Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ hàn đến chất lượng mối hàn khi thực hiện hàn thép cacbon thấp bằng phương pháp hàn MAG

với các phương pháp hàn khác, đồng thời do yêu 
cầu, quy mô sản xuất, do yêu cầu đòi hỏi ngày càng 
cao về chất lượng mối hàn và tính kinh tế trong 
sản xuất. Trong khoảng 15 năm trở về trước, nước 
ta ngoài công nghệ hàn hồ quang tay với que hàn 
thuốc bọc ra, các phương pháp hàn bán tự động 
trong môi trường khí bảo vệ được ứng dụng trong 
phạm vi quy mô còn rất nhỏ. Gần đây, do tốc độ 
phát triển kinh tế nhanh, sản xuất công nghiệp được 
thúc đẩy mạnh, các loại hình công nghệ hàn tiên 
tiến từng bước được áp dụng vào sản xuất, trong đó 
công nghệ hàn MAG thực sự đã được quan tâm ở 
mọi lĩnh vực và khắp các ngành công nghiệp trong 
nước. Như ngành đóng tàu đã và đang áp dụng công 
nghệ hàn MAG vào hàn vỏ tàu; ngành chế tạo kết 
cấu thép chế tạo thiết bị phi tiêu chuẩn cho nhà máy 
điện, nhà máy xi măng; ngành giao thông vận tải áp 
dụng nhiều công nghệ hàn MAG để hàn các dầm 
cầu; ngành sản xuất ôtô, tàu hỏa đã và đang ứng 
dụng hàn MAG để hàn khung sắt xi và vỏ xe, toa 
xe Ngoài ra hàn MAG còn đang được áp dụng 
trong hàn đắp, phục hồi sửa chữa chi tiết máy. Tóm 
lại, công nghệ hàn MAG đang được ứng dụng rộng 
rãi trong khắp các ngành công nghiệp, đóng vai trò 
quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện 
đại hóa đấy nước.
Công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ 
hiện nay đang được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực 
gia công, chế tạo kết cấu thép, trong các công trình 
xây dựng đóng tàu, cầu đường, nhà xưởng... Nâng 
cao năng suất, chất lượng mối hàn thép các bon 
được nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu và 
đã ứng dụng thành công các công nghệ hàn, thông 
số chế độ hàn đến chất lượng mối hàn, hình thành 
nên chất lượng sản phẩm cao gấp nhiều lần so với 
trước đây [1-3].
Tại các cơ sở đào tạo, các vấn đề liên quan 
đến chất lượng mối hàn và điều chỉnh thông số chế 
độ hàn để đạt được chất lượng mối hàn theo yêu 
cầu đề ra cũng thường xuyên được nghiên cứu, điều 
chỉnh và thực nghiệm để đưa ra các kết quả ứng 
dụng vào công tác đào tạo, rèn luyện kỹ năng nghề. 
Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của chế 
độ công nghệ đến chất lượng mối hàn đối với vật 
liệu thép cacbon thấp khi hàn bằng phương pháp 
hàn điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ 
là có tính cấp thiết trong công tác ứng dụng thiết bị 
hàn và công nghệ hàn trong môi trường khí bảo vệ 
vào quá trình thực hiện kỹ thuật hàn, nâng cao chất 
lượng mối hàn, hạn chế những khuyết tật mối hàn, 
nâng cao năng suất lao động và có thể ứng dụng 
trong công tác đào tạo nguồn nhân lực tại các cơ sở 
đào tạo ngành hàn [4-10]. 
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology24 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016
Đối với thép cácbon thấp, được sử dụng phổ 
biến trong công tác đào tạo kỹ năng nghề Hàn và gia 
công các kết cấu thép. Ở đây, thông số chế độ hàn có 
ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn từ đó 
ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, năng suất lao 
động cũng như kỹ năng nghề của người thực hiện.
Do vậy phạm vi nghiên cứu này chỉ giới hạn 
ở việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế 
độ: dòng điện hàn, điện áp hàn, vận tốc hàn khi giữ 
nguyên các thông số về kỹ thuật hàn, đường kính 
dây hàn, lưu lượng khí bảo vệ, và được thực hiện 
bằng phương pháp thực nghiệm.
2. Ảnh hưởng của thông số hàn chủ yếu đến chất 
lượng mối hàn khi thực hiện hàn bằng phương 
pháp hàn MAG [6]
Thông qua việc đặt chỉnh thiết bị hàn và việc 
sử dụng mỏ hàn của người thợ hàn đã định đoạt một 
cách quyết định tới các quá trình xảy ra lúc hàn và 
chất lượng của mối hàn. Đối với mỗi thông số hàn 
khi có sự thay đổi đều ảnh hưởng nhất định đến kích 
thước và chất lượng mối hàn.
2.1. Ảnh hưởng của điện áp khi giữ nguyên tốc 
độ chuyển dây
Việc thay đổi điện áp (U) thông qua việc 
chỉnh đặc tuyến của thiết bị khi giữ nguyên tốc độ 
chuyển dây có tác dụng làm thay đổi chiều dài hồ 
quang và hình dạng của mối hàn. Trong quá trình 
này cường độ dòng điện I và tốc độ nóng chảy vẫn 
giữ nguyên (Hình 1).
A
l
 A
m
 A
k
Hình 1. Ảnh hưởng của việc điều chỉnh áp
khi giữ nguyên tốc độ chuyển dây
2.2. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển dây khi giữ 
nguyên điện áp
Mỗi sự thay đổi của tốc độ chuyển dây Vd 
trong khi vẫn giữ nguyên trị số điện áp đều dẫn đến 
thay đổi chiều dài hồ quang, cường độ dòng điện và 
hình dạng của mối hàn (Hình 2).
A
l
 A
m
 A
k
Hình 2. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển dây khi giữ 
nguyên điện áp
2.3. Tác dụng của việc chỉnh kết hợp giữa điện 
áp và tốc độ chuyển dây
Khi kết hợp điều chỉnh giữa điện áp và tốc 
độ chuyển dây đồng thời (cùng tăng hoặc cùng 
giảm) thì sẽ làm mối hàn thay đổi đồng đều về độ 
sâu ngấu và chiều rộng mối hàn.
A-a C-c E-e
Hình 3. Ảnh hưởng của việc điều chỉnh kết hợp cả 
điện áp và dòng điện
3. Xây dựng vật mẫu thí nghiệm, phương pháp 
nghiên cứu và kiểm tra chất lượng mối hàn
3.1. Xây dựng vật mẫu thí nghiệm hàn
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 25
Hình 4. Kích thước liên kết và mối hàn
Bảng 1. Kích thước cơ bản của mối hàn
TT S,S1 (mm) a (mm) b (mm) c (mm)
1 1÷5 0+0,5 5±1,0 1,0±0,5
2 2 1±1,0 6±1,0 1,5±1,0
3 3 1±1,0 6±1,0 1,5±1,0
4 4 2±1,0 7±1,0 2,0±1,0
5 5÷6 2±1,0 9±1,0 2,0±1,0
Mẫu thí nghiệm chuẩn bị cho nghiên cứu 
ảnh hưởng của một số thông số công nghệ chính khi 
hàn, đơn giản nhất là chọn liên kết hàn giáp mối ở 
vị trí hàn bằng. Vật liệu thép các bon thường, thép 
tấm có chiều dày 6mm, kích thước của tấm vật mẫu 
200×100×6 (mm). Đối với vật hàn có chiều dày đến 
6 mm cơ thể sử dụng mối hàn giáp mối một phía 
với dạng liên kết chữ I. Kích thước liên kết hàn và 
kích thước mối hàn của dạng liện kết chữ I có thể sử 
dụng theo Hình 4 và Bảng 1.
3.2. Phương pháp xây dựng kế hoạch thực nghiệm
Đường kính dây hàn, cường độ dòng điện 
hàn tỷ lệ thuận với lưu lượng khí bảo vệ. Nếu đường 
kính dây hàn lớn thì đòi hỏi cường độ dòng điện hàn 
cao và lưu lượng khí bảo vệ nhiều mới đảm bảo chất 
lượng của mối hàn. Mối quan hệ giữa đường kính 
dây hàn (dd) với cường độ dòng điện hàn (Ih), điện 
áp hàn (Uh), tầm với điện cực và lưu lượng khí bảo 
vệ đối với phương pháp hàn bán tự động khí bảo vệ 
CO2, dòng điện một chiều cực nghịch thường được 
tra theo bảng.
Để đơn giản hóa các nghiên cứu và xác định 
được cụ thể các ảnh hưởng của thông số chế độ hàn 
đến chất lượng mối hàn, chọn miền khảo sát của 3 
thông số chế độ hàn như Bảng 2 [8].
Bảng 2. Lựa chọn khoảng biến thiên của các thông 
số khảo sát [8]
TT Thông số chế độ hàn Khoảng biến thiên
1 Ih (A) 100 ÷ 160
2 Uh (V) 20 ÷ 24
3 Vh (mm/phút) 100 ÷ 300
3.3. Phương pháp Taguchi và phân tích phương 
sai ANOVA [11]
Để thực hiện quá trình thực nghiệm và phân 
tích các ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đã 
lựa chọn đến chất lượng mối hàn. Để nâng cao chất 
lượng sản phẩm, đề tài sẽ tìm hiểu ảnh hưởng một 
số tham số của quá trình tạo hình tới chất lượng để 
từ đó chọn ra được một trường hợp tối ưu có thể đưa 
vào thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu này sẽ 
sử dụng được phương pháp mảng trực giao Taguchi 
kết hợp phân tích phương sai ANOVA để tiết kiệm 
thời gian mà vẫn đảm bảo hiệu quả của đề tài.
Các tham số được chọn để điều tra mức độ 
ảnh hưởng của chúng tới một số tiêu chí của chất 
lượng mối hàn đó là: Ih – cường độ dòng điện hàn 
(tham số A), Uh – điện áp hàn (tham số B), Vh – vận 
tốc hàn (tham số C). Cùng với các tham số này là 
các giá trị cấp độ của chúng thể hiện như Bảng 3 
như theo phương pháp Taguchi [11] trình bày trên. 
Tiếp đến là Bảng 4 trình bày các thí nghiệm cần 
làm và kết quả kiểm tra chất lượng mối hàn, nhấn 
mạnh lại là ở đây ta chỉ cần 9 thí nghiệm, giảm hơn 
so với 27 thí nghiệm theo quy hoạch thực nghiệm 
thông thường.
Bảng 3. Các tham số được chọn và cấp độ tương ứng
Các tham số Cấp độ
1 2 3
I (A) 100 130 160
U (V) 20 22 24
V (mm/p) 15 25 35
Sau khi tính được diện tích mối hàn tiêu 
chuẩn và diện tích các mối hàn thực nghiệm làm 
chỉ tiêu đánh giá kết quả, ta sẽ tiến hành tính toán 
đối với các thí nghiệm đã được xây dựng rồi xác 
định tỉ số nhiễu S/N tương ứng như Bảng 5. Đánh 
giá ảnh hưởng của các thông số đến diện tích tiết 
diện ngang của mối hàn theo phương pháp phân tích 
phương sai ANOVA (Bảng 6). Qua các kết quả phân 
tích (ANOVA) cho các giá trị dẫn đến diện tích tiết 
diện ngang của mối hàn lớn nhất ta nhận thấy có các 
thông số như sau: 
- Thông số Ih có sự ảnh hưởng rất lớn đến 
chiều sâu ngấu mối hàn là 72,4 %.
- Thông số Uh có sự ảnh hưởng nhỏ đến 
chiều sâu ngấu mối hàn là 27,3%.
- Thông số Vh ảnh hưởng rất nhỏ đến chiều 
sâu ngấu mối hàn là 0,3%.
Từ đó ta chọn được bộ thông số tối ưu ứng 
với tiêu chí mối hàn như sau: A3B3C2 (Hình 5) hay Ih 
= 160 (A); Uh = 24 (V); Vh = 200(mm/phút).
Thực hiện kiểm nghiệm lại chất lượng của 
mối hàn thông qua việc kiểm tra cơ tính của mối 
hàn bằng cách thử kéo đứt mẫu kiểm tra lấy từ các 
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology26 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016
mối hàn thực nghiệm được thể hiện trong Hình 6 
(a, b). Kết quả giới hạn kéo đứt cho trường hợp tối 
ưu A3B3C2 là 85 KN trong khi trường hợp đã chứng 
minh được của trường hợp tối ưu là 85 KN trong khi 
đó trường hợp A1B1C1 là 35KN.
Hình 5. Cấp độ của các hệ số ảnh hưởng tới diện 
tích tiết diện ngang mối hàn
a) b)
Hình 6. Biểu đồ lực kéo mối hàn a) trường hợp đầu 
tiên A1B1C1 và b) trường hợp tối ưu A3B3C2
4. Kết luận
Nghiên cứu này đã sử dụng phương pháp 
thực nghiệm Taguchi và phân tích phương sai 
ANOVA để phân tích các kết quả thực nghiệm, tính 
được ảnh hưởng của thông số cường độ dòng điện 
hàn, điện áp hàn, tốc độ hàn đến từng kích thước 
của mối hàn (chiều rộng, chiều cao, chiều sâu ngấu 
mối hàn), phân tích ảnh hưởng đến diện tích tiết 
diện ngang của mối hàn. Sau đó nhận xét, rút ra 
những kết luận trong từng trường hợp cụ thể, ngoài 
ra kết hợp với phần kiểm tra kéo đứt các mẫu kiểm 
tra để kiểm nghiệm lại kết quả cụ thể:
- Cường độ dòng điện hàn Ih có ảnh hưởng 
lớn đến chiều cao và chiều sâu ngấu của mối hàn, 
khi cường độ dòng điện thấp thì chiều cao mối hàn 
thấp và chiều sâu ngấu thấp và ngược lại.
- Điện áp hàn Uh có ảnh hưởng lớn đến bề 
rộng của mối hàn, khi điện áp hàn tăng thì chiều 
rộng mối hàn tăng và ngược lại.
- Đề tài này thực hiện nghiên cứu đối với 
mối hàn giáp mối không vát mép một phía ở vị trí 
hàn bằng, đây là vị trí thuận lợi cho việc hình thành 
mối hàn và ít xảy ra hiện tượng chảy xệ mối hàn, vì 
vậy ta có thể thực hiện được các phương án:
+ Trong trường hợp muốn tăng năng suất 
hàn khi thực hiện các đường hàn trong quá trình 
sản xuất có thể tăng cao cường độ dòng hàn, điện 
áp hàn và sử dụng vận tốc hàn cao để thực hiện hàn 
tăng tốc độ hàn mà vẫn đảm bảo chất lượng mối hàn 
theo yêu cầu.
Bảng 4. Tổng hợp kết quả thực nghiệm trên vật mẫu
TT Các tham số và các cấp 
độ của chúng
Kết quả đo các tiêu chí đánh giá Diện tích tiết diện 
ngang của mối 
hàn S
i
, mm2Ih,
A
Uh,
V
Vh,
mm/ph
Chiều rộng mối 
hàn (b, mm)
Chiều cao mối 
hàn (c, mm )
Chiều sâu ngấu 
mối hàn (h, mm)
1 1(100) 1(20) 1(100) 7,4 2,8 3,0 32,6
2 1(100) 2(22) 2(200) 7,9 2,1 3,4 35,2
3 1(100) 3(24) 3(300) 6,5 2,2 3,6 30,6
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016 Journal of Science and Technology 27
4 2(130) 1(20) 2(200) 7,8 3,4 3,9 43,9
5 2(130) 2(22) 3(300) 7,5 2,9 4,1 41,6
6 2(130) 3(24) 1(100) 11,5 3,1 4,8 73,0
7 3(160) 1(20) 3(300) 6,7 3,0 4,2 38,2
8 3(160) 2(22) 1(100) 10,4 4,4 5,1 75,9
9 3(160) 3(24) 2(200) 11,2 3,2 5,0 73,9
Bảng 5. Kết quả tính tỷ số nhiễu S/N với các trường hợp
TT Các tham số và các cấp độ 
của chúng
Kết quả đo các tiêu chí đánh giá h
i
b,dB
Ih,
A
Uh,
V
Vh,
mm/ph
Diện tích tiết diện 
ngang của mối 
hàn Si, mm2
Diện tích tiết 
diện ngang của 
mối hàn S, mm2
Độ sai lệch diện 
tích mối hàn 
(∆S=Si-S, mm)
1 1(100) 1(20) 1(100) 32,6 63,0 -30,4 -29,6575
2 1(100) 2(22) 2(200) 35,2 63,0 -27,8 -28,8809
3 1(100) 3(24) 3(300) 30,6 63,0 -32,4 -30,2109
4 2(130) 1(20) 2(200) 43,9 63,0 -19,1 -25,6207
5 2(130) 2(22) 3(300) 41,6 63,0 -21,4 -26,6083
6 2(130) 3(24) 1(100) 73,0 63,0 10 -20
7 3(160) 1(20) 3(300) 38,2 63,0 -24,8 -27,889
8 3(160) 2(22) 1(100) 75,9 63,0 12,9 -22,2118
9 3(160) 3(24) 2(200) 73,9 63,0 10,9 -20,7485
Bảng 6. Ảnh hưởng của các tham số đến diện tích tiết diện ngang của mối hàn theo ANOVA
Hệ số Giá trị trung bình của từng cấp độ Tổng bình phương Phân bố ảnh hưởng
1 2 3
Ih (A) -29,5831 -24,0763 -23,6165* 66,1368 0,723836
Uh (B) -27,7224 -25,9003 -23,6531* 24,92852 0,272831
Vh (C) -25,6714 -25,59* -26,0145 0,304483 0,003332
Tất cả 91,3698
* Cấp độ tối ưu
Tài liệu tham khảo
[1]. Trương Công Đạt (1977), Kỹ thuật hàn, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[2]. Hoàng Tùng, Nguyễn Thúc Hà, Ngô Lê Thông (1998), Cẩm nang hàn, NXB Khoa học kỹ thuật 
Hà Nội.
[3]. Nguyễn Thúc Hà, Bùi Văn Hạnh (2002), Giáo trình công nghệ hàn, NXB Giáo dục.
[4]. Hoàng Tùng (2004), Sổ tay định mức tiêu hao vật liệu và năng lượng điện trong hàn, NXB Giáo 
dục.
[5]. Ngô Lê Thông (2004), Công nghệ hàn nóng chảy (tập 1 cơ sở lý thuyết), NXB Khoa học kỹ 
thuật Hà Nội.
[6]. Hoàng Tùng (2006), Cẩm nang hàn, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[7]. Nguyễn Tiến Đào (2006), Công nghệ chế tạo phôi, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[8]. Lưu Văn Huy, Đỗ Tấn Dân (2006), Kỹ thuật hàn, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[9]. Nguyễn Đức Thắng (2009), Đảm bảo chất lượng hàn, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội. 
[10]. AWS D1.1 (2008), Welding Structure Steel, American Welding Society.
[11]. Taguchi, G. On-line Quality Control during Production, Japan Standard Association, Tokyo, 1981.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology28 Khoa học & Công nghệ - Số 11/Tháng 9 - 2016
A STUDY ON THE EFFECT OF PARAMETERS ON THE QUALITY OF WELDING PRODUCT 
DURING MAG WELDING TECHNOLOGY OF LOW CARBON STEEL
Abstract:
Recently, one of the advanced welding technology being highly effective applications of technology 
that is semi-automatic welding in protective gas environment (MAG welding). However, the use of 
equipment, is especially as the adjustment of process parameters to ensure welding requirements on weld 
quality, had not been implemented. For new established vocational training institutions, the access to MAG 
welding technology is limited leads to expensive in training, the low quality of workmanship and also low 
economic efficiency.
In this study, evaluation of the welding technology parameters on weld quality was performed. 
The parameters of welding process were considered according to Taguchi’s orthogonal array such as the 
welding amperage, welding voltage and welding speed in order to verify their effects on the quality of 
welding process. The optimum case was finally confirmed by corresponding experiment.
Keywords: MAG welding, Taguchi method, Optimum.