Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hàn đến độ bền kéo mối hàn ma sát xoay hai vật liệu thép không gỉ AISI 304 và thép cacbon thấp AISI 1020 bằng phương pháp taguchi

Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
25 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HÀN ĐẾN ĐỘ BỀN KÉO 
MỐI HÀN MA SÁT XOAY HAI VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ AISI 304 
VÀ THÉP CACBON THẤP AISI 1020 BẰNG PHƯƠNG PHÁP TAGUCHI 
RESEARCH ON THE EFFECT OF WELDING PARAMETERS ON TENSILE 
PROPERTIES OF DISSIMILAR BASE MATERIALS (LOW CARBON 
STEEL AISI 1020 AND STAINLESS STEEL AISI 304) ROTARY 
FRICTION WELDING JOINT USING TAGUCHI METHOD 
Đặng Thiện Ngôn, Tào Anh Tuấn 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 26/2/2018, ngày phản biện đánh giá 7/3/2018, ngày chấp nhận đăng 16/3/2018. 
TÓM TẮT 
Mục đích của bài nghiên cứu này là khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số hàn đến độ 
bền kéo của mối hàn ma sát xoay hai vật liệu thép các-bon thấp AISI 1020 và thép không gỉ 
AISI 304. Thời gian ma sát t1, lực hàn F2, tốc độ vòng n gây ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo 
của mối hàn đã được khảo sát dựa trên phương pháp Taguchi. Kết quả nghiên cứu lý thuyết 
và thí nghiệm kiểm chứng cho thấy, chế độ hàn với t1 = 6s, F2 = 100 MPa, N = 1450 v/ph, 
lượng co l = 3 mm (chọn trước) khi hàn ma sát xoay phôi thép D = 20 mm cặp vật liệu thép 
các-bon thấp AISI 1020 - thép không gỉ AISI 304 có độ bền kéo mối hàn đạt từ 86,89% đến 
93,68% so với vật liệu nền (AISI 1020). Trong phạm vi khảo sát, lực hàn F2 và tốc độ vòng n 
là hai thông số có tỉ lệ ảnh hưởng lớn đến độ bền kéo của mối hàn (78% và 28%), trong khi 
đó ảnh hưởng của thời gian hàn t1 là không lớn. 
Từ khóa: Độ bền kéo; hàn ma sát xoay; thép các-bon thấp AISI 1020; thép không gỉ AISI 
304; thời gian ma sát; lực hàn; tốc độ hàn. 
ABSTRACT 
The following study objective is an investigation in order to determine welding parameter 
effect on dissimilar base materials (low carbon steel AISI 1020 and stainless steel AISI 304) 
rotary friction welding joint. In rotary friction welding process, the tensile strength is tested 
as welding joint quality. Friction time t1, friction force F2, rotary speed N which greatly affect 
the tensile strength is investigated by the Taguchi method. With the parameter setting: t1 = 
6s, F2 = 100 MPa, N = 1450 rpm, upsetting length l =3 mm (selected) and workpiece 
diameter D = 20 mm. The results show that tensile strength can be from 86.89% to 93.68% 
AISI 1020 tensile strength. Within the experimental parameter range, welding force F2 and 
rotary (friction) speed N mainly impact on the tensile strength weld joint (78% and 28% 
respectively), and the effect of welding time t1 is not significant. 
Keywords: Tensile strength; rotary friction welding; low carbon steel AISI 1020; stainless 
steel AISI 304; friction time; welding force; rotary (friction) speed. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hàn ma sát xoay là phương pháp hàn 
được ứng dụng để hàn các chi tiết có yêu cầu 
vật liệu và chất lượng cao hoặc chế tạo đặc 
biệt tại một vài vị trí nhằm giảm chi phí vật 
liệu đầu vào, đặc biệt là các chi tiết dạng trụ 
chịu tải cục bộ. Ngoài ra hàn ma sát xoay còn 
được ứng dụng để chế tạo các chi tiết bán 
thành phẩm, các chi tiết cần sự phối hợp cơ 
tính của hai loại vật liệu khác nhau như chi 
tiết van trong động cơ đốt trong, trục cánh 
quạt trong ngành hàng không, trục các-đăng, 
ống chịu lực, các dụng cụ cắt dạng tròn 
26 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
xoay [1]. Gần đây, mối hàn ma sát xoay 
giữa hai vật liệu là thép không gỉ và thép các-
bon, ví dụ như thép không gỉ AISI 304 và 
thép cácbon thấp AISI 1020, được các công 
ty chế tạo hàn cũng như các trường đại học 
quan tâm nghiên cứu. 
Nghiên cứu của Ramadhan H Gardi 
(2011) đã chỉ ra rằng, lượng co rút chiều dài 
tăng khi tăng lực hàn và lực ma sát khi hàn 
ma sát xoay thép không gỉ AISI SAF250 và 
thép cacbon thấp [2]. Giới hạn độ bền kéo 
của mối hàn giảm khi tăng lực ma sát, lực 
hàn và chỉ đạt trong khoảng 66,12 – 79,17% 
so với kim loại cơ bản. 
Ảnh hưởng của lực ma sát và lực hàn 
đến độ bền kéo, độ cứng và cấu trúc tế vi của 
mối hàn giữa thép cacbon thấp AISI 1060 với 
thép không gỉ AISI 304 đã được H. Ates và 
cộng sự (2014) nghiên cứu [3]. Kết quả 
nghiên cứu cho thấy, khi tăng lực ma sát và 
lực hàn thì độ cứng, độ bền kéo của mối hàn 
tăng. Việc gia tăng độ cứng sẽ ảnh hưởng 
đến cấu trúc tế vi của mối hàn, biến dạng và 
các vết nứt sẽ thường gặp hơn trong vùng 
ảnh hưởng nhiệt của thép AISI 1060. 
Serdar Mercan và cộng sự (2015) nghiên 
cứu về độ bền mỏi của mối hàn ma sát xoay 
giữa thép AISI 2205 và AISI 1020 [4] đã đi 
đến kết luận: tốc độ quay cao, thời gian và 
lực ma sát thấp có thể làm tăng độ bền mỏi 
mối hàn. Trong khi đó, độ bền kéo cũng như 
giới hạn bền mỏi giảm khi tăng thời gian ma 
sát và tăng lực ma sát sẽ làm độ bền kéo, độ 
bền mỏi giảm. 
Mẫu hàn
Hình 1. Mẫu hàn thực nghiệm và kết quả 
kiểm tra độ bền kéo [4] 
Cách thức tính toán, chọn thông số hàn 
khi tiến hành hàn thực nghiệm ma sát xoay 
không được đề cập đến trong các công bố. 
Và đối với mối hàn ma sát xoay cặp vật liệu 
thép không gỉ AISI 304 và thép cácbon thấp 
AISI 1020, việc nghiên cứu ảnh hưởng của 
thông số hàn (tốc độ vòng quay, thời gian ma 
sát và lực hàn) đến chất lượng mối hàn còn 
chưa được khảo sát đầy đủ. 
Bài báo giới thiệu các kết quả nghiên cứu 
thực nghiệm ảnh hưởng của thông số hàn (tốc 
độ vòng quay, thời gian ma sát và lực hàn) đến 
độ bền kéo mối hàn cặp vật liệu thép cácbon 
thấp AISI 1020 - thép không gỉ austenite AISI 
304 sử dụng phương pháp Taguchi. 
2. HÀN MA SÁT XOAY 
Hàn ma sát xoay là một quá trình liên kết 
các chi tiết hàn nhờ năng lượng ma sát sinh 
ra khi các bề mặt chi tiết tiếp xúc chuyển 
động tương đối với nhau dưới tác động của 
lực ma sát. Khi đó, nhiệt độ sinh ra nhờ năng 
lượng ma sát tại bề mặt tiếp xúc làm nóng 
các bề mặt chi tiết đến trạng thái dẻo và dưới 
tác dụng của lực ép làm cho kim loại khuếch 
tán vào nhau tạo thành mối hàn [5]. Như vậy 
quá trình hàn ma sát diễn ra ở nhiệt độ dưới 
nhiệt độ nóng chảy [6]. 
Khi hàn ma sát xoay truyền động liện tục 
các thông số trong quá trình hàn bao gồm [7]: 
 Tốc độ quay, n (vòng/ph): tốc độ của 
chi tiết trong quá trình ma sát, được tính tại 
thời điểm mà hai bề mặt phôi tiếp xúc với 
nhau. 
 Lực ma sát, F1 (MPa): lực ép trên 
đơn vị diện tích tại bề mặt của chi tiết trong 
quá trình ma sát. Lực ma sát xuất hiện từ lúc 
bắt đầu quá trình ma sát đến lúc kích hoạt lực 
hình thành mối hàn. 
 Thời gian ma sát, t1 (s): là khoảng 
thời gian từ lúc lực ma sát phát sinh đến lúc 
kích hoạt lực hình thành mối hàn, hay nói 
cách khác: là khoảng thời gian từ lúc lực ma 
sát phát sinh đến khi ngắt chuyển động của 
trục chính . 
 Lực hàn, F2 (MPa): lực ép trên đơn vị 
diện tích tại bề mặt của chi tiết trong quá 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
27 
trình hình thành mối hàn, lực này được thực 
hiện sau quá trình ma sát [5]. 
 Lượng giảm dài của chi tiết trong quá 
trình hình thành mối hàn, l (mm): là khoảng 
chiều dài bị rút ngắn của chi tiết dưới tác 
dụng của lực hàn trong khoảng thời gian hình 
thành mối hàn [5]. 
 Thời gian hình thành mối hàn, t4 (s): 
là khoảng thời gian dụng tồn tại lực hàn. 
 Thời gian hãm, t3 (s): là khoảng thời 
gian từ lúc ngắt chuyển động trục chính đến 
khi trục chính ngừng hẳn. 
1) Lượng giảm kích thước dọc trục trong giai đoạn ma 
sát; 2) Thời gian ma sát; 3) Thời gian dừng; 4) Thời 
gian hình thành mối hàn; 5) Lượng giảm kích thước 
dọc trục trong giai đoạn hình thành mối hàn; 6) Tổng 
lượng giảm kích thước dọc trục của quá trình hàn ma 
sát (lượng co) 
 Lực hướng trục;  Lượng giảm kích thước theo 
phương dọc trục;  Tốc độ quay;  Giai đoạn ma 
sát;  Lực ma sát;  Giai đoạn dừng;  Giai đoạn 
hình thành mối hàn;  Lực hàn 
Hình 2. Các giai đoạn của quá trình 
hàn ma sát xoay [7] 
3. THỰC NGHIỆM 
3.1 Vật liệu 
Vật liệu sử dụng trong mối hàn ma sát 
xoay là các vật liệu thép không gỉ austenite 
AISI 304, thép các-bon thấp AISI 1020. 
Bảng 1. Thành phần hóa học của thép AISI 
304, thép AISI 1020 [8] 
 Ti% Cr% Ni% C% Fe% 
AISI 304 - 19.720 7.796 0.046 68.913 
AISI 1020 0.053 - - 0.341 98.712 
 P% S% Mn% Si% Co% 
AISI 304 0.020 0.012 1.598 0.437 0.145 
AISI 1020 0.012 0.013 0.586 0.209 0.007 
Các mẫu chi tiết sử dụng trong thí 
nghiệm có kích thước đường kính Ø20 mm, 
chiều dài 110 mm, vệ sinh sạch trước khi hàn 
bằng dung môi (xăng) để đảm bảo không 
dính phoi, dầu mỡ trên bề mặt tiếp xúc. 
a) 12 mẫu chi tiết thép 
AISI 304 
b) 12 mẫu chi tiết thép 
AISI 1020 
Hình 3. Mẫu chi tiết thí nghiệm 
3.2 Thiết bị thực nghiệm 
 Máy hàn ma sát (dạng truyền động 
liên tục) của phòng thí nghiệm REME Lab 
(trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM) 
(hình 4) với các thông số kỹ thuật được giới 
thiệu ở bảng 2. 
Hình 4. Máy hàn ma sát xoay (REME Lab) 
Bảng 2. Thông số kỹ thuật của 
máy hàn ma sát xoay 
Thông số kỹ thuật Giá trị 
Công suất động cơ (kW) 6,5 
Tốc độ quay trục chính tối đa (v/ph) 1500 
Lực ép dọc trục tối đa (MPa) 100 
Thời gian ma sát tối đa (s) 30 
Thời gian hàn tối đa (s) 30 
28 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Thời gian dừng (s) 0,3 - 2 
Đường kính phôi tối đá trên mâm cặp 
cố định (mm) 
30 
Đường kính phôi tối đá trên mâm cặp 
xoay (mm) 
30 
Hành trình piston (mm) 50 
 Máy kiểm tra vật liệu đa năng 
Universal Testing Machine WEW-1000B. 
3.3 Quy hoạch thực nghiệm bằng phương 
pháp Taguchi 
Tiến hành thực nghiệm theo phương 
pháp Taguchi như sau: 
 Bước 1: Xác định mục tiêu của quá 
trình. 
Mục tiêu của quá trình là độ bền kéo của 
sản phẩm. Độ bền kéo càng cao thì chất 
lượng càng tốt. 
 Bước 2: Xác định các thông số ảnh 
hưởng đến chất lượng của mối hàn và lựa 
chọn các thông số cần khảo sát. 
Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng 
mối hàn gồm: tốc độ vòng n, lực ma sát F1, 
thời gian ma sát t1, lực hàn F2 và lượng co l. 
+ Tốc độ vòng n: 
Với từng cặp vật liệu khác nhau thì cần 
có một giá trị tốc độ quay khác nhau. Tốc độ 
dài v trong hàn ma sát xoay thường chọn 
trong khoảng 0,6 - 3 m/s [9]. Do đó tích tốc 
độ vòng với đường kính ngoài (dn, mm) nằm 
trong khoảng: 
n.dn = (1,2 – 6).10
4
 (1) 
Với đa số kim loại đen thì tốc độ dài v 
được chọn trong khoảng v = 1 m/s [9], ta 
chọn n.dn = 2,8.10
4
 (khoảng giữa giá trị cho 
phép). Từ đó ta được: 
𝑛 =
2,8 . 104
20
= 1400 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 
+ Lực ma sát F1: 
Lực ma sát phụ thuộc vào tính chất của 
vật liệu và thường dao động từ 10 - 80 MPa 
[9]. Khi hàn ma sát hai vật liệu thép không gỉ 
và thép cácbon thấp thì lực ma sát được chọn 
trong khoảng 30 - 50 MPa [10, 4]. Chọn giá 
trị lực ma sát F1 = 40 MPa để tiến hành khảo 
sát. 
+ Lực hàn F2: 
Khi hàn ma sát hai vật liệu khác nhau, 
lực hàn thường chọn gấp hai lần lực ma sát 
(F2 = 2F1) [9]. Do lực ma sát đã chọn F1 = 40 
MPa, nên lực hàn được chọn sẽ là: 
F2 = 2F1 = 2.40 = 80 MPa 
+ Thời gian ma sát t1: 
Việc lựa chọn thời gian ma sát dựa vào 
biểu đồ quan hệ giữa thời gian ma sát t1 với 
tốc độ vòng n [9]. Với giá trị tốc độ vòng tính 
toán n = 1300 – 1500 v/ph ta có thể chọn 
khoảng thời gian ma sát t1 từ 5 – 6 s. Để đảm 
bảo thể tích kim loại nóng chảy cao ta chọn t1 
= 6 s. 
+ Lượng co l: 
Lượng co ảnh hưởng đến độ khuếch tán 
kim loại và ngấu của mối hàn. Nếu lượng co 
nhỏ sẽ làm cho kim loại không đủ khuếch tán 
và khả năng ngấu kém. Chọn lượng co lớn 
thì kim loại đã nóng chảy sẽ bị đẩy ra ngoài 
và khi đó ở tâm chỉ có kim loại chưa nóng 
chảy hoàn toàn nên khả năng khuếch tán 
không cao. Theo biểu đồ quan hệ giữa lượng 
co và đường kính phôi [9], với phôi hàn 
đường kính 20 mm ta chọn lượng co là 3 mm 
để có được mối hàn mà các kim loại cơ bản 
ngấu, khuếch tán tốt. 
Các kết quả tính toán, lựa chọn được 
tổng hợp ở bảng 3. 
Bảng 3. Thông số hàn đề xuất 
Thông số hàn Giá trị Đơn vị 
Tốc độ vòng n 1400 v/ph 
Lực ma sát F1 40 MPa 
Thời gian ma sát t1 6 s 
Lực hàn F2 80 MPa 
Lượng co l 3 mm 
Ta thấy,lực ma sát F1 hoặc tốc độ vòng n 
khi thay đổi đều gây ảnh hưởng lớn đến lực 
ma sát, do vậy ở đây ta lựa chọn tốc độ vòng 
là đại lượng thay đổi để khảo sát. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
29 
Lực hàn F2 được lựa chọn dựa vào F1, 
do vậy ta sẽ cố định lực hàn F1 và sẽ khảo sát 
sự thay đổi của lực hàn F2 đến chất lượng 
mối hàn. 
Lượng co l theo các phân tích đã đề cập 
sẽ cũng sẽ được giữ cố định. 
Từ các phân tích trên, ta sẽ khảo sát sự 
ảnh hưởng của các thông số tốc độ vòng n, 
thời gian ma sát t1 và lực hàn F2 đến chất 
lượng mối hàn. Khoảng khảo sát của các 
thông số này được trình bày ở bảng 4. 
Bảng 4. Thông số được lựa chọn để khảo sát 
Thông số hàn Giá trị Đơn vị Chức năng 
Tốc độ vòng n 1300-1450 v/ph Khảo sát 
Lực ma sát F1 40 MPa Cố định 
T/gian ma sát t1 6-8 s Khảo sát 
Lực hàn F2 80-100 MPa Khảo sát 
Lượng co l 3 mm Cố định 
Bảng 5. Phạm vi của các thông số khảo sát 
Ký 
hiệu 
Thông số hàn Đơn vị 
Mức giá trị 
Thấp Cao 
A Thời gian ma sát t1 s 6 8 
B Lực hàn F2 MPa 80 100 
C Tốc độ n v/ph 1300 1450 
 Bước 3: Thành lập bảng trực giao và 
điều kiện cụ thể cho mỗi thí nghiệm. 
Số lần thí nghiệm trong bảng trực giao 
cần thoả yêu cầu bằng hoặc lớn hơn tổng bậc 
tự do (DOF) +1. Với 3 yếu tố đã trình bày là 
t1, F2, n cùng 2 mức độ thấp và cao (bảng 5), 
số lượng thực nghiệm nhỏ nhất được tính 
theo công thức sau [11]: 
E = 1 + [Số nhân tố x (Số mức độ – 1)] (2) 
E = 1 + [3 x (2 – 1)] = 4 
Do đó, bảng trực giao thí nghiệm L4 (bố 
trí thí nghiệm cho các thông số khảo sát) 
được xác định thỏa mãn yêu cầu trên được 
trình bày ở bảng 6 [12]. 
Bảng 6. Bảng trực giao L4 về bố trí thí nghiệm 
Thí 
nghiệm 
Thông số và mức 
độ mã hóa 
Thông số và mức 
độ thực tế 
A B C t1 F2 n 
1 1 1 1 6 80 1300 
2 1 2 2 6 100 1450 
3 2 1 2 8 80 1450 
4 2 2 1 8 100 1300 
Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần, 
vậy tổng số thí nghiệm cần thực hiện là 12. 
Đặt tên thí nghiệm lần thứ nhất là A1, và thứ 
2 là A2 và A3 cho lần thứ 3 và tiếp tục tương 
tự cho các thí nghiệm còn lại. Bảng mã hoá 
các thí nghiệm được trình bày ở bảng 7. 
Bảng 7. Mã ký hiệu các thí nghiệm 
Thí nghiệm Lần 1 Lần 2 Lần 3 
1 A1 A2 A3 
2 B1 B2 B3 
3 C1 C2 C3 
4 D1 D2 D3 
 Bước 4: Thực hiện các thí nghiệm 
Lần lượt thực hiện thực nghiệm hàn ma 
sát xoay cho các mẫu với các dữ liệu lấy từ 
bảng 6. Hình ảnh các mẫu hàn thành phẩm 
được giới thiệu ở hình 5. 
Hình 5. Các mẫu hàn thực nghiệm 
Tiến hành đánh giá độ bền kéo của các 
chi tiết hàn trên máy kiểm tra vật liệu đa 
năng Universal Testing Machine WEW- 
1000B, kết quả được chỉ ra ở bảng 8. 
30 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Bảng 8. Kết quả kiểm tra độ bền kéo 
các chi tiết hàn 
Thí 
nghiệm 
Thông số Độ bền kéo 
A B C KQ1 KQ2 KQ3 
1 1 1 1 439,04 412,78 439,97 
2 1 2 2 557,52 549,02 569,52 
3 2 1 2 492,87 491,85 476,00 
4 2 2 1 507,83 516,11 524,54 
 Bước 5: Phân tích dữ liệu 
- Tính toán S/N từ kết quả thực nghiệm 
Với giá trị độ bền kéo “càng lớn càng 
tốt”, do đó ta tính tỷ số tín hiệu/nhiễu (signal-
to-noise) S/N theo công thức sau [13]: 
𝑆
𝑁
= −10 log
1
𝑛
(∑ 𝑦2) (3) 
Kết quả tính toán và phân tích S/N (sử 
dụng phần mềm Minitab 16) được trình bày 
ở bảng 9 và biểu đồ mức độ ảnh hưởng của 
các thông số theo S/N ở hình 6. Ngoài ra, kết 
quả đo độ bền kéo của các mẩu thép sử dụng 
trong thực nghiệm như sau: 
+ Ứng suất kéo trung bình thực tế của 
mẫu: 751,79 MPa. 
+ Ứng suất kéo trung bình thực tế của 
mẫu: 618,15 MPa. 
Bảng 9. Kết quả tính toán S/N 
TN 
Thông số Độ bền kéo (MPa) S/N 
(dB) A B C KQ1 KQ2 KQ3 
1 1 1 1 439,04 412,78 439,97 52,6699 
2 1 2 2 557,52 549,02 569,52 54,9404 
3 2 1 2 492,87 491,85 476,00 53,7456 
4 2 2 1 507,83 516,11 524,54 54,2534 
Hình 6. Biểu đồ thể hiện mức độ ảnh hưởng 
của các thông số theo S/N 
Từ biểu đồ trên ta có một số nhận xét: 
+ Đường biểu diễn của thời gian t1 gần 
như nằm ngang, do đó khi thời gian thay đổi 
từ nhỏ đến lớn trong khoảng khảo sát thì chất 
lượng mối hàn hầu như không thay đổi. Do 
vậy, giá trị t1 ở mức nhỏ tương ứng với giá trị 
6s có thể chấp nhận được, nghĩa là đủ lượng 
thời gian để cho mối hàn hình thành tốt. 
+ Từ đường biểu diễn quan hệ giữa tốc 
độ vòng quay n và chất lượng mối hàn, ta 
thấy trong khoảng khảo sát (n = 1300 - 1450 
v/ph) thì chất lượng mối hàn tăng tỷ lệ thuận 
với tốc độ vòng quay. 
+ Với lực hàn F2 ta cũng nhận thấy chất 
lượng mối hàn cũng tăng tỷ lệ thuận với 
lượng tăng của lực hàn trong phạm vi khảo 
sát (F2 = 80 - 100 MPa). Ngoài ra, độ dốc 
của lực hàn F2 lớn hơn so với độ dốc của tốc 
độ vòng quay n. Điều này thể hiện lực hàn F2 
ảnh hưởng đến chất lượng của mối hàn lớn 
hơn sự ảnh hưởng của tốc độ vòng quay n. 
- Phân tích phương sai (ANOVA) 
Để xác định tỷ lệ ảnh hưởng của các 
thông số đến chất lượng mối hàn, tiến hành 
phân tích phương sai các giá trị đo độ bền 
kéo các mẫu chi tiết hàn (bảng 9) ta có được 
các kết quả ở bảng 10. Và tỷ lệ phần trăm 
ảnh hưởng của các thông số khảo sát (t1, F2, 
n) đến độ bền kéo mối hàn được biểu diễn 
dưới dạng sơ đồ như ở hình 7. 
Bảng 10. Kết quả phân tích phương sai 
S SS f V F p 
A 142,4852 1 142,4852 1,1316 0,000613 
B 18567,69 1 18567,69 147,4623 0,681917 
C 7326,515 1 7326,515 58,18628 0,266255 
e 1007,319 8 125,9148 / / 
T 27044,01 11 / / / 
Hình 7. Tỷ lệ ảnh hưởng của các thông số 
đến độ bền kéo mối hàn 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
31 
 Bước 6: Kiểm chứng kết quả thực 
nghiệm 
- Dự đoán giá trị bền kéo trong thực 
nghiệm 
Giá trị của S/N càng cao thì độ bền kéo 
càng tốt, vì vậy mức tốt nhất của thông số là 
những mức mà có giá trị S/N cao nhất. Với 
độ tin cậy 95%, dựa vào biểu đồ phân tích 
kết quả S/N thì độ bền kéo tốt nhất đạt được 
với giá trị S/N là 54,9404 tương ứng với giá 
trị cụ thể của các thông số như ở bảng 11. 
Bảng 11. Thông số cho kết quả 
độ bền kéo tốt nhất 
Thông số Mã Giá trị Đơn vị 
Thời gian ma sát t1 A1 6 s 
Lực hàn F2 B2 100 MPa 
Tốc độ n C2 1450 v/ph 
- Ước lượng khoảng tin cậy của chất 
lượng mối hàn dưới chế độ hàn tốt nhất 
Từ các giá trị của các thông số đã xác 
định trong bảng 11, ta tính được giá trị độ 
bền kéo theo dự đoán trung bình theo [12]: 
 𝜇𝐴1𝐵2𝐶2 = 𝐴1
̅̅ ̅ + 𝐵2̅̅ ̅ + 𝐶2̅̅ ̅ − 2𝑇̅̅̅̅ = (4) 
 494,6416 + 537,4233 
 + 522,7967 − 2 ∗ 498,0875 
 = 558,5866 (𝑀𝑃𝑎) 
Tính khoảng tin cậy (CI) để dự đoán 
vùng giá trị để tiến hành các thí nghiệm kiểm 
chứng theo công thức sau [12]: 
𝐶𝐼 = (𝐹𝛼;(1,𝑓𝑒)𝑉𝑒 [
1
𝑛𝑒𝑓𝑓
+
1
𝑅
])
1
2
 (5) 
Trong đó: 
+ F ;(1,fe) là số Fisher với độ rủi ro = 
0,05; 
+ fe là bậc tự do của sai số, theo bảng 11 
ta được fe = 8; 
+ Ve là phương sai sai số, theo bảng 11 
ta có Ve = 125.9148 
Theo bảng D 6 F [12] ta có F0,05;(1,8) = 
5.32. Và giá trị hiệu dụng neff của các lần lặp 
được tính như sau: 
𝑛𝑒𝑓𝑓 =
𝑁
(1 + 𝑡𝑜𝑛𝑔 𝑠𝑜 𝑏𝑎𝑐 𝑡𝑢 𝑑𝑜 𝑐𝑢𝑎 𝑐𝑎𝑐 𝑦𝑒𝑢 𝑡𝑜)
 =
12
(1+1+1+1)
= 3 (6) 
+ R là số lần thí nghiệm của thí nghiệm 
kiểm chứng. Ở đây, ta chọn số thí nghiệm 
kiểm chứng là 3. 
Từ các giá trị của các tham số thành 
phần, tính được khoảng tin cậy (CI): 
CI = 21,13 
Vậy chất lượng mối hàn được xác định 
như sau [12]: 
[𝜇𝐴1𝐵2𝐶2 − 𝐶𝐼] < 𝜇𝐴1𝐵2𝐶2 < [𝜇𝐴1𝐵2𝐶2 + 𝐶𝐼] 
= 558,68 − 21,13 (𝑀𝑃𝑎) < 𝜇𝐴1𝐵2𝐶2 
 < 558,68 + 21,13 (𝑀𝑃𝑎) [7] 
Hay: 
537,38 (𝑀𝑃𝑎) < 𝜇𝐴1𝐵2𝐶2 < 579,64 (𝑀𝑃𝑎) 
- Thí nghiệm kiểm chứng: 
Tiến hành các thí nghiệm kiểm chứng (3 
lần) với các thông số đã chỉ ra ở trong bảng 
11, kết quả thử nghiệm độ bền kéo của các 
mẫu được trình bày ở bảng 12. 
Hình 8. Các mẫu thí nghiệm kiểm chứng 
Bảng 12. Kết quả độ bền kéo 
các mẫu thí nghiệm kiểm chứng 
Thí nghiệm Độ bền kéo (MPa) 
1 550,32 
2 569,02 
3 570,11 
Giá trị trung bình 563,15 
Như vậy thí nghiệm kiểm chứng cho kết 
quả trung bình là 563,15 MPa nằm trong giới 
hạn khoảng giá trị dự đoán (537,38 - 579,64) 
với độ tin cậy 95%. Do vậy, giá trị của các 
thông số ở bảng 11 là tin cậy và có ý nghĩa. 
32 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
4. KẾT LUẬN 
 Một phương thức tính toán, chọn 
thông số hàn ma sát xoay hai vật liệu thép 
cacbon thấp AISI 1020 và thép không gỉ 
AISI 304 đã được đề xuất. 
 Chế độ hàn cho cặp vật liệu thép 
cacbon thấp AISI 1020 và thép không gỉ 
AISI 304 với đường kính phôi là 20 mm, 
lượng co chọn trước là 3 mm được đề xuất 
là: t1 = 6s, F2 = 100 MPa, n = 1450 v/ph. Kết 
quả kiểm nghiệm chế độ hàn này cho kết quả 
độ bền kéo của mối hàn nằm trong khoảng 
537,38 MPa < A2B2C2 < 579,64 MPa với 
độ tin cậy 95%. So với ứng suất của vật liệu 
thép cacbon thấp thì đạt được từ 86.89% đến 
93.68%. Kết quả đo thực tế cho thấy độ bền 
kéo các mẫu hàn đạt được là khoảng 90% độ 
bền kéo của kim loại nền (thép cacbon thấp). 
 Lực hàn F2 là thông số ảnh hưởng lớn 
nhất đến độ bền kéo của mối hàn, với chế độ 
hàn đã đề xuất lực hàn F2 = 100 MPa có tỷ lệ 
ảnh hưởng lên đến 72%. Như vậy đây là yếu 
tố quyết định cao nhất đến chất lượng mối 
hàn so với các thông số thời gian t1 và n 
trong phạm vi thực nghiệm. 
 Thời gian hàn t1 = 6s là giá trị mà ở 
đó lượng nhiệt sinh ra đủ để hình thành một 
mối hàn tốt. Nếu t1 tăng thêm thì chất lượng 
mối hàn cũng không tăng đáng kể. Ngoài ra 
nếu tăng thời gian thì năng suất sẽ giảm, từ 
đó ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm. 
 Tốc độ vòng n cũng có ảnh hưởng lớn 
đến chất lượng và chiếm tỉ lệ khoảng 28%. 
Đối với tốc độ quay trong phạm vi n = 1300 
– 1450 v/ph thì chất lượng mối hàn đều đáp 
ứng được chất lượng. 
 Ngoài ra, giá trị độ bền kéo của chi 
tiết hàn chưa đạt được như vật liệu nền có thể 
xét đến một trong các nguyên nhân là vì ta 
chưa loại bỏ phần kim loại dư mà tại đó hình 
thành khe giữa hai kim loại nền nên dễ tạo 
thành ứng suất gây nên vết nứt, gãy đứt 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Manufacturing Technology, Inc., Friction Welding, MTI, 1999. 
[2] Ramadhan H Gardi, Salm Aziz Kako. Efficiency of Dissimilar Friction Welded (Super 
Duplex Stainless Steel SAF 2507 - Mild Steel) Joints, Al-Rafidain Engineering, Vol. 21, 
No. 1, February 2013, pp. 56-65. 
[3] Hakan Ates, N. Kaya, Mechanical and Microstructural Properties of Friction Welded 
AISI 304 Stainless Steel to AISI 1060 Steel AISI 1060, Archives of metallurgy and 
materials, Volume 59, Issue 3, 2014, pp. 841-846. 
[4] Serdar Mercan, Sinan Aydin, Niyazi Özdemir, Effect of welding parameters on the 
fatigue properties of dissimilar AISI 2205–AISI 1020 joined by friction welding, 
International Journal of Fatigue, Volume 81, December 2015, pp. 78-90. 
[5] American Welding Society, Welding Handbook, Volume 3: Welding Processes, Part 2, 
9
th
 Edition, AWS, 2007. 
[6] Andrzej Sluzalec, Theory of Thermomechanical Processes in Welding, 1st Edition, 
Springer, 2005. 
[7] ISO 15620:2000 - Welding -- Friction welding of metallic materials, International 
Organization for Standardization, September 2000. 
[8] William D. Callister Jr., David G. Rethwisch, Materials Science and Engineering: An 
Introduction, 8
th
 Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2009, 992 Pages. 
[9] Лебедев В. К., Черненко И. А., Вилль В. И., Сварка трением, Издательство: Л.: 
Машиностроение, 1987 г., 240 страниц. 
[10] A. Chennakesava Reddy, Fatigue Life Evaluation of Joint Designs for Friction. Welding 
of Mild Steel and Austenite Stainless Steel, International Journal of Science and 
Research (IJSR), Volume 4 Issue 2, February 2015, pp. 1714-1719.. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 50 (11/2018) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
33 
[11] Mohammed Shihab Patel, Arif Upletawala, Mohammed Shihab Patel, Arif Upletawala, 
Parametric Optimization of Energy Loss of a Spillway using Taguchi Method, 
International Journal of Engineering Technology Science and Research (IJETSR), 
Volume 4, Issue 2, February 2017, pp. 48-53. 
[12] Phillip J. Ross, Taguchi Techniques for Quality Engineering, 2nd Edition, Tata McGraw 
Hill Education, 2005, 352 pages. 
[13] N. S. Kumar, Sameera Simha T. P., Experimental Investigation on Seismic Resistance of 
Recycled Concrete in Filled Steel Columns - Taguchi’s Approach, Proceedings of the 
15th World Conference on Earthquake Engineering (15 WCEE), Lisbon (PT), 2012. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
PGS. TS. Đặng Thiện Ngôn 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh 
Email: ngondt@hcmute.edu.vn