Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP DƯƠNG VIẾT CHÍNH NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ THUỘC CHẾ ĐỘ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN N ỒI HƠI SỬ DỤNG T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

DƯƠNG VIẾT CHÍNH

NGHIÊN C ỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ THUỘC CHẾ

ĐỘ HÀN ĐẾN CHẤT LƯỢNG MỐI HÀN N ỒI HƠI SỬ DỤNG TRONG

SẤY GỖ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VĂN THÁI

Hà N ội, 2012

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn này tôi luô n nhận được sự quan tâmgiúp đỡ và tạo điều kiện của các tổ chức, cá nhân ; nhân dịp này tôi xin gửi lờicám ơn chân thành tới:

- TS Lê Văn Thái - Chủ nhiệm bộ môn Kỹ thuật cơ khí - Trường đạihọc lâm nghiệp là người hướng dẫn trực tiếp, đã dành nhi ều thời gian, chỉ bảotận tình và cung cấp các tài liệu khoa học

- Tập thể cán bộ, các thầy cô giáo khoa sau đại học, khoa cơ điện vàcông trình trường Đại học lâm nghiệp đã góp ý và t ạo mọi điều kiện thuận lợicho tôi th ực hiện đề tài

- Ban lãnh đạo, nhân viên Trung tâm đánh giá kỹ năng nghề hàn Quốcgia đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, cử người có chức năng kết hợp giúp tôithực hiện các thí nghiệm

- Viện hàn, tổng công ty lắp máy Việt Nam đã cung cấp tài liệu

- Công ty TNHH n ồi hơi công nghiệp đã cung cấp tài liệu và tạo điều kiện cho tôi thăm quan, phỏng vấn

Tôi xin g ửi lời cám ơn tới Ban lãnh đạo nhà trường, cán bộ khoa hàn,các bạn đồng nghiệp trường Cao đẳng LILAMA 1 đã tạo điều kiện giúp đỡ tôitrong quá trình thực hiện đề tài này

Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp do tôi tự làm, số liệu thu thập, kếtquả tính toán trung thực và được trích dẫn rõ ràng

Tác giả

Dương Viết Chính

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục các t ừ viết tắt vi

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình viii

Đặt vấn đề 1

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN C ỨU 3 1.1- Nồi hơi trong dây chuyền sấy gỗ 3

1.2- Các phương pháp gia công n ồi hơi, hàn nồi hơi 5

1.2.1- Các phương pháp gia công nồi hơi 5

1.2.2- Hàn n ồi hơi 8

1.2.2.1- Hàn thân ba lông 8

1.2.2.2- Hàn lỗ chui và các ống nước với nồi hơi 9

1.3 - Tình hình nghiên cứu chế độ hàn khi gia công n ồi hơi 12

1.4 - Kết luận chung 15

Chương 2 - MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 16

2.2- Đối tượng, phạm vi và gi ới hạn nghiên cứu 16

2.3- Nội dung nghiên cứu 16

2.4- Phương pháp nghiên cứu 16

2.4.1- Các phương pháp nghiên cứu chung 16

2.4.2- Nội dung và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 19

2.4.2.1- Thí nghiệm thăm dò 19

2.4.2.2- Thực nghiệm đơn yếu tố 21

2.4.2.3- Quy hoạch hóa thực nghiệm đa yếu tố 24

2.4.2.4- Phương pháp giải bài toán t ối ưu đa mục tiêu 31

2.4.2.5- Chất lượng mối hàn nồi hơi và phương pháp kiểm tra 34 Chương 3 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT 37 3.1 - Khái quát chung v ề nồi hơi sấy gỗ 37

3.1.1- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của nồi hơi 37

3.1.1.1 - Cấu tạo 37

3.1.1.2 - Nguyên lý ho ạt động 38

3.1.2- Đặc tính kỹ thuật của nồi hơi nghiên cứu 38

3.1.3 - Xác định một số kích thước cơ bản của nồi hơi 39

3.1.3.1 - Chọn vật liệu chế tạo ba lông và ống nước bức xạ nhiệt 39 3.1.3.2 - Xác định kích thước và thông s ố ba lông trên 39

3.1.3.3- Xác định kích thước của ba lông dưới 43

3.1.3.4- Xác định kích thước ống bức xạ nhiệt và van an toàn 43

3.2 - Tính toán chế độ hàn 47

3.2.1- Lựa chọn loại mối hàn 47

3.2.2- Lựa chọn vật liệu hàn 47

3.2.3- Chế độ hàn 48

3.2.3.1- Kích thước gá lắp 48

3.2.3.2- Tính tiết diện kim loại đắp và số lớp hàn 48

3.2.3.3- Tính toán các thông s ố chế độ hàn 49

3.3 - Các y ếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn n ồi hơi 56

3.3.1 - Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ 56

3.3.1.1- Công ngh ệ hàn 56

3.3.1.2- Ảnh hưởng của yếu tố công nghệ 56

3.3.2 - Ảnh hưởng của vật liệu 58

3.3.2.1- Ảnh hưởng của vật liệu phụ 58

3.3.2.2- Ảnh hưởng của kim lại cơ bản 58

3.3.3 - Ảnh hưởng của chế độ hàn 60

3.3.3.1- Ảnh hưởng chung của chế độ hàn đến cơ tính mối hàn 60 3.3.3.2- Ảnh hưởng của các thông số chế độ hàn đến cơ tính mối hàn 62

3.4- Kết luận chương 69

Chương 4 - NGHIÊN C ỨU THỰC NGHIỆM 70 4.1 - Mục tiêu của thực nghiệm 70

4.2 - Chuẩn bị thí nghiệm 70

4.2.1- Chuẩn bị mô hình thí nghiệm 70

4.2.1.1- Mẫu hàn 70

4.2.1.2- Máy hàn 71

4.2.2 - Thiết bị kiểm tra (đo) và phương pháp kiểm tra (đo) 72

4.2.2.1 - Kiểm tra độ bền kéo của mối hàn 72

4.2.2.2 - Kiểm tra góc uốn của mối hàn 73

4.2.2.3 - Kiểm tra độ dai va đập của mối hàn 73

4.3- Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng và khoảng giới hạn của chúng 74

4.3.1- Lựa chọn các yếu tố ảnh hưởng 74

4.3.2- Giới hạn của các yếu tố ảnh hưởng 75

4.3.2.1- Dòng điện hàn 75

4.3.2.2- Điện thế hàn 76

4.3.2.3- Tốc độ hàn 76

4.4 Kết quả thí nghiệm thăm dò 76

4.4.1 Trường hợp hàm m ục tiêu là độ bển kéo 76

4.4.2 Trường hợp hàm m ục tiêu là góc u ốn 78

4.4.3 Trường hợp hàm m ục tiêu là độ dai va đập 79

4.5 - Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố 81

4.5.1 - Xác định quy luật và m ức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến cơ tính mối hàn 81

4.5.1.1- Quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến độ bền kéo mối hàn 81

4.5.1.2- Quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến góc uốn của mối hàn 83

4.5.1.3- Quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của dòng điện hàn đến độ dai va đập của mối hàn 84

4.5.2 - Xác định quy luật và m ức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến cơ tính mối hàn 86

4.5.2.1 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến độ bền kéo 86

4.5.2.2 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến góc uốn 87

4.5.2.3 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của điện thế hàn đến độ dai va đập của mối hàn 89

4.5.3 - Xác định quy luật và m ức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến cơ tính mối hàn 90

4.5.3.1 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc

độ hàn đến độ bền kéo của mối hàn 90

4.5.3.2 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến góc uốn của mối hàn 92

4.5.3.3 - Xác định quy luật và mức độ ảnh hưởng độc lập của tốc độ hàn đến độ dai va đập của mối hàn 93

Kết luận phần thực nghiệm đơn yếu tố 95

4.6 - Kết quả nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố 95

4.6.1-Chọn vùng nghiên c ứu và giá tr ị biến thiên của các yếu tố 95 4.6.2 - Xây d ựng ma trận kế hoạch hóa thực nghiệm 96

4.6.3 - Quy luật và m ức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến độ bền kéo 97

4.6.3.1- Kết quả xử lý số liệu 97

4.6.3.2- Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 99 4.6.4- Quy luật và m ức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến góc uốn 100

4.6.4.1- Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm 100

4.6.4.2- Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 103

4.6.5- Quy luật và m ức độ ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố đến độ dai va đập 103

4.6.5.1- Kết quả xử lý số liệu thí nghiệm 103

4.6.5.2- Chuyển phương trình hồi quy về dạng thực 106

4.7- Xác định chế độ hàn n ồi hơi tối ưu 106

Kết luận và ki ến nghị 110

1 - Kết luận 110

2 - Kiến nghị 111

Tài li ệu tham khảo 112

Phụ lục 114

DANH MỤC CÁC BẢNG

TT

pháp hàn

DANH MỤC CÁC HÌNH

TT

TT

vận tốc điện cực khi hàn trong môi trường CO

4.15 Đồ thị quan hệ giữa góc uốn với tốc độ hàn

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nồi hơi là một thiết bị giúp đưa nhiệt của quá trình đốt nóng nướcthành hơi, dưới tác động của áp suất, hơi nóng mang nhiệt sẽ truyền nhiệtsang một quy trình khác

Nồi hơi được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghi ệp, đặc biệttrong lĩnh vực chế biến gỗ, nồi hơi sử dụng để làm nguồn cung cấp nhiệt vàdẫn nguồn nhiệt đến các thiết bị sấy gỗ Các lò s ấy ở Việt Nam rất khác nhau

về cấp độ, từ công nghệ cao đắt tiền tới rẻ tiền, công nghệ cũ, và công ngh ệ

do địa phương tự xây dựng Nhìn chung, phần lớn các lò s ấy của Việt Nam sửdụng lò h ơi để tạo ra nhiệt

Do đặc điểm làm việc dưới áp suất và nhiệt độ cao, đòi h ỏi nồi hơiphải có độ bền cao Ngoài việc chọn vật liệu phù h ợp với đặc điểm chịu lực

và nhiệt độ thì quy trình gia công chế tạo đòi h ỏi phải tính toán và lựa chọnkhắt khe, đặc biệt là quy trình hàn để đảm bảo các điều kiện về chịu lực và antoàn khi vận hành

Hiện nay ngành chế tạo máy của Việt Nam đã phát tri ển và có đượccông ngh ệ chế tạo tiên tiến; chúng ta đã có đầy đủ những thiết bị chế tạo máytiên tiến trên thế giới đặc biệt là thiết bị gia công và thiết bị hàn kim loại Tuyvậy, một số thiết bị quan trọng phục vụ công nghiệp như: bồn, bể, nồi hơi,thiết bị chịu áp lực vẫn phải nhập ngoại nguyên chiếc hoặc nhập khẩu côngnghệ; điều này làm lãng phí về mặt kinh tế cho đất nước, không chủ độngtrong sản xuất để trở thành các nhà th ầu EPC ngay cả các dự án xây dựngcông nghi ệp trong nước

Để sử dụng có hiệu quả các thiết bị hàn sẵn có để sản xuất nồi hơi trongnước, từng bước giảm giá thành của thiết bị sử dụng hơi nóng nói chung vàthiết bị sấy gỗ nói riêng nhưng vẫn đảm bảo được tính năng sử dụng và quy

định về an toàn Với ý nghĩa đó, việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn n ồi hơi

sử dụng trong sấy gỗ” là cần thiết, có ý nghĩa thực tiễn và xã h ội.

Việc nghiên cứu về ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế độ hàn đếnchất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ sẽ mang lại:

- Hiệu quả đối với lĩnh vực khoa học và công ngh ệ

+ Từng bước xây dựng các quy định, quy chuẩn về chế tạo vàkiểm định các thiết bị áp lực theo tiêu chuẩn Quốc gia phù h ợp với thực tế vàđiều kiện về khoa học công nghệ hiện nay

+ Thực hiện nghiên cứu chế tạo các thiết bị chịu áp lực nhỏ, xâydựng ngân hàng dữ liệu nhằm nâng cao chất lượng mối hàn, từng bước thựchiện chế tạo theo công nghệ nội địa các thiết bị chịu áp lực lớn hơn như bình,bồn, bể cao áp

- Hiệu quả kinh tế xã hội

+ Sử dụng được thiết bị hàn, nhân công trong nước để chế tạonồi hơi phục vụ chế biến gỗ nhằm từng bước nội địa hóa để giảm giá thànhsản phẩm

+ Sử dụng được các tiêu chuẩn, quy chuẩn và quy định Quốc gia

để đăng kiểm nội địa mà không c ần đăng kiểm hoặc giám sát của Quốc tế,không c ần trả phí cho bản quyền của quy trình của nước ngoài

+ Chủ động chế tạo nồi hơi theo các mục đích sử dụng khácnhau, phù h ợp với năng suất và quy mô s ản xuất của doanh nghiệp chế biến

gỗ và các l ĩnh vực khác

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN C

ỨU 1.1- Nồi hơi trong dây chuyền sấy gỗ

Gỗ ở trạng thái tự nhiên luôn luôn ch ứa một lượng nước lớn bên trong;khi không có ho ặc chỉ có một lượng nước nhỏ thoát ra khỏi gỗ thì gỗ đượcgọi là gỗ tươi Lượng nước tồn tại bên trong ảnh hưởng rất lớn đến tính chấtcủa gỗ; vì vậy, việc làm cho nước bên trong gỗ thoát ra ngoài là bước đầu tiên

và quan trọng nhất trước khi gỗ được đem chế biến Nước trong gỗ thoát rangoài sẽ làm cho gỗ có kích thước ổn định, không bị sâu mọt, dễ dàng bảoquản, quá trình hoàn thiện và gia công sản phẩm cũng vì thế mà sẽ đạt chấtlượng cao hơn Đặc biệt, việc xử lý nước trong gỗ sẽ làm nhằm giảm trọnglượng của nó theo đó làm giảm chi phí vận chuyển

Hiện nay, Việt Nam là một nước có ngành công nghi ệp chế biến gỗthuộc loại lớn trên thể giới Cụ thể, trong tháng 9/2011, xuất khẩu gỗ của ViệtNam đã đạt 402 triệu USD, đưa tổng kim ngạch xuất khẩu 9 tháng đầu năm

2011 lên 3 tỷ USD, tăng 17% so với cùng k ỳ năm trước, vươn lên đứng đầukhu vực Đông Nam Á và thứ 10 thế giới, mỗi năm nước ta phải nhập khẩu tới

4 triệu m³ gỗ để làm nguyên li ệu chế biến

Có nhi ều phương pháp làm cho nước trong gỗ thoát ra ngoài, phổ biếnnhư: hong phơi, sấy chân không, sấy cưỡng bức Tuy nhiên, hong phơi cónhững nhược điểm là thời gian sấy dài, gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới độ

ẩm cần thiết 15% , cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi Sấychân không đã được áp dụng phổ biến ở các nước châu Âu và châu Á; t uy vậy,

do giá thành thi ết bị cao và vận hành phức tạp nên phương pháp sấy này vẫnchưa được áp dụng phổ biến cho nền công nghiệp chế biến gỗ ở nước ta

Với nhu cầu sản xuất lớn, nhằm đảm bảo độ ẩm của gỗ theo quy địnhthì việc sấy gỗ cưỡng bức bằng lò s ấy gỗ là lựa chọn tối ưu tại nước ta.Không giống với quá trình hong phơi, nhiệt độ, độ ẩm tương đối và sự tuầnhoàn không khí trong lò s ấy được kiểm soát trong suốt quá trình sấy Nhiệt độtrong quá trình sấy có thể lên tới 100oC Tuy nhiên, việc sấy gỗ với nhiệt độcao thường không phổ biến bởi vì khó hạn chế các khuyết sinh ra trong quátrình sấy

Tại các nhà máy ch ế biến gỗ, mùn cưa, gỗ rác, phoi bào, gỗ vụn đượcmặc định là phế thải của chế biến gỗ; các phế thải này thường được tập trungthành đống lớn ở khu vực ở nhà máy không có mái che, khi có mưa sẽ tạo ralượng nước hôi thối, mất vệ sinh thải ra hệ thống nước thải của môi trường;một số nhà máy, ph ế thải này được đem đi đốt với khối lượng lớn, thải ra môitrường nhiều chất độc hại Những năm gần đây, các nhà máy đã tận dụng phếthải này để chuyển hóa thành nhiệt lượng để phục vụ cho nhu cầu sấy gỗ

Để thực hiện quá trình sấy gỗ thì nhiệt lượng là tác nhân c ần thiết đểlàm bay hơi nước từ gỗ Nhiệt được cung cấp bằng việc đốt than, dầu, ga hoặccác phế thải trong quá trình chế biến gỗ…thông qua nồi hơi

Nồi hơi (boiler) là một thiết bị thu năng lượng (nhiệt năng) do quá trìnhđốt nhiên liệu (phế thải chế biến gỗ) để chuyển cho quá trình sấy gỗ trong lòsấy thông qua tác nhân trung gian là nước Nồi hơi thu nhiệt của qua trình đốt

để đun nóng nước trong nồi thành hơi, dưới tác động của áp suất hơi sẽ truyềnnhiệt sang lò s ấy gỗ Khi nước được chuyển thành hơi, thể tích sẽ tăng lênkhoảng 1.600 lần, tạo ra áp suất rất cao, vì vậy lò h ơi là thiết bị phải đượctuân thủ quy trình kỹ thuật chế tạo và vận hành có độ an toàn cao [8]

Hệ thống lò h ơi bao gồm: một hệ thống nước cấp, hệ thống hơi và hệthống nhiên liệu Hệ thống nước cấp nước cho lò h ơi và tự động điều chỉnhnhằm đáp ứng nhu cầu hơi Hệ thống thu gom hơi và kiểm soát hơi do lò h ơisản xuất ra Một hệ thống đường ống dẫn hơi tới vị trí cần sử dụng; qua hệthống này, áp su ất hơi được điều chỉnh bằng các van và kiểm tra bằng thiết bị

đo áp suất hơi Hệ thống nhiên liệu bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng

để tạo ra nhiệt cần thiết Các thiết bị cần dùng trong h ệ thống nhiên liệu phụthuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong hệ thống nhiên liệu Nước đưa vào lòhơi được chuyển thành hơi được gọi là nước cấp; nước cấp có hai nguồnchính là: Nước ngưng hay hơi ngưng tuần hoàn từ các quy trình và nước đãqua xử lý từ bên ngoài b ộ phận lò h ơi và các quy trình của nhà máy Để nângcao hiệu quả sử dụng lò h ơi, một thiết bị trao đổi nhiệt đun nóng sơ bộ nướccấp sử dụng nhiệt thải từ khí lò

và giảm thải các chất gây ô nhiễm độc hại như SO và NO Nhiên liệu đốt củanhững lò hơi loại này gồm có than, vỏ trấu, bã mía, và các chất thải nôngnghiệp khác Lò hơi buồng lửa tầng sô i có các mức công suất rất khác nhau

từ 0,5 T/h cho tới hơn 100 T/h Loại lò h ơi này được sử dụng trong sấy lúa, s

ấy gỗ, nhà máy đường [8]

Theo báo cáo c ủa dự án 027/06VIE “Tăng cường kỹ năng và cải tiếncông ngh ệ cho các xưởng xẻ quy mô nhỏ vùng nông thôn Vi ệt Nam - MS4:Sấy gỗ ở Việt Nam” [2] và các ngu ồn số liệu tại một số nhà máy ch ế tạo nồihơi rải đều trên các vùng trên lãnh th ổ Việt Nam; các doanh nghiệp chế biến

gỗ và các cơ sở sấy gỗ có quy mô từ nhỏ đến lớn thường sử dụng các loại lòsấy gỗ có áp suất làm việc của nồi hơi từ 6 ÷ 12 kg/cm2, năng suất sinh hơi từ

1400 ÷ 2800 kg/h, thu ộc loại buồng lửa tầng sôi FBC Đây là loại lò h ơi cócông su ất nhỏ, sử dụng nhiên liệu là bã mía, mùn c ưa, rơm rạ và các ph ụphẩm chế biến gỗ , loại này có th ể chế tạo và đăng kiểm trong nước, giáthành lò t ổng thể thấp Tù y thuộc vào quy mô c ủa từng doanh nghiệp mà sửdụng số lò h ơi nhiều hay ít, những doanh nghiệp nhỏ có thể sử dụng 01 chiếc,doanh nghiệp lớn có thể sử dụng nhiều lò s ấy Ví dụ Công ty Hoàng Thanh cótrụ sở tại Dĩ An tỉnh Bình Dương sử dụng 12 lò, công ty Toung Tai sử dụng 10

lò đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà máy

1.2 - Các phương pháp gia công nồi hơi, hàn n ồi hơi

1.2.1 - Các phương pháp gia công nồi hơi

- Lò h ơi gồm nhiều chi tiết, cụm chi tiết và các linh ki ện hợp thành.Hiện nay trong nước chỉ chế tạo một số bộ phận của lò h ơi và tiến hành lắpráp với các bộ phận khác nhập ngoại hoặc mua của các doanh nghiệp sản xuấtchuyên biệt (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Các b ộ phận của lò h ơi và nguồn gốc chi tiết

- Nồi hơi gồm ba phần chính được liên kết kín với nhau bằng phương pháp hàn (hình 1.1)

1- Ba lông tr ên, 2-ống nước, 3- ba lông dưới

Hình 1.1 Cấu tạo của nồi hơi

- Ba lông trên và ba lông dưới có nhiệm vụ khác nhau trong quá trình làmviệc nhưng chúng có cùng cấu tạo, kích thước và chịu cùng áp suất, vì vậy khichế tạo cũng giống nhau về vật liệu và kích thước.(hình 1.2)

1- Thân ba lông; 2 - Đáy ba lông

Hình 1.2 Cấu tạo ba lông nồi hơi

- Thân của ba lông được chế tạo bằng phương pháp lốc để tạo hình sau đó sử dụng phương pháp hàn để nối kín (hình 1.3)

Hình 1.3 Chế tạo thân ba lông bằng máy lốc 3 trục

- Đáy ba lông được chế tạo bằng phương pháp vê chỏm cầu (hình 1.4)

Hình 1.4 Chế tạo đáy ba lông bằng máy vê chỏm cầu

1.2.2 - Hàn n ồi hơi

1.2.2.1- Hàn thân ba lông

Hiện nay, tại Việt Nam có r ất nhiều phương pháp hàn đang phổ biến cóthể hàn được mối hàn ba lông để đảm bảo năng suất, chất lượng và kinh tếnhư: hàn hồ quang tay SMAW, hàn TIG (GTAW), hàn MAG (GMAW), hàndưới thuốc (SAW), hàn dây lõi b ộ (FCAW) Phương pháp hàn điện cựcnóng chảy trong môi trường khí bảo vệ gọi là MAG (GMAW) có giá thành ch

ế tạo rẻ, thiết bị đa dạng và phổ biến, hiện nay được nhiều doanh nghiệp ápdụng, ưu điểm của phương pháp hàn MAG là:

- Dùng cho hàn thép các bon th ấp và thép hợp kim thấp với dạngdịch chuyển tia Dạng dịch chuyển ngắn mạch thích hợp để hàn các t ấmmỏng, dạng dịch chuyển giọt lớn có thể hàn được các tấm dày nhưng có hiệntượng bắn toé kim loại

- Hàn được ở mọi tư thế

- Chiều dày kim loại hàn từ 0,8mm đến 40 mm

- Mật độ dòng hàn cao, vùn g ảnh hưởng nhiêt hẹp

- Có th ể điều chỉnh thành phần hoá học của mối hàn thông qua thay đổi thành phần dây hàn

- Khả năng cơ giới hoá và tự động hoá cao, chiều sâu nóng chảy lớn

- Chi phí thấp, năng suất cao, chất lượng liên kết hàn được đảm bảo

- Hạn chế ảnh hưởng của tay nghề người thợ đến chất lượng mối hàn

- Thiết bị hàn đơn giản, phổ biến trên thị trường.

1.2.2.2- Hàn l ỗ chui và các ống nước với nồi hơi (hình 1.5)

Các mối hàn liên k ết ống với ba lông: Vì các đường ống nước và lỗchui có đường kính nhỏ không thực hiện được bằng phương hàn tự động nêncác mối hàn này th ực hiện bằng phương pháp lót TIG, phủ hồ quang tay vớiquy trình hàn đòi h ỏi kỹ thuật khắt khe với que hàn đặc biệt có tính chịu lựccao [16,20]

Hình 1.5 Hàn các ống nước bằng phương pháp lót TIG phủ hồ quang tay

- Nguồn điện được cung cấp bởi bộ phận biến thế hàn, một đầu đượcnối với chi tiết, đầu còn l ại nối với dây hàn thông qua k ẹp tiếp điện ở đầu

mỏ Hồ quang cháy giữa dây hàn và v ật hàn, bể hàn được bảo vệ bằng nguồnkhí đóng chai thông qua hệ thống ống dẫn và van được phun ra ở đầu mỏ

- Dây hàn được đóng thành cuộn lớn đặt trong máy hàn và chuy ển ra liên tục nhờ hệ thống đẩy dây vì vậy quá trình hàn được liên tục (hình 1.7)

2- Khí bảo vệ3- Chụp khí

6- Chi tiết hàn7- Cáp hàn8- Biến thế hàn

Hình.1.8 Máy hàn t ự động hàn đường sinh của bình

Hình 1.9 Máy hàn t ự động hàn chu vi của bình.

* Tư thế hàn

- Tư thế hàn trong không gian được chia ra 4 loại, theo TCVN và ISO tưthế hàn được ký hiệu bằng số, bao gồm: hàn bằng (1), hàn ngang (2), hànđứng (3), hàn trần (4) Trong các tư thế hàn, tư thế hàn bằng là thuận lợi, dễdàng và có năng suất cao nhất, khi không thể xoay chi tiết về tư thế hàn bằng,người ta mới sử dụng các tư thế khác (hình 1.10) [12]

Hình 1.10 Các tư thế hàn

* Các thông s ố chế độ hàn

Với hàn MAG các thông s ố chế độ hàn bao gồm:

+ Đường kính dây hàn

+ Tầm với của điện cực

1.3 - Tình hình nghiên cứu chế độ hàn khi gia công n ồi hơi

Trên thế giới có nhiều bộ tiêu chuẩn và quy định của khu vực và quốc gialiên quan tới thiết kế, kết cấu, chế tạo, yêu cầu kỹ thuật an toàn về nồi hơitrong đó có các tiêu chuẩn về hàn nồi hơi, điển hình như:

* PEC (Pressure Equipment Directive) [20]

- PEC đã được thông qua bởi Nghị viện châu Âu năm 1997, đây là bộtiêu chuẩn về thiết bị áp lực và nồi hơi bắt buộc trên toàn EU Tiêu chu ẩnPED phát sinh từ EU cho việc loại bỏ các rào cản kỹ thuật thương mại và xâydựng theo "phương pháp tiếp cận hợp hài hòa gi ữa kỹ thuật và tiêu chuẩn".Mục đích của nó là để hài hoà hoá pháp lu ật quốc gia của các nước thànhviên EU đến việc đánh giá thiết kế, sản xuất, thử nghiệm và sự phù h ợp củathiết bị áp lực và lắp ráp thiết bị áp lực Tiêu chuẩn này liên quan đến cáchạng mục như bình áp lực, trao đổi nhiệt, máy phát điện hơi nước, nồi hơi,đường ống công nghiệp, thiết bị an toàn và các ph ụ kiện áp lực

- Các vấn đề mà PCE đã nghiên c ứu, tiêu chuẩn hóa và áp d ụng là:

+ Chọn vật liệu chế tạo nồi hơi, kích thước ba lông, ống dẫn

+ Quy định về tính toán chịu lực, độ an toàn

+ Kích thước mối hàn, quy trình hàn

+ Quy định về kiểm định

* ASME(American Society Of Mechanical Engineers) [16]

- Là bộ tiêu chuẩn của hiệp hội cơ khí Mỹ Bộ tiêu chuẩn được chỉnhsửa và ban hành ba năm một lần, bao gồm 28 lĩnh vực riêng biệt về các quytắc về an toàn khi thiết kế, chế tạo và kiểm tra nồi hơi, bình áp lực, tua bin khí

và nhà máy điện hạt nhân Năm 1884 ASME công bố tiêu chuẩn đầu tiên.Trong những năm qua ASME đã phát tri ển nhiều tiêu chuẩn, mã số và kỹ

- ASME VIII Division 1: Tiêu chuẩn này trình bày các yêu c ầu về thiết

kế, vật liệu, gia công, chế tạo, lắp ráp, giám sát và ki ểm tra các thiết bị nồihơi và bồn chịu áp lực

*Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam TCVN 6004 -1995 [9]

- Năm 1995 Việt Nam ban hành tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6004 -1995

về “Nồi hơi-Yêu cầu kỹ thuật an toàn về thiết kế, kết cấu, chế tạo”

- TCVN 6004 -1995 đã tiêu chu ẩn hóa về tính toán chịu lực, tiêu chuẩnhóa v ề thiết kế, kiểm tra an toàn và ch ế tạo nồi hơi, trong đó có quy định vềkhâu hàn

Nói chung, các tiêu chu ẩn quốc gia và quốc tế đã quy định rất rõ v ề “yêucầu kỹ thuật an toàn về thiết kế, kết cấu, chế tạo” của nồi hơi, nhưng việc làmthế nào, hàn th ế nào để đạt được tiêu chuẩn đó thì còn rất ít Hiện nay, trongnước chưa có công trình nghiên cứu cụ thể về lĩnh vực chế độ hàn khi giacông n ồi hơi, mà chỉ có công trình nghiên c ứu về chế tạo lò h ơi, nồi hơitổng thể

Các công trình nghiên c ứu về chế độ hàn kết cấu thép nói chung trong

đó bao hàm cả các kết cấu thuộc nồi hơi thì có nhiều, thuộc các lĩnh vựcnghiên cứu khoa học, thiết kế chế tạo, thực tế sản xuất và nghiên c ứu chế độhàn khi vận hành tự động hóa Một số nghiên cứu tiêu biểu, có phạm vi liênquan tới chế độ hàn kết cấu của nồi hơi như:

- Năm 2011, Đào Công Đức với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hànMAG đến sự hình thành mối hàn ở tư thế 2G khi hàn thành b ể chứa dầu” Nộidung nghiên cứu là sự ảnh hưởng của chế độ hàn MAG đến sự hình thành mốihàn nhưng chỉ ở phạm vi tư thế 2G, chi tiết hàn là b ể chứa dầu Bể chứa dầucũng là chi tiết chịu áp lực, luận văn đề cập tới chất lượng mối hàn khi chịu ápsuất thủy tĩnh ở điều kiện nhiệt độ bình thường ≤ 50oC

- Năm 2011, Đỗ Lê Hoàng với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hànđến thành phần hóa học và cơ tính kim loại mối hàn khi hàn t ự động dưới lớpthuốc kết cấu thép” Nội dung của đề tài cũng nghiên cứu tới sự ảnh hưởng

cơ bản đề cập tới việc ra lệnh cho robot tự đặt chế độ hàn.

- Năm 2009, Trương Đình Luân - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệpThái

Nguyên với đề tài “Lập trình cho robot hàn Almega AX-V6 để hàn một sốđường cong phức tạp” Nội dung đề cập tới việc lập trình cho robot lựa chọnchế độ hàn tối ưu nhưng không đề cập sâu tới chất lượng mối hàn mà ch ủ yếugiải quyết vấn đề vận hàn đúng vị trí của robot

- Năm 2011,Vũ Tiến Đạt - Học viện kỹ thuật quân sự với đề tài “Nghiên cứucông ngh ệ hàn bồn” Nội dung có đề cập tới chế độ hàn và ch ất lượng mốihàn, nhưng nội dung chủ yếu là xem xét s ự ảnh hưởng của công nghệ hàn đếnviệc chế tạo bồn chịu áp suất thủy tĩnh và làm vi ệ ở nhiệt độ thường

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các nguyên tố Mn, Si đến cơ tính của mối hàn”.Nội dung có đề cập tới cơ tính của mối hàn, phạm vi nghiên cứu là thành ph ần

Mn và Si

Các công trình nghiên c ứu về nồi hơi trong đó bao hàm cả phần chế độhàn nồi hơi, thuộc các lĩnh vực thiết kế chế tạo, thực tế sản xuất Các nghiêncứu tiêu biểu trong đó có nghiên cứu phần chế độ hàn gồm:

- Năm 2008, Nguyễn Việt Đức - Đaị học bách khoa Hà Nội với đề tài

“Nghiên cứu chế tạo một lò h ơi công nghiệp với sản lượng 6 T/h có khả năngsản xuất hơi quá nhiệt”

- Năm 2009, Công ty TNHH s ản xuất - thương mại - dịch vụ Tân Việt Mỹ với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại nồi hơi”

- Năm 2006, tập thể bộ môn Hệ thống năng lượng nhiệt thuộc Viện KH và

CN Nhiệt lạnh trường ĐHBK Hà Nội - Nghiên cứu chế tạo mẫu lò h ơi côngsuất nhỏ hiệu suất cao

Các đề tài trên đi sâu nghiên cứu về năng suất, tính an toàn và c ải tiếnnồi hơi, chất lượng mối hàn có đề cập tới, nhưng coi đây là yếu tố mặc địnhđảm bảo đủ điều kiện chịu lực

1.4 - Kết luận chung

- Với tỷ trọng ngành cô ng nghiệp chế biến gỗ hiện nay trong nền kinh

tế quốc dân cùng v ới điều kiện địa lý, kinh tế của nước ta, lò s ấy gỗ nóichung và nồi hơi nói riêng là một thiết bị không thể thiếu được trong ngànhchế biến gỗ và một số ngành công nghi ệp khác Mặt khác, lò h ơi là thiết bịtận dụng được phế thải do quá trình chế biến gỗ để sản sinh năng lượng gópphần giảm thiểu ô nhiễm môi trường

- Nồi hơi là một thiết bị chịu áp lực cao, được quy định khắt khe về yêucầu kỹ thuật an toàn, được sản suất qua nhiều nguyên công khác nhau nhưngkhông th ể thiếu nguyên công hàn Mối hàn trên ba lông để ghép phần thân vàhai đáy của ba lông với nhau chủ yếu được hàn tự động để đảm bảo độ tin cậy,tránh khyết tật, nâng cao cơ tính mối hàn

- Hiện nay, trên thế giới và trong nước đã có các đề tài nghiên cứu vềchế độ hàn và nghiên cứu về nồi hơi nói chung; chưa có đề tài ngiên c ứu cụthể về ảnh hưởng của chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi nói riêng

Như vậy, phần lớn nồi hơi được chế tạo và đăng kiểm trong nước theoquy trình kiểm định kỹ thuật an toàn các loại máy, thiết bị, vật tư, các chất cóyêu cầu nghiêm ngặt về an toàn lao động Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởngcủa một số yếu tố thuộc chế độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi, sử dụngtrong sấy gỗ nhằm nâng cao chất lượng mối hàn, nâng cao ch ất lượng nồihơi, nâng cao năng suất chế tạo, giảm giá thành sản phẩm là cần thiết, có ýnghĩa kinh tế và thực tiễn và xã h ội

Chương 2

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Xác định được quy luật, mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố thuộc chế

độ hàn đến chất lượng mối hàn nồi hơi sử dụng trong sấy gỗ làm cơ sở choviệc xác định trị số tối ưu của chế độ hàn, nhằm nâng cao chất lượng mối hàn,tăng năng suất, giảm giá thành chế tạo nồi hơi

2.2 - Đối tượng, phạm vi và gi ới hạn nghiên cứu

- Nồi hơi dùng trong sấy gỗ kiểu buồng lửa tầng sôi FBC, công su ất 2000kg/h, áp suất 8KG/cm2, sử dụng nhiên liệu là củi, mùn cưa

- Gia công hàn thân ba lông bằng phương pháp điện cực nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ (MAG), hàn tự động

- Các chỉ tiêu và tham s ố nghiên cứu: Các chỉ tiêu đặc trưng cho chấtlượng mối hàn nồi hơi là độ bền kéo, góc uốn, độ dai va đập của mối hànchính trên ba lông

2.3 - Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết:

+ Tổng quan vấn đề nghiên cứu

+ Thiết kế nồi hơi

+ Xác lập mối quan hệ giữa chất lượng mối hàn và s ự phụ thuộc

vào chế độ hàn

- Nghiên cứu thực nghiệm

+ Nghiên cứu thực nghiệm đơn yếu tố

+ Nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố

+ Xác định chế độ hàn tối ưu

2.4- Phương pháp nghiên cứu

2.4.1- Các ph ương pháp nghiên c ứu chung

Các phương pháp chủ đạo được sử dụng để giải quyết các nội dungnghiên cứu của đề tài là phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp kếthừa và phương pháp thực nghiệm [4]

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Được sử dụng trong nghiên cứu các

công trình khoa học, tổng hợp cơ sở lý luận để giải quyết các nội dung: tổngquan về vấn đề nghiên cứu; tạo lập cơ sở lý luận của đề tài Nghiên cứu lý thuyết

có mục đích thiết lập một hệ thống quan điểm nào đó, thông qua việc đưa ranhững quy luật mới Nghiên cứu lý thuyết được sử dụng thích hợp nhất khinghiên cứu các đối tượng và hệ thống mà trong đó có thể phân chia rõ

ràng các hi ện tượng và các quá trình có cùng b ản chất vật lý

- Phương pháp kế thừa: Được sử dụng trong phân tích lựa chọn, sử dụng các kết quả đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước có liên quan

phục vụ giải quyết nội dung thực nghiệm, nhận xét đánh giá k ết quả

- Phương pháp thực nghiệm: Được sử dụng là quy hoạch thực nghiệm

đơn và đa yếu tố để giải quyết các nội dung nghiên cứu thực nghiệm

Thực tế trong hoạt động khoa học đã chứng tỏ rằng càng ngày chúng tacàng thâm nh ập sâu vào nhi ều lĩnh vực khoa học và công ngh ệ khác nhau.Đối tượng nghiên cứu ngày càng đa dạng hơn, chúng trở thành những hệthống cồng kềnh với tập hợp lớn các yếu tố ảnh hưởng và chỉ tiêu đánh giá.Mối liên hệ giữa các thành phần trong hệ thống càng không th ể mô tả mộtcách hoàn h ảo bằng lý thuyết Trong đa số các trường hợp này để tìm lời giảingười ta sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Tuy nhiên, nghiêncứu thực nghiệm đơn thuần không thể thực hiện được nếu thiếu lý thuy ếttương ứng

Quá trình hàn kết cấu thép nói chung, hàn mối hàn trên ba lông n ồi hơinói riêng chịu ảnh hưỏng của nhiều yếu tố khác nhau như: Các yếu tố đặctrưng cho kim loại cơ bản là: loại kim loại, các tính chất cơ - lý - hoá học củakim loại; Các yếu tố đặc trưng cho thiết bị hàn: phương pháp hàn, loại dòngđiện, công suất của máy hàn; Các yếu tố đặc trưng cho vật liệu hàn: dây hàn,khí hàn; Các yếu tố đặc trưng quá trình hàn: tốc độ hàn, dòng điện hàn, điệnthế hàn, lưu lượng khí bảo vệ Giữa các yếu tố lại có những tác động qua lạitương hỗ với nhau Như vậy, để giải quyết đầy đủ nội dung cần có thựcnghiệm đơn và đa yếu tố

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mà tôi s ử dụng không phải làthực nghiệm thuần tuý mà là s ự kết hợp hài hoà gi ữa lý thuy ết và thựcnghiệm; lấy lý thuyết làm cơ sở, làm định hướng ban đầu hỗ trợ giảm bớt khốilượng công việc, rút ngắn thời gian nghiên cứu thực nghiệm

tố trong mối tác động qua lại giữa chúng, và như vậy cũng không thể tìm kiếmphương án phối hợp tối ưu các yếu tố ảnh hưởng.

Với bài toán tìm kiếm điều kiện tối ưu thì phương pháp này không chothấy hướng chuyển dịch của các tương quan Các thực nghiệm đó thuộc dạngthụ động Từ phân tích trên cho thấy việc áp dụng phương pháp qui hoạchthực nghiệm để thực hiện đề tài luận văn là cần thiết vì qui hoạch thực nghiệm

là cơ sở phương pháp luận của nghiên cứu thực nghiệm hiện đại Đó làphương pháp nghiên cứu mới, trong đó công cụ toán học giữ vai trò tích cực

Cơ sở toán học, nền tảng của lý thuyết qui hoạch thực nghiệm là toán h ọcthống kê với hai lĩnh vực quan trọng là phân tích phương sai và phân tích hồiqui

Theo nghĩa rộng, qui hoạch thực nghiệm là tập hợp các tác động nhằmđưa ra chiến thuật làm thực nghiệm từ giai đoạn đầu đến giai đoạn kết thúccủa quá trình nghiên cứu đối tượng (từ nhận thông tin mô phỏng đến việc tạo

ra mô hình toán, xác định các điều kiện tối ưu) Trong điều kiện đã hoặc chưahiểu biết đầy đủ về cơ chế của đối tượng

Ưu điểm của qui hoạch thực nghiệm là: giảm đáng kể số lượng thínghiệm cần thiết; giảm thời gian tiến hành thí nghiệm và chi phí phương tiện,vật chất; hàm lượng thông tin nhiều hơn, rõ ràng h ơn nhờ đánh giá được vaitrò c ủa sự tác động qua lại giữa các yếu tố và ảnh hưởng của chúng đến hàmmục tiêu; nhận được mô hình toán học thực nghiệm, đánh giá được sai số thínghiệm, cho phép ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm với mức tin cậy xácđịnh; xác định được điều kiện tối ưu đa yếu tố của quá trình nghiên cứu mộtcách khá chính xác bằng các hàm toán h ọc, hay cho cách giải gần đúng, tìmtối ưu cục bộ như trong các thực nghiệm thụ động

2.4.2- Nội dung và ph ương pháp nghiên c ứu thực nghiệm

Theo [1, 6, 14] nội dung của nghiên cứu thực nghiệm gồm: xác định mụctiêu thực nghiệm; chọn tham số điều khiển và khoảng biến động của chúng; ch

ọn các thiết bị đo; tiến hành công tác chu ẩn bị; tiến hành thí nghiệm thăm dò; ti

ến hành thực nghiệm đơn yếu tố; tiến hành thực nghiệm đa yếu tố

2.4.2.1- Thí nghiệm thăm dò

Tiến hành thí nghiệm thăm dò (mức cơ sở với số thí nghiệm n=50140)

để xác định qui luật phân bố của đại lượng cần nghiên cứu [6]

Quy luật phân bố của đại lượng nghiên cứu có thể khái quát hoá thànhphân bố lý thuyết gọi là phân b ố thực nghiệm Xây dựng các phân bố thựcnghiệm để khái quát hoá thành các phân b ố lý thuyết là một trong nhữngnhiệm vụ quan trọng

Để có thể phát hiện ra qui luật phân bố khách quan trong tổng thể dựavào những tài liệu thu thập được ở đại lượng nghiên cứu, trước hết ta cần sắpxếp các trị số quan sát được của đại lượng theo một trật tự nhất định, rồi thống

kê các ph ần tử nằm trong những khoảng xác định Để lập được phân bố thựcnghiệm phải tiến hành chia tổ ghép nhóm các tr ị số thu thập được theo công

th ức kinh nghiệm của Brooks và Carruther [5]

Xác định các đặc trưng của phân bố thực nghiệm:

Sai số trung bình mẫu:

Sai tiêu chuẩn: trường hợp mẫu lớn (n >30):

S=

ở đây:

Sk>0 thì đỉnh đường cong lệch trái so với số trung bình;

Sk<0 thì đỉnh đường cong lệch phải so với số trung bình

Độ nhọn phân bố:

 (x i  x) 4n

Ex=

Ex > 0 thì đỉnh đường cong nhọn so với phân bố chuẩn

trong đó l là số tổ hợp sau khi đã gộp những tổ hợp có tần số lý luận fi

Nếu χn2 > χα2(k) thì luật phân bố của đại lượng nghiên cứu là phân b ốchuẩn χα2(k) được xác định bằng cách tra bảng phụ lục 5 [5], với k = n-1 làbậc tự do và mức ý nghĩa α = 0,05

Xác định số lần lặp cho các thí nghiệm Việc xác định số lần lặp chocác thí nghiệm có ý nghĩa rất quan trọng, nó phải đủ lớn để đảm bảo mức độ

chính xác của luật phân bố chuẩn, nhưng lại phải tối thiểu để giảm bớt khốilượng thực nghiệm Số lần lặp cho mỗi thí nghiệm được tính theo kết quả củathí nghiệm thăm dò và theo công th ức:

m =

trong đó: m - số lần lặp; τ - tiêu chuẩn Student tra bảng với mức ý nghĩaφ=0,05; ∆% - sai số tương đối, Y - giá trị trung bình của đại lượng nghiên cứu

2.4.2.2- Thực nghiệm đơn yếu tố

Nhiệm vụ cơ bản của thực nghiệm đơn yếu tố là xác định các thông số ảnhhưởng để xem thông số nào thực sự ảnh hưởng đến các chỉ tiêu đánh giá, xácđịnh mức độ và quy luật ảnh hưởng của chúng đến chỉ tiêu quan tâm Thực hiệnthí nghiệm với một yếu tố thay đổi, các yếu tố còn l ại được ấn định

ở các giá tr ị cố định để xác định mức độ ảnh hưởng riêng từng yếu tố như: dòng điện hàn, tốc độ hàn, điện thế hàn đến chỉ tiêu về cơ tính của mối hàn

Nguyên tắc chung của phương pháp thực nghiệm đơn yếu tố là: Cố địnhcác yếu tố khác, thay đổi một yếu tố để xác định ảnh hưởng của yếu tố biến thiên

đó tới thông số mục tiêu, qua đó thăm dò được khoảng nghiên cứu cho phép củamỗi yếu tố và các ảnh hưởng tới giá trị cực trị của thông số mục tiêu

Thực nghiệm đơn yếu tố được tiến hành qua các bước sau:

- Thực hiện thí nghiệm với từng thông số thay đổi với số mức khôngnhỏ hơn 4, khoảng thay đổi lớn hơn 2 lần sai số bình phương trung bình của

phép đo giá trị thông s ố đó Số thí nghiệm lặp lại n có th ể lấy theo kết quả từ

thí nghiệm thăm dò

- Sau khi thí nghiệm xong, tiến hành xác định độ tin cậy về ảnh hưởngcủa mỗi yếu tố cơ tính của mối hàn Đánh giá tính thuần nhất của phương saitrong quá trình thí nghiệm, để chứng tỏ ảnh hưởng khác đối với thông số cầnxét là không có ho ặc không đáng kể

Thuật toán phân tích phương sai để xác định độ tin cậy và tính thuần nhất [4, 5, 14] cụ thể như dưới đây

a- Đánh giá tính đồng nhất của phương sai

Kiểm tra tính đồng nhất của phương sai theo tiêu chuẩn Kohren

max -Phương sai lớn nhất trong N thí nghiệm;

S2 u -Phương sai của thí nghiệm thứ u với số lần lặp lại mu

S 2 =

m u -1 i=1

mu- Số lần lặp lại ở mỗi điểm thí nghiệm;

Yui- Giá trị của thông số ra tại điểm u, lần lặp thứ i;

Gtt- Chuẩn Kohren tính toán theo thực nghiệm

Trong đó bậc tự do ở tử số  = m - 1 và ở mẫu số K = N.(m - 1)

m- số lần lặp lại ở thí nghiệm mà ở đó có phương sai cực đại m = mu

Giá trị thống kê chuẩn Kohren được tính sẵn theo mức ý nghĩa , bậc

tự do  và k ký hi ệu Gb tra bảng [1, 6]

Nếu Gtt < Gb thì giả thiết H0 không mâu thu ẫn với số liệu thí nghiệm

Phương sai của các thí nghiệm được coi là đồng nhất Điều này cho phép coi

cường độ nhiễu là ổn định khi thay đổi các thông số trong thí nghiệm Ngược

lại nếu Gtt > Gb thì giả thiết H0 bị bác bỏ

b- Kiểm tra mức độ ảnh hưởng của các y ếu tố

Phương pháp đánh giá này dùng chuẩn Fisher (F) Thực chất là so sánh

phương sai thành phần do thay đổi thông số vào gây nên và phương sai do

nhiễu gây ra Nếu tỷ số giữa hai phương sai này lớn hơn giá trị lý thuyết tra

bảng của tiêu chuẩn F thì sự khác biệt giữa các giá trị trung bình là đáng kể và

các thông s ố vào có ảnh hưởng thực sự đến thông số ra, trội hẳn so với ảnh

hưởng ngẫu nhiên

Giá trị tính toán của chuẩn F là tỷ số:

Se 2 - ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra;

0 - giá trị trung bình chung của thông số ra tính cho toàn bộ thực

Nếu giá trị tính toán F < Fb thì ảnh hưởng của thông số vào là không

đáng kể trong khuôn khổ ảnh hưởng của các biến ngẫu nhiên Nguyên nhân

gây nên trường hợp này là đưa vào thí nghiệm những thông số không có ảnh

hưởng đáng kể hoặc bước biến đổi của thông số quá bé, dẫn đến hiệu ứng ảnh

hưởng của thông số nhỏ so với nhiễu

Nếu F > Fb thì ảnh hưởng của các thông số vào là đáng kể

c- Xây d ựng mô hình thực nghiệm đơn yếu tố

Nhờ sự trợ giúp của máy tính với số liệu thu thập được, ta có thể lập

được phương trình tương quan giữa thông số đầu ra là hai chỉ tiêu quan tâm

và thông s ố đầu vào là nh ững yếu tố ảnh hưởng ở dạng mô hình hồi quy

d- Kiểm tra tính tương thích của mô hình hồi quy

Phép kiểm tra này thực chất là so sánh phương sai tuyển chọn S2 tạo

nên do sự chênh lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô hình và giá trị thực

nghiệm của nó với phương sai Se2 do nhiễu tạo nên theo tiêu chu ẩn Fisher

hình càng mạnh Ngược lại nếu nó càng lớn thì tính thíchứng càng yếu Khi vượt

Phương sai do nhiễu tạo nên Se 2

phương độ lệch nhiễu của các điểm thí nghiệm Su 2

S 2

e =