi (HV0,2) vật liệu mối hàn NGMAG theo sơ đồ khảo sát đi từ trái qua phải ở hình 3.9 cho trên các hình 3.13
÷ 3.18 với có quy luật như sau:
1) HV0,2 đo tại vùng kim loại cơ bản (KLCB) thấp hơn so với tại các vùng
ảnh hưởng nhiệt (HAZ), vùng biên giới (BG) giữa HAZ với vùng mối hàn
(MH) và vùng giữa mối hàn (MH);
2) HV0,2 đo tại các vùng HAZ bên trái và bên phải đều có giá trị tăng cao
hơn cả các vùng đặc trưng khác;
3) HV0,2 đo tại các điểm đo khác nhau bên trong mối hàn (MH) có giá trị
thường thấp hơn một ít so với vùng HAZ, nhưng vẫn cao hơn so với vùng
KLCB cả hai bên.
3.4. Ảnh hưởng của chế độ hàn đến độ bền kéo mối hàn NG-MAG
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của bộ ba thông số công nghệ
hàn chủ yếu trong bộ ba (Ih; vh; ) với các điều kiện biên khác cố định ở mức
cho trước, đến chất lượng mối hàn NG-MAG thép CT.38 cho trong bảng 3.5.

Từ đó xây dựng được các đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa độ bền kéo mối
hàn và các thông số công nghệ đầu vào Ih; vh;  cho trên các hình 3.19 và hình
3.20.
16


Ký hiệu các vết đo độ cứng tế vi

Ký hiệu các vết đo độ cứng tế vi

Hình 3.13. Đồ thị sự phân bố của độ
cứng tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG
thép CT.38 trên mẫu M1, M2 và M3

Hình 3.14. Đồ thị sự phân bố của độ
cứng tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG
thép CT.38 trên mẫu M6, M8 và M9

HV0,2

HV0,2

Ký hiệu các vết đo độ cứng tế vi

Ký hiệu các vết đo độ cứng tế vi

Hình 3.15. Đồ thị sự phân bố của độ
cứng tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG
thép CT.38 trên mẫu M15, M17 và M18


Hình 3.16. Đồ thị sự phân bố của độ
cứng tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG
thép CT.38 trên mẫu M10, M12 và M14

HV0,2

HV0,2

Ra
KLCB

Ký hiệu các vết đo độ cứng tế vi

Hình 3.17. Đồ thị sự phân bố của độ
cứng tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG
thép CT.38 trên mẫu M19 và M20

B.G.(0)
Vào MH
Khoảng cách đo, m

Hình 3.18. Đồ thị sự phân bố của độ
cứng tế vi vật liệu mối hàn NG-MAG
thép CT.38 tùy thuộc vào vị trí đo

Bảng 3.5. Kết quả thí nghiệm hiệu chỉnh công nghệ (bước 2)
Số
TN
1
1

2
3
4
5
6
7

δ,
mm
2
50
50
50
50
50
50
50

bo,
mm
3
5
5
5
5
5
10
10

,

o

4
5
10
15
5
10
5
10

Ih,
A
5
190
190
190
160
220
190
190

vh,
m/h
6
8
8
8
8
8

8
8

nn,
vg/ph

7
25
25
25
25
25
25
25

17

Lđ.c,
mm
8
20
20
20
20
20
20
20

G,
l/ph

9
20
20
20
20
20
20
20

k,
MPa
10
462,9
470,9
483,7
426,4
499,2
491,6
508,4

Bề mặt
mối hàn
11
Tốt
Tốt
Tốt
Tốt
Tốt
Tốt
Tốt



Tiếp theo bang 3.5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
8
50
10 15 190
8
25
20
20
524,4
Tốt
9
50
10 10 160
8
25
20
20

476,5
Tốt
10
50
10 10 220
8
25
20
20
530,4
Tốt
*
11
75
10 10 190
8
25
20
20
535,1
Tốt
*
12
100
10 10 220
8
25
20
20
556,5

Tốt
Ghi chú: (*) – mẫu hàn từ hai phía đối xứng nhau; mẫu gia cơng để thử kéo lấy ở vị trí theo
chiều cao mối hàn (h): 0,5h khi hàn một phía; 0,25h và 0,75h khi hàn hai phía

a) k = f(, bo) khi vh; nn; G; h = const

b) k = f(, bo) khi Ih; vh; nn; G; h = const

Hình 3.19. Ảnh hưởng đồng thời của góc vát mép và khe hở hẹp (*bo)
đến độ bền kéo (k) mối hàn NG-MAG thép CT.38 (nhóm mẫu số 1)

a) k = f(Ih, ) khi vh; nn; G; h = const

b) k = f(Ih, ) khi vh; nn; G; h= const

Hình 3.20. Ảnh hưởng đồng thời của cường độ dịng hàn và góc vát mép (Ih*)
đến độ bền kéo (k) mối hàn NG-MAG thép CT.38 (nhóm mẫu số 2 & 3)

3.5. Khuyết tật điển hình trong mối hàn NG-MAG
3.5.1. Khuyết tật hàn không ngấu hoặc ngậm tạp chất
Sơ đồ biểu diễn các vị trí có khuyết tật trong mối hàn khe hở hẹp cho trên
hình 3.21 dưới đây.

a) Sơ đồ quy ước vị trí khảo sát

b) x50, tại mặt đầu mẫu M2, mã số 001

Hình 3.21a,b. Một số dạng khuyết tật tại các lát cắt khác nhau trên mẫu thí
nghiệm hàn NG-MAG thép CT.38


18


c) x50, tại phần giữa mẫu M2, mã số 001

d) x50, tại mặt đầu mẫu M3, mã số 002

Hình 3.21c-e. Một số dạng khuyết
tật tại các lát cắt khác nhau trên
mẫu thí nghiệm hàn NG-MAG
thép CT.38
e) x50, tại mặt đầu mẫu M8, mã số 012

3.5.2. Khuyết tật dạng nứt theo biên giới kim loại mối hàn và kim loại cơ bản

Hình 3.22. Ảnh thơ đại khuyết tật dạng nứt phần đáy mối hàn NG-MAG do quá nhiệt

3.6. Kết quả phân tích ANOVA nhóm mẫu thí nghiệm định hướng cơng nghệ
Kết quả trích xuất từ máy tính cho trong bảng 3.6  3.8 và các hình 3.23
 3.27 trong luận án. Kết quả cho phép đưa ra mức điều chỉnh giới hạn miền
khảo sát của 3 thông số công nghệ hang NG-MAG Ih, vh và  ở mức hợp lý
hơn. Theo đó, xây dựng ma trận thực nghiệm trực giao kiểu N 27 để thực hiện
bước thực nghiệm mô phỏng độ bền kéo liên kết hàn NG-MAG (bước 2), được
đánh giá thơng qua tiêu chí độ bền cơ học k, trong phạm vi miền khảo sát sau
điều chỉnh công nghệ ơt mức: Ih = 160 ÷ 220 A; vh = 6 ÷ 8 m/h và  = 5 ÷ 15
độ (hai bên).

a)
b)
c)

d)
e)
Hình 3.23. Phân tích ANOVA sự phụ thuộc của độ bền kéo mối hàn
NG-MAG (k) vào các yếu tố độc lập  - delta (a); bo (b); Ih (c), vh (d) và
 - alpha (e)
19


Hình 3.24. Phân tích ANOVA sự phụ thuộc của độ bền kéo mối hàn NGMAG (k) vào ảnh hưởng đồng thời của các cặp đôi yếu tố độc lập α.Ih; Ih.vh
và Ih.α
3.7. Tổng hợp các kết quả khoa học thí nghiệm ở bước 2
Các kết quả khoa học thí nghiệm ở bước 2 cho thấy:
+ Đặc tính các ảnh tổ chức tế vi vật liệu mối hàn tại những vị trí đặc trưng
(MH; HAZ; KLCB) đều có chất lượng tốt, khá tương đồng với đặc điểm cấu
trúc mối hàn nhận được trong thí nghiệm ở bước 1;
+ Độ cứng tế vi (HV0,2) trên các mẫu hàn NG-MAG sau khi có điều chỉnh các
thông số đầu vào Ih; vh và  (bước 2) có quy luật thay đổi tương tự như ở bước 1
(bước 1).
Kết luận chương 3
1) Phân tích tổ chức tế vi kim loại mối hàn NG-MAG trên các mẫu thí
nghiệm trên cho thấy về cơ bản đều đạt yêu cầu, đảm bảo độ bền cao của kết
cấu hàn. Đặc tính về hình dạng cấu trúc vật liệu mối hàn phù hợp với quy luật
chung theo cơ sở lý thuyết hàn kim loại;
2) Mức độ thay đổi của độ cứng tế vi vật liệu mối hàn trên các mẫu thí
nghiệm đều nằm trong phạm vi cho phép. Tuy nhiên, có một vài khuyết tật mối
hàn thc nhóm mẫu định hướng cơng nghệ (bước 1), nhưng với số lượng và
kích thước khơng đáng kể. Điều đó, có thể khắc phục bằng cách điều chỉnh
miền một vài thông số công nghệ chính như tốc độ di chuyển và lắc quay đầu
hàn;
3) Việc tiến hành thực nghiệm mô phỏng theo ma trận trục giao N27 nhằm

đưa ra mơ hình tốn học biểu diễn quan hệ giữa độ bền kéo mối hàn NG-MAG
thép CT.38 (k) và bộ ba thông số công nghệ chủ yếu (Ih; vh; ), đồng thời cho
phép dễ dàng cài đặt chương trình điều khiển quá trình hàn trên thiết bị hàn tiên
tiến LINCOLN FLEXTEC® 500x, đảm bảo chất lượng mối hàn chắc chắn tốt
nhất trong miền thực nghiệm.
20


Chương 4. XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘ BỀN KÉO MỐI
HÀN KHE HỞ HẸP
4.1. Kết quả thí nghiệm theo ma trận trực giao N27
Kết quả tính tốn giá trị trung bình của độ bền kéo mối hàn (bảng 4.1) đưa
ra mơ hình tốn học hàm mục tiêu cần tìm (4.1) như sau:
k= f(Ih; vh; ) = 391,09 + 1,49872.Ih− 25,728.vh + 9,89362.
+ 0,029908.(Ih.vh) − 0,201775.(vh.) − 0,011217.(Ih.)
0,003627.Ih2 + 1,00204.vh2 0,049273. 2
(4.1)
Sai số nhỏ nhất của mơ hình tính tốn (4.1) so với số liệu thực nghiệm là
minS*m.h = + 0,02 % (mẫu 26, mã số 212). Sai số lớn nhất của mơ hình maxS*m.h=
− 2,79 % (mẫu 15, mã số 121). Từ đó ta có: Ftt = S2m.h = 37,53/27 = 1,39. Theo
[58] hoặc tra bảng trong cơng trình [55] ta có: Fbg (K, m, α) = Fbg(26, 23, 0,95) =
1,78. Như vậy, tiêu chí Fischer: Ftt = 1,39  Fbg(26, 23, 0,95) = 1,78, điều đó
chứng tỏ mơ hình (4.1) hồn tồn thích hợp khi mơ phỏng dự báo độ bền kéo mối
hàn NG-MAG trong miền khảo sát theo ở bước 2.
Bảng 4.1. Ma trận quy hoạch thực nghiệm hàn NG-MAG thép CT.38
Các yếu tố độc lập khảo sát
X2(0)
X2(1)
X2(2)
X1(0)

476,033
469,526
460,016
X3(0)
X1(1)
491,623
481,713
478,103
X1(2)
494,616
475,820
480,510
X1(0)
520,886
491,633
478,500
X3(1)
X1(1)
525,010
497,610
483,703
X1(2)
528,413
519,106
506,506
X1(0)
531,403
523,703
515,703
X3(2)

X1(1)
556,500
528,403
520,900
X1(2)
540,066
532,413
523,510
4.2. Tính tốn xây dựng mơ hình tốn học hàm mục tiêu độ bền kéo mối
hàn NG-MAG:
Kết quả tính tốn và xây dựng các đồ thị 3D và 2D (hình 4.1 ÷ 4.6) cho thấy:
1) Ảnh hưởng đồng thời của cặp đôi 2 thông số (Ih.vh) đến độ bền kéo
mối hàn (k) khi góc vát mép () thay đổi (hình 4.1) có quy luật:
+ Nếu  = 5o, khi tăng từ Ih = 160 A đến Ih = 220 A, thì (k) tăng tỷ lệ thuận với
Ih theo mặt cong phi tuyến với hai trục tọa độ vh và Ih (hình 4.1 a). Nếu vh tăng từ vh
= 6 m/h đến vh = 10 m/h, thì k giảm tỷ lệ nghịch theo chiều tăng của vh. Mặt
cong biểu diễn hàm mục tiêu k phi tuyến, nhưng với mức độ nhỏ hơn so với
thông số Ih;
21


+ Nếu  = 10o, khi tăng từ Ih = 160 A đến Ih = 220 A, thì k tăng tỷ lệ
thuận với Ih cũng theo mặt cong phi tuyến với hai tọa độ vh và Ih. Khi vh tăng
từ vh = 6 m/h đến vh = 10 m/h, thì k giảm tỷ lệ nghịch theo chiều tăng của vh
(hình 4.1 b).
+ Nếu  = 15o, khi biến đổi hai thơng số Ih và  (hình 4.1, c) quy luật thay đổi
của k cũng có đặc điểm rất giống với trường hợp  = 5o đã xét ở trên (hình 4.1, a).
Mặt cong biểu diễn hàm mục tiêu k phụ thuộc vào cặp đôi (Ih.vh) theo hai trục tọa
độ vh và Ih.
2) Ảnh hưởng đồng thời của cặp đôi hai thơng số (Ih.) khi tốc độ hàn (vh)

thay đổi (hình 4.2) và cặp đơi của hai thơng số (vh.) khí đến độ bền kéo mối hàn
(k) khi tốc độ hàn (Ih) thay đổi (hình 4.3) đều có quy luật:giống như ở trường hợp
đã xét, nhưng có quy luật gần tuyến tính hơn.

b) k = f(vh; Ih);  = 10o
c) k = f(vh; Ih);  = 15o
a) k = f(vh; Ih);  = 5o
Hình 4.1. Đồ thị 3D ảnh hưởng của tương tác cặp đôi (Ih.vh) đến độ bền
kéo mối hàn NG-MAG (k) khi góc vát mép () thay đổi

a) k = f(Ih.); vh = 6 m/h

b) k = f(Ih.); vh = 8 m/h c) k = f(Ih.); vh = 10 m/h

Hình 4.2. Đồ thị 3D ảnh hưởng của tương tác cặp đôi (Ih.) đến độ bền kéo
mối hàn NG-MAG (k) khi tốc độ hàn (vh) thay đổi

a) k = f(vh.); Ih = 160 A

b) k = f(vh.); Ih = 190 A

c) k = f(vh.); Ih= 220 A

Hình 4.3. Đồ thị 3D ảnh hưởng của tương tác cặp đôi (vh.) đến độ bền kéo
mối hàn NG-MAG (k) khi cường độ dòng điện hàn (Ih) thay đổi

22


a) k = f(vh.Ih);  = 10O


b) k = f(Ih. vh);  = 10O

Hình 4.4. Ảnh hưởng đồng thời (Ih.vh) đến độ bền kéo mối hàn NG-MAG
(k) khi: Ih = 160 A; 190 A; 220 A (a); v h = 6; 8; 10 m/h (b) và  = 10o

b) k = f(Ih. ); vh = 8 cm/ph

a) k = f(.Ih); vh = 8 cm/ph

Hình 4.5. Ảnh hưởng đồng thời (Ih.) đến độ bền kéo mối hàn NG-MAG (k)
khi: Ih = 160 A; 190 A; 220 A (a); α = 5 o; 10o; 15o (b) và vh= 8 m/h

a) k = f(.vh); Ih = 190 A

b) k = f(vh.); Ih = 190 A

Hình 4.6. Ảnh hưởng đồng thời (vh.) đến độ bền kéo mối hàn NG-MAG
(k) khi: vh = 6; 8; 10 m/h (a); α = 5o; 10o; 15o (b) và Ih = 190 A

Kết luận chương 4
1) Độ bền kéo cơ học vật liệu mối hàn (k) nhận được trên 27 mẫu thí
nghiệm theo ma trận trực giao kiểu N27 đều đạt được mức cao (k = 460,016
÷ 556,5 MPa), đảm bảo chất lượng mối hàn NG-MAG;
2) Mơ hình tốn học (4.1) phù hợp để mô phỏng dự báo độ bền kéo mối
hàn (k) tại mỗi chế độ hàn NG-MAG thép CT.38 với độ chính xác cao. Sai
số nhỏ nhất của mơ hình tính tốn so với số liệu thực nghiệm là minS*m.h = +
0,02 % (mẫu 26, mã số 212). Sai số lớn nhất của mơ hình maxS*m.h= − 2,79
% (mẫu 15, mã số 121);
3) Các đồ thị 3D và 2D mô phỏng trực quan sự ảnh hưởng đồng thời của

các thông số công nghệ (Ih.vh); (Ih.) và (vh.) đến độ bền kéo (k) mối hàn
NG-MAG cho thấy dễ dàng dự báo chất lượng mối hàn nhận được trên thiết
23


bị LINCOLN FLEXTEC® 500x, đảm bảo ở mức tùy ý theo yêu cầu cần thiết
để khuyến cáo cho doanh nghiệp.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN
A. Kết luận chung
1) Đã đưa ra phương pháp thực nghiệm khoa học để tiến hành thí nghiệm
phù hợp thiết bị hàn tiên tiến LINCOLN FLEXTEC® 500x (Mỹ) và các trang
thiết bị kiểm định liên kết hàn NG-MAG hiện đại, đảm bảo độ tin cậy cao;
2) Kết quả thí nghiệm hàn NG-MAG ở bước 1 cho phép xây dựng ma trận
thực nghiệm trực giao kiểu N27 với 3 thông số độc lập đầu vào cần khảo sát (Ih;
vh; ) để thực hiện thí nghiệm ở bước 2;
3) Chất lượng của liên kết hàn NG-MAG được đánh giá thơng qua bộ tiêu chí tổng
hợp gồm các chỉ tiêu về cơ - lý tính kim loại mối hàn (hình thái bề mặt mối hàn; độ bền
kéo; độ cứng tế vi) đồng thời với các chỉ tiêu kim tương học (ảnh tổ chức tế vi tại các
tiểu vùng đặc trưng quy ước của liên kết hàn;
4) Độ bền kéo mối hàn NG-MAG trung bình trên 27 mẫu thí nghiệm có
giá trị trong khoảng: k = 460,016 ÷ 556,5 MPa. Tổ chức tế vi vật liệu mối hàn
NG-MAG có sự thay đổi khơng đáng kể khi khảo sát từ các tiểu vùng cấu trúc
đặc trưng bên trong mối hàn đi đến vùng HAZ và vùng KLCB trong miền khảo
sát đã chọn;
5) Mơ hình dự báo độ bền kéo mối hàn NG-MAG thép CT.38 (4.1) ở dạng
đa thức bậc hai, thích hợp để điều khiển chế độ hàn tùy ý với sai số so với thực
nghiệm từ + 0,02 % đến − 2,79 %:
k = f(Ih; vh; ) = 391,09 + 1,49872.Ih 25,728.vh + 9,89362. +
+ 0,029908.(Ih.vh) 0,201775.(vh. ) 0,011217.(Ih. ) 0,003627.Ih2
+ 1,00204.vh2 0,049273. 2

(4.1)
6) Đối với các cơ sở sản xuất khi khơng có điều kiện mua sắm thiết bị của
hãng LINCOLN ELECTRIC thì có thể sử dụng thiết bị hàn MAG kết hợp với
đầu hàn, đồ gá kẹp được kế thừa từ nghiên cứu trước luận án vẫn đáp ứng được
về công nghệ và chất lượng mối hàn NG-MAG cho phôi thép các bon CT.38
tấm dày;
7) Kết quả của luận án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo phục vụ đào
tạo đại học, sau đại học và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ hàn
tiên tiến.
B. Hướng phát triển của luận án
1) Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm để mở rộng phạm vi điều chỉnh khe hở
hẹp và góc vát mép tiến tới giá trị bằng 0 đối với vật liệu thép các bon tấm dày
với kết cấu mối hàn kiểu chữ “X lệch” và “X đối xứng”;
2) Thực nghiệm tiếp đối với các mác thép hợp kim kết cấu.
24