Applying the taguchi method to study the influence of process parameters in waam tig welding without filler material on the tensile strength of test samples

Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số quy trình trong hàn TIG không có vật liệu lấp đầy đến độ bền kéo của mẫu thử bằng phương pháp Taguchi.

• Tác giả: Le Ton Duy
• Người hướng dẫn: MSc. Huynh Do Song Toan
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology and Education
• Chuyên ngành: Mechanical Engineering Technology
• Đề tài: Phương Pháp Taguchi Trong WAAM TIG Hàn Không Vật Liệu Điền Đầy: Ảnh Hưởng Đến Độ Bền Kéo
• Loại tài liệu: Graduation Thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• COMMITMENT
• THANK YOU
• SUMMARY
• ASSESSMENT FORM OF ADVISOR
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• ABBREVIATED NOUN
• 1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION
• 1.1. Reasons for choosing the project
• 1.2. Scientific and practical significance of the project
• 1.2.1. Scientific significance
• 1.2.2. Practical significance
• 1.3. Research objectives of the project
• 1.4. Subjects and scope of research
• 1.5. Scope of research
• 1.6. Structure of the thesis
• 2. CHƯƠNG 2: OVERVIEW OF METAL 3D PRINTING TECHNOLOGY
• 2.1. Understanding metal 3D printing technology
• 2.2. Brief history of development
• 2.3. Methods of metal 3D printing technology
• 2.3.1. Selective Laser Melting method (SLM)
• 2.3.2. Electron Beam Melting method (EBM)
• 2.3.3. Direct Metal Laser Sintering method (DMLS)
• 2.3.4. Binder Jetting method
• 2.4. Materials used in metal 3D printing
• 2.5. Process of metal 3D printing technology
• 2.6. Benefits and limitations of metal 3D printing technology. Comparison of 3D printing and other manufacturing methods
• 2.7. Applying non-filler TIG welding to metal 3D printing technology
• 2.7.1. Principles of TIG welding
• 2.7.2. Characteristics and applications of TIG welding
• 2.7.3. Main components of TIG welding
• 2.7.4. TIG welding process
• 2.7.5. Factors affecting TIG welding
• 2.7.6. Types of defects in TIG welds
• 2.7.7. Applying non-filler TIG welding to 3D metal printing
• 2.8. Process of steps in project execution
• 3. CHƯƠNG 3: BUILDING EXPERIMENTAL MODELS
• 3.1. Purpose of the experiment
• 3.2. Welding power source
• 3.3. Tensile sample testing equipment
• 3.4. Study of the Taguchi experimental analysis method
• 3.4.1. Advantages of the Taguchi method
• 3.4.2. Experimental design using the Taguchi method
• 3.5. Construction of experimental layout
• 3.5.1. Factors influencing experimental parameters
• 3.5.2. Input parameters and surveyed levels
• 4. CHƯƠNG 4: CONDUCTING TENSILE TEST SAMPLE PREPARATION AND TESTING
• 4.1. Tensile test sample dimensions
• 4.2. Conducting the tensile test sample printing process
• 4.3. Machining the tensile test sample
• 4.3.1. Machining the tensile test sample profile
• 4.4. Conducting the tensile test
• 4.5. Evaluation of the tensile test specimen graph
• 5. CHƯƠNG 5: APPLICATION OF THE TAGUCHI METHOD TO SURVEY THE TENSILE TEST RESULTS
• 5.1. Introduction to Minitab software
• 5.2. Application of Taguchi method using Minitab software
• 5.3. Analyze the data
• 5.4. Predict the output results of the optimal parameter set
• 6. CHƯƠNG 6: APPLYING ANN METHOD TO PROJECT RESULTS
• 6.1. Introduction to Matlab R2020b software
• 6.2. Performing ANN training
• 6.3. Results after training
• 6.4. Application of ANN to evaluate the influence of input factors
• 6.4.1. The impact of Ampe on the predicted tensile strength
• 6.4.2. The impact of Welding Voltage (V_han) on the predicted tensile strength
• 6.4.3. The impact of Welding Depth (Denta) on the predicted tensile strength
• 6.4.4. The impact of Workpiece Thickness on the predicted tensile strength
• 6.5. Application of ANN to find the optimal parameter set

Tóm tắt

I. Phương pháp Taguchi và ứng dụng trong WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy

Phương pháp Taguchi là một kỹ thuật tối ưu hóa thực nghiệm, được sử dụng để giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu trong quá trình sản xuất. Trong nghiên cứu này, phương pháp này được áp dụng để tối ưu hóa các thông số quá trình trong WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy. WAAM TIG hàn là một công nghệ tiên tiến, kết hợp giữa hàn TIG và sản xuất đắp dây kim loại, giúp tạo ra các sản phẩm có độ bền cao. Việc không sử dụng vật liệu điền đầy giúp giảm chi phí và đơn giản hóa quy trình. Phương pháp thống kê Taguchi sử dụng các bảng trực giao để thiết kế thực nghiệm, giúp giảm số lượng thí nghiệm cần thiết và xác định các thông số tối ưu một cách hiệu quả.

1.1. Tối ưu hóa quá trình hàn

Tối ưu hóa quá trình hàn là mục tiêu chính của nghiên cứu. Các thông số như dòng điện hàn, điện áp hàn, và tốc độ hàn được điều chỉnh để đạt được độ bền kéo tối ưu. Phương pháp Taguchi giúp xác định các thông số này thông qua các thí nghiệm được thiết kế cẩn thận. Kết quả cho thấy, việc tối ưu hóa các thông số hàn không chỉ cải thiện chất lượng mối hàn mà còn giảm thiểu các khuyết tật như nứt và biến dạng.

1.2. Ảnh hưởng đến độ bền kéo

Độ bền kéo là một chỉ số quan trọng đánh giá chất lượng của sản phẩm hàn. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng độ bền kéo của các mẫu thử được sản xuất bằng WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy. Kết quả cho thấy, các thông số hàn tối ưu được xác định bằng phương pháp Taguchi giúp cải thiện đáng kể độ bền kéo của mẫu thử, đạt giá trị cao hơn so với các thông số thông thường.

II. Kỹ thuật hàn WAAM và chất lượng mối hàn

Kỹ thuật hàn WAAM là một phương pháp sản xuất đắp dây kim loại, kết hợp với hàn TIG để tạo ra các sản phẩm có độ bền cao. Trong nghiên cứu này, WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy được sử dụng để tạo ra các mẫu thử nghiệm. Chất lượng mối hàn được đánh giá thông qua các chỉ số như độ bền kéo, độ đồng đều của mối hàn, và sự xuất hiện của các khuyết tật. Kết quả cho thấy, việc tối ưu hóa các thông số hàn bằng phương pháp Taguchi giúp cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn, giảm thiểu các khuyết tật và tăng độ bền của sản phẩm.

2.1. Công nghệ hàn tiên tiến

Công nghệ hàn tiên tiến như WAAM TIG hàn đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại. Phương pháp này cho phép tạo ra các sản phẩm có độ phức tạp cao với chi phí thấp hơn so với các phương pháp truyền thống. WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy là một bước tiến mới, giúp đơn giản hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất.

2.2. Đánh giá chất lượng mối hàn

Chất lượng mối hàn được đánh giá thông qua các thử nghiệm độ bền kéo và phân tích cấu trúc vi mô. Kết quả cho thấy, các mẫu thử được sản xuất bằng WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy có độ bền kéo cao hơn so với các mẫu thử thông thường. Điều này chứng tỏ hiệu quả của việc tối ưu hóa các thông số hàn bằng phương pháp Taguchi.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu này không chỉ mang lại giá trị khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn cao. Phương pháp Taguchi được áp dụng để tối ưu hóa các thông số trong WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, hàng không, và xây dựng, nơi yêu cầu cao về độ bền và độ chính xác của sản phẩm.

3.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển công nghệ hàn tiên tiến và cung cấp một phương pháp tối ưu hóa hiệu quả. Phương pháp Taguchi được chứng minh là một công cụ mạnh mẽ trong việc cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu các yếu tố nhiễu trong quá trình sản xuất.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trực tiếp vào các quy trình sản xuất công nghiệp, giúp các doanh nghiệp cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm chi phí. WAAM TIG hàn không vật liệu điền đầy là một giải pháp hiệu quả cho các ngành công nghiệp yêu cầu độ bền cao và chi phí thấp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS MAJOR: MECHANICAL ENGINEERING TECHNOLOGY APPLYING THE TAGUCHI METHOD TO STUDY THE INFLUENCE OF PROCESS PARAMETERS IN WAAM TIG WELDING WITHOUT FILLER MATERIAL ON THE TENSILE STRENGTH OF TEST SAMPLES INSTRUCTOR: MSC. HUYNH DO SONG TOAN STUDENT: LE TON DUY NGUYEN TRAN HUU THANG TRAN ANH TU Ho Chi Minh city, July 2024 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERCITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING GRADUATION THESIS APPLYING THE TAGUCHI METHOD TO STUDY THE INFLUENCE OF PROCESS PARAMETERS IN WAAM TIG WELDING WITHOUT FILLER MATERIAL ON THE TENSILE STRENGTH OF TEST SAMPLES Supervisor: MSC. HUYNH ĐO SONG TOAN Student’s name : LE TON DUY 20144369 NGUYEN TRAN HUU THANG 20144462 TRAN ANH TU 19144079 Academic year: 2020 – 2024 Ho Chi Minh, July 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERCITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING GRADUATION THESIS APPLYING THE TAGUCHI METHOD TO STUDY THE INFLUENCE OF PROCESS PARAMETERS IN WAAM TIG WELDING WITHOUT FILLER MATERIAL ON THE TENSILE STRENGTH OF TEST SAMPLES Supervisor: MSC. HUYNH ĐO SONG TOAN Student’s name : LE TON DUY 20144369 NGUYEN TRAN HUU THANG 20144462 TRAN ANH TU 19144079 Academic year: 2020 – 2024 Ho Chi Minh, July 2024 HO CHI MINH UNIVERSITY OF SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM TECHNOLOGY AND EDUCATION Independence - Freedom - Happiness HIGH QUALITY TRAINING FACULTY GRADUATION PROJECT TASKS Semester I/School year 2024 Instructor: MSc.

Huynh Đo Song Toan Student’s name: Le Ton Duy MSSV: 20144369 DTx: 0376328816 Nguyen Tran Huu Thang MSSV: 20144462 DTx: 0911388786 Tran Anh Tu MSSV: 19144079 DTx: 0919594741 1. Project ID number: CKM – 53 - Thesis: Applying the Taguchi method to study the influence of process parameters in WAAM Tig welding without filler material on the tensile strength of test samples. Initial figures and documents: - Documentation on WAAM Tig technology without wire compensation. - Equipment used for manufacturing parts using the WAAM method.

- Tensile strength testing equipment. Main contents of the project: - Designing the set of parameters for tensile strength testing for parts manufactured using WAAM Tig technology without wire compensation. - Manufacturing tensile test specimens with the predetermined parameters, conducting tensile strength testing. - Synthesizing the results and writing the report.

Anticipated Products - WAAM Tig test samples without wire compensation and explanatory reports. Project delivery date: 19/02/2024 6. Date of submission of the project: 7. Presentation Language: The report: English  Vietnamease  Protection presentation: English  Vietnamease  I DEAN INDUSTRY LEADER INSTRUCTORS (Sign, specify full name) (Sign, specify full name) (Sign, specify full name)  Allowed to defend.

(Instructor sign with full name) II COMMITMENT − Thesis: Applying the Taguchi method to study the influence of process parameters in WAAM Tig welding without filler material on the tensile strength of test samples. Huynh Đo Song Toan − Student name: LE TON DUY + DTx: 0376328816 + Address: 37/3T, My Hoa 1, Trung Chanh, Hoc Mon, Ho Chi Minh City + Email: [e-mail] − Student name: NGUYEN TRAN HUU THANG + DTx: 0911388786 + Address: 34 - 275, Hiep Phu, Thu Duc City + Email: [e-mail] − Student name: TRAN ANH TU + DTx: 0919594741 + Address: A4387a, Stree Bui Huu Nghia, Bien Hoa city, Dong Nai provine + Email: [e-mail] − Thesis submission date: − Commitment: “I hereby declare that this graduation thesis is the result of our own research and implementation. We have not copied from any published articles without proper citation of the original sources. If there is any violation, we take full responsibility for it” Ho Chi Minh City, 06th March 2024 Signature III THANK YOU During the process of studying, researching, and completing our graduation thesis, we have received assistance, guidance, advice, and enthusiastic contributions from the faculty members in our department.

Thanks to their contributions, we had the opportunity to broaden our knowledge. We would like to express our sincere and profound gratitude to: − Dr. Huynh Đo Song Toan, Assoc., Dr Pham Son Minh, and Dr. Tran Minh The Uyen for their dedicated guidance during the research process, theoretical foundation, experimental procedures, and data analysis.

− The faculty members at Ho Chi Minh City University of Technology and Education in general, and especially the lecturers in the Department of Mechanical Engineering, who have supported us throughout our studies and research at the university. − The Board of Directors of Ho Chi Minh City University of Technology and Education for creating an environment that allows students to study, practice, and develop themselves. Due to our limited time, knowledge, and experience, this graduation thesis inevitably contains shortcomings. We look forward to receiving feedback and guidance from the faculty members to help us improve and enhance ourselves, better preparing us for our future careers.

The group sincerely thanks to Le Ton Duy Nguyen Tran Huu Thang Tran Anh Tu IV SUMMARY In this project, our group focuses on optimizing TIG welding parameters without filler wire using the Taguchi method and utilizing the predictive capability of the ANN method to optimally process the data. Project Objective: Aiming to identify a set of parameters to test the tensile strength of components fabricated using non-filler wire WAAM TIG technology. Our group's graduation thesis is titled: "Application of the Taguchi Method in Investigating the Influence of Non-Filler Wire WAAM TIG Process Parameters on the Tensile Strength of Test Specimens," guided and supported by Dr. Huynh Đo Song Toan, Assoc., Dr Pham Son Minh, and Dr.

Tran Minh The Uyen. − Understanding TIG welding technology without filler wire. − Developing an experimental model and processing. − Optimizing the experiment based on the Taguchi method.

− Precision machining and tensile strength testing. − Applying the ANN method to predict results. − Identifying the optimal parameters. After completing the project, our group has gained considerable experience in TIG welding technology without filler wire, lathe machining, wire cutting, CNC machine operation, tensile testing, literature research skills, and teamwork methods.

Although it is not extensive, this experience helps us feel confident in applying our knowledge to practical work and utilizing what we have learned throughout the process. V ASSESSMENT FORM OF ADVISOR Students: Le Ton Duy ID: 20144369 Nguyen Tran Huu Thang ID: 20144462 Tran Anh Tu ID: 19144079 Major: Mechanical Engineering Technology Thesis: Applying the Taguchi method in investigating the influence of WAAM Tig process parameters without wire compensation on the tensile strength of the test specimen. Huynh Đo Song Toan COMMENT 1. Regarding the thesis content and implementation volume:.

Recommend for defend graduation thesis or not?. Advisor (Signature & full name) VI TABLE OF CONTENTS GRADUATION PROJECT TASKS. III THANK YOU. V ASSESSMENT FORM OF ADVISOR .VI TABLE OF CONTENTS.

VII LIST OF FIGURES. X LIST OF TABLES. XIV ABBREVIATED NOUN. XV CHAPTER 1: INTRODUCTION .1 Reasons for choosing the project.2 Scientific and practical significance of the project .3 Research objectives of the project .4 Subjects and scope of research .2 Scope of research .6 Structure of the thesis.

3 CHAPTER 2: OVERVIEW OF METAL 3D PRINTING TECHNOLOGY .1 Understanding metal 3D printing technology .2 Brief history of development .2 Methods of metal 3D printing technology .1 Selective Laser Melting method (SLM) .2 Electron Beam Melting method (EBM) .3 Direct Metal Laser Sintering method (DMLS) .4 Binder Jetting method .3 Materials used in metal 3D printing .4 Process of metal 3D printing technology .6 Benefits and limitations of metal 3D printing technology. Comparison of 3D printing and other manufacturing methods .8 Applying non-filler TIG welding to metal 3D printing technology .1 Principles of TIG welding .2 Characteristics and applications of TIG welding .3 Main components of TIG welding .4 TIG welding process .5 Factors affecting TIG welding .6 Types of defects in TIG welds .7 Applying non-filler TIG welding to 3D metal printing .9 Process of steps in project execution. 30 CHAPTER 3: BUILDING EXPERIMENTAL MODELS .1 Purpose of the experiment .2 Welding power source .3 Tensile sample testing equipment .4 Study of the taguchi experimental analysis method .2 Advantages of the Taguchi method .3 Experimental design using the Taguchi method .5 Construction of experimental layout .1 Factors influencing experimental parameters .2 Input parameters and surveyed levels. 66 CHAPTER 4: CONDUCTING TENSILE TEST SAMPLE PREPARATION AND TESTING .1 Tensile test sample dimensions .2 Conducting the tensile test sample printing process .3 Machining the tensile test sample.2 Machining the tensile test sample profile .4 Conducting the tensile test .5 Evaluation of the tensile test specimen graph.

84 CHAPTER 5: APPLICATION OF THE TAGUCHI METHOD TO SURVEY THE TENSILE TEST RESULTS .1 Introduction to Minitab software .2 Application of Taguchi method using Minitab software .3 Analyze the data .4 Predict the output results of the optimal parameter set. 98 CHAPTER 6: APPLYING ANN METHOD TO PROJECT RESULTS .1 Introduction to Matlab R2020b software .1 Performing ANN training .2 Results after training .3 Application of ANN to evaluate the influence of input factors .1 The impact of Ampe on the predicted tensile strength.2 The impact of Welding Voltage (V_han) on the predicted tensile strength .3 The impact of Welding Depth (Denta) on the predicted tensile strength.4 The impact of Workpiece Thickness on the predicted tensile strength .4 Application of ANN to find the optimal parameter set. 121 IX LIST OF FIGURES Figure 2. 1: Main structure diagram of TIG welding set.

2: Welding arc zone and weld puddle. 3: TIG welding power source of HK 200E welding machine. 4: Structure of TIG welding torch. 5: Clamp mass and lead wire.

6: Structure of gas flow control valve. 7: Some types of basic materials. 8: Types of Tungsten electrodes. 9: How to grind electrodes.

10: Electrode tip size, DC. 11: Electrode tip size, AC. 12: TIG welding torch angles. 16: Lack of fusion defects.

17: Process of steps in project execution. 1: Modeling the TIG welding process. 3: 3-Axis WAAM Machine. 5: Notification Images for Entering and Exiting the Workshop.

6: Step 1 Operating the 3-Axis WAAM Machine. 7: Step 2 Operating the 3-Axis WAAM Machine. 8: Step 3 Operating the 3-Axis WAAM Machine. 9: Step 4 Operating the 3-Axis WAAM Machine.

10: User Interface of the 3-Axis WAAM Machine. 11: Jasic 250A W227 Welding Machine. 12: Tensile Sample Testing Machine. 13: Open MCCB and Perform Preliminary Inspection of the Machine.

14: Preliminary Guide for the Tensile Testing Machine. 15: Guide to the tensile testing machine Consle. 16: Preliminary Guide for the Manual Control. 18: Locking Knob Before Testing the Sample.

19: Images of Sample Mounting for Tensile Testing. 20: Opening the TestMaster3 program. 21: Selecting the TN Keo Thep. 22: Choosing rectangle mode.

23: Input and Output Parameters of the Tensile Test. 24: Cross-Sectional Area Parameters. 25: Set Initial Parameters to Zero for Survey. 26: Set Initial Parameters to Zero for Survey.

29: Welding Current Affects the Tensile Strength of the Sample. 30: Welding Speed Affects the Tensile Strength of the Sample. 31: Electrode Tip Overheating (Welding Speed Below 30 mm/min). 32: Thickness of the workpieces.

33: Convention on Weld Penetration Size. 34: Illustration of penetration. 35: Distance between two weld lines for the test sample. 36: Arc length set on the machine.

38: Arc Length Over 2. 39: Grinding machine used for grinding welding electrode. 40: Welding electrode ground to the standard angle. 41: Gas flow rate at 9 l/min.

1: Dimensions of the tensile test specimen. 2: 3D model of the tensile test specimen. 3: Dimensions of the tensile test specimen. 4: Setting up the TIG welding machine.

5: Workpiece after fixing both ends by welding. 6: Workpiece after machining without fixing both ends by welding .