Phân tích quy trình công nghệ hàn tàu dầu 104000 tấn

1

Lời Cảm Ơn
Sau hơn ba tháng thực tập và nghiên cứu với sự hướng dẫn, giúp đỡ tận
tình của giáo viên hướng dẫn Bùi Văn Nghiệp, cán bộ công nhân viên Công Ty
Công Nghiệp Tàu Thủy Dung Quất và các bạn đến nay tơi đã hồn thành đề tài
tốt nghiệp với nội dung: “Phân tích quy trình cơng nghệ hàn tàu dầu 104000
tấn”. Trong quá trình thực hiện đề tài tơi gặp một số khó khăn do có sự hạn chế
về kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tế cộng với thời gian thực hiện đề
tài có hạn. Nhưng với sự hướng dẫn tận tâm của thầy giáo Bùi Văn Nghiệp tơi đã
hồn thành được đề tài.
Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bùi Văn Nghiệp đã tận tình hướng
dẫn, chỉ bảo trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nha Trang,
Ban chủ nhiệm Khoa Kỹ Thuật Tàu Thủy cùng quý thầy cô giáo bộ môn đã
hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cán bộ công nhân viên Công Ty
Công Nghiệp Tàu Thủy Dung Quất, đặc biệt là phịng Kỹ Thuật Cơng Nghệ đã
tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt đợt thực tập tốt nghiệp và thực hiện
đề tài.
Và tôi xin chân thành cảm ơn những người bạn đã động viên, giúp đỡ tơi
trong suốt q trình thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Nha trang, ngày 21 tháng 11 năm 2007.
Sinh viên:
Phùng Di Thân.


2

MỤC LỤC

Trang
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................1
MỤC LỤC.............................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................4
CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ.
1.1. Sơ lược lịch sử phát triển công nghệ hàn vỏ tàu...................................5
1.2. Tầm quan trọng của công nghệ hàn trong ngành cơng nghiệp đóng
tàu...........................................................................................................................6
1.3. Giới hạn nội dung nghiên cứu.................................................................8
1.3.1. Lựa chọn tổng đoạn giữa tàu.............................................................8
1.3.2. Giới hạn nội dung nghiên cứu............................................................8
CHƯƠNG 2:CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Các phương pháp hàn được ứng dụng hàn tàu 104000 Tấn................9
2.1.1. Hàn hồ quang tay................................................................................9
2.1.2. Hàn điện cực kim loại......................................................................12
2.1.3. Hàn dưới chất trợ dụng.....................................................................16
2.2. Những Quy định - Tiêu chuẩn hàn áp dụng cho hàn tàu...................18
2.2.1. Công tác chuẩn bị và gá lắp..............................................................18
2.2.2. Hàn đính............................................................................................21
2.2.3. Trình tự hàn......................................................................................22
2.2.4. Kiểm tra - giám sát...........................................................................23
2.2.5. Khuyết tật và cách khắc phục...........................................................26
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ HÀN TỔNG
ĐOẠN GIỮA TÀU.
3.1. Sơ lược về tàu dầu 104000 Tấn và tổng đoạn giữa tàu.....................32
3.1.1. Sơ lược về tàu dầu 104.000 Tấn......................................................32
..................................................................................................................................
3.1.2. Sơ lược về tổng đoạn giữa tàu.........................................................34

3

..................................................................................................................................
3.2. Phân tích quy trình hàn chung............................................................37
3.2.1. Phân tích quy trình hàn thép thường..............................................37
..................................................................................................................................
3.2.2. Phân tích quy trình hàn thép độ bền cao........................................59
..........................................................................................................................
3.3. Phân tích quy trình cơng nghệ hàn - chế tạo phân đoạn...................86
3.3.1. Công tác hàn chung.......................................................................86
..................................................................................................................................
3.3.2. Quy trình cơng nghệ hàn - chế tạo phân đoạn đáy.........................91
3.3.3. Quy trình cơng nghệ hàn - chế tạo phân đoạn hơng......................93
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3.3.4. Quy trình cơng nghệ hàn - chế tạo phân đoạn mạn.......................95
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3.3.5. Quy trình cơng nghệ hàn - chế tạo phân đoạn boong....................97
..................................................................................................................................
3.4. Quy trình cơng nghệ hàn tổng đoạn....................................................99
3.4.1. Sơ lược quy trình lắp ráp tổng đoạn..............................................99
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
3.4.2. Cơng tác hàn trong lắp ráp tổng đoạn..........................................100
CHƯƠNG 4: THẢO LUẬN KẾT QUẢ.
4.1. Thảo luận kết quả...............................................................................102
4.2 Đề xuất ý kiến......................................................................................103

4


5

LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam với bờ biển dài hơn 3200 km, việc vận chuyển hàng hóa đường
thủy bằng các tàu cỡ lớn chiếm vị trí vơ cùng quan trọng trong việc phát triển nền
kinh tế đất nước. Tàu thủy là một cơng trình kỹ thuật nổi đặc biệt, có kết cấu bao
gồm: tôn bao là các tấm mỏng bằng kim loại hay phi kim loại liên kết với khung
giàn bằng các mối hàn.
Tàu thủy hoạt động trong môi trường với nhiều tải trọng tác động rất phức
tạp. Vì vậy ngồi việc thiết kế tàu để đảm bảo các thông số hình dáng ra thì việc
chế tạo, lắp ghép các phân, tổng đoạn để đảm bảo độ kín khít, bền chung của con
tàu cũng là vấn đề vô cùng quan trọng. Do đó, việc lựa chọn, ứng dụng cơng
nghệ hàn trong đóng tàu là rất quan trọng.
Với mong muốn tìm hiểu để phân tích những quy trình, cơng nghệ hàn
được sử dụng trong các nhà máy đóng tàu, từ đó làm cơ sở giúp sinh viên có thể
dễ dàng hơn trong việc tiếp cận, tìm hiểu cơng nghệ hàn tại các nhà máy đóng tàu
. Được sự đồng ý của nhà trường và bộ môn, tôi đã thực hiện đề tài với nội dung:
”Phân tích quy trình cơng nghệ hàn tàu dầu 104000 Tấn”. Đề tài thực hiện
gồm 4 chương với nội dung như sau:
Chương 1 : Đặt vấn đề.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Phân tích quy trình cơng nghệ hàn tàu dầu 104000 Tấn.
Chương 4: Thảo luận kết quả.
Do thời gian tìm hiểu cùng với kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều hạn
chế, chắc chắn đề tài còn rất nhiều thiếu sót. Tơi rất mong nhận được sự thơng
cảm và góp ý của q thầy và các bạn!
Nha Trang, ngày 19 tháng 11 năm 2007.

Sinh viên thực hiện:
Phùng Di Thân.


6

CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ HÀN VỎ TÀU .
Lịch sử phát triển của ngành cơng nghiệp đóng tàu gắn liền với lịch sử
phát triển của công nghệ hàn. Năm 1802, nhà bác học Nga Pê-tơ-rốp đã tìm ra
hiện tượng hồ quang điện và chỉ rõ khả năng sử dụng nhiệt năng của nó để làm
nóng chảy kim loại, mở ra thời kỳ hàn hồ quang tay trong ngành cơng nghiệp
đóng tàu.
Năm 1888, Sla-vi-a-nốp đã áp dụng điện cực nóng chảy-cực điện
kim loại vào hồ quang điện, đến năm 1907, kỹ sư Thuỵ Điển Ken-Be đã phát
hiện ra phương pháp ổn định q trình phóng hồ quang và bảo vệ vùng hàn khỏi
tác động của khơng khí xung quanh bằng cách lắp lên điện cực kim loại một lớp
vỏ thuốc. Việc ứng dụng que hàn bọc thuốc bảo đảm chất lượng của mối hàn
trong ngành cơng nghiệp đóng tàu lúc bấy giờ.
Thời kỳ phát triển cao của công nghệ hàn trong ngành cơng nghiệp
đóng tàu đã được mở ra vào những năm cuối ba mươi và đầu bốn mươi sau
những cơng trình nỗi tiếng của viện sĩ E.O.Pa-tôn về hàn dưới thuốc. Phương
pháp hàn bán tự động và sau đó hàn tự động dưới lớp thuốc ra đời, sau đó nó
được ứng dụng rộng rãi trong ngành cơng nghiệp đóng tàu, đó là thành tựu vô
cùng to lớn của kỹ thuật hàn hiện đại. Cho đến nay, hàn dưới thuốc vẫn là
phương pháp cơ khí hố cơ bản trong kỹ thuật hàn trong ngành cơng nghiệp đóng
tàu với những ưu điểm vượt trội về hiệu suất và chất lượng của mối hàn.
Từ những năm cuối bốn mươi, các phương pháp hàn trong khí bảo
vệ được nghiên cứu và đưa vào sản xuất. Hàn trong khí bảo vệ làm tăng vọt chất
lượng mối hàn và hiện nay là một trong những phương pháp hàn được sử dụng

rộng rãi nhất tại các nhà máy đóng tàu với những ưu điểm về chất lượng mối hàn
và đặc biệt là khả năng sử dụng dễ dàng ở nhiều tư thế hàn khác nhau.
Hàn xỉ điện là một phát minh nỗi tiếng nữa của tập thể Viện hàn điện B.O
Pa-tơ (Ki-ép Liên Xơ). Qúa trình hàn điện xỉ được các nhà bác học Xô Viết phát
hiện năm 1949, nghiên cứu và đưa vào sản xuất trong ngành cơng nghiệp đóng


7

tàu từ những năm năm mươi để chế tạo các thiết bị nặng trên tàu như lò hơi, tua
bin, máy tời…
Các phương pháp hàn ngày càng được nghiên cứu và cải tiến để nâng cao
năng suất, hiệu quả và chất lượng mối hàn cũng như nâng cao khả năng tự động
hóa. Hiện nay, có hơn 120 phương pháp hàn khác nhau, trong đó, các phương
pháp hàn được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành cơng nghiệp đóng tàu là: hàn
bán tự động và tự động dưới lớp thuốc (Submerged Arc Welding - SAW), hàn
bán tự động trong mơi trường khí bảo vệ (MIG, MAG), hàn hồ quang dây hàn lõi
thuốc (FCAW - Flux Cored Arc Welding), hàn hồ quang tự bảo vệ (Self-Shielded
Arc Welding), hàn TIG. Một số phương pháp hàn mới đang được nghiên cứu và
đưa vào sản xuất như: hàn bằng tia điện tử (electron beam welding), Laser beam,
hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang và cánh tay Robot (Robotic arms) …v.v.
1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÔNG NGHỆ HÀN TRONG NGÀNH
CƠNG NGHIỆP ĐĨNG TÀU.
Có thể nói sự phát triển của công nghệ hàn gắn liền với sự phát
triển của ngành cơng nghiệp nặng nói chung trong đó có ngành cơng nghiệp đóng
tàu. Hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại với những ưu
điểm vượt trội.
1.2.1. Hàn với sức bền thân tàu.
Do sử dụng triệt để mặt cắt làm việc của chi tiết hàn nên độ bền mối hàn
cao, tăng độ bền chắc của kết cấu. Độ bền của các mối hàn sẽ tham gia đảm bảo

độ kín khít, độ bền chung và khả năng làm việc lâu dài, ổn định, của con tàu.
1.2.2. Tính cơng nghệ.
Cơng nghệ hàn là yếu tố hàng đầu quyết định việc chọn lựa phương án chế
tạo, lắp ghép các phân đoạn, tổng đoạn. Do đó, nó trực tiếp quyết định đến độ lớn
của con tàu. Hàn có thể nối được những kim loại có tính chất khác nhau, không
hạn chế chiều dày của các chi tiết, với độ bền mối hàn cao, mối hàn kín, chịu tải
trọng tĩnh tốt và chịu được áp suất cao. Do đó, hàn là phương pháp chủ yếu dùng
để chế tạo các bình chứa, nồi hơi, ống dẫn, các trang thiết bị trên tàu cũng như


8

chế tạo, lắp ráp các chi tiết, cụm chi tiết được cấu thành từ những kim loại có tính
chất khác nhau. Ngoài những chỗ chịu tác dụng của lực chấn động khơng nên
hàn ra, khơng có chỗ nào là khơng thể hàn được. Ngồi ra, cơng nghệ hàn cho
phép giảm được tiếng ồn trong sản xuất.
1.2.3. Tính kinh tế.
Cơng nghệ hàn mang lại hiệu quả kinh tế cao trong ngành cơng
nghiệp đóng tàu. So với tán ri-vê, hàn sẽ tăng đươc13% tốc độ thi công, giảm
30% lượng nhiên liệu tiêu hao, tiết kiệm được 10÷20% khối lượng kim loại do sử
dụng mặt cắt làm việc của chi tiết hàn triệt để hơn, hình dáng chi tiết cân đối hơn,
giảm được khối lượng kim loại mất mát do đột lỗ v.v…So với đúc, hàn tiết kiệm
được tới 50% vì khơng cần tới hệ thống rót.
Cơng nghệ hàn là một trong những yếu tố quan trọng góp phần
nâng cao năng suất trong ngành cơng nghiệp đóng tàu. Hàn sẽ giảm được thời
gian và giá thành chế tạo kết cấu. Hàn cho năng suất cao hơn so với các phương
pháp khác do giảm được số lượng nguyên công và cường độ lao động. Thiết bị
hàn tương đối đơn giản và dễ chế tạo. Khi hàn, ta có thể chỉ dùng máy hàn xoay
chiều gồm một máy giảm thế từ 200 vôn hay 230 vôn xuống nhỏ hơn 80 vôn.
1.2.4. Xu hướng phát triển.

Hàn với những ưu điểm vượt trội về tính bền, tính cơng nghệ, tính kinh
tế... Do đó, cơng nghệ hàn đã và đang được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong
ngành cơng nghiệp đóng tàu. Hiện nay, cơng nghệ hàn phát triển với hơn 120
phương pháp hàn khác nhau. Với khả năng cơ khí hố và tự động hố cao, ngày
nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ cao, công nghệ
hàn đang phát triển với những phương pháp hàn tự động với năng suất, chất
lượng mối hàn cao như: hàn TIG, SAW, GTAW, hàn bằng tia điện tử (electron
beam welding), Laser beam, hàn siêu âm, hàn phát ma hồ quang và cánh tay
Robot (Robotic arms) …v.v.


9

1.3. GIỚI HẠN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.3.1 . Lựa chọn tổng đoạn giữa tàu.
Tàu dầu Aframax 104.000 DWT là tàu dầu lớn nhất mà Việt Nam thi
công kể từ trước đến nay theo thiết kế của Ba Lan với chiều dài lớn nhất 245
(m), chiều rộng 43 (m), chiều cao toàn bộ 47,6 (m). Tàu được chia thành hơn 200
Block với nhiều kết cấu phức tạp. Với thời gian hơn ba tháng để thực tập và thực
hiện đề tài thì khó có thể tìm hiểu và phân tích quy trình hàn của cả thân tàu. Hơn
nữa, trong giai đoạn hiện nay, Công Ty Công Nghiệp Tàu Thuỷ Dung Quất đang
thi công chế tạo các Block thuộc tổng đoạn giữa tàu của tàu dầu 104000 Tấn. Với
tình hình sản xuất thực tế của nhà máy và thời gian thực hiện đề tài có hạn, tơi
xin phép được chọn tổng đoạn giữa tàu để phân tích quy trình hàn.
1.3.2. Giới hạn nội dung nghiên cứu.
Tổng đoạn giữa tàu được chia ra thành các phân đoạn đáy, phân đoạn
hông, phân đoạn mạn, phân đoạn boong, các vách ngang, vách dọc giữa tàu, với
những Block thuộc cùng phân đoạn có quy trình hàn giống nhau. Công Ty Công
Nghiệp Tàu Thủy Dung Quất là công ty mới được thành lập, hiện nay, vừa sản
xuất, vừa xây dựng. Do đó, các quy trình hàn để áp dụng cho toàn thân tàu chưa

được xây dựng đầy đủ. Với tình hình sản xuất của nhà máy, tơi xin phép chỉ
phân tích các quy trình hàn của nhà máy đã được Đăng Kiểm chứng nhận và
chọn các Block sau để phân tích quy trình hàn:
- Block 11-0413S thuộc phân đoạn đáy.
- Block 11-0451 thuộc phân đoạn hông.
- Block 13-0413 thuộc phân đoạn mạn.
- Block 14-0413 thuộc phân đoạn boong.
Nội dung nghiên cứu:
1.

Đặt vấn đề.

2.

Cơ sở lý thuyết.

3.

Phân tích quy trình hàn của tổng đoạn giữa tàu.

4.

Thảo luận kết quả.


10

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐƯỢC ỨNG DỤNG HÀN TÀU DẦU
104000 Tấn.

2.1.1. Hàn hồ quang tay.
a) Nguyên lý.
Hàn hồ quang tay (hình 2-1) là quá trình hàn điện nóng chảy sử dụng điện
cực dưới dạng que hàn (thường là có vỏ bọc) và khơng sử dụng khí bảo vệ, trong
đó tất cả các thao tác (gây hồ quang, dịch chuyển que hàn, thay que hàn…v.v.)
đều do ngi th hn thc hin bng tay.

K ìm hàn
D ây cáp hàn

Q ue hàn vỏ bọc
H ồ quang
K im loạ i
cơ bản

Sỉ

K im loạ i
mối hàn

Bể hàn

M ạ ch
thứ cấp

N guồn
hàn

M ạ ch
sơ cấp

D ây cáp mát

Hỡnh 2-1: Nguyờn lý hàn hồ quang tay.
b) Ứng dụng.
Phương pháp hàn hồ quang tay là phương pháp đơn giản để hàn ở các tư
thế khơng gian khác nhau. Tuy nhiên, vì đây là phương pháp hàn phổ biến nhất
để hàn các kết cấu có chiều dày nhỏ và trung bình nên nó được dùng để hàn các
chi tiết có chiều dày nhỏ trên tàu dầu 104000 Tấn với chiều dày phổ biến là 12,
12.5, 14 (mm). Cụ thể: hàn nẹp gia cường nối thép mỏ với đà ngang đáy, hàn các
nẹp gia cường cho các lỗ công nghệ, hàn các nẹp gia cường cho các mã liên kết,
các nẹp gia cường tại đà dọc đáy khỏe. Hàn các nẹp liên kết các xà dọc (thép mỏ


11

HP) trong phân đoạn mạn. Hàn các nẹp gia cường cho các lỗ công nghệ tại xà
dọc, xà ngang mạn…v.v.
c) Cơ sở lựa chọn chế độ hàn.
Trong phương pháp hàn Hồ Quang Tay, các thông số cơ bản của chế độ
hàn là: đường kính que hàn, cường độ dịng điện hàn, điện áp hàn, tốc độ hàn và
số lớp hàn.
 Đường kính que hàn.
Đường kính que hàn quyết định đến nhiều thơng số khác. Đường kính que
hàn được chọn theo loại mối hàn và chiều dày tấm cần hàn. Trong thực tế, chiều
dày của tấm hoặc cạnh mối hàn góc có thể rất lớn, khi đó, các mối hàn sẽ thực
hiện bằng nhiều lớp, với các lớp đầu, đường kính que hàn thường là 2,5 hoặc 3
mm.
 Cường độ dòng điện hàn.
Cường độ dịng điện hàn ảnh hưởng đến hình dạng, kích thước và chất

lượng mối hàn, cũng như năng suất hàn. Tăng quá mức dòng điện hàn sẽ làm que
hàn bị nung nóng quá mức và giảm chất lượng vỏ bọc mối hàn. Có thể chọn
cường độ dịng điện hàn I cho hàn sấp theo một số công thức sau:
I = (3÷50)d.
I = (20÷25)d2/3.
I = (20÷6d)d.
Trong đó d tính bằng mm và I tính bằng A.
Với trường hợp hàn khác hàn sấp, nên giảm bớt cường độ dòng điện hàn
để khống chế lượng kim loại nóng chảy (lượng nhiệt tạo mối hàn):
Khi s < 1.5d hoặc khi hàn đứng, I giảm 10 ÷ 15%.
Khi s < 3d hoặc khi hàn liên kết chữ T, I tăng 10 ÷15%.
Khi hàn ngang và hàn trần, I giảm 15÷20%.
 Điện áp hàn.
Điện áp hàn phụ thuộc vào chiều dài cột hồ quang và vật liệu hàn. Nó thay
đổi trong phạm vi hẹp. Nói chung, khi hàn hồ quang tay, trong điều kiện bình


12

thường điện áp gây hồ quang từ 40÷60V cho dịng điện một chiều và 50÷70V
cho dịng điện xoay chiều. Điện áp làm việc khi hàn là:
U = a + b.lhq [V].
Trong đó:
- a: là hệ số đặc trưng cho sự giảm điện áp trên que hàn và phụ thuộc vào
vật liệu que hàn: a = 18÷12V đối với que hàn thép và a = 35÷38V đối với điện
cực cacbon vơ định hình.
- b: là hệ số đặc trưng cho sự giảm điện áp trên 1 mm chiều dài hồ quang,
trong khơng khí, b = 2 ÷ 2.5 V/mm.
lhq = (d+2)/2 [mm] với d(mm) là đường kính que hàn.
Do đó dải điện áp khi hàn hồ quang tay U = 16÷ 28 V.

 Số lớp hàn.
Để xác định số lớp cần hàn, ta phải biết diện tích tiết diện ngang
của tồn bộ kim loại đắp. Trường hợp hàn giáp mối, diện tích tiết diện ngang của
lớp hàn thứ nhất F1 là:

F1 = (6 ÷ 8)d (mm2)

Trong đó: đường kính que hàn d: (mm).
Với lớp thứ n, để tính gần đúng, ta coi diện tích tiết diện ngang của các
lớp Fn là như nhau: Fn = (8 ÷12)d. (mm2)
Số lớp hàn sẽ là: n = ( Fd-F1)/Fn+1 ,
Trong đó:
- Fd là tổng diện tích tiết diện ngang của kim loại đắp của mối hàn nhiều
b

lớp.

FIII
FI

c
FI

FII

h s
p

a

Hình 2-2 : Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp mối hàn nhiều lớp.


13

Khi hàn vát mép chữ V với góc rãnh hàn α, khe đáy a.
Fd = a.s + 0,75b.c (mm2).
 Tốc độ hàn.
Trên thực tế, tốc độ hàn phụ thuộc vào diện tích tiết diện ngang của kim
loại đắp và nằm trong một khoảng xác định, được tính theo cơng thức sau:
v=

(cm/s)

Trong đó:
- qd : năng lượng đường (J/cm). Với hàn thép: qd = 60417.Fd
Fd: diện tích tiết diện ngang một lớp đắp, Fd = [6 ÷8].d (cm2).
- d: đường kính que hàn (cm).
- η: Hiệu suất của hàn hồ quang.
+) Hàn hồ quang tay: η = 0.6 ÷ 0.85
+) Hàn dưới lớp thuốc: η = 0.8 ÷ 0.95
+) Hàn điện xỉ: η = 0.7 ÷ 0.85
2.1.2 Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ.
(CO2 Gas - Shielded Metal Arc Welding – GMAW)
a) Nguyên lý.
Khi hàn trong mơi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy (Hình 2-3),
hồ quang giữa đầu điện cực (dưới dạng dây hàn) và vật hàn liên tục nung chảy
điện cực và mép hàn. Dây hàn được cấp vào vùng hồ quang thông qua cơ cấu cấp
dây với tốc độ bằng tốc độ chảy của dây hàn (với điều kiện chiều dài trung bình
của hồ quang khơng đổi). Phần điện cực bị nung chảy chuyển dịch vào vũng hàn

theo một trong các loại cơ chế dịch chuyển kim loại vào vũng hàn và phụ thuộc
vào cường độ dòng điện hàn, đường kính điện cực, chiều dài hồ quang, nguồn
điện hàn và loại khí bảo vệ.
Vì thiết bị hàn có khả năng tự động điều chỉnh các đặc trưng điện của hồ
quang (chiều dài hồ quang và cường độ dòng điện hàn) và tốc độ chảy của điện


14

cực, với phương pháp hàn bán tự động, người thợ hàn chỉ làm thao tác bằng tay
việc đặt vị trí, hướng và tốc độ dịch chuyển của súng hàn.

D ©y hàn
Cuộn dây

Cáp điều
khiển
dòng điện

Đ ư ờng khí vào
ống phun khí

Bép hàn

K hí bảo vệ

H ồ quang

K im loạ i
cơ bản

Bể hàn

K im loạ i
mối hàn

Hỡnh 2-3: S nguyờn lý hàn bằng điện cực nóng chảy trong mơi trường khí
bảo vệ (hàn CO2).
N guån hµn D C

C hai khÝ - C O 2 (M A G )
A r hc H e,.....(M I G )
Bộ cấp dây

Bộ điều khiển
C áp dẫn

C áp hàn
N ối đất

Cáp điều khiển
dòng điện

C áp mát

Súng hàn
V ật liệu cơ bản

Hỡnh 2-4: Mụ t h thng hn bán tự động (hàn CO2).
b) Ứng dụng.

Hàn hồ quang kim loại nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ (CO 2) là
phương pháp hàn kinh tế, phù hợp với các mối hàn đòi hỏi các đường hàn thẳng,
cong hoặc chiều dài lớn. Có thể hàn các tấm dày và mỏng, ở mọi tư thế với thao


15

tác hàn dễ dàng. Do đó, phương pháp hàn này được dùng rất nhiều trong q
trình thi cơng tàu dầu 104000 Tấn.
Cụ thể: kết hợp với hàn tự động dưới lớp thuốc (hai lớp đầu tiên hàn CO2)
để hàn liên kết các tấm tơn đáy trong, đáy ngồi của Block thuộc phân đoạn đáy
phẳng. Tương tự với các tấm tôn mạn ngồi, các tấm tơn boong. Hàn liên kết
thép mỏ HP với tơn đáy trong, đáy ngồi của Block thuộc phân đoạn đáy, phân
đoạn hông, hàn liên kết thép mỏ với tơn mạn trong, mạn ngồi thuộc phân đoạn
mạn, hàn liên kết thép mỏ với tôn boong thuộc phân đoạn boong. Hàn nối các đà
ngang, đà dọc đáy lại với nhau, nối đà ngang, đà dọc đáy với tôn đáy trong, tơn
đáy ngồi…v.v. Ngồi ra, hàn CO2 là phương pháp hàn chủ yếu để liên kết các
Block thuộc phân đoạn và liên kết các phân đoạn của tổng đoạn giữa tàu.
b) Cơ sở lựa chọn chế độ hàn.
Trong hàn bán tự động CO2, người thợ chịu trách nhiệm đặt chế độ hàn
thích hợp cho thiết bị hàn với các thơng số quan trọng là: cường độ dòng điện
hàn, điện áp hàn và tốc độ hàn, đường kính dây hàn.
 Đường kính dây hàn.
Đường kính dây hàn càng lớn thì cường độ dòng điện hàn càng phải lớn.
Việc lựa chọn đường kính dây hàn xuất phát từ chiều dày tấm cần hàn, loại liên
kết và tư thế hàn. Các đường kính thường được dùng là 1,0 và 1,2 mm vì chúng
có tốc độ chảy lớn, dễ hàn nhiều lớp và ít bắn tóe. Các dây hàn nhỏ hơn thường
được dùng để hàn những tấm mỏng.
 Dòng điện hàn.
Cường độ dòng điện hàn có ảnh hưởng lớn nhất lên hình dạng mối hàn.

Dòng điện hàn tăng dẫn đến tăng mật độ dòng, kích thước vũng hàn, hệ số chảy,
và tốc độ chảy.
Khi cường độ dòng điện hàn tăng quá mức, sẽ xảy ra bắn tóe và có nguy
cơ cháy thủng tấm. Khi chọn cường độ dòng điện hàn người ta thường chọn bằng
cách tăng dần cường độ dòng hàn với chiều dày nhất định của tấm với điều kiện
có xét tới tốc độ cấp dây (nếu thiết bị có tốc độ cấp dây cố định).


16

Tuy nhiên, không thể tăng vô tận giá trị của cường độ dịng điện hàn.
Thơng thường, giá trị tối đa là 800 đến 900A.
 Điện áp hàn.
Điện áp hồ quang thay đổi theo chiều dài cột hồ quang. Trong thực tế, khi
chọn giá trị điện áp hàn, cần chọn theo chỉ dẫn của nhà chế tạo thiết bị hàn sau đó
điều chỉnh thêm cho chính xác vì các giá trị hướng dẫn đó chỉ mang tính định
tính. Việc chọn điện áp quá lớn sẽ làm tăng xác suất chảy các ngun tố hợp kim,
rỗ khí bắn tóe và làm tăng kích thước vũng hàn. Chọn điện áp hàn quá thấp lại
làm cho hồ quang kém ổn định, mối hàn hẹp và lồi quá dẫn đến hàn không ngấu
các cạnh hàn.
Khi hàn trong mơi trường CO 2 có thể coi: U = 15 + 0.04.I với chế độ
dịch chuyển ngắn mạch (với d = 0.6÷1.2 mm) và U = 20 + 0.03.I với chế độ
dịch chuyển tia (d = 1.2 mm trở lên).
Điện áp hồ quang phụ thuộc vào chiều dày kim loại cơ bản, thành phần
hóa học mối hàn, loại liên kết, thành phần và kích thước điện cực, thành phần khí
bảo vệ, tư thế hàn…v.v. Để có giá trị chính xác của điện áp hàn cụ thể cần hàn
thử vì khơng có giá trị cụ thể nào thích hợp với mọi ứng dụng hàn.
Điện áp hàn 16÷22V thích hợp với mọi tư thế hàn trong trường hợp hàn
tấm tương đối mỏng, ở chế độ dịch chuyển ngắn mạch và đường kính dây hàn
nhỏ chiều sâu chảy là tối thiểu. Điện áp hàn 30÷45V được sử dụng chủ yếu cho

hàn tự động theo dạng dịch chuyển tia, khi liên kết các tấm dày, tư thế hàn sấp,
dây hàn lớn và tốc độ đắp lớn. Dải điện áp 24÷30V có đặc điểm của cả hai loại
trên, dùng cho hàn bán tự động và tự động với chiều dày tấm trung bình.
 Tốc độ hàn.
Tốc độ hàn là đại lượng có ảnh hưởng đến năng lượng đường và thường
được sử dụng để tăng năng suất hàn. Việc chọn đúng tốc độ hàn phụ thuộc vào
hình dạng mối hàn cũng như điều kiện nung và nguội vật hàn. Tốc độ hàn tăng
làm tăng lượng nhiệt đưa vào vật hàn phía trước hồ quang, do đó cần ít nhiệt hơn
để nung nóng trước cạnh hàn. Ngoài ra, cùng với tăng tốc độ hàn, tốc độ nguội


17

sau khi hàn cũng tăng có thể làm tăng khả năng bị nứt với một số loại thép có
tính thấm tôi cao. Với thép kết cấu thông dụng, tốc độ hàn thường nằm trong
khoảng 20 ÷ 60 cm/min; với hàn tự động, tốc độ hàn có thể lên đến 120 cm/min.
2.1.3 Hàn hồ quang dưới lớp thuốc.
(Submerged Arc Welding - SAW)
a) Nguyên lý.
Nguyên lý của quá trình hàn dưới lớp thuốc được trình bày trên hình 2-5.
Hàn hồ quang dưới lớp thuốc (gọi tắt là hàn dưới lớp thuốc) là q trình hàn hồ
quang trong đó một hoặc nhiều hồ quang hình thành giữa một hoặc nhiều điện
cực (dây hàn) và kim loại cơ bản. Một phần lượng nhiệt sinh ra trong hồ quang
điện làm nóng chảy điện cực, một phần ở vào kim loại cơ bản và tạo thành mối
hàn. Một phần còn lại nung chảy mối hàn, tạo thành lớp xỉ và khí bảo vệ hồ
quang và kim loi núng chy.
D ây hàn
T huốc hàn

Bép hàn

Bể hàn

X ỉhàn

H ồ quang

K im loạ i cơ bản

K im loạ i mèi hµn

Hình 2-5: Mơ tả phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc.

b) Ứng dụng.

Hàn hồ quang dưới lớp thuốc cho hiệu suất hàn cao, chất lượng của kim
loại mối hàn như nhau, hàn hồ quang dưới lớp thuốc không phù hợp cho những
mối hàn ngắn hoặc cong, hoặc trong vị trí hàn leo hay hàn trần. Do đó, với tàu
dầu 104000Tấn, phương pháp hàn này được dùng chủ yếu cho các mối hàn bằng
cụ thể là nối các tấm tơn đáy, nối các tấm tơn mạn ngồi, nối các tấm tôn boong
(kết hợp với hàn bán tự động CO2 có dán sứ). Ngồi ra, hàn hồ quang dưới lớp


18

thuốc cịn được dùng để liên kết các tấm tơn đáy trong của các Block đáy, các
tấm tôn boong lại với nhau trong quá trình lắp ráp tổng đoạn giữa tàu.
c) Cơ sở lựa chọn chế độ hàn.
Các thông số của chế độ hàn được xác định dựa trên các giá trị biết trước
về hình dạng mối hàn. Các thơng số cơ bản của chế độ hàn bao gồm: đường kính
dây hàn, cường độ dịng điện hàn, điện áp hàn, tốc độ hàn.

Trường hợp hàn giáp mối nhiều lớp, hàn từ hai phía:
 Đường kính dây hàn.
Dây hàn được sử dụng dưới dạng cuộn dây với các loại: 10, 25, 50, 100
(kg). Các loại đường kính dây hàn chuẩn là: 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3;
8,0 mm.
 Dòng điện hàn và hiệu điện thế.
Theo đường kính dây hàn đã chọn, tính cường độ dịng điện hàn I và điện
áp hàn U theo các công thức sau:
U = 20 + 0,05.I/d0.5 ± 1
Và ψn = k’.(19 - 0,01.I).d.(U/I)
- Với ψn = b/H: hệ số ngấu của mối hàn. Để không xảy ra hiện tượng cháy
lẹm cạnh hàn, giá trị của ψn phải nằm trong khoảng [1,3÷2].
b
c
h'

h

H

p k

Hình 2-6: Kích thước mối hàn giáp mối có rãnh hàn, hàn nhiều lớp.
 Tốc độ hàn.
Để đảm bảo điều kiện kết tinh tốt của vũng hàn, tỉ số giữa chiều dài và
chiều rộng của vũng hàn phải không đổi. Theo lý thuyết truyền nhiệt, tốc độ hàn
được tính như sau:
v = A/I [m/h].

19

Trong đó:
- A: chọn theo đường kính dây hàn như sau:
d [mm].

1,6

2

A [.103 Am/h]. 5 ÷ 8 8 ÷ 12

3

4

12 ÷ 16

16 ÷ 20

5

6

20 ÷ 25 20 ÷ 25

2.2. NHỮNG QUY ĐỊNH - TIÊU CHUẨN HÀN ÁP DỤNG CHO HÀN
TÀU.
Tàu dầu 104000 Tấn được đóng theo đăng kiểm ABS của Mỹ, với các
tiêu chuẩn: TCVN, AWSD1.1.

2.2.1. Công tác chuẩn bị và gá lắp.
Sự chính xác của cơng tác chuẩn bị các chi tiết, độ sạch của chúng và
chất lượng gá lắp có ảnh hưởng lớn đối với khả năng chịu tải và tính kinh tế của
kết cấu hàn. Phân tích các khuyết tật khi hàn cho thấy phần lớn các phế phẩm là
do sự chuẩn bị và gá lắp kém chất lượng.
a) Công tác chuẩn bị.
 Vật liệu hàn.
Phân
loại.

P2 hàn.

Yêu cầu.

SMAW

Thép thường
Thép có lượng H2

Bán
tự
động

GMAW

Que hàn

Tự
động

SAW

Bằng
tay

FCAW

Vật liệu hàn.
S4301-1
S7016LF, S70160
S7048V, LB-52N
SM-70

Lõi thuốc hàn
Lõi 71
(có khí)
(SF-71)
L-8x707, M12Kx S717
H-14XS707TP

Các loại vật liệu
có khả năng ứng
dụng.
A, B, D, E
A, B, D, E
AH, DH, EH
nt
A, B, D, E
AH, DH
A, B, D, E

AH, DH, EH

 Vát mép.
 Hàn Hồ Quang Tay.
-

Mối hàn giáp mối vát mép hình chữ “V’’ và dạng ½ “V”.


20

Ký hiệu.

Áp dụng cho độ dày.

Loại thép.

V
(1)
1/2V (2)

t ≥ 6.0

Tất cả các loại thép.

Chi tiết mối hàn.

0~3

0~

3

t

t

0~5

0~5

(1)

(2)

Góc vát.
Tư thế hàn.
0
+5
Tất cả các tư thế.
400
-00
 Hàn bán tự động có khí CO2 bảo vệ.

Kết cấu được áp dụng.
Tất cả các kết cấu.

- Mối hàn giáp mối vát mép hình chữ “V’’ (1) và dạng ½ “V” (2) có tấm
lót lưng (một mặt).
Ký hiệu

Áp dụng cho độ dày

Loại thép.

t ≥ 6.0

Tất cả các loại thép.

3 V (1)
3 1/2V1 (2)

t

t

Chi tiết mối hàn.

Góc vát.
300

+50
-0

0

(1)

Tư thế hàn.
(1) Tất cả các tư thế.
(2) Mọi tư thế (Ngoại trừ

hàn trần, hàn đứng từ
trên xuống).

(2)
Kết cấu được áp dụng
Tất cả các kết cấu.