Công nghệ
Hàn trong đóng tàu




CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN TRONG ĐÓNG
TÀU
Năm 1802, viện sĩ V.V Petrốt phát hiện ra hồ quang điện.
Sau đó đến năm 1810, nh
à vật lý người Anh là Đêvi đã tiếp tục
nghiên cứu về hồ quang và chứng minh khả năng dùng hồ quang
điện l
àm nóng chảy kim loại. Đến năm 1882. N.N Bennađôxơ đã
s
ử dụng hồ quang điện làm nóng chảy kim loại và sử dụng hàn hồ
quang bằng cực than. Tiếp sau đó, N.G Slavianốp lại sử dụng hồ
quang để h
àn bằng que hàn thép và biết bảo vệ vùng hàn chống lại
các khí có hại: nitơ, ôxy.
Năm 1907, Kenbbécgơ (Thụy Điển) đ
ã tìm ra phương pháp

ổn định hồ quang v
à bảo vệ vũng hàn bằng cách bọc que hàn bằng
lớp thuốc bọc.
Trong một phần tư đầu thế kỷ XX, Liên Xô đã chế tạo nồi
hơi bằng phương pháp hàn, sau đó đến chế tạo t
àu thủy và các kết
cấu khác. Nhưng trong thời kỳ này, hàn hồ quang tay là chủ yếu.
Hàn hồ quang tay phát triển, người ta đã chế tạo que hàn bằng
nhiều loại thép và hợp kim có tính chất khác nhau để hàn các kết
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
cấu kim loại và hợp kim khác nhau. Năm 1928, Alecxanđerơ (Mỹ)
tìm ra phương pháp hàn hồ quang trong khí bảo vệ.
Năm 1929, người ta đ
ã tìm ra phương pháp hàn tự động dưới
lớp thuốc trong điều kiện thí nghiệm với thuốc hàn sử dụng là hỗn
hợp của than gỗ, tinh bột, mùn cưa và bồ hóng. Hàn tự động ra đời
đ
ã tăng được công suất hồ quang, bảo vệ được vùng hàn tốt, do
vậy nâng cao được chất lượng mối hàn và tăng năng suất của quá
trình hàn, đồng thời cải thiện được điều kiện làm việc cho người
thợ hàn. Nhờ vậy mà hàn tự động phát triển một cách nhanh chóng
cả về công nghệ và thiết bị.
Sau chiến tranh Thế giới thứ hai, cùng với hàn tự động dưới
lớp thuốc, phương pháp hàn trong môi trường khí bảo vệ (MIG:
Metal Inert Gas; MAG: Metal Active Gas) cũng phát triển và nó
được sử dụng để hàn một số kim loại có tính hàn kém.
Năm 1949 đã ra đời phương pháp hàn nóng chảy đặc biệt –
hàn điện xỉ. Hàn điện xỉ ra đời có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong
công nghệ chế tạo nồi hơi, thiết bị cán, trục tuốc bin thủy lực cỡ
lớn và các sản phẩm cỡ lớn khác. Sau đó hàng loạt các phương

pháp hàn khác ra đời: hàn bằng tia laser, hàn bằng siêu âm,…
Gi
ải quyết khó khăn của việc lắp ghép các phân đoạn, kết cấu
lại với nhau cũng là một vấn đề quan trọng mà chúng ta đã cố gắng
tìm cách sao cho công nghệ lắp ghép là hiện đại, chính xác và hiệu
qu
ả nhất để trong quá trình sử dụng an toàn cho con tàu và cho con
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
người. Đến nay chúng ta có thể khẳng định rằng công nghệ hàn đã
thay th
ế cho các phương pháp lắp ghép khác mà một thời gian dài
đã kìm hãm sự phát triển của ngành công nghiệp đóng tàu với lý
do không đảm bảo độ kín, độ bền kết cấu theo yêu cầu hàng hải.
Theo nhu cầu phát triển kinh tế ngày càng có nhiều nhà máy đóng
tàu cùng với nhiều mẫu tàu với tải trọng lớn được thiết kế và đóng
mới, việc đóng và sửa chữa có nhiều yêu cầu về công nghệ hàn. Vì
trên su
ốt chiều dài con tàu thì hàn kim loại được sử dụng là chủ
yếu của quá trình lắp ghép.
Trải qua một thời gian dài kiểm chứng bằng việc sử dụng tàu
trong th
ực tế thì công nghệ hàn dần như đã khẳng định được vị trí
quan trọng của mình trong ngành công nghiệp đóng tàu. Đáp ứng
đầy đủ các y
êu cầu mà tổ chức an toàn hàng hải đặt ra, có thể hàn
ở mọi vị trí cũng như các tư thế mà hầu như chỉ có đặc thù của
ngành đóng tàu mới có. Theo số liệu thống k
ê nếu cùng kết cấu mà
dùng các phương pháp ghép nối khác nhau thì hàn có thể tiết kiệm
từ 10-20% khối lượng kim loại. Đặc biệt có thể hàn các kim loại

khác nhau mà đảm bảo mối hàn kín khít, có độ bền cao, giảm được
nguyên công lao động.
Chúng ta không phủ nhận hoàn toàn sự cần thiết của các
phương pháp lắp ghép khác. Nhưng chúng ta có thể khẳng định
công nghệ hàn đã và đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
nhà máy đóng và sửa chữa tàu thủy trên toàn thế giới cũng như ở
đất nước chúng ta hiện nay.
Có hai phương pháp hàn chính là hàn nóng chảy v
à hàn áp
l
ực. Trong ngành công nghiệp đóng tàu chỉ sử dụng phương pháp
hàn áp lực
Một số loại công nghệ hàn được sử dụng phổ biến trong
ngành đóng tàu:
1. Hàn hồ quang tay;
2. Hàn khí;
3. Hàn h
ồ quang bán tự động trong môi trường khí bảo vệ
(MIG: Metal Inert Gas; MAG: Metal Active Gas);
4. Hàn h
ồ quang tự động dưới lớp thuốc;
5. Hàn hồ quang bán tự động dưới lớp thuốc.
Các nguyên công trong quy trình công nghệ đóng tàu:
1. Chu
ẩn bị sản xuất; 6. Lắp ráp;
2. Phóng dạng; 7. Hàn;
3. Khai tri
ển; 8. Lắp ráp trên đà, ụ;
4. Gia công chi tiết; 9. Sơn;

5. Hạ liệu, lấy dấu; 10. Hạ thủy.
Trong các nguyên công trên thì hàn là nguyên công cực kỳ
quan trọng trong quy trình công nghệ sử dụng trong đóng tàu, nó
chi
ếm phần lớn khối lượng công việc và thời gian của toàn bộ quy
trình công nghệ.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 2:
KÝ HIỆU TIÊU CHUẨN CỦA
MỘT SỐ NƯỚC VỀ MỐI HÀN
1.2.1 Tiêu chuẩn Anh BS.4871
Theo tiêu chuẩn này, các tư thế hàn cơ bản khi hàn hồ quang được
ký hiệu như sau:
Hàn sấp: D
Hàn ngang: X
Hàn đứng từ dưới lên: Vu
Hàn đứng từ trên xuống: Vd
Hàn tr
ần: O
Các tư thế hàn khác cũng được quy định như sau:
Mối hàn (1G, 1F) cho tư thế hàn D
M
ối hàn (2G, 2F) cho tư thế hàn X
M
ối hàn (4G, 3F) cho tư thế hàn O
M
ối hàn (3G, 3F) cho tư thế hàn Vu và Vd
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
1.2.2 Tiêu chuẩn Nhật JIS Z3201

Các ký hiệu mối hàn trên bản vẽ được biểu thị trên bảng 1-1.
Bảng 1-1. Ký hiệu mối hàn trên bản vẽ theo tiêu chuẩn
Nhật JIS Z3201
No Kiểu mối hàn Kiểu mối hàn
1
2
3
4
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
5
6
7
8
9
10
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
1.2.3 Tiêu chuẩn Mỹ ASME, AWS D11 – 92
Vị trí hàn được minh họa trên hình 1-1. Vị trí hàn được nhận
(A)
(B)
(C)
Điện cực
Mối hàn
Tr
ục hàn
a) Hàn s
ấp (1G) b) Hàn ngang (2G) c) Hàn đứng (3G) d) Hàn ngửa (4G)
Điện cực
Mối hàn

a) Hàn s
ấp (1F) b) Hàn ngang (2F) c) Hàn đứng (3F) d) Hàn ngửa (4F)
a) Tư thế quay ngang (1GR) b) Tư cố định ngang (5G)
c) Tư thế đứng (2G)
d) Tư thế nghi
êng (6G)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
biết trong dấu ngoặc.
Hình 1-1. Các vị trí mối hàn theo tiêu chuẩn ASME
A- Vị trí mối hàn giáp mối vát mép
B- Vị trí mối hàn góc không vát mép
C
-
V
ị trí h
àn
ống (theo ti
êu chu
ẩn AWS A3.0
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Chương 3:
GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.3.1 Lựa chọn phương pháp hàn tự động
Phương pháp hàn tự động tuy chưa được sử dụng phổ biến
trong cuộc sống như hàn hồ quang que tay, hàn TiG . Nhưng
trong ngành công nghiệp đóng tàu thì nay đã được sử dụng khá
phổ biến song song sự có mặt của các loại hàn khác. Có thể nói
phương pháp hàn tự động l
à chìa khoá kết nối công nghệ cho quá

trình sản xuất, khẳng định vị thế của công nghệ hàn đặc biệt là
trong l
ĩnh vực đóng và sửa chữa tàu thủy.
Đóng tàu là n
gành công nghiệp nặng, do tàu làm việc trong
điều kiện rất khắc nghiệt nhất đối với các nh
à máy sửa chữa tàu
nên đòi hỏi người công nhân làm việc rất tập trung và đòi hỏi thao
tác độ chính xác cao, th
ì giờ đây với phương pháp hàn này, có thể
nói nó đ
ã giải phóng gần như hoàn toàn các thao tác trong quá
trình hàn cho người công nhân, cải thiện đáng kể điều kiện làm
vi
ệc của người thợ hàn, chất lượng hàn cao và nó là điểm nhấn
trong sự phát triển của công nghệ hàn. Chính vì vậy nên phương
pháp hàn tự động đã nâng cao được năng suất lao động trong sản
xuất.
Mối hàn trong ngành đóng tàu cần phải đảm bảo đầy đủ các
yêu cầu của tổ chức hàng hải. Với phương pháp hàn tự động thì
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
dòng kim loại nóng chảy giờ đây không còn bị ảnh hưởng của các
khí như: O
2
hay N
2
vì bể hàn được bảo vệ bởi thuốc hàn. Ngoài ra
phương pháp hàn tự động được sử dụng rộng rãi hiện nay là vì.
 Nhiệt lượng của hồ quang rất tập trung và nhiệt độ rất
cao, do vậy khi hàn dưới lớp thuốc cho phép hàn với dòng điện lớn

và tốc độ nhanh.
 Hàn dưới lớp thuốc cho chất lượng mối hàn cao, mối
hàn đều, đẹp.
 Giảm tiêu hao kim loại và điện năng.
 Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
 Điều kiện lao động tốt.
Hiện nay ở nước ta, phương pháp hàn tự động chỉ thực hiện
các mối hàn ở tư thế 1G và 1F, nhưng có thể nói trong tương lai
gần phương pháp hàn này sẽ thực hiện được mối hàn ở tất cả các tư
thế.
Trong ngành công nghiệp đóng tàu hiện nay, khối lượng các
đường h
àn tự động dưới lớp thuốc chiếm khoảng 10%, hàn CO
2
khoảng 40%, còn lại là hàn hồ quang tay nhưng trong một vài năm
tới tỷ lệ này sẽ là: hàn tự động dưới lớp thuốc chiếm khoảng 30%,
hàn CO
2
là 50 ÷ 60%, khi đó hàn hồ quang tay chỉ còn 10% ÷
20%. Hàn h
ồ quang tự động dưới lớp thuốc mở ra sự phát triển
mới cho ngành công nghiệp đóng tàu nước ta đem lại năng suất lao
động cao v
à hiệu quả sản xuất lớn. Vì vậy mà hàn tự động dưới lớp
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
thuốc đang là sự lựa chọn hàng đầu của một số nhà máy đóng tàu
có quy mô lớn và hiện đại ở Việt Nam.
1.3.2 Nội dung nghiên cứu
Sự có mặt của công nghệ hàn, trong các ngành công nghiệp
nó như điểm đánh dấu cho sự phát triển của ng

ành công nghiệp
hoá, hiện đại hoá của đất nước.
Đối với ng
ành công nghiệp đóng tàu nó cũng có đặc thù
riêng. Trên su
ốt chiều dài tàu ta luôn gặp các chi tiết kết cấu được
liên kết với nhau bằng công nghệ hàn. Từ hàn bằng, hàn trần hay
hàn đứng m
à ít khi chúng ta có thể gặp được một ngành công
nghi
ệp nào mà có đầy đủ các tư thế hàn đa dạng và phức tạp như
vậy. Chính điều này tạo ra các khó khăn cho công việc lắp ghép và
đặc biệt là việc thực hiện công nghệ hàn.
V
ới thời gian cho phép thì nội dung nghiên cứu của đề tài là:
tìm hi
ểu, ghiên cứu công nghệ hàn tự động và thiết kế một quy
trình công nghệ hàn tự động sử dụng trong chế tạo tàu vỏ thép.
Nội dung của đề tài gồm các vấn đề sau:
1. Đặt vấn đề
2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp hàn tự động dưới lớp
thuốc
3. Thiết kế quy trình công nghệ hàn tự động
4. Thảo luận kết quả.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
CHƯƠNG 4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG
PHÁP HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP

THUỐC
2.1 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN
2.1.1 S
ự tạo thành mối hàn
1) Khái niệm về mối nối hàn, mối hàn
Mối nối được thực hiện bằng hàn gọi là mối nối hàn. Mối nối
hàn là mối nối liền không tháo rời được.
Vị trí nối các chi tiết gọi là mối hàn
Trong hàn nóng ch
ảy mối nối hàn gồm:
Hình 2-1. Mối nối hàn
a) Mối hàn)
Mối hàn gồm: kim loại cơ bản và kim loại điện cực (que
hàn) sau khi nóng chảy kết tinh tạo thành.
b) Vùng tiệm cận mối hàn)
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Vùng kim loại cơ bản được nung nóng từ nhiệt độ 100
o
C
đến nhiệt độ gần nhiệt độ nóng chảy.
c) Kim loại cơ bản
Vùng kim loại không bị tác dụng của nhiệt trong qua trình
hàn.
2) Sự tạo thành bể hàn
Khi hàn nóng chảy, dưới tác dụng của nguồn nhiệt làm cạnh
hàn và kim loại phụ nóng chảy tạo nên bể kim loại lỏng. Bể kim
loại đó gọi là bể hàn hay vũng hàn.
Trong qua trình hàn, ngu
ồn nhiệt dịch chuyển theo kẻ hàn,
đồng thời bể hàn cũng dịch chuyển theo. Bể hàn được chia làm hai

ph
ần: phần đầu và phần đuôi.
Hình 2-2. Bể hàn
a) Phần dầu bể hàn
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Ở phần này xảy ra quá trình nóng chảy của kim loại cơ bản và kim
lo
ại điện cực. Theo sự dịch chuyển của nguồn nhiệt, tất cả các kim
loại ở phía trước bị nóng chảy.
b) Phần đuôi bể hàn
Ở phần này xảy ra quá trình kết tinh của kim loại lỏng bể hàn
để tạo nên mối hàn.
Trong quá trình hàn, kim lo
ại lỏng trong bể hàn luôn chuyển động
và xáo trộn không ngừng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong
bể hàn là do tác dụng của áp lực dòng khí lên bề mặt kim loại lỏng
và do tác dụng của lực điện từ, làm cho kim loại lỏng trong bể hàn
b
ị đẩy về phía ngược với hướng chuyển dịch của nguồn nhiệt và
t
ạo nên chỗ lõm trong bể hàn.
Hình d
ạng và kích thước của bể hàn phụ thuộc vào:
- Công su
ất của nguồn nhiệt.
- Chế độ hàn.
- Tính ch
ất lý nhiệt của kim loại vật hàn.
Hình d
ạng của bể hàn được đặc trưng bởi các đại lượng:

Hình 2-3. Hình dạng và kích thước của bể hàn
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
b- Chiều rộng bể hàn
h- Chi
ều sâu nóng chảy
l- Chiều dài bể hàn
T
ỷ số giữa chiều rộng và chiều dài bể hàn gọi là hệ số hình
d
ạng của bể hàn:
 = b/l
Hệ số hình dạng của bể hàn có ảnh hưởng lớn đến quá trình kết
tinh, do đó ảnh hưởng đến chất lượng mối h
àn. Nếu b/l lớn (bể hàn
r
ộng) thì điều kiện kết tinh tốt, sau khi kết tinh nhận được mối hàn
có ch
ất lượng cao. Ngược lai, nếu b/L nhỏ thì sau khi kết tinh có
thể gây ra nứt ở trục mối hàn.
3) Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực vào bể hàn
Sự dịch chuyển của kim loại lỏng từ điện cực và bể hàn
không nh
ững ảnh hưởng đến sự tạo thành mối hàn, mà còn ảnh
hưởng đến th
ành phần và chất lượng mối hàn.
Khi hàn h
ồ quang tay, dù hàn bằng phương pháp nào và hàn
ở bất kỳ vị trí n
ào thì kim loại lỏng cũng đều chuyển dịch từ que
hàn vào bể hàn dưới dạng những giọt kim loại có kích thước khác

nhau. Sự chuyển dịch của kim loại lỏng từ que hàn vào bể hàn là
do các y
ếu tố sau:
a) Trọng lực của giọt kim loại lỏng
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Những giọt kim loại được hình thành ở mặt đầu que hàn,
dưới tác dụng của trọng lực sẽ dịch chuyển từ trên xuống dưới theo
phương thẳng đứng v
ào bể hàn.
L
ực trọng trường chỉ có tác dụng làm chuyển dịch các giọt
kim loại lỏng vào bể hàn khi ở vị trí sấp, còn khi hàn ngửa yếu tố
này hoàn toàn không thuận lợi.
b) Sức căng bề mặt
Sức căng bề mặt sinh ra do tác dụng của lực phân tử. Lực
phân tử luôn có khuynh hướng tạo cho bề mặt kim loại lỏng có một
năng lượng nhỏ nhất, tức l
à làm cho bề mặt kim loại lỏng thu nhỏ
lại. Muốn vậy thì những giọt kim loại lỏng phải có dạng hình cầu.
Những giọt kim loại lỏng hình cầu chỉ mất đi khi chúng rơi vào bể
hàn và bị sức căng bề mặt của bể hàn kéo vào thành dạng chung
của nó.
c) Lực từ trường
Dòng điện khi đi qua điện cực sẽ sinh ra một từ trường. Lực
của từ trường này ép lên que hàn làm cho ranh giới giữa phần rắn
và phần lỏng của que hàn bị thắt lại.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Hình 2- 4. Tác dụng của lực từ trường ép lên que hàn
Do bị thắt lại nên diện tích tiết diện ngang tại chỗ đó giảm,
làm mật độ và cường độ của lực từ trường mạnh lên. Mặt khác, tại

chỗ thắt do có điện trở cao nên nhiệt sinh ra lớn, làm kim loại
nhanh chóng đạt đến trạng thái sôi
và tạo ra áp lực lớn đẩy các giọt
kim loại lỏng vào bể hàn.
L
ực từ trường có khả năng làm chuyển dịch các giọt kim loại
lỏng từ đầu que hàn vào bể hàn ở mọi vị trí.
d) Áp lực khí
Khi hàn, kim loại lỏng ở đầu que hàn bị quá nhiệt mạnh và
sinh ra khí.
Ở nhiệt độ cao, thể tích của khí tăng và tạo ra áp lực
lớn đủ để đẩy các giọt kim loại lỏng tách khỏi đầu que hàn để đi
vào bể hàn.
2.1.2 Tổ chức kim loại của mối hàn
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Sau khi hàn, kim loại lỏng trong bể hàn kết tinh để tạo thành
m
ối hàn. Vùng kim loại xung quanh mối hàn do bị ảnh hưởng của
nhiệt nên có sự thay đổi về tổ chức và tính chất. Vùng đó gọi là
vùng
ảnh hưởng nhiệt.
Nghiên cứu tổ chức mối hàn của thép cácbon thấp thấy chúng
có các phần riêng với tổ chức khác nhau.
1) Vùng mối hàn
Trong vùng mối hàn kim loại nóng chảy hoàn toàn, khi kết
tinh có tổ chức tương tự như tổ chức thỏi đúc. Thành phần và tổ
chức kim loại mối hàn khác với kim loại cơ bản và kim loại điện
cực.
Hình 2-5. Tổ chức kim loại của mối hàn
a) Vùng ngoài cùng

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -