so_4_2014_25_ngo_hung_833

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản

Số 4/2014

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC
ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI TRONG KẾT CẤU TÀU THÉP
THE ASSESSMENT EFFECTS ON SUBMERGED - ARC WELDING MODES
TO THE STRENGTH OF BUTTED PLATE IN STEEL SHIP
Ngô Hùng1, Huỳnh Văn Vũ2
Ngày nhận bài: 18/3/2014; Ngày phản biện thông qua: 06/5/2014; Ngày duyệt đăng: 01/12/2014

TĨM TẮT
Bài báo cơng bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc lựa chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc (chỉ xét ba thông
số là cường độ dòng điện I, điện áp hàn U và vận tốc hàn V) đến độ bền mối hàn kết cấu tấm giáp mối trong tàu thép. Thông
qua kết quả kiểm tra độ bền của 21 loạt mẫu thí nghiệm mối hàn giáp mối theo quy định của Quy phạm TCVN 6259-6:2010
với các chế độ hàn khác nhau được tính tốn bằng lý thuyết, kết luận rằng chế độ hàn với cường độ dòng điện I = 1000(A),
điện áp U = 35(V) và vận tốc hàn V = 27(m/h) cho kết quả tốt nhất.
Từ khóa: chế độ hàn, hàn tự động dưới lớp thuốc, thông số hàn

ABSTRACT
This paper performs the result of effects on submerged-arc welding modes (including three parameters: amperage
welding I, voltage welding U and velocity welding V) to the strength of butted plate in steel ship. Through the strength
testing of specimens according to the rule TCVN 6259-6:2010, the 21 experiment specimens conducted by submerged-arc
welding with some different modes, it concludes that the welding mode (amperage welding I = 1000(A), voltage welding
U = 35(V) and velocity welding V = 27(m/h)) is the best.
Keywords: welding mode, submerged-arc welding, welding parameters
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ hàn là một trong các lĩnh vực phức
tạp, cần phải có sự phối hợp của các lĩnh vực khoa

học khác như: Vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí,
tự động hóa, kỹ thuật điện và điện tử. Chính vì
thế chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu
tố khách quan, chủ quan trong khi chế tạo các sản
phẩm bằng phương pháp hàn. Trong các phương
pháp hàn khác nhau, các yếu tố cơng nghệ cũng có
những ảnh hưởng rất khác nhau. Công nghệ hàn hồ
quang dưới lớp thuốc hay cịn gọi là hàn hồ quang
chìm SAW là phương pháp hàn dây điện cực nóng
chảy dưới lớp thuốc bảo vệ đã được sử dụng ở các
nước có nền công nghiệp phát triển [1].
Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc (SAW)
được ứng dụng rộng rải ở các nước phát triển [2, 6].
Tuy nhiên ở Việt Nam nói chung và trong các nhà
máy đóng tàu nói riêng và đặc biệt là trong các cơ sở
1
2

dạy nghề, công nghệ này của tỉnh Khánh Hịa ít
được chú trọng, bước đầu có tính thăm dị, chưa
hình thành quy trình ổn định và phát triển mạnh. Vì
vậy phương pháp hàn hồ quang tự động dưới lớp
thuốc phát triển mạnh khi ngành công nghiệp đóng
tàu trong nước phát triển.
Việc lựa chọn chế độ hàn trước đây chủ yếu
dựa theo yêu cầu của nhà sản xuất hoặc chí ít cũng
là kinh nghiệm được du nhập từ những nước có
nền đóng tàu phát triển và cá biệt có những trường
hợp khơng được coi trọng. Điều này rõ ràng chưa
phù hợp với điều kiện môi trường, con người, thiết

bị,… tại Việt Nam và ảnh hưởng không tốt đến chất
lượng sản phẩm.
Sau thời gian tham gia trực tiếp sản xuất, đào
tạo công nhân hàn qua đặt hàng của các cơ sở
đóng tàu trong việc cung cấp nguồn nhân lực về vấn
đề này và qua tìm hiểu những nghiên cứu trước,

Ngô Hùng: Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2011 - Trường Đại học Nha Trang
TS. Huỳnh Văn Vũ: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 149


Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản
nhận thấy việc lựa chọn các chế độ hàn hợp lý
nhằm đảm bảo chất lượng các mối hàn chưa được
đặt ra và quan tâm một cách đúng mức. Đặc biệt
trong những trường hợp hàn có yêu cầu chất lượng
cao như hàn các kết cấu tàu thép.
Chính vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của
các thông số công nghệ đến chất lượng, tạo dáng
mối hàn và quá trình hàn là việc làm cần thiết và
cấp bách. Dựa trên các tài liệu đã có trong nước và
nước ngoài, của các hãng thiết bị hàn trên thế giới
đã thu thập và tập hợp được các thơng số tối ưu về
lý thuyết, từ đó bằng thực nghiệm nghiên cứu trên
các mẫu tác giả tiến hành lựa chọn được các thông
số thực nghiệm cho phù hợp với điều kiện của Việt
Nam. Trong quá trình hàn khi khảo sát một yếu tố
thì các yếu tố khác được giữ ngun. Từ đó cho các

yếu tố đầu ra: hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn
và biến dạng hàn.

Hình 1. Quy cách tấm hàn thử nghiệm

Phương pháp hàn là hồ quang tự động dưới
lớp thuốc SAW, với máy hàn hiệu KOBELCO,
số hiệu DW-S43G của Việt Nam sản xuất, dây
hàn thép cacbon AWS-A5.17-EH14 đường kính
F4.0mm, thuốc bảo vệ AN-348-A của Nga sản
xuất. Quá trình hàn thử nghiệm được tiến hành tại
xưởng Cơ khí của Trường Trung cấp nghề Ninh
Hịa, kiểm tra độ bền uốn, kéo của kim loại cơ bản

Hình 3. Biểu đồ lực kéo – giãn dài thép cơ bản

150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Số 4/2014
Dựa trên các kết quả thí nghiệm đánh giá được
rằng khi các thơng số hàn thay đổi thì hình dạng mối
hàn, độ bền mối hàn và biến dạng hàn thay đổi thế
nào, dẫn đến cơ tính của chúng bị tác động ra sao.
Từ đó đi đến kết luận về việc lựa chọn các thông số
cơ bản của công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc
SAW một cách tối ưu, để đảm bảo chất lượng mối
hàn tốt nhất áp dụng trong đào tạo và sản xuất tại
Việt Nam.
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là ảnh hưởng của ba
thơng số cường độ dịng điện hàn I(A), điện áp hàn
U(V), tốc độ hàn V(m/h) đến chất lượng mối hàn
giáp mối của tấm kết cấu tàu thép theo quy định của
Quy phạm TCVN 6259-6:2010 (hình 1) [7].

Hình 2. Vị trí cắt mẫu kiểm tra độ bền

và các mẫu thử mối hàn tại phịng thí nghiệm cơ
tính của Viện Chế tạo tàu thủy - Trường Đại học
Nha Trang.
Tấm phôi thép nguyên liệu AH-36 được xác
định độ bền kéo như hình 3 (ứng suất kéo lớn nhất
σU= 545 kN/mm2, ứng suất chảy σY= 366 kN/mm2,
độ giãn dài Dl = 26.7%) và độ bền uốn như hình 4
(lực uốn lớn nhất Fm=56.59 kN).

Hình 4. Biểu đồ lực uốn – giãn dài thép cơ bản


Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản

Số 4/2014

và khả năng tài chính cho phép thì việc kiểm tra tất
2. Phương pháp nghiên cứu
cả các mẫu là tốt nhất, tuy nhiên ở đây chỉ chọn
Chọn chế độ hàn ứng với thép AH-36 có chiều
những phơi hàn tốt nhất theo kiểm tra sơ bộ chất
dày 16mm, đặt tên là loạt mẫu X1 có các thơng số

lượng bên ngồi để giảm bớt thời gian, kinh tế,
cụ thể là I = 1000(A), U = 35(V), V = 27(m/h) [1, 3].
công sức thực nghiệm và cũng thỏa mãn điều kiện
Sau đó thay đổi giá trị của ba thông số bằng cách
quy hoạch thực nghiệm.
tăng lên hoặc giảm đi 20% so với giá trị tiêu chuẩn
Phôi sau khi lựa chọn được cắt thành các mẫu
ở trên, được đặt tên từ loạt mẫu X2 đến X7. Lần lượt
thử tiêu chuẩn theo các vị trí quy định như hình 2
các giá trị của các thơng số tương ứng với nhóm
để xác định các thơng số độ bền như ứng suất kéo
mẫu hàn thực nghiệm được trình bày ở bảng 1.
lớn nhất, ứng suất chảy, lực uốn lớn nhất, biến dạng
Với mỗi loạt mẫu Xi tiến hành hàn 3 phơi (Mj, Mj+1,
dài, … Chẳng hạn hình ảnh phôi lựa chọn để thử
Mj+2) vào các thời điểm khác nhau, sau đó lựa chọn
nghiệm của loạt mẫu X1 (để đơn giản gọi là mẫu X1)
1 phơi có hình dạng tốt nhất đem phân tích đánh
giá. Tất nhiên nếu điều kiện thời gian thí nghiệm
như hình 5.
Bảng 1. Chế độ hàn của 21 mẫu thử nghiệm
TT

I (A)

U (V)

V (m/h)

1000

35

27

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

1200

35

27

800

35

27

1000

42

27

1000

28

27

1000

35

32.4

1000

35

21.6

Tên mẫu

M1
M2

M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
M11
M12
M13
M14
M15
M16
M17
M18
M19
M20
M21

Loạt mẫu

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

Hình 5. Phơi lựa chọn để thử nghiệm của loạt mẫu X1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 151


Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản

Số 4/2014

Kết quả thử nghiệm độ bền của mẫu X1 so với giá trị của tấm thép cơ bản như bảng 2. Rõ ràng các giá trị
về độ bền của mối hàn ở mẫu X1 đều tốt hơn vật liệu cơ bản, điều đó chứng tỏ rằng chế độ hàn của mẫu X1
đạt yêu cầu.
Bảng 2. So sánh giá trị độ bền của mẫu X1 với kim loại cơ bản
Đại lượng

Ứng suất kéo (MPa)

Lực uốn (kN)

Ứng suất chảy (MPa)

Độ giãn dài (%)

Mẫu kim loại cơ bản (KLCB)

545

56.59

366

26.7

Mẫu thử X1 (MT)

540

56.50

360

28.4

Tên

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Sau khi thực hiện xác định các thông số độ bền từ các mẫu thử cắt từ các phôi lựa chọn của loạt mẫu X1
đến X7 nêu trên, kết quả thực nghiệm được tổng hợp ở bảng 3 như sau:
Bảng 3. Tổng hợp kết quả độ bền của các mẫu thí nghiệm
Loạt mẫu

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

r (mm)
Chiều rộng mối hàn

30

35

25

40

25

23

35

h (mm)
Chiều cao mối hàn

3

3

4

1.5

5

5

4.5

σU (kN/mm2)
Ứng suất kéo lớn nhất

540

532

435

532

435

532

465

σY (kN/mm2)
Ứng suất chảy

360

355

303

355

303

355

303

Fm (kN)
Lực uốn

56.50

45.75

28.63

52.92

45.75

45.75

52.92

∆l (%)
Độ giãn dài

28.4

26.7

27.5

26.7

27.5

26.7

27.5

I (A)
Cường độ dòng điện

1000

1200

800

1000

1000

1000

1000

U (V)
Điện áp hàn

35

35

35

42

28

35

35

V (m/h)
Vận tốc hàn

27

27

27

27

27

32.4

21.6

Từ kết quả ở bảng 3, so với giá trị độ bền của

ứng với các mẫu X2 đến X7 đều không đạt yêu cầu.

vật liệu cơ bản (σU= 545 kN/mm2, σY= 366kN/mm2,

Ngoài ra, từ bảng 3, có thể biểu diễn mối tương

∆l = 26.7%, Fm= 56.59 kN), có thể nhận thấy rằng độ

quan giữa các thông số U, I, V với các thông số hình

bền tại vị trí mối hàn của các mẫu từ X2 đến X7 đều

học r, h, ∆l của 7 mẫu lựa chọn như đồ thị hình 6 và

nhỏ hơn. Điều đó chứng tỏ rằng chế độ hàn tương

các thơng số độ bền σU, σY, Fm như đồ thị hình 6.

152 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG


Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản

Số 4/2014

Hình 6. Mối tương quan giữa U, V với các thông số hình học r, h, ∆l

Qua đồ thị ở hình 7, nhận thấy rằng:
- Mẫu X1 có độ giãn dài lớn nhất, chứng tỏ độ
dẻo dai của mẫu thử tốt nhất.
- Khi tăng điện áp hàn U thì chiều rộng mối hàn r

tăng theo, chiều cao mối hàn h giảm đi (mẫu X4) và
ngược lại (mẫu X5).
- Khi tăng vận tốc hàn V thì chiều rộng mối hàn
r giảm (mẫu X6) và ngược lại (mẫu X7).

Hình 7. Mối tương quan giữa U, I, V với các thông số độ bền σU, σY, Fm

Qua đồ thị ở hình 6, nhận thấy rằng:

IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

- Mẫu X1 có độ bền lớn nhất.

1. Kết luận

- Khi tăng điện áp hàn U hoặc tốc độ hàn V thì

Như vậy, qua tính toán lý thuyết để xác định các

độ bền mối hàn tăng lên (mẫu X4, X6) và ngược lại

thông số của chế độ hàn tiêu chuẩn, sau đó dùng

(mẫu X5, X7), tuy nhiên vẫn không đạt độ bền như

thực nghiệm để hàn các loạt phôi mẫu bằng cách

mẫu X1.

thay đổi các thơng số đã có trong phạm vi 20%,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 153

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản
có thể nhận thấy rằng chế độ hàn hợp lý nhất là mẫu
X1, hay với loại thép đóng tàu AH-36 có kích thước
bề dày t = 16 (mm) thì chọn các thơng số của chế
độ hàn là:
+ Cường độ dòng điện I = 1000(A);
+ Điện áp hàn U = 35(V);
+ Vận tốc hàn V = 27(m/h).
Rõ ràng so với số liệu về chế độ hàn được cung
cấp bởi nhà sản xuất cũng như quy định của Đăng
kiểm là cả một miền hay một khoảng giá trị nào đó,
tác giả đã xác định được thông số cụ thể của chế độ
hàn tối ưu ứng với các điều kiện cụ thể tại trường
Trung Cấp Nghề Ninh Hòa và điều kiện sản xuất tại
Nhà máy Tàu biển Hyundai – Vinashin.
2. Kiến nghị
Sau khi nghiên cứu lý thuyết, thực
nghiệm, khảo sát thực tế tại Nhà máy tàu biển
Hyundai - Vinashin và q trình đào tạo cơng nhân
hàn của Trường Trung cấp Nghề Ninh Hòa trong
việc ứng dụng quy trình hàn tự động dưới lớp thuốc,
có một số các lưu ý như sau:
- Khi sử dụng máy hàn cần phải thử và đối
chiếu với các thông số của nhà sản xuất quy định.
- Nguồn điện hàn phải dùng bộ chỉnh lưu điện
áp một chiều DC không đổi.

Số 4/2014
- Về chế độ hàn, phải chọn đúng các thông số
tối ưu là mật độ dòng điện trên một đơn vị diện tích

dây điện cực với thép các bon 900(A/mm2).
- Điện áp hồ quang hàn không đổi và nằm trong
dải cho phép từ (34 -36)V.
- Vận tốc hàn tối ưu 27m/h.
- Tầm với điện cực chọn 105 mm.
- Dùng thuốc hàn nóng chảy và phải được sấy
ở 9300C.
Về phương pháp chuẩn bị mối hàn, cần phải
tuân thủ theo những quy tắc sau:
- Khe hở giữa 2 chi tiết phải đảm bảo nhỏ nhất
và đều suốt chiều dài đường hàn.
- Cắt vát cạnh mép hàn phải bằng mỏ cắt hoặc
trên máy cắt cơ khí.
- Hai bên chiều rộng mối hàn 25 - 25mm phải
được làm khô và làm sạch sơn, dầu mỡ và các tạp
chất khác.
- Hàn đính phải dùng que hàn tốt hoặc hàn
MIG/ MAG chất lượng cao, chiều dài hàn đính
65mm, khoảng cách các đoạn hàn đính khơng xa
q 500mm, ở đầu và cuối đường hàn đính phải
hàn các tấm phụ: tấm phụ ở đầu đường hàn dài
150mm, tấm phụ ở cuối đường hàn dài 90mm,
chiều rộng tấm phụ 100mm.
- Đối với các mối ghép hàn đấu mí có chiều dày
lớn hơn 15mm cần phải dùng kỹ thuật lót.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Nguyễn Văn Thông, 2000. Vật liệu và công nghệ hàn. NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.

2.

Structural welding code-steel. AWS D1.1/D1.1M:2004. American welding Socciety 550N.W. LeJeune Road, Mimami,
Florida 33126.

3.

Gas Metal Arc Welding Guidelines. Editor:JeffNadzam, senior Application Engineer. Request E205Sefety. 2345Murphy Blvd,
Gainesville, Georgia 30504U.S.A. Phone: 1-800-241-0804. Fax(770)535-0544. WebSite:www.Harriscal.com.Booklet:www.
Lincolnelectric.com/pdfs/products/literature/e205.pdf

4.

Leonard P.connor, 2009. Welding Handbook Vol.1,2,3 Americal Welding Society. Miami.

5.

Dupont J.N and Marder, 2005. The Efficiency of ARC Welding Procecces, Welding journal December.

6.

ESAB: 2011. Repair and Maintenace Welding Handbook. GOTEBORGS SWEDEN.

7.

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6259-6:2010, Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, Phần 6: HÀN. Hà Nội.

154 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG