Ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến độ bền kéo mẫu hàn khi hàn TIG thép cacbon thấp

số công nghệ quá trình hàn TIG đến cơ tính của 
mối hàn các chi tiết bằng nhôm 
 Trong nghiên cứu này các tác giả đã sử dụng 
phương pháp Taguchi và phân tích phương sai 
ANOVA với trợ giúp bởi phần mềm Minitab 8.1 
và Microsoft Excel để thiết kế thực nghiệm và xử 
lý số liệu thực nghiệm. Mục đích nghiên cứu là 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology54|
 ISSN 2354-0575 
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 63 
đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số chế độ 
hàn (cường độ dòng điện hàn, lưu lượng khí bảo 
vệ, khe hở lắp ghép) đến giới hạn chảy cũng như 
giới hạn bền kéo của mẫu hàn bằng thép CT3. 
Qua đó tìm ra được các bộ thông số công nghệ 
phù hợp nhất nhằm đạt được chỉ tiêu giới hạn 
chảy và giới hạn bền kéo mẫu hàn là cao nhất. 
2. Phương pháp nghiên cứu 
 Phương pháp Taguchi [3] cho phép đánh giá 
mức độ tác động độc lập, tác động lẫn giữa các 
yếu tố chính, yếu tố không điều khiển được (yếu 
tố nhiễu). Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N (Signal to 
Noise) phát triển bởi Taguchi được sử dụng để 
phân tích, nhằm đánh giá kết quả quá trình đảm 
bảo chính xác hơn. Công thức tính S/N phụ thuộc 
vào tiêu chí tối ưu hóa kết quả đầu ra: S/N=-
10log(MSD); MSD là độ lệch trung bình bình 
phương và tính cho ba trường hợp khác nhau: 
- Đầu ra càng nhỏ càng tốt: 
2
1
1 ( )
n
j
j
MSD x
n 
  (1) 
- Đầu ra càng lớn càng tốt: 
2
1
1 1( )
n
j j
MSD
n x 
  (2) 
 - Đảm bảo giá trị danh nghĩa: 
2
0
1
1 ( )
n
j
j
MSD x x
n 
  (3) 
Trong đó: 
 n là số thí nghiệm, 
 xj là kết quả đầu ra thí nghiệm thứ j, 
 x0 kết quả đầu ra mong muốn. 
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu 
tố ta phải tính giá trị phương sai: 
- Phương sai tổng: 
2
2
2 2 1
1 1
n
in n
i
T i i
i i
y
TS y y
n n

 
 (4) 
trong đó: yi - Giá trị S/N thứ i 
 T- Tổng giá trị S/N 
- Phương sai thành phần yếu tố A: 
2
2 1
1 1
1
k
k
n
iL n
i
A iA
k iA
y
S y
n n

  (5) 
trong đó:
kiA
y - Kết quả thứ i của A tại mức k 
kA
n - Số lần lặp lại của A tại mức k. 
Phương sai thành phần các yếu tố B, C cũng 
xác định tương tự. 
- Phương sai của yếu tố nhiễu: 
 Se = ST - SA - SB - SC (6) 
- Mức độ (%) ảnh hưởng của các yếu tố 
chính và nhiễu: 
PA=SA/ST; PB=SB/ST; PC=SC/ST; Pe=Se/ST (7) 
Chọn bộ thí nghiệm mảng trực giao Taguchi 
gồm 27 thí nghiệm, MSD tính theo công thức (2) 
để đảm bảo giới hạn chảy và giới hạn bền kéo 
càng lớn càng tốt. 
Cài đặt các công thức trên trong Microsoft 
Excel và sử dụng phần mềm thống kê Minitab 8.1 
để xử lý số liệu thực nghiệm ta có kết quả thực 
nghiệm trình bày trong mục 3. 
3. Nôi dung nghiên cứu 
3.1. Điều iện th c nghiệ 
 - M u th c nghiệ . 
Vật liệu mẫu là thép các bon thấp mác CT3 
có thành phần hóa học trình bày trong bảng 1. 
Hình dạng vật liệu mẫu thí nghiệm trình bày 
trên hình 1, sơ đồ hàn TIG trình bày trên hình 2 
và hình 3 là kết quả 27 mẫu thí nghiệm. 
B ng 1. Thành phàn hóa học của mẫu th c nghiệm 
Mác thép Thành phần hóa học(%) 
CT3 
C Si Mn P (Max) S (Max) 
0.14 - 0.22 0.12 - 0.30 0.40 - 0.60 0.045 0.045 
 - Thi t h n TIG 
Máy hàn TIG EWMT- 350A nhãn hiệu 
SAMHO do Hàn Quốc sản xuất (hình 4) có các 
thông số cơ bản trình bày trong bảng 2 
c-Thi t đ đ ền i h n 
Máy thử kéo vạn năng 30 tấn của phòng thí 
nghiệm trường Đại học Bách khoa Hà Nội được 
trình bày trên hình 5. 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |55
ISSN 2354-0575 
64 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 
H nh áy hàn T 
Các thông số công nghệ chính ảnh hưởng tới 
độ bền kéo của mẫu hàn l : cường độ dòng điện 
hàn (Ih), lưu lượng khí bảo vệ (Lv), khe hở lắp 
ghép (a). Ngoài ba thông số công nghệ chính trên, 
độ bền kéo của mẫu hàn còn chịu ảnh hưởng của 
các yếu tố khác như: Đường kính điện cực, cỡ 
chụp khí, tốc độ hàn Điện cực hàn Vonfram ở 
đây có ký hiệu WTh-2, đường kính 2,4 mm; Que 
hàn phụ là que hàn thép ER70S-G đường kính 2,4 
mm. Khí bảo vệ là Ar. Các thông số này được giữ 
không đổi trong suốt qúa trình thực nghiệm 
B ng 2. B ng thông s kỹ thuật máy hàn TIG 
350A 
Thông s Giá tr 
Điện áp đầu vào 380 V, 3P, 50 Hz 
Công suất đầu vào 9,3 kVA 
Chức năng Hàn que, hàn TIG 
Dòng điện hàn ra AC/DC 5- 350 A 
Dòng hàn xung 5- 300 A 
Tần số xung AC 40- 250 Hz 
Tần số xung DC 0.5- 10Hz 
Độ rộng xung AC/DC 15- 85% 
Chu kì tải 40% 
Kích thước (WxDxH) 400x600x550 (mm) 
Trọng lượng 45 kg 
 Ngoài ra còn có các yếu tố nhiễu như: chất 
lượng phôi thép, tay nghề của thợ hàn, chất lượng 
khí bảo vệ, môi trường hàn 
3.2. K t quả th c nghiệ 
 - Với kết quả đầu ra mong muốn càng lớn 
càng tốt, sử dụng công thức (2) để tính tỷ số S/N 
cho giới hạn chảy và giới hạn bền. 
 - Tỷ số S/N được thay thế cho giá trị trung 
bình trong tính toán phân tích phương sai 
(ANOVA). Tính toán mức độ ảnh hưởng của các 
yếu tố chế độ công nghệ đầu vào (dòng điện, lưu 
lượng khí bảo vệ, khe hở lắp ghép) đến kết quả 
d = 30 (mm), d0 = 20 (mm) 
L = 210 (mm), l = 90 (mm) 
r = 35 (mm), h = 5 (mm) 
Hình 1. Hình dạng mẫu thí nghiệm. 
Khe hở mối 
hàn (a) 
Hình 2. S quá tr nh hàn T 
Hình 3. Hai y mẫu hàn T 
Hình 5. Máy th o van năng 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology56|
 ISSN 2354-0575 
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 65 
đầu ra (giới hạn bền, giới hạn chảy). 
- Từ kết quả thực nghiệm đo được, sử dụng 
các công thức cơ bản của phương pháp thiết kế 
thực nghiệm Taguchi ta có kết quả tính toán tỷ số 
S/N cho giới hạn chảy và giới hạn bền (độ bền 
kéo) của từng mẫu hàn như sau (Bảng 3).
B ng 3. Kết qu th c nghiệm 
Từ bảng trên ta tính được giá trị S/N trung 
bình tại các mức của các yếu tố đầu vào (dòng 
điện, lưu lượng khí bảo vệ, khe hở lắp ghép) của 
giới hạn bền (Bảng 4), giới hạn chảy (Bảng 5). 
 B ng 4. Kết qu S/N trung bình của gi i hạn n ở các mức yếu t u vào 
Mức Dòng điện Lưu lượng khí bảo vệ Khe hở lắp ghép 
1 72.36 72.57 72.51 
2 72.91* 72.55 72.74 
3 72.77 72.92* 72.78* 
 B ng 5. Kết qu S/N trung bình của gi i hạn ch y ở các mức yếu t u vào 
Mức Dòng điện Lưu lượng khí bảo vệ Khe hở lắp ghép 
1 71.03 71.24 71.34 
2 72.12* 71.85 71.86* 
3 71.81 71.87* 71.76 
TT 
Bảng tr c gi Giới hạn 
chảy (kgf) S/N Giới hạn chảy 
Giới hạn 
bền (kgf) S/NGiới hạn bền Dòng 
điện 
Lưu 
lượng 
Khe 
hở 
1 70 4 1 3240 70.21 4030 72.11 
2 70 4 1 3260 70.26 4010 72.06 
3 70 4 1 3300 70.37 4020 72.08 
4 70 8 2 3680 71.32 4110 72.28 
5 70 8 2 3750 71.48 4140 72.34 
6 70 8 2 3860 71.73 4190 72.44 
7 70 10 3 3690 71.34 4270 72.61 
8 70 10 3 3680 71.32 4280 72.63 
9 70 10 3 3650 71.25 4290 72.65 
10 100 4 2 3840 71.69 4380 72.83 
11 100 4 2 3920 71.87 4360 72.79 
12 100 4 2 3990 72.02 4350 72.77 
13 100 8 3 4160 72.38 4410 72.89 
14 100 8 3 4180 72.42 4430 72.93 
15 100 8 3 4170 72.40 4390 72.85 
16 100 10 1 4050 72.15 4490 73.04 
17 100 10 1 4055 72.16 4480 73.03 
18 100 10 1 3980 72.00 4500 73.06 
19 130 4 3 3820 71.64 4370 72.81 
20 130 4 3 3850 71.71 4380 72.83 
21 130 4 3 3720 71.41 4390 72.85 
22 130 8 1 3860 71.73 4170 72.40 
23 130 8 1 3780 71.55 4150 72.36 
24 130 8 1 3810 71.62 4180 72.42 
25 130 10 2 4110 72.28 4500 73.06 
26 130 10 2 4050 72.15 4510 73.08 
27 130 10 2 4080 72.21 4520 73.10 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |57
ISSN 2354-0575 
66 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của các mức 
yếu tố đầu vào dòng điện, lưu lượng khí bảo vệ, 
khe hở lắp ghép đến giới hạn bền cũng như giới 
hạn chảy của mẫu hàn, sử dụng phần mềm 
Hình 6. Đ th nh hưởng của các mức yếu t u vào 
 ến tỉ s S N của gi i hạn n 
Hình 7. Đ th nh hưởng của các mức yếu t u vào 
 ến giá tr gi i hạn n 
Minitab 18 có được biểu đồ ảnh hưởng của 
các yếu tố đầu vào đến tỷ số S/N và giá trị giới 
hạn bền như trình bày trong hình 6, hình 7 và 
biểu đồ ảnh hưởng của các yếu tố đầu vào đến tỷ 
số S/N và giá trị giới hạn chảy như trình bày trong 
hình 8, hình 9. 
 Tổng hợp các đồ thị trên hình 6 và hình 7 ta 
có đồ thị trên hình 10 mô tả ảnh hưởng của các 
mức của các yếu tố đầu vào đến tỷ số S/N trung 
bình của giới hạn bền. 
 Tổng hợp các đồ thị trên hình 8 và hình 9 ta 
có đồ thị trên hình 11 mô tả ảnh hưởng của các 
mức của các yếu tố đầu vào đến tỷ số S/N trung 
bình của giới hạn chảy. Từ bảng 3 và hình 10 cho 
thấy giá trị tối ưu của giới hạn bền ứng với các 
giá trị S/N lớn nhất của từng yếu tố tương ứng: 
dòng điện ở mức hai là 100 (A), lưu lượng khí 
bảo vệ mức ba là 10 (L/ph), khe hở mức ba là 3 
(mm). Sử dụng phần mềm Minitab ta có kết quả 
dự đoán giá trị độ bền tối ưu: giới hạn bền kéo là 
4589.63 (kgf), tương ứng với S/N = 73.25. 
Hình 8. Đ th nh hưởng của các mức yếu t u vào 
 ến tỉ s S N của gi i hạn ch y 
Hình 9. Đ th nh hưởng của các mức yếu t u vào 
 ến giá tr gi i hạn ch y. 
 Tương tự từ bảng 3 và hình 11 cho thấy giá trị 
tối ưu của giới hạn chảy ứng với các giá trị S/N 
lớn nhất của từng yếu tố tương ứng: dòng điện 
mức hai là 100 (A), lưu lượng khí bảo vệ mức ba 
là 10 (L/ph), khe hở mức hai là 2 (mm). Sử dụng 
phần mềm Minitab ta có kết quả dự đoán giá trị 
giới hạn chảy tối ưu: giới hạn chảy là 4216.30 
(kgf), ứng với S/N = 72.54. 
 Qua quan sát các mẫu thí nghiệm sau khi kéo 
phá hủy ta cũng có nhận xét là tất cả các mẫu thử 
sau khi kéo phá hủy thì vị trí điểm gãy nứt đều 
nằm phía ngoài vị trí mối hàn, tức là ở vùng ảnh 
hưởng nhiệt. 
 Sử dụng Microsoft Office Excel ta cũng 
tính toán được mức độ ảnh hưởng của các yếu tố 
chính và nhiễu đến giới hạn bền và giới hạn chảy 
của mẫu hàn như trình bày trong bảng 6. 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology58|
 ISSN 2354-0575 
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 67 
Hình 10. Đ th m i quan hệ S/N trung bình của gi i 
hạn b n ở các mức yếu t u vào 
Hình 11. Đ th m i quan hệ S/N trung bình của gi i 
hạn ch y ở các mức yếu t u vào 
B ng 6. Mức ộ nh hưởng của các yếu t u vào ến gi i hạn n và gi i hạn ch y mẫu hàn 
Y u t ảnh hưởng 
Mức đ ảnh hưởng (%) đ n 
Giới hạn ền Giới hạn ền 
Dòng điện 53.67 53.67 
Lưu lượng khí bảo vệ 28.17 28.17 
Khe hở lắp ghép 14.24 14.24 
Nhiễu 3.91 3.91 
4. K t luận 
Trong bài báo này các tác giả đã trình bày 
nghiên cứu thực nghiệm hàn TIG thép các bon 
thấp nhằm xác định mức độ ảnh hưởng của các 
thông số công nghệ chính (cường độ dòng điện 
hàn, lưu lượng khí bảo vệ, khe hở lắp ghép) đến 
giới hạn chảy và giới hạn bền của mẫu hàn. Bằng 
việc sử dụng phương pháp Taguchi với các công 
cụ như phần mềm Minitab 8.1, Mcrosoft Excel, 
nghiên cứu đã xác định được trong các điều kiện 
thực nghiệm như trình bày, mức độ ảnh hưởng 
của các yếu tố khảo sát đến giới hạn chảy cũng 
tương tự như mức độ ảnh hưởng đến giới hạn bền 
theo thứ tự như sau: cường độ dòng điện hàn Ih 
ảnh hưởng lớn nhất tiếp đến lần lượt là ảnh hưởng 
của lưu lượng khí bảo vệ Lv, khe hở lắp ghép a và 
cuối cùng là ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu. Kết 
quả này cho thấy cường độ dòng điện hàn có ảnh 
hưởng quan trọng nhất đến độ bền kéo của mẫu 
hàn. Nghiên cứu cũng xác định được hai bộ thông 
số chế độ hàn tối ưu cục bộ trong phạm vi miền 
giá trị thực nghiệm khảo sát: bộ thông số chế độ 
hàn nhằm đạt được giới hạn bền kéo mẫu hàn là 
cao nhất: Ih= 100 (A), Lv = 10 (L/ph), a= 3 (mm) 
và bộ thông số chế độ hàn nhằm đạt được giới hạn 
chảy mẫu hàn là cao nhất: Ih= 100 (A), Lv = 10 
(L/ph), a= 2 (mm). 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Lưu Văn Huy, Đỗ Tấn Dân ; 2006; Kỹ thuật hàn - NXB KHKT. 
[2]. Ngô Lê Thông; 2004; Công nghệ hàn điện nóng chảy Tập 1. Nhà xuất bản NXB KHKT, Hà Nội. 
[3]. Ranjit Roy ; 1990; A primer on the Taguchi method; , TS156.R69 89- 14736 
[4]. Ajit Khatter, Pawan Kumar, Manish Kumar; 2014; Optimization of Process Parameter in TIG 
72.000
72.100
72.200
72.300
72.400
72.500
72.600
72.700
72.800
72.900
73.000
1 2 3
DĐ
LL
KH
70.400
70.600
70.800
71.000
71.200
71.400
71.600
71.800
72.000
72.200
72.400
1 2 3
DĐ
LL
KH
x 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |59
ISSN 2354-0575 
68 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 
Welding Using Taguchi of Stainless Steel-304. IJRMET Vo l.4, Issu E1, NoV2013 - ApR 
Il2014.ISSN : 2249-5770. 
[5]. Tadele Tesfaw, Ajit Pal Singh, Abebaw Mekonnen Gezahegn; 2015; Optimization of MAG 
Welding Process Parameters Using Taguchi Design Method on Dead Mild Steel. International 
Journal of Industrial and Manufacturing Engineering Vol:2, No:3. 
[6]. P Vasantharaja, M Vasudevan; 2015; Optimization of A-TIG welding process parameters for 
RAFM steel using response surface methodology; .Proceeding of the institution of mechanical 
engineers, Part L: Jurnal of materials: design and applications 
[7]. Pushp Kumar Baghel, Doddalahally Shivalingaiah Nagesh; 2017; Influencing and anlysis of TIG 
welding process on mechanical properties of extruded aluminum parts; Transactions of the 
Canadian Society for Mechanical Engineering 
THE INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE TENSILE STRENGTH 
OF THE WELD SPECIMEN WHEN TIG WELDING MILD CARBON STEEL 
Abstract: 
 Tungsten inert gas (TIG) welding, also known as Gas tungsten arc welding (GTAW) welding, is an 
arc welding process that uses a non-consumable tungsten electrode to produce the weld. This is very 
common welding process that rapidly develops in lately three decades and is applied in many fields of 
mechanical engineering. One of norms to estimate the quality of the weld is its tensile strength. This 
paper presents a study on the influence of technological parameters on tensile strength of the welding 
sample when TIG welding mild steel. The investigated parrameters include welding current, gas flow 
rate, and gap between two parts of the welding specimen. Using Taguchi method with Minitab 8.1 
software, the study has defined the levels of the influence of the parameters on the yielding limit as well 
as on the ultimate strength of the welding sample. The sets of appropriate parameters for yielding limit 
and ultimate strength of the welding sample have been found here, too. 
Keywords: TIG welding; Welding current, Gas flow rate; Gap between two parts of the welding 
specimen; Taguchi; Minitab.