Hàn kết cấu thép là một kỹ thuật quan trọng trong ngành xây dựng và công nghiệp chế tạo. Tuy nhiên, để đảm bảo việc hàn kết cấu thép diễn ra an toàn, việc hiểu rõ từng phương pháp hàn, yêu cầu kỹ thuật, lưu ý cho từng loại thép là điều không thể bỏ qua. Hãy cùng BMB Steel khám phá chi tiết trong bài viết này bạn nhé!

1. Khái niệm hàn kết cấu thép

Hàn là quá trình sử dụng nhiệt từ lửa hoặc hồ quang điện để nung nóng một phần nhỏ kim loại tại điểm tiếp xúc, khiến phần kim loại đó chảy ra và hòa trộn với nhau. Khi nguội đi, kim loại đông cứng lại, tạo thành mối hàn chắc chắn, bền vững.

Hàn kết cấu thép hay hàn thép là một quy trình kỹ thuật được áp dụng trong xây dựng và công nghiệp chế tạo để nối các thành phần thép lại với nhau.

2. Các phương pháp hàn kết cấu thép

2.1. Hàn hồ quang điện bằng tay

Hàn hồ quang điện bằng tay là phương pháp phổ biến, sử dụng dòng điện để tạo hồ quang điện giữa que hàn và bề mặt kim loại cần hàn. Nhiệt lượng sinh ra từ hồ quang điện với nhiệt độ lên tới hơn 2000°C, làm nóng chảy que hàn và mép thép cơ bản (độ sâu nóng chảy khoảng 1,5 – 2 mm).

Kim loại que hàn chảy thành từng giọt nhỏ, được hút xuống rãnh hàn nhờ lực của điện trường, sau đó hòa lẫn với kim loại lỏng của thép cơ bản. Khi nguội, hỗn hợp kim loại đông đặc lại, tạo thành mối hàn.

Bản chất của đường hàn là sự liên kết chặt chẽ giữa các phân tử kim loại đã bị nóng chảy. Đường hàn này có độ bền và khả năng chịu lực tương đương với thép nguyên bản.

2.2. Hàn hồ quang điện tự động và bán tự động

Phương pháp hàn hồ quang điện tự động và bán tự động mang lại năng suất cao, đảm bảo chất lượng cơ tính của mối hàn, đồng thời tiết kiệm năng lượng điện.

2.2.1. Hàn hồ quang điện tự động

Phương pháp hàn tự động có nguyên lý tương tự như hàn tay, nhưng sử dụng cuộn dây hàn trần thay vì que hàn bọc thuốc. Thuốc hàn được rải trước thành một lớp dày trên rãnh hàn. Dây hàn được máy tự động nhả dần với tốc độ phù hợp khi máy hàn di chuyển đều đặn.

Ưu điểm nổi bật:

• Tốc độ hàn nhanh: Nhờ cường độ dòng điện lớn (600 – 1200 ampe), tốc độ hàn có thể nhanh gấp 5 – 10 lần so với hàn tay.
• Chất lượng mối hàn cao: Rãnh hàn sâu giúp đường hàn chắc chắn, bề mặt hàn mịn màng. Kim loại lỏng được bao phủ bởi lớp thuốc dày giúp thoát bọt khí, tạo đường hàn đặc và bền.
• An toàn lao động: Hồ quang điện cháy chìm dưới lớp thuốc hàn nên không gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe thợ hàn.

2.2.2. Hàn hồ quang điện bán tự động

Hàn bán tự động cũng được ứng dụng rộng rãi với cuộn dây hàn mềm hình ống hoặc dạng dẹt. Lớp vỏ kim loại của dây hàn dày 0,2 – 0,5 mm, bên trong được nhồi thuốc hàn. Phương pháp này vừa tiện lợi vừa đảm bảo hiệu quả cao trong gia công kết cấu thép.

3. Yêu cầu kỹ thuật hàn kết cấu thép

• Được phép áp dụng các phương pháp hàn như hàn hơi, hàn hồ quang điện, hàn xì điện, hàn điện có khí bảo vệ,... để thực hiện hàn các bộ phận chịu áp lực.
• Quy trình hàn và các phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn phải được quy định rõ ràng trong tài liệu kỹ thuật của đơn vị thiết kế. Cần đảm bảo tất cả các công đoạn gia công và lắp ráp đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật trước khi tiến hành hàn.
• Chỉ thợ hàn có giấy chứng nhận hợp lệ mới được phép hàn các bộ phận chịu áp lực. Mỗi thợ hàn phải thực hiện công việc theo đúng phạm vi được quy định trong giấy chứng nhận của mình.
• Trước khi hàn, cần làm sạch mép mối hàn và vùng kim loại lân cận sao cho thấy ánh kim, phạm vi làm sạch tối thiểu là 10 mm mỗi bên. Que hàn dùng cho hàn đính và hàn chính thức phải cùng loại. Ngoài ra, xỉ hàn của mỗi lớp phải được tẩy sạch trước khi hàn lớp kế tiếp.
• Không được tiến hành hàn các bộ phận chịu áp lực khi nhiệt độ môi trường dưới 0°C, bất kể loại thép gì hoặc độ dày của chi tiết như thế nào.
• Có thể kết hợp hàn tự động và hàn tay trên cùng một mối hàn. Trường hợp mối hàn tự động được đắp thêm bằng tay với tỉ lệ không vượt quá 1-5% tiết diện ngang của mối hàn, vẫn được coi là mối hàn tự động.

4. Phương pháp kiểm tra mối hàn kết cấu thép

Sau khi hoàn thiện, mối hàn kết cấu thép cần trải qua 6 phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn sau:

4.1. Kiểm tra bên ngoài

• Mối hàn không được có vết nứt trên bề mặt và phần kim loại nóng chảy.
• Không xuất hiện các khuyết tật như bướu, lẹm, cháy thủng, hàn không ngấu, mép lệch.
• Kích thước, hình dạng mối hàn và các phần lồi tăng bền phải đúng tiêu chuẩn, không có sai lệch vượt mức cho phép.

4.2. Kiểm tra kim tương

• Mối hàn không được có vết nứt trong vùng kim loại nóng chảy, vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.
• Các phần hàn không ngấu giữa các lớp hàn và mép bìa không được xuất hiện.
• Độ thiếu hàn ở chân mối hàn không được vượt quá 15% độ dày thành hoặc 3 mm (đối với thành dày hơn 20 mm).
• Số lượng lỗ xốp không được vượt quá 5 vết trên 1 cm², kích thước mỗi lỗ không quá 1,5 mm, tổng không quá 3 mm.
• Không có vết nứt, rạn làm giảm độ đàn hồi và dẻo của mối hàn.

4.3. Kiểm tra thủy lực

• Mối hàn phải không có vết nứt hoặc dấu hiệu rò rỉ nước.
• Không được xuất hiện biến dạng đáng kể trong quá trình kiểm tra.

4.4. Kiểm tra kéo mối hàn

• Giá trị độ bền kéo trung bình từ các mẫu thử không được thấp hơn độ bền tối thiểu của thép tương ứng.
• Không có mẫu thử nào cho kết quả thấp hơn 10% so với độ bền tối thiểu của thép.

4.5. Kiểm tra uốn mối hàn

4.6. Kiểm tra trị số độ dai va đập

5. Ưu và nhược điểm của mối hàn kết cấu thép

5.1. Ưu điểm của mối hàn kết cấu thép

• Kết cấu hàn tạo ra các mối nối có độ cứng lớn, đảm bảo khả năng chịu lực tốt.
• Các mối hàn có khả năng làm kín tốt, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ kín khít.
• Hàn tự động hóa trong các điều kiện phù hợp, từ đó tăng hiệu quả sản xuất.
• Quá trình hàn đơn giản, thuận tiện, có thể thực hiện trên nhiều loại cấu kiện khác nhau.

5.2. Nhược điểm của mối hàn kết cấu thép

• Nhiệt độ cao trong quá trình hàn có thể làm vùng thép gần mối hàn trở nên giòn, ảnh hưởng đến tính chất vật liệu.
• Nhiệt độ cao và quá trình làm nguội không đồng đều gây ra ứng suất dư, biến dạng trong kết cấu.
• Kết cấu hàn có độ cứng cao, nếu xuất hiện vết nứt cục bộ rất dễ lan rộng, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.
• Đối với các cấu kiện mỏng thì không dùng phương pháp hàn được vì có thể gây nóng chảy vật liệu chính.

6. Phân biệt thép cacbon và thép không gỉ

7. Lưu ý hàn một số loại thép

7.1. Thép có hàm lượng cacbon thấp, cường độ trung bình

• Tính hàn tốt, dễ hàn, không yêu cầu đặc biệt.
• Có thể hàn bằng nhiều phương pháp.
• Độ bền kéo khoảng 420 MPa.
• Que hàn tiêu biểu: Que hàn Kiswel KR-3000, Kobelco RB-26, Kim Tín KT-421, Việt Đức J421-VD.

7.2. Thép có hàm lượng cacbon thấp, cường độ cao

• Tương tự thép cường độ trung bình.
• Độ bền kéo khoảng 490 MPa.
• Que hàn và vật liệu hàn: Que hàn K7018, KK50LF, LB52, LB52-18, TIG T50, dây hàn lõi thuốc K-71T,... Lưu ý sử dụng vật liệu hàn phù hợp với mác thép.

7.3. Thép có hàm lượng cacbon trung bình

• Tính hàn trung bình đến kém, dễ bị nứt ở vùng ảnh hưởng nhiệt.
• Cần nung nóng cục bộ trước khi hàn để giảm nguy cơ nứt.
• Công suất ngọn lửa khi hàn thấp hơn so với thép cacbon thấp.
• Que hàn sử dụng: CB-15, CB-15T, CB-10T2, CB-08A, CB-08TA, thuốc hàn bôrắc (Na₂B₄O₇).
• Sau khi hàn, cần làm nguội chậm bằng phủ amiăng và xử lý nhiệt tùy theo yêu cầu.

7.4. Thép có hàm lượng cacbon cao

• Tính hàn rất kém, chỉ hàn khi sửa chữa, không sử dụng cho chế tạo mới.
• Cần nung nóng trước và giữ nhiệt trong khi hàn để tránh nứt.
• Lưu ý: Sử dụng hợp kim trong vật liệu hàn và xử lý nhiệt để khử Hydro, giảm nguy cơ nứt mối hàn.

7.5. Thép hợp kim thấp cacbon thấp

• Tính hàn tốt nhờ hàm lượng cacbon thấp, không cần gia nhiệt trước khi hàn.

7.6. Thép gió hoặc thép làm khuôn (Thép hợp kim cao)

• Cần gia nhiệt cao trước khi hàn, làm nguội chậm sau hàn.
• Kim loại vùng hàn thường có độ cứng thấp hơn kim loại cơ bản.
• Khó đạt các đặc tính như kim loại cơ bản.

7.7. Thép không gỉ (Inox)

• Loại Austenit phổ biến, chịu nhiệt, chống ăn mòn.
• Yêu cầu hàn nguội, làm lạnh nhanh để giữ đặc tính.
• Que hàn tiêu biểu: Que hàn inox KST-308 Kiswel, G-308 Kim Tín, KST-316L Kiswel, KST-310 Kiswel.

7.8. Thép Mangan Austenit

• Dễ hình thành hợp chất giòn ở nhiệt độ trên 300°C.
• Duy trì nhiệt độ thấp trong suốt quá trình hàn.
• Không gia nhiệt trước, làm nguội nhanh như thép không gỉ Austenit.

7.9. Hàn hai kim loại khác thành phần với nhau

• Yêu cầu kiểm soát nhiệt độ nung trước, trong, và sau khi hàn.
• Que hàn cần hòa tan được cả hai kim loại cơ bản.
• Que hàn sử dụng: KST-309L Kiswel.

Hàn thép là một kỹ thuật quan trọng, quyết định đến chất lượng và độ bền của kết cấu thép. Việc lựa chọn phương pháp hàn và tuân thủ các yêu cầu kỹ thuật phù hợp với từng loại thép sẽ đảm bảo mối hàn đạt hiệu quả tối ưu.

Chúng tôi hy vọng bài viết trên đã cung cấp cho bạn những thông tin hữu ích về hàn kết cấu thép. Đừng ngần ngại liên hệ với BMB Steel để được đội ngũ chuyên gia của chúng tôi hỗ trợ.