Giáo trình tính toán kết cấu hàn (nghề hàn cđlt)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN
NGHỀ: HÀN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LIÊN THÔNG
Ban hành kèm theo Quyết định số:......./ QĐ-CĐCG ngày…...tháng…..năm 2022
của Trường Cao Đẳng Cơ Giới

Quảng Ngãi ,năm 2022

(Lưu hành nội bộ)


1

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng nguyên
bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành
mạnh sẽ bị nghiêm cấm.


2

LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, trước sự phát triển ngày càng cao của khoa học và kỹ thuật.
Nước ta đang trên đường cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Trong sự phát triển chung
của các ngành kinh tế, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp
ứng nhu cầu xã hội. Chương trình khung quốc gia nghề hàn đã được xây dựng trên cơ sở phân

tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun. Để tạo điều kiện thuận lợi cho các
cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo theo các
môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay.
Để đáp ứng cho sự phát triển đó là việc cung cấp đầy đủ đội ngũ công nhânlành nghề.
Đào tạo đội ngũ công nhân kỹ thuật Hàn lành nghề với kiến thức và tay nghề vững vàng, nhằm
nắm bắt được các công nghệ hàn tiên tiến hiện nay của thế giới đang trở nên cấp bách.Với mục
tiêu “Chất lượng đào tạo là mục tiêu hàng đầu”.
Nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát
chương trình khung .Vì vậy giáo trình Tính tốn kết cấu hàn được biên soạn bởi sự tham gia của
các giảng viên của trường Cao Đẳng Cơ Giới dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được
ban hành, trường Cao Đẳng Cơ Giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham
khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình Tính tốn kết cấu hàn phục
vụ cho cơng tác giảng dạy.
Giáo trình này được thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun MĐ11 của chương trình
đào tạo nghề Hàn ở cấp trình độ cao đẳng liên thơng, và được dùng làm giáo trình cho học viên
trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mơ đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp
các môn học, mô đun khác của nghề.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng cũng khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
được nhiều ý kiến đóng góp xây dựng của bạn đọc, đặc biệt là các đồng nghiệp để cuốn giáo trình
này ngày càng hồn thiện hơn.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn!
Quảng Ngãi, ngày......tháng......năm 2022
Tham gia biên soạn
1. Huỳnh Văn Mà
2. …………..............
3. ……….............….

Chủ biên

3

MỤC LỤC

TT

NỘI DUNG

TRANG

1.

Lời giới thiệu

2

2.

Mục lục

3

3.

Bài mở đầu: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn .

10

4.

1. Thép định hình.

11

5.

2. Thép tấm.

16

6.

3. Các loại vật liệu thường dùng để chế tạo kết cấu hàn.

17

7.

4. Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn.
Bài 1: Tính độ bền của mối hàn.

21

8.
9.

1. Tính tốn mối hàn giáp mối.

26
27

10.

2. Tính tốn mối hàn góc.

32

11.

35

12.

3. Tính tốn mối hàn tổng hợp.
Bài 2: Tính ứng suất và biến dạng khi hàn .

13.

1. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn đắp.

40

14.

2. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn giáp mối.

42

15.

44

16.

3. Tính ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu thép chữ T.
Bài 3: Tính toán kết cấu dầm và trụ.

17.

1. Khái niệm về dầm trụ.

47

18.

2. Tính tốn dầm trụ.

50

19.

3. Ứng suất và biến dạng khi hàn dầm trụ.

57

20.

67

21.

4. Tính vật liệu gia cơng dầm trụ.
Bài 4: Tính tốn kết cấu dàn.

22.

1. Khái niệm về kết cấu dàn, tấm vỏ.

72

23.

2. Tính tốn kết cấu dàn, tấm vỏ.

74

24.

3. Ứng suất và biến dạng khi hàn kết cấu tấm vỏ.

75

25.

4. Tính vật liệu gia cơng dàn, tấm vỏ.
Tài liệu tham khảo

80

26.

38

46

71

85


4

GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: TÍNH TỐN KẾT CẤU HÀN
Mã mơ đun: MĐ11
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
- Vị trí: Mơ đun Tính tốn kết cấu hàn học sau các mơn học, mơ đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là
các môn học, mơ đun: Vẽ kỹ thuật cơ khí; Kỹ thuật an tồn; Vật liệu học; cơ kỹ thuật và ; Quy
trình hàn...
- Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề.
- Ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
Tính tốn kết cấu hàn đóng một vai trị rất quan trọng trong ngành Hàn, đáp ứng những yêu
cầu phức tạp của kỹ thuật hàn.
Mô đun này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản trong việc tính tốn kết
cấu hàn.
- Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Cao đẳng liên thơng nghề Hàn.
Mục tiêu của mơ đun:
- Kiến thức:
A1. Nhận biết chính xác các loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn.
A2. Giải thích rõ cơng dụng của từng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn. Tính tốn đúng vật liệu

hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn khi gia công các kết cấu hàn.
A3. Trình bày đầy đủ các bước tính ứng suất và biến dạng khi hàn.
- Kỹ năng:
B1. Tính toán nghiệm bền cho các mối hàn đơn giản như: Mối hàn
giáp mối, mối hàn góc, mối hàn hỗn hợp phù hợp với tải trọng của
kết cấu hàn.
B2. Vận dụng linh hoạt kiến thức tình tốn kết cấu hàn vào thực tế
sản xuất.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Tn thủ quy định, quy phạm trong tính tốn.
C2. Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác, trung thực trong sinh
viên.


5

1. Chương trình khung nghề hàn.
Thời gian của mơn học, mơ đun (giờ)
Mã
MH,
MĐ

Tên mơn học, mơ đun
Trong đó
Số
tín
chỉ

Tổng
số

Lý
thuyết

Thực
hành/ thí
nghiệm/
bài tập

Kiể
m
tra

I

Các mơn học chung

6

180

63

107

10

MH 01

Giáo dục quốc phịng

1

45

26

16

3

MH 02

Giáo dục thể chất

1

15

9

5

1

MH 03

Pháp luật

1

30

1

27

2

MH 04

Chính trị

1

30

15

14

1

MH 05

Tin học

1

30

0

19

1

MH 06

Ngoại ngữ 2

1

30

12

16

2

Các môn học, mô đun kỹ thuật
cơ sở, chuyên môn nghề

36

1050

238

751

61

Anh văn chuyên ngành

3

90

40

46

4

MH 08 Tổ chức và quản lý sản xuất

3

45

20

22

3

MĐ 09

Hàn TIG nâng cao

3

90

4

78

8

MĐ 10

Hàn ống công nghệ cao

5

165

3

155

7

MĐ 11

Tính tốn kết cấu hàn

2

60

48

4

8

MĐ 12

Thực tập tốt nghiệp

6

180

73

98

9

MĐ 13

Hàn gang

4

120

30

84

6

MĐ 14

Hàn hồ quang dây lõi thuốc
(FCAW) nâng cao

6

180

8

164

8

MĐ 15

Hàn thép hợp kim

4

120

12

100

8

Tổng cộng

42

1230

301

848

71

II
MH 07


6

2. Chương trình chi tiết mơ đun:
Số

Thời gian(giờ)

TT

Tổng số Lý
thuyết

Tên các bài trong mô đun

1
2

Bài mở đầu: Vật liệu chế tạo kết cấu hàn
Bài 1: Tính độ bền của mối hàn

Thực
Kiểm
hành, thí tra*
nghiệm,
thảo
luận,bài
tập

4

4

16

14

1

1

14

12

1

1

14

12

1

1

8

6

1

1

Bài 2: Tính ứng suất và biến dạng khi hàn
3

4

5
6

Bài 3: Tính tốn kết cấu dầm và trụ

Bài 4: Tính tốn kết cấu dàn
Kiểm tra kết thúc Mơ đun
Cộng

4
60

4
48

4

8

3. Điều kiện thực hiện mơn học:
3.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ....
3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, bộ dụng cụ nghề
hàn,…
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các cách Tính tốn kết cấu hàn trong nhà
máy, xí nghiệp công nghiệp.
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:


7

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng liên thơng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số
09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau:
Điểm đánh giá

Trọng số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)

40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc môn học

60%

4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá
Thường xuyên

Định kỳ

Kết thúc mơn
học

Phương pháp
Hình thức
Chuẩn đầu ra
Số
tổ chức
kiểm tra
đánh giá
cột
Viết/
Tự luận/
A1, C1, C2
1
Thuyết trình Trắc nghiệm/
Báo cáo
Viết và
Tự luận/
A2, B1, C1, C2
3
thực hành
Trắc nghiệm/

thực hành
Vấn đáp và
Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, B2, 1
thực hành
thực hành
C1, C2,
trên mơ hình

Thời điểm
kiểm tra
Sau 10 giờ.

Sau 20 giờ

Sau 60 giờ

4.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10
(từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với
trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau


8

đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động
Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
5. Hướng dẫn thực hiện môn học
5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Cao đẳng liên thông nghề Hàn.
5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học

5.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn,
nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm….
* Thực hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn,
thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mơ phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các phương
pháp chế tạo phơi hàn.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong nhóm tìm hiểu,
nghiên cứu theo u cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép
và viết báo cáo nhóm.
5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp
nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp
phải học lại mơ đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm
và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi
học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ
đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.


9

6. Tài liệu tham khảo:
[1]. Hoàng Tùng- Sổ tay hàn-NXBKHKT 2006
[2]. Kết cấu hàn- Trường ĐHBK Hà Nội- 2006
[3]. Đoàn Đình Kiến-Thiết kế kết cấu thép-NXB xây dựng 2004
[4]. Trung tâm đào tạo và chuyển giao công nghệ Việt – Đức, “Chương trình đào tạo
Chuyên gia hàn quốc tế”, 2006.
[5]. AWS D1.1 (2008) “Welding Structure Steel”, American Welding Society.
[6]. The Welding Institute (TWI), “Welding Inspection”, Training and Examination
Services.


10

BÀI MỞ ĐẦU: VẬT LIỆU CHẾ TẠO KẾT CẤU HÀN
Mã bài: MĐ11-01
Giới thiệu:
Để chế tạo ra các kết cấu hàn khác nhau chúng ta phải sử dụng các loại vật liệu
hàn khác nhau cho phù hợp với nhu cầu sử dụng đối với từng trường hợp cụ thể
trong thực tế. Chương này trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các loại
vật liệu dùng để chế tạo kết cấu hàn, cơng dụng của nó từ đó lựa chọn được loại vật
liệu phù hợp để chế tạo nên kết cấu hàn.
Mục tiêu:

- Nhận biết các loại thép định hình U, I, V..., thép tấm, và các loại vật liệu khác
như nhôm, hợp kim nhôm, đồng hợp kim đồng, thép hợp kim thường dùng để
chế tạo kết cấu hàn.

- Giải thích đúng cơng dụng của từng loại vật liệu khi chế tạo kết cấu hàn.
- Tính tốn vật liệu gia cơng kết cấu hàn chính xác, đạt hiệu suất sử dụng vật
liệu cao.

- Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh phân xưởng.
- Tuân thủ quy định, quy phạm trong phân loại vật liệu.
- Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác trong cơng việc.
Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn
giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, uốn nắn và sửa sai tại chỗ cho
người học); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng.
Các bước quy trình thực hiện.
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực hiện
thao tác theo hướng dẫn.
Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Xưởng hàn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mơ hình
thực hành.
- Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài
liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Khơng có
Kiểm tra và đánh giá bài học
-

Nội dung:

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.


11

✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
-

Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)

✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra (hình thức: thực hành)
Nội dung chính:
1.1 Thép định hình
1.1.1 Thép các bon

a. Phân loại
- Thép và gang là hợp kim đen của sắt (Fe), cacbon (C) và một lượng rất nhỏ các
chất như oxy (O), phốtpho (P), silic (Si) ...

- Quá trình luyện thép như sau: Quặng sắt (Fe2O3, Fe3O4) luyện trong lò cao,
được gang (được hợp kim của sắt và cacbon với hàm lượng cacbon lớn hơn 1,7%), đưa
gang vào luyện trong lò luyện thép để khử bớt cacbon ta được thép.

b. Phân loại theo thành phần hoá học của thép
Thép cacbon: Hàm lượng cacbon dưới 1,7% khơng có các thành phần hợpkim khác. Tuỳ
theo hàm lượng cacbon chia ra:

- Thép cacbon thấp: Lượng cacbon dưới 0,22%. Đây là loại thép mềm,dẻo,
dễ gia công, được sử dụng trong ngành xây dựng.

- Thép cacbon vừa: Lượng cacbon từ 0,22% đến 0,6%.
- Thép cacbon cao: Lượng cacbon từ 0,6% đến 1,7%.
- Thép cacbon vừa và cao được sử dụng trong các ngành công nghiệp
khác.

- Thép hợp kim: Thêm các thành phần kim loại khác như Crơm (Cr), kền (Ni),
mănggan (Mn)... có tác dụng nâng cao chất lượng thép (tăng độ bền, tăng tính chống
gỉ...). Tuỳ theo hàm lượng các kim loại khác chia ra:

- Thép hợp kim thấp: Lượng kim loại thêm vào dưới 2,5%. Được sử dụng trong
ngành kết cấu xây dựng.

- Thép hợp kim vừa và cao: Lượng kim loại thêm vào trên 2,5%.


12

c. Theo phương pháp luyện thép
- Luyện bằng lò bằng (Lị Martin): Thép luyện bằng phương pháp này có chất
lượng tốt do có cấu trúc thuần nhất, nhưng nhược điểm của phương pháp này là năng
suất thấp (thời gian luyện một mẻ từ 8 đến 12 giờ), do vậy giá thành thép cao.

- Luyện bằng lò quay (lò Bessmer, lò Thomas): Phương pháp này có năng suất
cao, nhưng chất lượng khơng tốt do lẫn tạp chất, bọt khí (thời gian luyện một mẻ chỉ
khoảng 30 phút) nên giá thành thép giảm. Để khắc phục nhược điểm của các phương
pháp trên, hiện nay người ta sử dụng lò quay tiên tiến, vừa cho thép chất lượng tốt, vừa
cho năng suất cao.

d. Theo phương pháp để lắng thép

- Thép sôi: Chất lượng thép khơng tốt do có nhiều bọt khí làm thép dễ bịphá hoại
giịn, lão hố.

- Thép tĩnh: Chất lượng thép tốt hơn do có thêm các chất khử oxy (nhưsilic,
mănggan, nhôm) nhưng giá thành thép cao hơn.

- Thép nửa tĩnh: là loại thép trung gian giữa thép tĩnh và thép sơi.
1.1.2. Cấu trúc và thành phần hố học của thép

a. Cấu trúc
- Thép xây dựng có cấu trúc tinh thể, do các hợp chất sau tạo thành:
- Ferit (Chiếm 99% thể tích): Là sắt nguyên chất, mềm và dẻo.
- Xementit: Là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), cứng và giòn.
- Peclit: Là hợp chất của Ferit và Xementit.
- Màng Peclit nằm giữa hạt ferit quyết định sự làm việc, tính dẻo của thép.
Thép càng nhiều cacbon thì màng pelit càng dày và thép càng cứng.

b. Thành phần hoá học của thép
- Thép cacbon: Ngồi sắt và cacbon, thép xây dựng cịn có thêm các thànhphần:
Mănggan (Mn): Mănggan có tác dụng tăng cường độ và độ dai của thép.
Thông thường lượng mănggan chiếm 0,4 – 0,65%, nên khơng lớn q 1,5% vì khi đó thép
trở nên giịn.

- Silic (Si): Silic có tác dụng tăng cường độ của thép nhưng có nhược điểmlà làm
giảm khả năng chống ăn mịn và tính dễ hàn của thép. Vì vậy, nên khống chế lượng silic
trong khoảng 0,12 – 0,3%.

- Lưu huỳnh (S): Chất này làm cho thép giịn nóng nên khi ở nhiệt độ cao thép
chịu tải trọng kém, đồng thời dễ bị nứt khi hàn.

- Phốtpho (P): Phốtpho làm cho thép giịn, làm giảm tính dẻo của thép.
- Lưu huỳnh và phốtpho là hai tạp chất có hại, vì vậy phải đảm bảo hàm lượng


13

của chúng theo quy định: không quá 0,07% đối với kết cấu thông thường, và không quá
0,05% đối với kết cấu quan trọng.

- Ngồi ra cịn có các chất khí như nitơ (N), oxy (O) trong khơng khí hồ vào kim
loại lỏng làm thép giòn, giảm cường độ của thép, do đó cần khử hết các chất này.

c. Ký hiệu
* Thép cacbon thấp, cường độ thường
- Thép cacbon thấp được chia làm các loại: CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5.
Thép CT3 là loại thép mềm, có cường độ khá cao, có độ dẻo và độ dai, nên hợp lý khi
dùng làm thép xây dựng. Thép CT1, CT2 là loại thép mềm, độ dẻo lớn nên trong xây
dựng chỉ dùng làm thân đinh tán, bulông. Thép CT4, CT5 rất cứng, chắc nên dùng chủ
yếu trong cơng nghiệp đóng tàu, ít dùng trong xây dựng.

- Thép cacbon thấp có giới hạn chảy: 2200 – 2500 daN/cm2, giới hạn bền: 3700
– 4200 daN/cm2.

* Thép cường độ khá cao
- Thép cường độ khá cao là thép hợp kim thấp, ký hiệu: 09∋2C, 10∋2C1,
15XCH)...

- Ý nghĩa ký hiệu: Đầu tiên là con số chỉ phần vạn của hàm lượng cacbon, tiếp
theo là tên các thành phần hợp kim: ∋ là mănggan, C là silic, X là crôm, H là niken...
- Thép cường độ khá cao có giới hạn chảy: 2900 – 3900 daN/cm2, giới hạn bền: 4300 –

5400 daN/cm2.

* Thép cường độ cao
Thép cường độ cao là loại thép hợp kim có nhiệt luyện, giới hạn chảy trên 4400 daN/cm2,
giới hạn bền trên 5900 daN/cm2.

1.1.3 Thép hình
a. Khái niệm
Thép hình là loại thép cơng nghiệp được sử dụng chủ yếu trên thị trường xây dựng các
cơng trình. Được sản xuất trên dây chuyền cơng nghệ hiện đại theotiêu chuẩn chất lượng
JIS3101 – Ss400 qua nhiều công đoạn xử lý như: Xử lý quặng, tạo quặng, tạo dịng thép
nóng chảy, đúc trực tiếp ngun liệu, cán và tạo thành phẩm. Chính vì vậy, chất lượng của
các sản phẩm thép hình ln được đảm bảo trong mọi điều kiện thiết kế cũng như thời gian
sử dụng. Thêm vào đó, điểm đặc biệt của sản phẩm này so với các sản phẩm thép khác,
đó là sảnphẩm thép hình có khả năng chịu lực rất tốt nhờ bề mặt rộng và kết cấu vững
chắc

b. Phân loại
- Thép chữ L (thép góc): Đây là loại thép hình được sử dụng rất nhiều để chế tạo các loại
kết cấu hàn, thép chữ L thường dùng để chế tạo các loại khung, dàn, hoặc các liên kết
khác trong các kết cấu. Từ thép góc ta có thể chế tạo ra các loại hình khác nhau bằng cách


14

ghép các thanh thép góc lại với nhau, ví dụ ghép hai thanh thép góc lại ta sẽ có kết cấu
chữ C, hoặc chữ T, nếu ghép 4 thanh góc ta sẽ có kết vấu chữ L, do vậy đây là loại thép
hình có phạm vi sử dụngrất lớn trong thực tế. Thép hình chữ L có 2 loại là L cánh đều và
L cánh lệch.

Hình 1.1: Thép chữ L
+ Thép chữ L cạnh đều: Gồm có 67 loại được qui định trong TCVN 1656-75. Loại nhỏ
nhất có kích thước L20 x 3, nghĩa là mỗi cạnh có kích thước là 20mm, chiều dày có kích
thước là 3mm. Loại lớn nhất có kích thước L250. Đây là loại thép được sử dụng rất nhiều
để chế tạo kết cấu rất nhiều do tính cơng nghệ của nó rất cao, trong q trình gia cơng
người thợ khơng cần chú ý
đến các cạnh của thanh thép (do cạnh của các thanh đều bằng nhau, chính đây là dặc tính
rất ưu việt của loại thép góc này.
+ Thép chữ L cạnh khơng đều: Gồm có 47 loại được qui định trong tiêu chuẩn TCVN
1657-75. Loại nhỏ nhất là L25x16x3, có nghĩa là cạnh thứ nhất 25mm, cạnh thứ hai 16mm,
chiều dày 3mm. Loại lớn nhất có kích thước 250 x 160 x 20. Đây là loại thép góc mà hiện
nay phạm vi ứng dụng khơng lớn, do tínhcơng nghệ của thép khơng cao vì trong q trình
gia cơng người thợ cần phải chú ý đến các cạnh của thanh thép (do các cạnh không đều
nhau) do vậy sẽ ảnh hưởng đến năng suất lao động. Vì vậy khi thiết kế kết cấu cần chú ý
đến đặc điểm này để lựa chọn thép góc cho hợp lý.

- Thép chữ L: Đây là loại thép được sử dụng rất nhiều để chế tạo các loại kết cấu
chịu uốn, nén. Theo TCVN 1655-75 thép chữ có 23 loại, chiều cao loại nhỏ nhất là
100mm, loại lớn nhất là 600mm. Ngồi ra cịn có thêm một số loại đặc biệt ký hiệu có
thêm chữ "a" ở phía dưới. Thép chữ L là loại thép rất khó liên kết với nhau để tạo ra
một loại mới.


15

Hình 1.2: Thép chữ I

- Thép chữ U: Theo TCVN 1654-75 thép chữ C có 22 loại, chiều cao loại nhỏ
nhất là 50, loại lớn nhất là 400mm (đây là chiều cao của tiết diện), ví dụ U22 chỉ loại
này có chiều cao là h= 220mm. Chiều dài của thép chữ U từ 4 - 13m. Ngồi ra cịn có

một số loại đặc biệt thì ký hiệu có thêm chữ "a" phia dưới, ví dụ thép U22 a .
+ Thép hình chữ U có đặc tính cứng vững, chắc chắn và bền bỉ vì vậy có cường độ chịu
lực cao và chịu được những rung động mạnh. Thép hình chữ U cóthể tồn tại trong điều
kiện mơi trường khắc nghiệt với những tác động của hóa chất hoặc nhiệt độ. Vì lẽ đó, thép
hình chữ U được ứng dụng phổ biến trong các cơng trình xây dựng, sản xuất các thiết bị
máy móc sử dụng trong các lĩnh vực cơng nghiệp hoặc dân dụng.
+ Thép hình chữ U có nhiều loại với kích thước và khối lượng khác nhau, mỗi loại có đặc
tính kỹ thuật riêng biệt sử dụng chun biệt cho những cơngtrình, dự án, những cấu
trúc máy móc trong nhiều lĩnh vực khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật của mỗi cơng trình,
dự án, thiết bị. Thép hình chữ U sẽ phát huy được những ưu điểm của mình khi được sử
dụng trong các cơng trình xây dựng dân dụng, kết cấu nhà tiền chế, thùng xe, khung sườn
xe, bàn ghế nội thất, tháp ăng ten, cột điện cao thế và các loại hàng gia dụng khác.

Hình 1.3: Thép chữ U

- Thép ống: Thép ống là loại thép được ứng dụng khá phổ biến trong nhiềucơng
trình xây dựng, thép ống cũng có rất nhiều loại để phù hợp với từng nhu cầu sử dụng
cũng như từng công trình khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến nhất của thép ống là sử
dụng để làm khung nhà tiền chế, làm giàn giáo, làm đường ống dẫn nước trong các tòa
nhà cao tầng, làm cột đèn chiếu sáng, và một số những ứng dụng khác trong các nhà
máy cơ khí. Kích thước từ 42 x 2,5 đến 500 x 15mm (ống không hàn, ống đúc). Thép


16

ống có tiết diện đối xứng, bán kínhqn tính của tiết diện tương đối lớn nên chịu lực hợp
lý đặc biệt được dùng trong kết cấu chịu nén. Ngoài ra, thép ống có ưu điểm là chống gỉ
tốt.

Hình 1.4: Thép ống

- Các loại thép ống đúc:
+ Ống thép đúc kết cấu: Loại ống thép này chủ yếu sử dụng trong cơ khí chế tạo máy, kết
cấu máy. Các mác thép lựa chọn để sử dụng thường là thép cácbon 20, thép 45, thép hợp
kim Q345, 40Cr, 20 CrMo, 30-35 CrMo, 42CrMo,….
+ Ống thép đúc dùng trong lò áp: Loại ống thép này thường dùngtrong ngành công
nghiệp luyện, làm đường ống dẫn áp lực như dẫn khí, dẫn dầu.....Nguyên liệu sử dụng
thường là thép 10 và thép 20.
+ Ống thép đúc trong lò cao áp: Loại ống thép này thường được sửdụng để làm đường
ống dẫn chất lỏng như nước, sử dụng ở các nhà máy cáp thoát nước, nhà máy thủy điện,
lò hạt nhân...
+ Ống thép đúc chịu áp cấp I và II: Loại ống thép đúc này chủ yếutrong ngành cơng
nghiệp đóng tàu, loại mác thép sử dụng thường là 360, 410, 460.
+ Ống thép đúc dẫn hóa chất: Là loại thép chuyên dùng để dẫn hóachất, các rác thải công
nghiệp....
+ Ống thép đúc dẫn dầu: Loại ống thép này được hiệp hội dầu mỏ quốc tế tại mỹ sử dụng
để làm thành ống và giếng chứa và dẫn dầu. Nguyên liệuthép thường được sử dụng là
J55, N80, P110.
1.2 Thép tấm
Thép tấm được dùng rộng rãi vì có tính vạn năng cao, có thể chế tạo ra cácloại hình dáng,
kích thước bất kỳ, thép tấm được dùng nhiều trong các loại kết cấu như vỏ tàu thuỷ, vỏ các
bình chứa chất lỏng, bình chứa khí, các loại bồn chứa, bể chứa, các loại ống dẫn chất lỏng,
chất khí. Ngồi ra thép tấm còn được dùng để chế tạo các loại chi tiết máy v.v. Trong thực
tế thép tấm có qui cách như sau.

- Thép tấm phổ thơng: Có chiều dày S = 4 x 60 mm; chiều rộng từ 160 x
1050 mm chiều dài từ 6000 x 1200 mm.


17

- Thép tấm dày có chiều dày S= 4 x 160mm; chiều rộng từ 600 x 3000 mm; chiều
dài từ 4000 x 6000mm.

- Thép tấm mỏng có chiều dày S= 0,2 x 4mm rộng từ 600 x 1400 mm
* Phân loại:

- Thép tấm cán nóng: Thép tấm cán nóng là loại phơi thép thành phẩm, được đưa
vào máy cán nóng ở nhiệt độ cao, nhiệt độ tầm khoảng trên 1000 độ C. Lúc này tính chất
vật lý và hóa học của thép đều có sự thay đổi. Thành phẩm thép tấm cán nóng sau khi
được tạo ra thường có màu xanh đen đặc trưng, các góc cạnh của thép tấm thường không
sắc cạnh.

- Sản phẩm thép tấm này rất dễ bảo quản, quý khách hàng có thể bảo quản ở ngồi
kho bãi mà khơng lo ảnh hưởng đến chất lượng của thép. Ứng dụng của thép tấm cán
nóng là sử dụng trong gia cơng cơ khí, sử dụng trong ngành cơng nghiệp xe hơi và tơn
lợp, đóng tàu, cán xà gồ và các cơng trình xây dựng dân dụng khác.

- Thép tấm cán nguội: Sau khi phôi thép được tạo thành sẽ được đưa đến nhà máy
cán nguội, nhiệt độ để cán thường là nhiệt độ phòng hoặc chênh lệch cao thấp khơng
đáng kể. Với phương pháp cán nóng thì chỉ làm thay đổi tính chất vật lý của thép chứ
khơng làm thay đổi tính chất hóa học của sản phẩm. Sảnphẩm thép tấm sau khi hồn
thành sẽ có màu sáng, độ bóng cao, các mép biên rất gọn gàng và khơng bị xù xì.
1.3 Các loại vật liệu thường dùng chế tạo kết cấu hàn
1.3.1 Thép hợp kim

a. Thành phần hóa học
Khác với thép cacbon, thép hợp kim là loại thép mà người ta đưa thêm vào các nguyên tố
có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất cơ lý hố. Các nguyên
tố có lợi được đưa vào với lượng đủ lớn gọi là các nguyên tố hợp kim. Chúng bao gồm các

nguyên tố với hàm lượng lớn hơn các giới hạn cho từng nguyên tố như sau
Mn≥0,8÷ 1%
Ni ≥ 0,5÷ 0,8%
Ti ≥ 0,1%Si:0,5-0,8
W: 0,1-0,5
Cu ≥ 0,3
Cr ≥ 0,5-0,8
Mo ÷ 0,05 ÷ 0,2
B ≥ 0,002%

b. Đặc tính thép hợp kim
* Cơ tính:
Do một số yếu tố mà chủ yếu là tính thấm tơi cao hơn nên thép hợp kim có độ bền cao hơn


18

hẳn so với thép cacbon. Điều này thể hiện đặc biệt ở thép sau khitôi + ram

- Ở trạng thái khơng tơi + ram (ví dụ ở trạng thái ủ) độ bền của thép hợp kim
không cao hơn thép cacbon bao nhiêu. Cho nên đã dùng thép hợp kim thì phải qua
nhiệt luyện tôi + ram. Nếu dùng thép hợp kim ở trạng thái cung cấp hay ủ là sự lãng phí
lớn về độ bền.

- Do tính thấm tơi tốt, dùng mơi trường tơi chậm dầu nên khi tơi ít bị biến dạng và
nứt hơn so với thép cacbon luôn phải tơi nước. Do vậy các chi tiết có hình dạng phức
tạp phải qua tơi (do địi hỏi về độ bền) đều phải làm bằng thép hợp kim.

- Khi tăng mức độ hợp kim hoá làm tăng được độ thấm tôi làm tăng độ cứng, độ
bền song thường làm giảm độ dẻo, độ dai nên lượng hợp kim cần thiết chỉ cần đảm bảo

tôi thấu tiết diện đã cho là đủ, khơng nên dùng thừa. Do vậy có ngun tắc là chọn mác
thép hợp kim cao hay thấp là phụ thuộc tiết diện và kích thước.

- Tuy có độ bền cao hơn nhưng thường có độ dẻo, độ dai thấp hơn. Do vậy phải
chú ý đến mối quan hệ này để có xử lý thích hợp (bằng ram)
Tuy có ưu điểm về độ bền nhưng nói chung thép hợp kim có tính cơng nghệ kém hơn so
với thép cacbon (trừ tính thấm tơi).

* Tính chịu nhiệt:
Các ngun tố hợp kim cản trở sự khuyếch tán của cacbon do đó làm mactenxit khó phân
hố và cacbit khó kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 200oC, do vậytại các nhiệt độ này thép hợp
kim bền hơn. Một số thép hợp kim với lớp vảy oxyt tạo thành ở nhiẹt độ cao khá xít chặt,
có tính bảo vệ tốt.

* Tính chất vật lý, hoá học đặc biệt:
Bằng cách đưa vào thép các nguyên tố khác nhau với lượng lớn quy định có thể tạo ra cho
thép các tính chất đặc biệt: như khơng gỉ, chống ăn mịn trong axit, muối, có từ tính hoặc
khơng có từ tính, giãn nở nhiệt đặc biệt

c. Phân loại thép hợp kim
* Theo tổ chức cân bằng:
Theo tổ chức cân bằng với lượng cacbon tăng dần có thể lần lượt được cácthép với tổ
chức sau:

- Thép trước cùng tích: peclit + ferit tự do
- Thép cùng tích peclit
- Thép sau cùng tích peclit + cacbit tự do
- Thép lêđêburit (cacbit) có lêđêburit
Riêng với thép hợp kim cao chủ yếu bằng 1 trong 2 nguyên tố Cr,Mn hay Cr-Ni sẽ có:

- Thép ferit loại có Cr rất cao (>17%) và thường rất ít cacbon
- Thép austenit có Mn rất cao (>13%) và thường có C cao loại có Cr


19

(>18%) và Ni (>8%)

* Theo tổ chức thường hoá:
- Thép họ peclit: loại hợp kim thấp
- Thép họ mactenxit: loại hợp kim trung bình ( >4-6 )% và cao
- Thép họ austenit: loại có chứa Ni >8% hoặc Mn >13% cao
* Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim:
- Theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim có trong thép từ thấp đến cao
- Thép hợp kim thấp: loại có tổng lượng <2,5% (thường là thép peclit)
- Thép hợp kim trung bình: loại có tổng lượng từ 2,5 - 10%( thường là théphọ từ
peclit đến mactenxit )

- Thép hợp kim

cao: loại có tổng >10% ( thường là họ mactenxit và

austenit )

* Theo công dụng:
- Thép hợp kim kết cấu
- Thép hợp kim dụng cụ
- Thép hợp kim đặc biệt
Trong đó hai nhóm đầu cũng có trong loại thép cacbon, cịn nhóm thứ 3 khơng có. Đây là
nhóm với tính chất vật lý - hoá học đặc biệt, thường chứa tổng lượng hợp kim cao và rất

cao > 20%.
Cách phân loại trên thường có quan hệ với nhau và có biết một số đặc trưng của thép.
Thép austenit, ferit bao giờ cũng có loại thép đặc biệt, hợp kim cao hoặc rất cao, đắt và
khó gia cơng. Thép mactenxit là loại thép rất dễ tơi song rất khó gia cơng cắt phơi ở trạng
thái cung cấp. Thép ledeburit bao giờ cũng thuộc nhóm hợp kim cao- cacbon cao, rất cứng
để làm dụng cụ. Thép Cr - Ni bao giờ cũng là thép kết cấu q vì có độ thấm tơi cao và độ
dai tốt.

d. Tiêu chuẩn thép hợp kim
TCVN 1759-75 quy định nguyên tắc ký hiệu thép hợp kim theo trật tự sau:

- Số chỉ hàm lượng cacbon trung bình theo phần vạn, nếu ≥1% thì có thể khơng
cần biểu thị.

- Các nguyên tố hợp kim theo ký hiệu hoá học và ngay sau đó là hàm lượng theo
phần trăm trung bình (thường được quy tròn thành số nguyên) xếp theo trật tự từ cao
đến thấp.

- Khi lượng chứa của nguyên tố khoảng 1% thì khơng cần biểu thị bằng số:
- VD: Cr: thép có 0,36÷ 0,44%C, 0,8÷ 1%Cr90CrSi thép có 0,85-0,95%C,
1,2÷ 1,6%Si, 0,95÷ 1,25%Cr