Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành cơ khí chế tạo và kết cấu kim loại hiện đại, công nghệ hàn hồ quang kim loại trong môi trường khí bảo vệ (GMAW/MIG - Metal Inert Gas) đóng vai trò then chốt nhờ khả năng tự động hóa cao, năng suất hàn vượt trội và hạn chế tối đa xỉ hàn so với phương pháp hàn hồ quang tay truyền thống. Nhu cầu liên kết các vật liệu kim loại dị chủng (dissimilar materials) ngày càng tăng cao nhằm tối ưu hóa chi phí sản xuất và tận dụng ưu điểm cơ lý tính của từng loại kim loại trên cùng một kết cấu. Cụ thể, việc ghép nối giữa thép carbon kết cấu C20 (giá thành thấp, độ dẻo tốt, dễ gia công) và thép không gỉ austenitic SUS201 (độ bền cao, chống ăn mòn tốt, tiết kiệm chi phí hơn thép SUS304 nhờ thay thế một phần niken bằng mangan và nitơ) là một bài toán kỹ thuật có tính ứng dụng thực tế cao trong công nghiệp gia dụng, ô tô, kết cấu ống xả và thiết bị công nghiệp.

Tuy nhiên, việc hàn hai kim loại khác nhau về thành phần hóa học, hệ số giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt đặt ra thách thức lớn đối với việc kiểm soát chất lượng mối hàn. Chất lượng liên kết hàn chịu sự chi phối chặt chẽ bởi các thông số chế độ hàn như cường độ dòng điện, điện áp hồ quang, tốc độ hàn và chiều dài phần nhô điện cực (stick-out). Nếu việc thiết lập thông số chỉ dựa vào kinh nghiệm thủ công, mối hàn rất dễ xuất hiện các khuyết tật như cháy thủng, ngấu không hoàn toàn, rỗ khí hoặc suy giảm độ bền cơ học. Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hàn MIG đến chất lượng mối hàn thép C20 và thép không gỉ SUS201" (Mã số đề tài: CKM-78), do nhóm sinh viên Nguyễn Trần Trung Kiên, Nguyễn Thanh Lịch và Nguyễn Văn Hiển thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thanh Tân tại Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (niên khóa 2020 – 2024), được triển khai nhằm giải quyết vấn đề này.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:

  1. Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến chế độ hàn MIG khi liên kết hai vật liệu dị chủng C20 và SUS201 thông qua phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi.
  2. Đánh giá và so sánh kết quả thực nghiệm với các công bố khoa học liên quan trước đây.
  3. Đề xuất bộ thông số công nghệ tối ưu hóa nhằm cải thiện các chỉ tiêu cơ tính của mối hàn (độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài, mô đun đàn hồi và độ bền uốn), giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và đơn giản hóa quy trình gia công.
  4. Nắm vững quy luật ảnh hưởng của các thông số đầu vào trong quá trình hàn MIG tự động để làm cơ sở nâng cao hiệu quả sản xuất thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ hàn MIG sử dụng robot hàn tự động; vật liệu kim loại nền gồm thép hợp kim C20 và thép không gỉ SUS201; dây hàn phụ GM70S; các thông số chế độ hàn MIG đầu vào (cường độ dòng điện $I$, điện áp hàn $U$, tốc độ hàn $v$, chiều dài phần nhô điện cực $d$); các đặc tính cơ học và cấu trúc vi mô của mối hàn đầu ra.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm được tiến hành trên phôi tấm dày 2 mm với dạng liên kết giáp mối một phía không vát mép (square butt joint, khe hở $b \approx 0\text{ mm}$); toàn bộ quá trình hàn, chuẩn bị mẫu và kiểm tra cơ tính được thực hiện trực tiếp tại Xưởng Cơ khí và Phòng thí nghiệm Micro-lab của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM trong giai đoạn từ ngày 15/01/2024 đến ngày 06/07/2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết về vật liệu và công nghệ hàn

Đề tài xây dựng trên nền tảng lý thuyết về luyện kim hàn và cơ tính vật liệu:

  • Thép carbon C20 (JIS G4051 - S20C): Là loại thép carbon thấp có hàm lượng carbon trong khoảng $0{,}18% - 0{,}23%$, có khả năng gia công cắt gọt và độ dẻo tốt. Thép C20 có giới hạn chảy quy chuẩn $YS > 245\text{ MPa}$, độ bền kéo đứt $UTS > 400\text{ MPa}$, độ cứng trong khoảng $116 - 174\text{ HB}$.
  • Thép không gỉ SUS201 (ASTM 240/240M / AISI 201): Là thép không gỉ thuộc họ Austenitic với hàm lượng Niken thấp, được bổ sung Mangan và Nitơ để duy trì pha austenite và ổn định cơ tính. SUS201 có giới hạn bền kéo tối thiểu $515\text{ MPa}$, độ giãn dài tương đối khoảng $40%$, độ cứng tối đa $95\text{ HRB}$ (hoặc $217\text{ HB}$), có tính không nhiễm từ và khả năng chống ăn mòn ở mức độ trung bình.
  • Dây hàn phụ GM70S (AWS ER70S): Dây hàn đặc đường kính $1{,}0\text{ mm}$ có bổ sung các nguyên tố khử oxy hóa (Si, Mn) giúp ổn định hồ quang và tăng cơ tính kim loại đắp.
  • Bản chất công nghệ hàn MIG: Quá trình phóng điện hồ quang giữa dây hàn cấp liên tục và vũng hàn được bảo vệ bởi dòng khí trơ/khí hoạt tính. Nhiệt lượng sinh ra phụ thuộc trực tiếp vào dòng điện ($I$), điện áp ($U$) và tốc độ hàn ($v$). Chiều dài phần nhô điện cực (electrical stick-out - $d$) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu ứng gia nhiệt điện trở của dây hàn trước khi nóng chảy và độ ổn định của chiều dài cột hồ quang.
Đặc tính / Thành phần Thép C20 (JIS G4051) Thép không gỉ SUS201 (ASTM 240/240M)
Phân loại Thép kết cấu carbon thấp Thép không gỉ Austenitic (ít Ni, giàu Mn-N)
Hàm lượng Carbon (C) $0{,}18% - 0{,}23%$ $\le 0{,}15%$
Hàm lượng Mangan (Mn) $0{,}30% - 0{,}60%$ $5{,}5% - 7{,}5%$
Hàm lượng Crom (Cr) $\le 0{,}20%$ $16{,}0% - 18{,}0%$
Hàm lượng Niken (Ni) $\le 0{,}20%$ $3{,}5% - 5{,}5%$
Độ bền kéo (UTS) $> 400\text{ MPa}$ $\ge 515\text{ MPa}$
Giới hạn chảy (YS) $> 245\text{ MPa}$ Phụ thuộc xử lý nhiệt
Độ giãn dài ($L_f$) Cao, độ dẻo tốt $\sim 40%$

Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và xử lý số liệu

Nghiên cứu áp dụng phối hợp các phương pháp thực nghiệm khoa học:

  • Phương pháp Taguchi: Sử dụng mảng trực giao (Orthogonal Array) $L_{16}$ để giảm thiểu số lượng thực nghiệm cần thiết nhưng vẫn bao quát đầy đủ sự tương tác của 4 thông số đầu vào chính ($I, U, v, d$) ở các mức khảo sát khác nhau.
  • Tỉ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$ ratio): Được tính toán để đánh giá độ ổn định và tối ưu hóa chất lượng đầu ra. Đối với các chỉ tiêu cơ tính cần tối đa hóa (độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài, độ bền uốn, mô đun đàn hồi), tiêu chuẩn "Larger-the-better" được áp dụng theo công thức: $$S/N = -10 \log_{10} \left( \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{y_i^2} \right)$$ (trong đó $y_i$ là giá trị đo được tại thí nghiệm thứ $i$, $n$ là số lần lặp thực nghiệm).
  • Phân tích phương sai (ANOVA): Dùng để phân tách tổng phương sai thành các thành phần phương sai giữa các nhóm yếu tố và sai số nội bộ, xác định phần trăm đóng góp và mức độ ảnh hưởng có ý nghĩa thống kê của từng thông số hàn đến từng chỉ tiêu cơ tính đầu ra.
  • Phương pháp kiểm tra cơ tính và cấu trúc vi mô: Đánh giá độ bền kéo theo tiêu chuẩn ASTM E8/E8M, kiểm tra độ bền uốn theo tiêu chuẩn ISO 15614-1, quan sát tổ chức tế vi mối hàn và đo chiều sâu ngấu (penetration depth) bằng phần mềm phân tích ảnh ImageJ.

Thiết kế và triển khai thực nghiệm

Để đảm bảo tính lặp lại và độ chính xác của các đường hàn thực nghiệm, toàn bộ quá trình gá đặt và thực hiện hàn được tự động hóa bằng hệ thống thiết bị chuyên dụng.

Hệ thống thiết bị và đồ gá công nghệ

  1. Robot hàn tự động: Sử dụng Robot hàn MIG PANASONIC TA-1400G2 để thực hiện các đường hàn giáp mối với quỹ đạo và vận tốc di chuyển mỏ hàn được lập trình chính xác, loại bỏ hoàn toàn rung lắc và sai số do thao tác tay.
  2. Thiết kế đồ gá công nghệ (Welding Jig): Đồ gá được thiết kế và chế tạo riêng biệt gồm 3 cụm chức năng:
    • Cụm I - Mặt phẳng làm việc (Working plane part): Cung cấp mặt phẳng tựa chuẩn xác cho 2 tấm phôi.
    • Cụm II - Cơ cấu kẹp giữ (Clamping mechanism): Đảm bảo lực kẹp chặt phân bố đều, ngăn chặn hiện tượng biến dạng nhiệt, cong vênh và dịch chuyển khe hở hàn trong quá trình hàn.
    • Cụm III - Cạnh chắn định vị (Shielding/Positioning edge): Định vị chính xác vị trí đường tiếp giáp giữa 2 mép phôi C20 và SUS201.
  3. Thiết bị tạo mẫu và kiểm tra:
    • Máy cắt Laser CNC: Cắt chính xác 64 tấm phôi kích thước $110 \times 105 \times 2\text{ mm}$ (gồm cả phôi C20 và SUS201).
    • Máy ép thủy lực PROFI PRESS (Model: PPCM 50) kết hợp bộ khuôn dập nguội: Dập tạo hình mẫu kéo hình dạng "xương chó" (dog-bone) theo tiêu chuẩn ASTM E8/E8M và mẫu uốn theo tiêu chuẩn ISO 15614-1.
    • Máy kéo nén vạn năng Universal Testing Machine WE-1000B: Thực hiện các phép thử kéo đứt và uốn mẫu để thu thập biểu đồ ứng suất - biến dạng ($\sigma - \varepsilon$), xác định lực kéo lớn nhất ($P_{\max}$), giới hạn chảy ($YS$), độ bền kéo ($UTS$), độ giãn dài ($L_f$) và mô đun đàn hồi ($E$).
    • Máy mài và đánh bóng vi mô (Micro polishing machine): Chuẩn bị bề mặt mặt cắt ngang mối hàn để soi tổ chức tế vi và đo độ ngấu.

Quy trình chuẩn bị và thực hiện hàn thực nghiệm

Quy trình triển khai thực nghiệm được tiến hành qua các bước tuần tự:

  • Bước 1 (Chuẩn bị phôi): Phôi tấm C20 và SUS201 sau khi cắt laser được làm sạch bavia, tẩy sạch dầu mỡ và oxit bề mặt mép hàn.
  • Bước 2 (Gá đặt): Hai tấm phôi được ép sát nhau ($b \approx 0\text{ mm}$) trên đồ gá chuyên dụng và cố định bằng các vấu kẹp.
  • Bước 3 (Thực hiện hàn): Robot PANASONIC TA-1400G2 thực hiện hàn tự động theo 16 chế độ thực nghiệm được quy hoạch trong bảng mảng trực giao Taguchi $L_{16}$ với dây hàn GM70S đường kính $1{,}0\text{ mm}$.
  • Bước 4 (Gia công mẫu thử): Sau khi hàn, liên kết hàn được đưa sang máy ép thủy lực PPCM 50 để dập thành các mẫu thử kéo ASTM E8 và mẫu thử uốn ISO 15614-1.
  • Bước 5 (Đo đạc và phân tích): Tiến hành thử kéo, thử uốn trên máy WE-1000B, quan sát vi cấu trúc và xử lý số liệu trên phần mềm thống kê.

Nội dung chính theo từng chương

Chương Tên chương Nội dung trọng tâm và kết quả chính
Chương 1 Introduction (Giới thiệu chung) Trình bày tính cấp thiết của đề tài; ý nghĩa khoa học và thực tiễn của việc hàn liên kết dị kim C20 - SUS201; xác định rõ mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và cấu trúc tổng thể của luận văn.
Chương 2 Theoretical Background (Cơ sở lý thuyết) Tổng quan về thành phần hóa học, cơ tính và ứng dụng của thép C20 (JIS G4051) và thép không gỉ SUS201 (ASTM 240/240M); nguyên lý công nghệ hàn MIG, cấu trúc hồ quang, ảnh hưởng của khí bảo vệ và phân loại dây hàn (AWS ER70S); lý thuyết quy hoạch thực nghiệm Taguchi, mảng trực giao $L_{16}$, tỉ số $S/N$, phân tích phương sai ANOVA; các phương pháp kiểm tra cơ tính và cấu trúc vi mô mối hàn.
Chương 3 Experimental Design (Thiết kế thực nghiệm) Mô tả lưu đồ nghiên cứu; giới thiệu hệ thống thiết bị thực nghiệm (Robot hàn PANASONIC TA-1400G2, máy ép thủy lực PROFI PRESS PPCM 50, máy thử kéo nén WE-1000B); thiết kế và chế tạo đồ gá hàn tự động 3 cụm; quy trình chuẩn bị 64 phôi cắt laser $110 \times 105 \times 2\text{ mm}$; thiết lập bảng thông số thực nghiệm Taguchi $L_{16}$ với 4 yếu tố ($I, U, v, d$).
Chương 4 Results and Discussion (Kết quả và thảo luận) Phân tích ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài, mô đun đàn hồi và độ bền uốn; trình bày bảng kết quả $L_{16}$, bảng phản hồi $S/N$ và bảng phân tích ANOVA cho từng chỉ tiêu; phân tích tổ chức vi mô các vùng kim loại mối hàn (WM), vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), vùng kim loại cơ bản (BM); đo độ ngấu bằng ImageJ; so sánh kiểm chứng giữa thông số tối ưu, dự đoán lý thuyết và kim loại cơ bản.
Chương 5 Conclusion and Development Directions (Kết luận và hướng phát triển) Đưa ra kết luận tổng hợp về các bộ thông số tối ưu cho từng chỉ tiêu cơ tính của mối hàn C20 - SUS201; đánh giá khả năng áp dụng trong sản xuất thực tế; chỉ ra các hạn chế và đề xuất hướng phát triển mở rộng cho đề tài.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  1. Xác lập ảnh hưởng của các thông số hàn đến cơ tính:
    • Nghiên cứu đã làm rõ quy luật biến thiên của các chỉ tiêu cơ tính theo sự thay đổi của cường độ dòng điện ($I$), điện áp hàn ($U$), tốc độ hàn ($v$) và chiều dài nhô điện cực ($d$).
    • Kết quả phân tích ANOVA và tỷ số $S/N$ đã chỉ ra mức độ đóng góp định lượng của từng yếu tố công nghệ đến độ bền kéo, độ bền uốn và độ dẻo của mối hàn dị chủng C20 - SUS201.
  2. Tìm ra các bộ thông số công nghệ tối ưu riêng biệt: Thông qua việc xử lý dữ liệu Taguchi $L_{16}$, nhóm nghiên cứu đã xác định được các bộ thông số tối ưu cho từng mục tiêu cơ tính cụ thể:
    • Bộ thông số tối ưu hóa độ bền kéo cực đại (Ultimate Tensile Strength - UTS).
    • Bộ thông số tối ưu hóa giới hạn chảy (Yield Strength - YS).
    • Bộ thông số tối ưu hóa độ giãn dài tương đối (Elongation - $L_f$).
    • Bộ thông số tối ưu hóa mô đun đàn hồi ($E$).
    • Bộ thông số tối ưu hóa độ bền uốn (Flexural Strength - FS).
  3. Phân tích vi cấu trúc và chiều sâu ngấu:
    • Khảo sát hình thái tổ chức tế vi tại các khu vực: kim loại mối hàn (Weld Metal - WM), vùng chuyển tiếp/ranh giới nóng chảy (Fusion Zone), vùng ảnh hưởng nhiệt phía thép C20 và phía thép SUS201 (Heat-Affected Zone - HAZ).
    • Đo lường định lượng chiều sâu ngấu của mối hàn bằng phần mềm ImageJ, xác nhận sự liên kết kim loại đồng đều giữa hai vật liệu khi sử dụng dây hàn GM70S dưới các chế độ hàn tối ưu.
  4. Kiểm chứng thực nghiệm:
    • Tiến hành các phép thử kiểm chứng độc lập với bộ thông số tối ưu; kết quả thử kéo cho thấy vị trí đứt của mẫu thử nghiệm không xảy ra tại mối hàn mà xảy ra ở vùng kim loại cơ bản, chứng minh độ bền mối hàn đạt và vượt độ bền yêu cầu của vật liệu nền.

Đóng góp của đề tài

  • Về mặt khoa học: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm có hệ thống về hành vi cơ học và vi cấu trúc của liên kết hàn dị chủng giữa thép kết cấu carbon thấp (C20) và thép không gỉ austenitic ít niken (SUS201) khi sử dụng dây hàn GM70S.
  • Về mặt thực tiễn:
    • Hoàn thiện thiết kế đồ gá công nghệ kẹp chặt 3 cụm chuyên dụng phục vụ hàn tự động bằng robot cho các chi tiết kim loại dạng tấm mỏng.
    • Cung cấp bộ thông số công nghệ chuẩn cho các cơ sở sản xuất cơ khí, giúp giảm thiểu đáng kể thời gian thử nghiệm mò mẫm, tiết kiệm phôi liệu và nâng cao năng suất hàn tự động hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Nghiên cứu chỉ tập trung khảo sát trên một cấp chiều dày phôi duy nhất là $2\text{ mm}$ với dạng liên kết phẳng giáp mối một phía giáp khít ($b \approx 0\text{ mm}$), chưa khảo sát trên các chiều dày lớn hơn hoặc các góc vát mép khác nhau.
  • Vật liệu phụ gia hàn chỉ giới hạn ở dây hàn carbon GM70S đường kính $1{,}0\text{ mm}$, chưa so sánh đối chứng với các loại dây hàn thép không gỉ chuyên dụng như ER308L hay ER309L.
  • Các đánh giá chất lượng mới tập trung vào cơ tính tĩnh (kéo, uốn) và tổ chức tế vi, chưa thực hiện các thử nghiệm về độ bền mỏi động học và khả năng chống ăn mòn hóa học/điện hóa của mối hàn trong các môi trường khắc nghiệt.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng quy hoạch thực nghiệm trên các dạng liên kết hàn khác (hàn góc chữ T, hàn chồng, hàn giáp mối vát mép chữ V) và các dải chiều dày tấm khác nhau.
  • Khảo sát và so sánh hiệu quả khi thay đổi các loại dây hàn phụ trợ khác nhau (như ER308L, ER309L, ER316L) và các hỗn hợp khí bảo vệ khác nhau (như $\text{Ar} + \text{CO}_2$, $\text{Ar} + \text{O}_2$, $\text{Ar} + \text{He}$).
  • Nghiên cứu sâu hơn về độ bền mỏi, độ dai va đập và khả năng chống ăn mòn của mối hàn dị chủng C20 - SUS201 trong môi trường axít hoặc sương muối.
  • Ứng dụng các phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu (như Grey Relational Analysis - GRA kết hợp Taguchi) để tìm ra một bộ thông số chung thỏa mãn đồng thời tất cả các chỉ tiêu cơ tính đầu ra.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp này có giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng và phạm vi ứng dụng sau:

  • Sinh viên và học viên ngành Cơ khí chế tạo máy, Công nghệ hàn, Cơ điện tử: Là tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp quy hoạch thực nghiệm cơ khí (Taguchi, ANOVA, tỉ số $S/N$), quy trình vận hành và lập trình robot hàn tự động PANASONIC TA-1400G2, cùng quy trình chuẩn bị và dập mẫu thử kéo/uốn theo chuẩn quốc tế ASTM E8 và ISO 15614-1.
  • Kỹ sư công nghệ hàn và cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy: Cung cấp tài liệu tra cứu trực tiếp về bộ thông số công nghệ hàn MIG tối ưu khi gia công liên kết thép carbon C20 với thép không gỉ SUS201, giúp tối ưu hóa dây chuyền sản xuất tự động, giảm tỷ lệ phế phẩm và nâng cao chất lượng mối ghép kết cấu.
  • Nhà nghiên cứu về vật liệu kim loại: Phần phân tích tổ chức tế vi, độ ngấu và đặc tính ứng suất - biến dạng của liên kết dị kim là dữ liệu đối sánh hữu ích cho các nghiên cứu chuyên sâu về luyện kim mối hàn và xử lý nhiệt sau hàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Hai vật liệu kim loại nền được sử dụng trong nghiên cứu này có những đặc tính cơ học và thành phần tiêu chuẩn nào?

Nghiên cứu sử dụng thép carbon thấp C20 theo tiêu chuẩn JIS G4051 (chứa $0{,}18% - 0{,}23%\text{ C}$, giới hạn chảy $YS > 245\text{ MPa}$, độ bền kéo $UTS > 400\text{ MPa}$, độ cứng $116 - 174\text{ HB}$) và thép không gỉ Austenitic SUS201 theo tiêu chuẩn ASTM 240/240M (chứa $\le 0{,}15%\text{ C}$, $5{,}5% - 7{,}5%\text{ Mn}$, $16% - 18%\text{ Cr}$, $3{,}5% - 5{,}5%\text{ Ni}$, giới hạn bền kéo tối thiểu $515\text{ MPa}$, độ giãn dài khoảng $40%$, độ cứng tối đa $95\text{ HRB}$ hoặc $217\text{ HB}$).

2. Bốn thông số đầu vào nào của chế độ hàn MIG đã được nhóm tác giả khảo sát và tối ưu hóa?

Bốn thông số đầu vào chính được đưa vào quy hoạch thực nghiệm bao gồm: Cường độ dòng điện hàn ($I$), Điện áp hàn ($U$), Tốc độ di chuyển mỏ hàn ($v$), và Chiều dài phần nhô điện cực ngoài mỏ hàn / tầm với điện cực ($d$ - Electrical stick-out).

3. Những thiết bị chính nào đã được sử dụng trong quá trình chuẩn bị phôi, thực hiện hàn và kiểm tra cơ tính?

Các thiết bị chính bao gồm: Máy cắt Laser CNC (cắt phôi $110 \times 105 \times 2\text{ mm}$); Robot hàn tự động PANASONIC TA-1400G2; Đồ gá công nghệ kẹp giữ phôi 3 cụm tự chế tạo; Máy ép thủy lực PROFI PRESS (PPCM 50) cùng bộ khuôn dập nguội mẫu thử; Máy kéo nén vạn năng Universal Testing Machine WE-1000B; Máy mài và đánh bóng vi mô (Micro polishing machine); và phần mềm xử lý ảnh ImageJ.

4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm và tiêu chuẩn xử lý số liệu nào được áp dụng trong đề tài?

Đề tài sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm Taguchi với mảng trực giao $L_{16}$, sử dụng tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$) theo tiêu chuẩn "Larger-the-better" để xác định mức thông số tối ưu, và áp dụng phân tích phương sai (ANOVA) để xác định mức độ đóng góp và ý nghĩa thống kê của từng thông số hàn đến các chỉ tiêu cơ tính.

5. Chất lượng mối hàn được đánh giá thông qua các chỉ tiêu cơ tính đầu ra cụ thể nào?

Chất lượng mối hàn được đánh giá toàn diện qua 5 chỉ tiêu cơ học và luyện kim gồm: Độ bền kéo đứt (Ultimate Tensile Strength - UTS), Giới hạn chảy (Yield Strength - YS), Độ giãn dài tương đối ($L_f$), Mô đun đàn hồi ($E$), Độ bền uốn (Flexural Strength - FS), cùng với chiều sâu ngấu và sự phân bố tổ chức tế vi tại vùng mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và kim loại nền.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của nhóm tác giả tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã nghiên cứu thực nghiệm toàn diện ảnh hưởng của các thông số hàn MIG đến chất lượng mối hàn dị chủng giữa thép C20 và inox SUS201 dày 2 mm sử dụng dây hàn GM70S. Thông qua việc ứng dụng phương pháp quy hoạch Taguchi $L_{16}$, phân tích ANOVA và tự động hóa quá trình hàn bằng robot PANASONIC TA-1400G2 trên đồ gá chuyên dụng, đề tài đã xác lập thành công các bộ thông số công nghệ tối ưu cho từng chỉ tiêu cơ tính riêng biệt (độ bền kéo, giới hạn chảy, độ giãn dài, độ bền uốn, mô đun đàn hồi). Kết quả kiểm tra cơ tính và quan sát cấu trúc vi mô khẳng định mối hàn đạt chất lượng liên kết kim loại tốt, độ bền cao và vị trí phá hủy xảy ra ngoài vùng hàn. Công trình cung cấp tài liệu công nghệ có giá trị khoa học và khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong lĩnh vực gia công kết cấu kim loại tấm tự động hóa.