Tối ưu hóa thông số hàn để đảm bảo kích thước mối hàn trong hàn mig nhôm bằng phương pháp thiết kế thực nghiệm Taguchi

CFj
ji
i
i
n 2
1
ji
= -
=
/
(11)
Với n
ji
 là số thử nghiệm của yếu tố j ở mức i; j
i
 là 
tổng các kết quả của yếu tố j ở mức i.
- Bước 5: Tính bậc tự do của thực nghiệm và 
bậc tự do các yếu tố
fT = n - 1; fi = l - 1 (12)
Với l là số mức của yếu tố j, n là số thí nghiệm.
- Bước 6: Tính phương sai của các yếu tố:
 V f
S
j
j
j
= (13)
- Bước 7: Tính tổng bình phương làm cơ sở để 
so sánh sự biến thiên xung quanh giá trị trung bình:
S ST j
j
n
1
=
=
/ (14)
- Bước 8: Tính phần trăm phân bố ảnh hưởng 
của các yếu tố tới hàm mục tiêu:
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology10 Khoa học & Công nghệ - Số 18/Tháng 6 - 2018
 P S
S
j
T
j
= (15)
- Bước 9: Tổng hợp các kết quả trong bảng.
3. Thực nghiệm
3.1. Thiết kế thực nghiệm
a) Thiết bị hàn thực nghiệm
Sử dụng thiết bị hàn bán tự động Miller 
Migmatic 380DX kết hợp máy cắt rùa CV3.
b) Vật liệu làm thí nghiệm
- Vật liệu cơ bản làm mẫu:
Sử dụng nhôm tấm hợp kim 6061 chiều dầy 
3mm, thành phần hóa học như Bảng 2.
Bảng 2. Thành phần hóa [11]
Alloy Si Fe Cu Mn Mg Cr
6061 0.4- 
0.8
0.7 0.15-
0.40
0.15 0.8-
1.2
0.04-
0.35
- Vật liệu hàn
+ Khí vảo vệ: Ar 99,97%
+ Dây nhôm ER-5356 thuộc nhóm 5xxx 
series có hàm lượng chính là nhôm khi thêm vào 
Magnesium tạo ra mối hàn có độ bền kết cấu tốt, 
chống ăn mòn, không bị nứt nóng, thành phần hóa 
học như Bảng 3.
Bảng 3. Thành phần dây hàn [12]
Alloy Si Fe Cu Mn Cr Zn
ER5356 0.07 0.16 0.01 0.07 0.08 0.01
c) Liên kết hàn
Chọn liên kết chữ I không để khe hở, không 
tấm nót đáy [10]. Kích thước phôi hàn mẫu là 
130x50x3mm.
3.2. Thông số thí nghiệm
Trên cơ sở tham khảo các tài liệu đã nghiên 
cứu và thí nghiệm thăm dò, chọn 3 thông số chế độ 
hàn: I
h
, U
h
, V
h
, mỗi thông số 3 mức giá trị dể thực 
nghiệm. Các mức và giá trị từng mức các thông số 
công nghệ để thí nghiệm, Bảng 4.
Bảng 4. Giá trị các thông số công nghệ thí nghiệm
TT Thông số hàn Mức 1 Mức 2 mức 3
1 I
h
 (A) 85 95 105
2 U
h
 (V) 14.6 15.2 15.8
3 V
h
 (cm/s) 0.41 0.49 0.56
- Với ba thông số, mỗi thông số 3 mức ta 
chọn mảng trực giao L9, các phương án thí nghiệm 
thực hiện hàn mẫu Bảng 5.
Bảng 5. Các điều kiện thí nghiệm tương ứng với 
mức các yếu tố
STT I
h
U
h
V
h
1 85 14.6 0.41
2 85 15.2 0.49
3 85 15.8 0.56
4 95 14.6 0.49
5 95 15.2 0.56
6 95 15.8 0.41
7 105 14.6 0.56
8 105 15.2 0.41
9 105 15.8 0.49
4. Kết quả và thảo luận
Kết quả mối hàn các mẫu thí nghiện có hình 
dạng kích thước khác nhau song đều đảm bảo ngấu, 
và không có các khuyết tật bề mặt như cháy canh, 
rỗ khí.... Hình 3 ảnh chụp hình dạng kích thước mối 
hàn các mẫu thí nghiệm.
a)
b)
Hình 3. Hình dạng mối hàn các mẫu thí nghiệm:
a) mặt trước mối hàn, b) mặt sau mối hàn
Kiểm tra kích thước bên ngoài của mối hàn 
bằng thước đo mối hàn WG-1 Niigata.
- Kết quả đo kích thước chiều rộng mặt trước 
mối hàn b và giá trị tỷ lệ S/N theo đặc trưng chất 
lượng trung bình là tốt hơn, chiều rộng b mối hàn 
Bảng 6.
Bảng 6. Giá trị S/N với các chiều rộng b mối hàn
STT I
h
U
h
V
h
b S/N
1 85 14.6 0.41 7.8 3.52
2 85 15.2 0.49 6.6 23.52
3 85 15.8 0.56 6.4 11.48
4 95 14.6 0.49 6.8 -4.44
5 95 15.2 0.56 7.7 -0.28
6 95 15.8 0.41 8.1 -3.13
7 105 14.6 0.56 6.6 -4.44
8 105 15.2 0.41 8.2 -3.71
9 105 15.8 0.49 7.0 9.54
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 18/Tháng 6 - 2018 Journal of Science and Technology 11
- Kết quả đo kích thước chiều cao mặt trước 
mối hàn c và giá trị tỷ lệ S/N theo đặc trưng chất 
lượng nhỏ nhất là tốt hơn với các chiều cao c mối 
hàn Bảng 7.
Bảng 7. Giá trị S/N với các chiều cao c mối hàn
STT I
h
U
h
V
h
c S/N
1 85 14.6 0.41 1.8 -5.11
2 85 15.2 0.49 1.9 -5.58
3 85 15.8 0.56 2.0 -6.02
4 95 14.6 0.49 2.1 -6.44
5 95 15.2 0.56 1.7 -4.61
6 95 15.8 0.41 1.6 -4.08
7 105 14.6 0.56 2.1 -6.44
8 105 15.2 0.41 1.4 -2.92
9 105 15.8 0.49 1.7 -4.61
- Kết quả đo kích thước chiều cao mặt sau 
mối hàn c
1
 (đặc trưng độ ngấu mối hàn) và giá trị 
tỷ lệ S/N theo đặc trưng chất lượng trung bình là tốt 
hơn, Bảng 8.
Bảng 8. Giá trị S/N với các chiều cao c
1
 mối hàn
STT I
h
U
h
V
h
C
1
S/N
1 85 14.6 0.41 1.6 29.54
2 85 15.2 0.49 1.5 17.50
3 85 15.8 0.56 1.7 23.52
4 95 14.6 0.49 0.5 -1.09
5 95 15.2 0.56 2.0 8.71
6 95 15.8 0.41 2.2 4.93
7 105 14.6 0.56 1.3 9.54
8 105 15.2 0.41 2.3 3.52
9 105 15.8 0.49 1.6 29.54
Phương pháp Taguchi và phân tích phương 
sai (ANOVA) được áp dụng để đánh giá ảnh hưởng 
của các tham số tới kích mối hàn (b, c, c
1
). Từ kết 
quả các Bảng 6, 7, 8 ta tính được các mức cho từng 
yếu tố: I
h
, U
h
, V
h
 và trung bình của tất cả các nhóm 
(theo công thức mục 2.2).
Bảng 9. Phân mức thông số I
h
, U
h
, V
h
 theo phân tích 
phương sai ANOVA cho chiều rộng b mối hàn
Thông số Mức 1 Mức 2 Mức 3
Dòng hàn (A) 3.46 5.08 5.48
Điện áp hàn (V) 5.32 3.68 5.02
Tốc độ hàn (cm/s) 2.29 7.70 4.04
Căn cứ vào bảng phân mức của các yếu tố 
tới chiều rộng mối hàn ta có các biểu đồ phân mức 
các yếu tố như Hình 5.
a) b)
c)
Hình 4. Biểu đồ phần mức các yếu tố cho chiều rộng 
b mối hàn: a) phân mức I
h 
; b) phân mức U
h 
; 
c) phân mức V
h
Hình 5. Biểu đồ phần trăm ảnh hưởng của I
h 
, U
h 
,V
h
tới chiều rộng b mối hàn
Căn cứ vào kết quả trong Bảng 9 ta xác định 
phân bố ảnh hưởng của thông số hàn tới chiều rộng 
mối hàn. Kết quả được tổng hợp trong Bảng 10.
Bảng 10. Phân tích ảnh hưởng các tham số đến b 
theo phân tích phương sai ANOVA
Thông số Bậc
tự do
Tổng bình 
phương
Tỷ lệ 
%
Dòng hàn I
h
 (A) 2 0.5422 14.788
Điện áp hàn U
h
 (A) 2 0.3098 8.424
Tốc độ hàn V
h
 (cm/s) 2 2.8156 76.788
Tổng 3.6676 100
Từ đồ thị phân mức các yếu tố ta nhận thấy 
rằng: với đặc trưng chất lượng trung bình là tốt hơn 
thì mức các thông số hợp lý đảm bảo chiều rộng b 
mối hàn trung bình là (I
h2
, U
h3
, V
h3
). Giá trị chiều 
rộng mối hàn tính theo công thức (8) là: 6,78mm.
Căn cứ vào biểu đồ phân bố ảnh hưởng của 
các thông số tới chiều rộng mối hàn cho thấy: Ảnh 
hưởng của V
h
 là lớn nhất (76,788%) tiếp theo là I
h 
hàn (14,788%) và thấp nhất là U
h 
 hàn (8,424%).
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology12 Khoa học & Công nghệ - Số 18/Tháng 6 - 2018
Bảng 11. Phân mức thông số I
h 
, U
h 
, V
h
 theo phân 
tích phương sai ANOVA cho chiều cao c mối hàn
Thông số Mức 1 Mức 2 Mức 3
 Dòng hàn (A) -5.57 -5.05 -4.66
 Điện áp hàn (V) - 6.00 -4.37 -4.90
 Tốc độ hàn (cm/s) -4.04 -5.54 -5.69
Căn cứ vào bảng phân mức của các yếu tố 
tới chiều cao c (mặt trước) mối hàn ta có các biểu 
đồ phân mức các yếu tố như Hình 6.
a) b)
c)
Hình 6. Biểu đồ phần mức các yếu tố cho chiều cao 
c mối hàn: a) phân mức I
h 
; b) phân mức U
h 
;
 c) phân mức V
h
Hình 7. Biểu đồ phần trăm ảnh hưởng của I
h 
, U
h 
,V
h
tới chiều cao c mối hàn
Căn cứ vào kết quả trong Bảng 11 ta xác định 
phân bố ảnh hưởng của thông số hàn tới chiều cao c 
của mối hàn. Kết quả được tổng hợp trong Bảng 12.
Bảng 12. Phân tích ảnh hưởng các tham số đến c 
theo phân tích phương sai ANOVA
Thông số Bậc
tự do
Tổng bình 
phương
Tỷ lệ 
%
Dòng hàn I
h
 (A) 2 0.0422 10.053
Điện áp hàn U
h
 (A) 2 0.1756 41.799
Tốc độ hàn V
h
 (cm/s) 2 0.2022 48.148
Tổng 0.4200 100
Từ đồ thị phân mức các yếu tố ta nhận thấy 
rằng: Với đặc trưng chất lượng thấp nhất là tốt hơn 
thì mức các thông số hợp lý đảm bảo chiều cao c 
mối hàn là (I
h1 
, U
h1 
, V
h3
). Giá trị chiều cao c mối 
hàn tính theo công thức (8) là: 1,38mm.
Căn cứ vào biểu đồ phân bố ảnh hưởng của 
các thông số tới chiều cao c mối hàn cho thấy:
Ảnh hưởng của tốc độ hàn và điện áp hàn là 
lớn nhất V
h
 = 48,148%, U
h
 = 41,799% còn I
h
 là thấp 
nhất (10,053%). 
Bảng 13. Phân mức thông số I
h 
, U
h 
, V
h
 theo phân tích 
phương sai ANOVA cho chiều cao mặt sau c
1 
mối hàn
Thông số Mức 1 Mức 2 Mức 3
Dòng hàn (A) 23.52 4.19 14.20
Điện áp hàn (V) 12.67 9.91 19.33
Tốc độ hàn (cm/s) 12.67 15.32 13.93
Căn cứ vào bảng phân mức của các yếu tố 
tới chiều cao mặt sau c
1
 mối hàn ta có các biểu đồ 
phân mức các yếu tố như Hình 8.
a) b)
c)
Hình 8. Biểu đồ phần mức các yếu tố cho chiều cao 
c
1
 mối hàn: a) phân mức I
h 
; b) phân mức U
h 
;
c) phân mức V
h
Hình 9. Biểu đồ phần trăm ảnh hưởng của I
h 
, U
h 
,V
h
tới chiều cao c mối hàn
Căn cứ vào kết quả trong Bảng 13 xác định 
phân bố ảnh hưởng của các thông số tới chiều cao 
mặt sau c
1
 mối hàn. Kết quả được tổng hợp trong 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 18/Tháng 6 - 2018 Journal of Science and Technology 13
Bảng 14.
Bảng 14. Phân tích ảnh hưởng các tham số đến c
1
theo phân tích phương sai ANOVA
Thông số Bậc
tự do
Tổng bình 
phương
Tỷ lệ
%
Dòng hàn I
h
 (A) 2 0.0422 2.089
Điện áp hàn U
h
 (A) 2 0.1756 51.045
Tốc độ V
h
 (cm/s) 2 0.2022 46.866
Tổng 0.4200 100
Từ đồ thị phân mức các yếu tố cho thấy rằng: 
Với đặc trưng chất lượng trung bình là tốt hơn thì 
mức các thông số hợp lý đảm bảo chiều cao chân 
mối hàn trung bình là (I
h3
, U
h1
, V
h3
). Chiều cao chân 
mối hàn tính theo công thức (8) là: 1.63mm.
Căn cứ vào biểu đồ phân bố ảnh hưởng của 
các thông số tới chiều cao mặt sau mối hàn cho 
thấy: Ảnh hưởng của điện áp hàn và tốc độ hàn là 
lớn nhất U
h
 = 51,045%, V
h
 = 46,866%, của dòng 
điện hàn là nhỏ nhất I
h
 = 2,089%.
Để đánh giá ảnh hưởng của các thông số 
công nghệ đến kích thước mối hàn trong phạm vi 
khảo sát làm cơ sở cho việc xác định các thông số 
quy trình hàn khi hàn hợp kim nhôm. Ta xây dựng 
các hàm hồi quy thể hiện quan hệ giữa kích thước 
mối hàn với các thông số công nghệ hàn. Sử dụng 
phương pháp bình phương tối thiểu [3] với dạng 
hàm tuyến tính của các kích thước mối hàn ta được 
các hàm hồi quy như dưới đây:
,b Ih Uh Vh60
1
8
1
507
3925
7 528= + - + (16)
,c Ih Uh Vh10
1
24
7
507
1145
5 937=- - + + (17)
,c Ih Uh Vh150
1
8
7
169
445
11 021 = + - - (18)
Từ các hàm hồi quy (16 - 18) kết hợp với 
mức tối ưu của các thông số tìm được bên trên ta vẽ 
được đồ thị thể hiện xu thế ảnh hưởng của các thông 
số đến kích thước của mối hàn như Hình 10.
a)
b)
c)
Hình 10. Đồ thị ảnh hưởng thông số hàn đến b, c, c
1
Từ Hình (10) thấy rằng: Chiều rộng b và 
chiều cao mặt sau c
1
 của mối hàn tỷ lệ thuận với 
I
h
, U
h
 (Hình 10a, 10b) và tỷ lệ nghịch với V
h
 (Hình 
10c). Ngược lại chiều cao mối hàn tỷ lệ nghịch với 
I
h
, U
h
 (Hình 10a, 10b) và tỷ lệ thuận với V
h
 (Hình 
10c). Cũng từ đồ thị Hình 9 thấy rằng khi thay đổi 
các tham số I
h
, U
h
, V
h
 thì chiều cao mối hàn thay đổi 
rất ít, còn chiều cao mặt sau c
1
 và bề rộng b của mối 
hàn thay đổi mạnh hơn.
4. Kết luận
Bằng phương pháp thiết kế thực nghiệm 
Taguchi kết hợp với phân tích phương sai (ANOVA) 
bài báo đã đưa ra quan hệ giữa kích thước mối hàn 
b, c, c
1
 với các thông số hàn I
h
, U
h
, V
h
 của công 
nghệ hàn MIC hợp kim nhôm. Từ kết quả nghiên 
cứu thực nghiệm, rút ra một số kết luận sau:
+ Mức các thông số hàn hợp lý nhằm đảm 
bảo chỉ tiêu kích thước b, c, c
1
 của mối hàn theo các 
đặc trưng chất lượng đã xác định lần lượt là: I
h2
, U
h3
, 
V
h3
; I
h1
, U
h1
, V
h3
; I
h3
, U
h1
, V
h3
.
+ Các thông số có sự ảnh hưởng khác nhau 
đến kích thước của mối hàn, cụ thể là:
- Chiều rộng b mối hàn: V
h
 ảnh hưởng lớn 
nhất 76,788%, tiếp theo là I
h
: 14,788% và thấp nhất 
là U
h
: 8,424%.
- Chiều cao c mối hàn: V
h
 ảnh hưởng lớn 
nhất 48,148%, rồi đến U
h
: 41,799% và thấp nhất là 
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology14 Khoa học & Công nghệ - Số 18/Tháng 6 - 2018
I
h
: 10,053%. 
- Chiều cao c
1
 mặt sau mối hàn: U
h
 ảnh 
hưởng lớn nhất 51,045%, rồi đến V
h
: 46,866% và 
nhỏ nhất là I
h
: 2,089%.
+ Xây dựng hàm hồi quy thể hiện mối quan 
hệ giữa kích thước mối hàn với các thông số công 
nghệ hàn trong phạm vi khảo sát để đánh giá xu thế 
ảnh hưởng của các thông số hàn đến kích thước mối 
hàn làm cơ sở cho việc xác định các thông số quy 
trình hàn trong hàn hợp kim nhôm.
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trung tâm 
Nghiên cứu Ứng dụng Khoa học và Công nghệ, 
Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên, đề tài 
mã số UTEHY.T031.P1718.05.
Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Trọng Hùng, Phùng Xuân Sơn. Giáo trình Thiết kế thực nghiệm trong chế tạo máy, 
NXB Xây dựng Hà Nội, 2016.
[2]. Ngô Lê Thông. Công nghệ hàn điện nóng chảy (tập 2), NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 
2007, tr. 271-279.
[3]. Bùi Minh Trí. Xác xuất thống kê và quy hoạch thực nghiệm, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà 
Nội, 2005.
[4]. Vineeta Kanwal1, R S Jadoun2, Optimization of MIG Welding Parameters for Hardness of 
Aluminium Alloys Using Taguchi Method. SSRG International Journal of Mechanical Engineering 
(SSRG-IJME), June 2015, Volume 2, Issue 6.
[5]. Hang Heavy Kim, Kang Yong Lee, Aplication of Taguchi metthod dilermine hybrid Weldinh 
contion of Aluminum alloy. Jounal of Slientific & Industrial Research, April 2009, Vol 68, pp. 296-
300.
[6]. Omar Bataineh, Anas Al-Shoubaki, Omar Barqawi, Optimising Process Conditions in MIG 
Welding of Aluminum Alloys Through Factorial Design Experiments. Latest Trends in Environmental 
and Manufacturing Engineering, ISBN: 978-1-61804-135-7 .
[7]. G. Haragopal, P V R Ravindra Reddy, G Chandra Mohan Reddy and J V Subrahmanyam, 
Parametric design for MIG welding of Al-65032 alloy using Taguchi Technique. Journal of Scientific 
and Industrial Research, October 2011, Vol. 70, pp. 844-858.
[8]. Taguchi G., Chowdhury S., Wu Y., Taguchi’s Quality Engineering Handbook, John Wiley & 
Sons, New Jersey, 2005.
[9]. Rạnit K. Roy, Design of Experiments using the Taguchi Approach – 16 step to Product and 
process Improvement, Awiley – interscience publication, John willey & sons, inc 2001. 
[10]. WELDING PARAMETERS–DAIHEN CORPRATION WELDING PRODUCTS DIVISION 
– 5.1 Minamisenroka settsu, Osaka 566, Japan. Tel: (06) 381-7041 Faes:(06)319-2562,Telex: 523-
4222 DAIHENS
[11]. 
[12]. https://hancat.net/san-pham/day-han-nhom-er-5356/
OPTIMIZING PARAMETERS FOR ENSURING ALUMINUM WELD SIZE OF MIG WELDING
BY USING TAGUCHI METHOD
Abstract:
In fusion welding process, welded size greatly affects weld quality. The welded size is influenced 
by many factor during welding process; however it is significantly determined by welding parameters. 
Therefore, determination of appropriate welding parameters for each weld joint plays an important rule 
for ensuring shape and size of weld. Moreover, it is especially meaningful for forming the weld which its 
parent material has high castability. Taguchi method combined Analysis of Variance (ANOVA) was used to 
estimate optimized MIG parameters for assurance of the weld size and satisfaction of quality requirements 
of the welding joint.
Keywords: Metal inert gas welding (MIG); weld size; Taguchi’s method; orthogonal array; Analysis of 
Variance (ANOVA).