nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG







BÙI VĂN NGHIỆP





NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN BIẾN DẠNG NHIỆT KHI HÀN
TẤM TÔN BAO VỎ TÀU





LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nha Trang – 2010



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG





BÙI VĂN NGHIỆP




NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN BIẾN DẠNG NHIỆT KHI HÀN
TẤM TÔN BAO VỎ TÀU


CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT TÀU THỦY
MÃ SỐ : 60.52.32

LUẬN VĂN THẠC SĨ



Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Ba









Nha Trang – 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Bùi Văn Nghiệp, học viên lớp Cao học 2006, ngành Kỹ thuật Tàu thủy,
xin cam đoan:
Mọi tài liệu, số liệu dùng tính toán, dẫn chứng trong luận văn này là trung thực,
hợp lệ, chính xác và không vi phạm pháp luật.
Nội dung luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa
học của Thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Ba.
Nha Trang, ngày tháng năm 2010

Bùi Văn Nghiệp










LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian dài học tập, rèn luyện, trau dồi kiến thức và nghiên cứu đến
nay luận văn cao học của tôi đã được hoàn thành. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Ba; Quý Lãnh đạo Nhà
trường Đại học Nha Trang, Quý Thầy cô giáo Khoa Kỹ thuật tàu thủy và bạn bè đồng
nghiệp đã quan tâm, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong học tập và nghiên cứu; Công ty
TNHH NMTB Hyundai Vinashin đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh
thần trong nghiên cứu thực nghiệm và đánh giá kết quả thực nghiệm; Gia đình và
người thân đã quan tâm, chăm sóc, động viên tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn tất cả giúp tôi hoàn thành luận văn này.

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Lời nói đầu 1
Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3
1.1. Đặt vấn đề 3
1.2. Tổng quan đề tài nghiên cứu. 4
1.3. Tầm quan trọng của quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung
(SAW) trong ngành công nghiệp đóng tàu. 18
1.4. Các yếu tố cơ bản có thể ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt
khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 19
1.5. Mục tiêu, phạm vi và giới hạn nội dung nghiên cứu. 21
CHƯƠNG 2: Nghiên cứu lý thuyết sự ảnh hưởng của nguồn nhiệt
và góc vát mép đến biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 24
2.1. Quy trình chế tạo vỏ tàu và đối tượng nghiên cứu. 24
2.2. Các loại thép dùng trong đóng tàu và vật liệu nghiên cứu. 25
2.3. Nghiên cứu sự phân bố trường nhiệt độ khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 28
2.3.1. Sự ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn. 29
2.3.2. Nghiên cứu trường nhiệt độ với những phương trình cơ bản. 30
2.3.3. Nghiên cứu lựa chọn điều kiện ban đầu và điều kiện biên
cho bài toán truyền nhiệt hàn tôn bao vỏ tàu. 31

2.4. Nghiên cứu trường ứng suất khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 34
2.4.1. Trường ứng suất quá độ khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 34
2.4.2. Nghiên cứu sự phát triển và hình thành trường ứng suất dư
khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 40
2.5. Nghiên cứu sự phát triển biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 45
2.5.1. Sự hình thành co ngang của mối hàn giáp mối tôn bao vỏ tàu. 45
2.5.2. Xác định độ co ngang và co dọc của mối hàn giáp mối tấm. 46
2.5.3. Sự hình thành và phát triển biến dạng xoay khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 48
2.5.4. Sự hình thành và phát triển biến dạng góc khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 49
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn
và góc vát mép đến biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. 53
3.1. Giới thiệu chung về phân đoạn nghiên cứu và quy trình hàn áp dụng. 53
3.1.1. Các thông số cơ bản của tàu nghiên cứu. 53
3.1.2. Các thông số cơ bản của phân đoạn nghiên cứu. 53
3.1.3. Đặc điểm kết cấu của phân đoạn nghiên cứu. 54
3.1.4. Quy trình chế tạo phân đoạn B16. 54
3.1.5. Quy trình hàn tôn bao phân đoạn B16. 56
3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. 56
3.3. Mô tả thí nghiệm. 57
3.4. Phương pháp đo biến dạng nhiệt. 58
3.5. Cơ sở so sánh đánh giá kết quả. 59
3.5.1. Công thức tính biến dạng góc của Giáo sư Okerblom. 59
3.5.2. Kết quả mô phỏng của tiến sĩ Artem Pilipenko. 59
3.6. Trình tự thực hiện. 60
3.6.1. Khảo sát biến dạng trên mẫu hàn và trên sản phẩm. 60
3.6.2. Hàn thí nghiệm sự ảnh hưởng của nguồn nhiệt đến biến dạng góc. 63
3.6.3. Hàn thí nghiệm sự ảnh hưởng của góc vát mép đến biến dạng góc. 78
Chương 4 : Kết luận và đề xuất 82
4.1. Kết luận. 82
4.2. Kiến nghị. 83

4.3. Hướng nghiên cứu phát triển đề tài. 84


BIỂU BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Trang
Bảng 2.1. Khử Oxy và thành phần hóa học của thép đóng tàu 25
Bảng 2.2. Hàm lượng cacbon tương đương đối với thép được sản xuất
theo phương pháp cán có kiểm soát cơ nhiệt (TMCB) 26
Bảng 2.3. Thành phần hóa học của thép ASTMA131 27
Bảng 2.4: Hiệu suất hồ quang đối với các quá trình hàn khác nhau 29
Bảng 3.1: Bảng khảo sát biến dạng góc trên mẫu 62
Bảng 3.2: Bảng khảo sát biến dạng góc hàn trên sản phẩm 63
Bảng 3.3. Trị số ΔI theo quy trình hàn HVS-1G-SAW 66
Bảng 3.4. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W1 67
Bảng 3.5. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W2 68
Bảng 3.6. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W3 69
Bảng 3.7. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W4 70
Bảng 3.8. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W5 71
Bảng 3.9. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W6 72
Bảng 3.10. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W7 73
Bảng 3.11. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W8 74
Bảng 3.12. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W9 75
Bảng 3.13. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W10 76
Bảng 3.14. Biến dạng góc với quy trình hàn HVS-1G-SAW-W611 77
Bảng 3.15 : Tổng hợp kết quả ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn
đến biến dạng góc khi hàn tấm theo thí nghiệm 78
Bảng 3.16 : Kết quả thực nghiêm ứng dụng công cụ hồi quy 78
Bảng 3.17: Tổng hợp kết quả ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn đến
biến dạng góc khi hàn tấm theo Giáo sư Okerblom 79

Bảng 3.18 : Tổng hợp kết quả ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn
đến biến dạng góc khi hàn tấm theo Tiến sĩ Artem Pilipenko. 80
Bảng 3.19: Kết quả biến dạng góc với góc vát mép chữ Y 83
Bảng 3.20: Kết quả biến dạng góc với góc vát mép chữ X 84

BẢNG HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN

Trang
H.1.1. Biến dạng của thép tấm trong và sau quá trình hàn 5
H.1.2. Ứng suất trên boong tàu dầu 225.000DWT trong quá trình
đóng mới và chuyến hải hành đầu tiên 6
H.1.3. Các kiểu biến dạng hàn 7
H. 1.4. Nguyên lý hàn hồ quang 11
H.1.6. Nguyên lý hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung 12
H.1.7. Nguyên lý hàn TIG 13
H.1.8. Nguyên lý hàn MIG/MAG 14
H.1.9. Nguyên lý hàn hồ quang dây hàn lõi thuốc 14
H.1.10. Một vài ví dụ về cụm chi tiết thanh dầm 15
H.1.11. Biến dạng dọc khi hàn cụm chi tiết kết cấu thanh dầm 16
H.1.12. Biến dạng góc khi hàn cụm chi tiết kết cấu thanh dầm 16
H.1.13. Biến dạng cục bộ khi hàn cụm chi tiết kết cấu thanh dầm. 16
H.1.14. Biến dạng góc khi hàn nối tấm tại HVS 17
H.1.14. Biến dạng cục bộ khi hàn nối kết cấu với tấm tại HVS 17
H.1.16. Khắc phục biến dạng bằng phương pháp nhiệt tại HVS 18
H.2.1. Quy trình chế tạo phân đoạn khối 24
H.2.2. Chu trình nhiệt hàn vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn nóng chảy 28
H.2.3. Mật độ nguồn nhiệt của hồ quang hàn 30
H.2.4. Ba loại điều kiện biên được sử dụng 32
H.2.5. Động học của ứng suất trong hình lăng trụ rắn 35
H.2.6. Biểu đồ mô tả sự thay đổi nhiệt độ và ứng suất trong quá trình hàn 36

H.2.7. Biểu đồ chu trình ứng suất biến dạng cục bộ trong
chuẩn dừng trường nhiệt độ khi di chuyển nguồn nhiệt 37
H.2.8. Sự phát triển ứng suất ngang 39
H.2.9. Ứng suất dọc trong quá trình hàn 40
H.2.10. Đường cong giãn nở thể tích 41
H.2.11. Sự phân bố ứng suất dọc khi hàn tấm dưới dạng 3D 42
H.2.12. Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn 42
H.2.13. Ứng suất dư ngang trong mối hàn giáp mối hàn một lượt 43
H.2.14. Sự phân bố ứng suất dư ngang dưới dạng 3D 44
H.2.15. Ứng suất dư ngang theo chiều dày tấm 45
H.2.16. Sự hình thành sự co ngang khi hàn 46
H.2.17. Sự phân bố biến dạng trong mặt phẳng tấm 47
H.2.18. Sự hình thành biến dạng xoay khi hàn giáp mối. 49
H.2.19. Sự phát triển biến dạng góc 50
H.2.20. Các ứng xử của biến dạng góc khi hàn giáp mối 51
H.2.21. Độ co góc Δβ phụ thuộc vào lượng nhiệt trên
một đơn vị chiều dài hàn q
w
51
H.3.1. Phân đoạn nghiên cứu 53
H.3.2. Kết cấu phân đoạn B16 54
H.3.3. Quy trình chế tạo phân đoạn đáy B16 55
H.3.4. Quy cách mối hàn nghiên cứu 56
H.3.5. Kích thước mẫu hàn thí nghiệm 57
H.3.6. Phương pháp đo khe hở biến dạng e 58
H.3.7. Phương pháp xác định độ biến dạng góc. 58
H.3.8. Mô hình mô phỏng biến dạng của Artem Pilipenko dưới dạng 3D 59
H.3.9. Đồ thị sự ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn đến biến dạng góc
theo quy trình HVS-1G-SAW 77
H.3.10. Quy cách vát mép chữ Y 78

H.3.11. Quy cách vát mép chữ X 78

1

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế đất nước, trong những năm
qua nhu cầu sử dụng tàu thuyền để đánh bắt và khai thác thủy hải sản cũng như làm
phương tiện vận tải ngày càng nhiều. Chính vì thế Đảng và Nhà nước rất quan tâm đến
việc phát triển nền kinh tế thủy sản, giao thông đường thủy và ngành công nghiệp hàng
hải, trong đó có ngành đóng tàu.
Khi tiến hành đóng tàu, biến dạng hàn là một trong những vấn đề vô cùng quan
trọng và phức tạp. Biến dạng gây ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, chất lượng kết
cấu và có thể gây hư hỏng kết cấu sau khi hàn hoặc trong quá trình khai thác, sử dụng.
Nhưng vấn đề này thực tế vẫn đang tồn tại tại các nhà máy đóng tàu. Sau khi hàn, nhà
máy phải tốn một khoảng chi phí khá lớn để khắc phục biến dạng.
Trong lịch sử nghiên cứu, cũng đã có rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên
cứu vấn đề ứng suất và biến dạng nhiệt do hàn. Tuy nhiên, những nghiên cứu này chỉ
được thực hiện trên mẫu hoặc kết cấu cơ khí thông thường, kết quả khác xa so với biến
dạng thực tế hàn vỏ tàu. Vì kết cấu thân tàu thủy có những đặc điểm khác biệt so với
những kết cấu cơ khí thông dụng khác.
Với mong muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn và góc vát mép
đến biến dạng khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. Đồng thời đánh giá độ chính xác của công
thức tính biến dạng của Okerblom và sự mô phỏng biến dạng của Artem Pilipenko
trong điều kiện thực tế hàn vỏ tàu thủy khi áp dụng phương pháp hàn hồ quang dưới
lớp thuốc trợ dung. Nhằm cảnh báo nguy cơ xảy ra ứng suất và biến dạng khi hàn nối
các tấm tôn bao vỏ tàu trong điều kiện thực tế, đồng thời xác định chính xác giá trị của
một số thông số cơ bản trong quy trình hàn, góp phần nâng cao chất nâng cao chất
lượng sản phẩm. Vì vậy lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến
dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu”, là vô cùng thực tế và cần thiết.
Với ý nghĩa to lớn như vậy, luận văn tập trung nghiên cứu hai yếu tố chính ảnh

hưởng đến biến dạng tấm tôn bao vỏ tàu trong phân đoạn phẳng do quá trình hàn hồ
quang dưới lớp thuốc trợ dung, mối hàn giáp mối, thẳng và tư thế hàn bằng gây ra. Hai
yếu tố chính đó là: nguồn nhiệt hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung và hình dạng của
mối ghép đến biến dạng tấm tôn bao vỏ tàu.

2

Trong đó đi nghiên cứu thực nghiệm kết quả biến dạng trên cơ sở các thông số
trong quy trình hàn. Sau đó so sánh với kết quả của Okerblom và Artem Pilipenko. Và
nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn nhiệt hàn và góc vát mép đến biến dạng khi hàn tấm
tôn bao vỏ tàu, từ đó có những khuyến cáo về nguy cơ xảy ra ứng suất, biến dạng.
Đồng thời đánh giá độ chính xác của công thức tính biến dạng của Okerblom và sự mô
phỏng biến dạng của Artem Pilipenko trong điều kiện thực tế hàn vỏ tàu thủy. Và đề
xuất chế độ hàn phù hợp với tấm tôn bao vỏ tàu khi áp dụng phương pháp hàn hồ
quang dưới lớp thuốc trợ dung.
Nhân dịp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến sự hướng dẫn tận tình
của thầy PGS.TS Nguyễn Văn Ba, sự giúp đỡ của Quý Thầy cô khoa Kỹ thuật tàu thủy
Trường Đại học Nha trang và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn
này.
Qua đây, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo, các
bạn đồng nghiệp và những ai quan tâm đến lĩnh vực này để vấn đề nghiên cứu được
hoàn thiện hơn.
Nha trang, tháng 04 năm 2010
Người thực hiện
Bùi Văn Nghiệp

3

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Đặt vấn đề
Biến dạng hàn là một trong những vấn đề vô cùng quan trọng và phức tạp trong
công tác hàn kết cấu thân tàu thủy. Biến dạng gây ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn,
chất lượng kết cấu hàn và có thể gây hư hỏng kết cấu sau khi hàn hoặc trong quá trình
khai thác, sử dụng. Nhưng vấn đề này thực tế vẫn đang tồn tại tại các nhà máy đóng
tàu.
Theo quy định của các cơ quan đăng kiểm, nhà máy đóng tàu phải tiến hành
hàn kết cấu thân tàu theo quy trình hàn được duyệt. Tuy nhiên, các thông số chế độ
hàn và góc vát mép liên kết trong quy trình hàn lại nằm trong một khoảng giá trị. Như
vậy khi tiến hành hàn, giá trị nào được sử dụng lại còn phải phụ thuộc vào kinh
nghiệm thợ hàn.
Sau khi hàn, nhà máy phải tốn một khoảng chi phí khá lớn để khắc phục biến
dạng. Biện pháp chủ yếu để khắc phục hiện nay là áp dụng phương pháp nhiệt, nghĩa
là gia nhiệt làm cho kết cấu hàn biến dạng theo chiều ngược lại. Phương pháp này có
chi phí lớn, bao gồm chi phí cho nhân công thực hiện, nguyên vật liệu, và vật tư tiêu
hao,… Đó là chưa kể đến vấn đề gia nhiệt sẽ làm thay đổi cơ lý tính của vật liệu cơ
bản, làm giảm chất lượng kết cấu cũng như làm giảm độ bền chung của tàu. Bên cạnh
đó phương pháp gia nhiệt được tiến hành thủ công gây độc hại cho con người và tốn
nhiều thời gian làm giảm tiến độ đóng tàu.
Trong lịch sử nghiên cứu, cũng đã có rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên
cứu vấn đề ứng suất và biến dạng nhiệt do hàn. Có thể kể đến người đầu tiên phát hiện
và cảnh báo nguy cơ của ứng suất hàn là Slavianov từ năm 1892. Sau đó là các nghiên

cứu của Rosenthal Daniel từ những năm 1940. Đến năm 1955, Okerblom đã đưa ra
công thức tính biến dạng góc khi hàn giáp mối dựa trên cơ sở của nguồn nhiệt và độ
dày tấm mà không tính đến phương pháp hàn nào và các yếu tố khác. Tiếp đến là Giáo
sư Ola Westby, Ông là người đầu tiên áp dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào
ngành hàn. Và mới nhất là năm 2001, Artem Pilipenko đã mô phỏng biến dạng hàn
trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn và ứng dụng phần mềm ABAQUS. Tuy

4

nhiên, những nghiên cứu này chỉ được thực hiện trên mẫu hoặc kết cấu cơ khí thông
thường, kết quả khác xa so với biến dạng thực tế hàn vỏ tàu. Vì kết cấu thân tàu thủy
có những đặc điểm khác biệt so với những kết cấu cơ khí thông dụng khác.
Bên cạnh đó, chìa khóa thành công của các nhà máy đóng tàu hiện đại là sự kết
hợp giữa quy trình công nghệ và phương pháp hàn. Hai yếu tố này gắn kết với nhau,
chúng quyết định trực tiếp đến tiến độ đóng tàu, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí, hạ
giá thành và mang lại lợi nhuận cao. Chính vì vậy mà các nhà máy áp dụng phương
pháp đóng tàu theo phân tổng đoạn nhằm mục đích: tiến hành chế tạo tất cả các chi tiết
thân tàu cùng một lúc và chuyển tất cả các mối hàn về vị trí hàn bằng. Đặc biệt trong
đó có áp dụng phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung hàn nối các tấm tôn
bao và các chi tiết liên kết giáp mối khác. Phương pháp hàn này cho chất lượng kim
loại mối hàn cao, mối hàn đẹp, năng suất cao gấp 10 lần so với hàn hồ quang tay và
giảm thiểu độc hại cho con người. Nhưng đồng thời phương pháp hàn này cũng gây ra
biến dạng khá lớn.
Tóm lại, vấn đề biến dạng hàn kết cấu thân tàu vẫn đang tồn tại và chưa có
nghiên cứu nào giải quyết cụ thể. Với mong muốn nghiên cứu sự ảnh hưởng của
nguồn nhiệt hàn và góc vát mép đến biến dạng khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu. Đồng thời
đánh giá độ chính xác của công thức tính biến dạng của Okerblom và sự mô phỏng
biến dạng của Artem Pilipenko trong điều kiện thực tế hàn vỏ tàu thủy khi áp dụng
phương pháp hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung. Nhằm cảnh báo nguy cơ xảy ra
ứng suất và biến dạng khi hàn nối các tấm tôn bao vỏ tàu trong điều kiện thực tế, đồng

thời xác định chính xác giá trị của một số thông số cơ bản trong quy trình hàn, góp
phần nâng cao chất lượng sản phẩm. Vì vậy lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số yếu
tố ảnh hưởng đến biến dạng nhiệt khi hàn tấm tôn bao vỏ tàu”, là vô cùng thực tế và
cần thiết.

1.2. Tổng quan đề tài nghiên cứu.
1.2.1. Nguyên nhân gây ra ứng suất và biến dạng hàn.
Trong quá trình hàn, chúng ta tiến hành nung nóng cục bộ tại vị trí cần hàn, chỉ
trong một thời gian rất ngắn vị trí này đạt đến nhiệt độ rất cao. Theo phương dọc, do
nguồn nhiệt hàn luôn di động lên phía trước nên những khối kim loại mới được nung
nóng còn những phần kim loại đằng sau dần dần đồng đều về nhiệt độ. Còn sự phân bố

5

nhiệt độ theo phương vuông góc với hướng hàn rất khác nhau, do đó sự thay đổi thể
tích ở các vùng lân cận mối hàn cũng khác nhau, dẫn đến sự tạo thành nội lực và ứng
suất trong vật hàn.
Mô tả cách khác, khi hàn giáp mối, nhiệt độ kim loại cơ bản đạt giá trị cao nhất
tại vùng hồ quang (mỏ hàn), kim loại cơ bản vùng này giãn nở nhiều nhất so với
những vùng khác ở xa mỏ hàn hơn. Trong suốt quá trình đốt nóng, vùng nóng chảy có
xu hướng giản nở nhưng bị cản trở bởi kim loại xung quanh có nhiệt độ thấp hơn, vì
vậy ứng suất vùng này là ứng suất nén làm cho tấm biến dạng. Khi mối hàn kết thúc,
vật liệu tấm bắt đầu nguội dần và co lại làm cho tấm biến dạng theo chiều ngược lại.
Nếu tấm hàn biến dạng đàn hồi hoàn toàn trong suốt thời gian gia nhiệt và thời gian
nguội thì tấm sẽ hoàn toàn trở lại với hình dáng ban đầu và không có biến dạng dư.

H.1.1. Biến dạng của thép tấm trong và sau quá trình hàn
Nhưng thực tế thì không phải vậy, đối với kim loại đặc biệt là thép biến dạng sẽ
xảy ra. Vì trong quá trình nguội, hình dạng của tấm được trả về nhưng không dừng lại
ở vị trí hình dạng ban đầu mà nó tiếp tục co lại, vượt qua hình dạng ban đầu và gây ra

biến dạng dư. Quá trình diễn ra biến dạng hàn này được thể hiện trên hình 1.1 [10].
Khi hàn giáp mối, vùng gần tâm mối hàn bị nung nóng nhiều nhất nên có xu
hướng giãn nở lớn gây ra bị nén, còn các phần khác nung nóng ít hơn và nguội thì bị
kéo. Sau khi hàn, nhiệt độ theo tiết diện ngang của tấm dần dần cân bằng, khi nguội
các phần của tấm sẽ co lại. Biến dạng dọc co rút ở phần giữa phải lớn hơn vì ở đó nhiệt
độ cao hơn. Vì vậy, phần giữa của tấm khi nung nóng thì bị nén dọc, sau khi nguội nó

6

hoàn toàn trở nên bị kéo, những phần tiếp đó không có sự co như phần giữa thì lại bị
nén. Trạng thái ứng suất đó gọi là ứng suất dư trong vật hàn.
Ứng suất dư trong kết cấu hàn kết hợp với ứng suất sinh ra do ngoại lực tác
dụng trong quá trình làm việc, tổng ứng suất này là nguy cơ làm giảm khả năng làm
việc của kết cấu và tạo khả năng xuất hiện những vết nứt, gãy trong chúng. Biến dạng
hàn thường làm sai lệch hình dáng và kích thước của các kết cấu, do đó sau khi hàn
phải tiến hành khắc phục các biến dạng này.
Theo như sự nghiên cứu của Gell [14], được trình bày trong luận án tiến sĩ của
ông thì ứng suất đo được trên boong tàu 255.000DWT trong suốt quá trình chế tạo và
trong chuyến hải hành đầu tiên: ứng suất do hàn gây ra chiếm đến 63%, còn lại là các
ứng suất khác. Các số liệu này có thể tham khảo trên hình H.1.2.


Như vậy, rõ ràng là trong quá trình đóng tàu thì vấn đề ứng suất và biến dạng
do hàn gây ra là vô cùng quan trọng, vấn đề này cần phải được quan tâm và giải quyết
đúng mức nhằm đảm bảo chất lượng tốt nhất cho con tàu.

1.2.2. Các dạng ứng suất và biến dạng hàn vỏ tàu.
Đối với kết cấu thân tàu, công việc hàn được quy định rất chặc chẽ và kiểm tra
rất khắc khe, điều này được thể hiện qua các tiêu chuẩn và quy trình hàn. Quy trình
hàn được xây dựng trên cơ sở tính toán thiết kế và thường phải trải qua rất nhiều lần

thử nghiệm trước khi được phê chuẩn.
Quá trình hàn kết cấu thân tàu được Đăng kiểm kiểm tra, giám sát bao gồm các
giai đoạn: Kiểm tra trước khi hàn, kiểm tra trong khi hàn và kiểm tra sau khi hàn.
H.1.2. Ứng suất trên boong tàu dầu 225.000DWT
trong quá trình đóng mới và chuyến hải hành đầu tiên

7

Chất lượng mối hàn nói chung phụ thuộc rất nhiều vào trình độ tay nghề của
người công nhân. Nhưng bắt đầu vào những năm cuối của Thế kỷ 20, các phương pháp
hàn cơ giới hóa và robot hàn được ứng dụng trong ngành đóng tàu. Nhờ sự phát triển
công nghệ hiện đại này đã nâng cao được đáng kể chất lượng mối hàn, giảm chi phí
sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế và đặc biệt là giảm độc hại cho con người.
Tuy nhiên, khi lắp ghép các thành phần chi tiết kết cấu thân tàu với nhau, cho dù
là ứng dụng phương pháp hàn nào đi chăng nữa thì cũng không thể tránh khỏi được
ứng suất dư và biến dạng dư.
Theo Koichi và Masubuchi [19], biến dạng hàn có thể phân thành các dạng sau:
1. Biến dạng xảy ra trong mặt phẳng tấm, có 3 dạng:
(a) Biến dạng do co ngang
(b) Biến dạng do co dọc
(c) Biến dạng do xoay
2. Biến dạng xảy ra ngoài mặt phẳng tấm, có 4 dạng:
(d) Biến dạng góc
(e) Biến dạng dọc
(f) Biến dạng xoắn
(g) Biến dạng cục bộ
Các dạng biến dạng hàn này được thể hiện trên hình 1.3.


H.1.3. Các kiểu biến dạng hàn

a, Biến dạng do co ngang; b, Biến dạng do co dọc; c, Biến dạng xoay
d, Biến dạng góc; e, Biến dạng dọc; f, Biến dạng xoắn; g, Biến dạng cục bộ


8

1.2.3. Lịch sử nghiên cứu ứng suất và biến dạng hàn vỏ tàu.
Hàng ngàn năm trước, con người đã biết sử dụng tàu thuyền để làm một trong
những phương tiện chính cho việc đi lại. Như vậy, ngành đóng tàu qua đó cũng phát
triển theo thời gian. Đầu tiên chỉ là bè lau sậy, dần dần là những chiếc tàu gỗ và bây
giờ là những con tàu hiện đại có thể dài đến hàng ngàn mét được làm bằng thép chịu
lực cao.
Phương pháp chế tạo tàu và liên kết chi tiết kết cấu thân tàu cũng thay đổi theo
thời gian. Trong suốt thế kỷ 20, thời gian đóng mỗi chiếc tàu đã được rút ngắn dần từ 4
năm xuống còn 8 tuần mà thôi. Để có được sự phát triển vượt bật như vậy là nhờ vào
rất nhiều sự nghiên cứu, phát minh và sự đổi mới quy trình công nghệ. Tầm quan trọng
của những vấn đề này đã, đang và sẽ còn được thể hiện trong các nhà máy đóng tàu
góp phần mang lại hiệu quả kinh tế cao cho ngành công nghiệp này.
Phương pháp hàn hồ quang điện được Sir Humphrey Davy sáng chế năm 1801
[6]. Tuy nhiên, nó chưa được ứng dụng ngay vào thực tế. Trải qua khá nhiều các
nghiên cứu quan trọng, cho đến những năm 1930 của thế kỷ 20 thì hàn mới được ứng
dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp đóng tàu. Đầu tiên chỉ là phương pháp hàn hồ
quang tay và từ đó phương pháp hàn đã thay thế cho phương pháp tán ri vê.
Năm 1939 Viện sĩ Paton, người Nga, ứng dụng thành công công nghệ hàn dưới
lớp thuốc [6]. Và đây là một bước đột phá mới trong ngành hàn nói chung và cho hàn
tàu nói riêng. Phương pháp hàn này cho năng suất hàn rất cao và còn giảm thiểu được
độc hại cho con người.
Từ những ngày đầu ứng dụng kỹ thuật mới, vật liệu thép và phương pháp hàn,
ngành công nghiệp đóng tàu trở nên phát triển hơn bao giờ hết. Loạt tàu “Tự do –
Liberty” là loạt tàu đầu tiên được ứng dụng phương pháp hàn để liên kết các chi tiết

kết cấu, được đóng vào những năm 40 của thế kỷ 20 ở Mỹ.
Nhưng không may thay, những chiếc tàu mang tên Tự do này không chỉ nổi tiếng
vì thời gian chế tạo ra nó ngắn và được ứng dụng phương pháp hàn mà rất nhiều trong
số đó đã bị gãy đôi trong khi vận hành, nhấn chìm toàn bộ hàng hóa và thủy thủ đoàn
dưới lòng biển sâu. Nguyên nhân chính của thảm họa này là do sự tập trung ứng suất
hàn và các lỗi kỹ thuật trong chế tạo, lắp ráp và hàn các chi tiết kết cấu với nhau. Sau

9

thảm họa này đã khiến các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nhiều hơn và có nhiều
công trình đầu tư nghiên cứu về vấn đề ứng suất và biến dạng hàn.
Cũng cần làm rõ hơn, người đầu tiên phát hiện, cảnh báo nguy cơ và những ảnh
hưởng xấu của ứng suất hàn là Slavianov vào năm 1892, tức là sau hơn 90 năm
phương pháp hàn hồ quang điện được sáng chế và hơn 50 năm trước khi loạt tàu tự do
bị vùi dưới biển sâu.
Theo dòng thời gian của lịch sử, rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm ra
những phương pháp giải quyết vấn đề ứng suất và biến dạng hàn trên cơ sở giải quyết
vấn đề phân phát nhiệt độ. Những phương pháp kỹ thuật chính để nghiên cứu giải
quyết cho đến nay là: Phương pháp phân tích mẫu, phương pháp này đi giải quyết từ
đơn giản nhất ở dạng 1D đến 3D sau đó áp dụng cho sự phân bố nguồn nhiệt 3D và
lượng nhiệt mất đi từ bề mặt mẫu; Phương pháp phân tích sai phân và Phương pháp
phần tử hữu hạn.
Những phương pháp giải quyết vấn đề truyền nhiệt này cũng được phát triển theo
thời gian và nhờ vào sự lớn mạnh của công nghệ thông tin.
Phương pháp phân tích mẫu đã được đưa ra cách đây khoảng 70 năm [27,28].
Trong đó, đặc biệt nhất là Rosenthal Daniel đã có nhiều công trình nghiên cứu vĩ đại
về lý thuyết sự phân phát nhiệt trong quá trình hàn cắt kim loại và Lý thuyết di chuyển
nguồn nhiệt ứng dụng giải quyết các vấn đề kim loại hàn. Ông đã đưa ra phương trình
truyền nhiệt mà cho đến nay vẫn còn nguyên giá trị trong ứng dụng tính toán nhiệt.
Sau đó đến năm 1955, Giáo sư Okerblom đã đưa ra công thức tính biến dạng và ngày

nay chúng ta vẫn đang áp dụng [29].
Cách đây khoảng 40 năm, người ta được biết đến phương pháp số trong đó có
phương pháp sai phân và phương pháp phần tử hữu hạn để giải quyết vấn đề truyền
nhiệt [39]. Phương pháp sai phân được đưa ra và áp dụng cho ngành hàn vào đầu
những năm 60 của thế kỷ 20, phương pháp phần tử hữu hạn ra đời và áp dụng vào
ngành hàn khoảng 10 năm sau đó [37], người áp dụng đầu tiên phương pháp phần tử
hữu hạn vào ngành hàn là Giáo sư Ola Westby cho một phần luận án tiến sĩ của mình.
Đó chỉ là bước khởi đầu, phương pháp phần tử hữu hạn đạt được những khả năng
còn to lớn hơn nhiều vào những năm cuối thế kỷ 20. Năm 2001, Tiến sĩ Artem

10

Pilipenko đã nghiên cứu mô phỏng biến dạng hàn trên cơ sở phương pháp phần tử hữu
hạn và ứng dụng phần mềm ABAQUS.
Tuy nhiên, các kết quả báo cáo trong các tài liệu khoa học của các nhà nghiên
cứu thường khác xa so với nhau và cũng khác xa so với thực tế hàn kết cấu vỏ tàu
thủy.
Như vậy, chúng ta có thể thấy được rằng, sau Rosenthal Daniel cũng có khá
nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến vấn đề ứng suất, biến dạng hàn và cũng đã đưa ra
nhiều phương pháp tính toán giải quyết, nhiều công thức, nhiều phương trình và những
hằng số bổ sung trong quá trính tính toán ứng suất và biến dạng nhiệt. Nhưng hầu hết
chỉ là những nghiên cứu trên cơ sở phương trình truyền nhiệt của Rosenthal Daniel và
chỉ nghiên cứu trên mẫu hoặc kết cấu cơ khí thông thường. Trong khi đó, vỏ thân tàu
thủy có những đặc điểm khác biệt so với những kết cấu cơ khí thông dụng khác. Nói
chung, vấn đề ứng suất và biến dạng hàn kết cấu thân tàu vẫn đang tồn tại và chưa có
những nghiên cứu cụ thể để giải quyết vấn đề này.
1.2.4. Đặc điểm hàn kết cấu thân tàu thủy
1.2.4.1. Đặc điểm hàn kết cấu thân tàu thủy
Theo như tính toán của các chuyên gia hàn, cũng như công việc thực tế tại các
nhà máy đóng tàu thì khối lượng công việc hàn chiếm khoảng 60% tổng khối lượng

công việc chế tạo phần vỏ tàu thủy. Khối lượng công việc này bao gồm:
- Các công việc chuẩn bị trước khi hàn, bao gồm: chuẩn bị thợ hàn, quy trình
hàn, vật liệu cơ bản, vật liệu hàn, mép hàn, rãnh hàn, hàn đính….
- Các công việc trong khi hàn, bao gồm những công việc chính: Điều chỉnh
máy móc, thiết bị và thực hiện hàn.
- Các công việc sau khi hàn: làm sạch đường hàn, kiểm tra khắc phục các
khuyết tật và nghiệm thu.
Ngành công nghiệp đóng tàu là nơi có rất nhiều phương pháp hàn được áp dụng
và cũng là nơi thể hiện được tất cả các tư thế hàn trong không gian: hàn bằng, hàn
ngang, hàn leo, hàn trần, hàn góc, hàn ống, hàn trong hầm kín, hàn trong khu vực chật
hẹp, hàn trên cao và kể cả hàn dưới nước, …


11

1.2.4.2. Cỏc quỏ trỡnh hn c ng dng trong ngnh cụng nghip úng tu.
Hin nay trong ngnh cụng nghip ch to tu thy, phng phỏp hn h quang
c ỏp dng rng rói. Nguyờn lý ca phng phỏp hn ny nh sau [6]:
Hn h quang m trong ú bao gm mt quỏ trỡnh in cc t phỏt ra h quang
v b núng chy, sau ú ụng c to thnh kim loi mi hn, c gi l Hn h
quang in cc núng chy.
Quỏ trỡnh hn h quang m trong ú in cc ch to ra h quang, v dõy hoc
thanh kim loi in y c a vo to kim loi mi hn. c gi l Hn h
quang in cc khụng núng chy.





H. 1.4. Nguyờn lý hn h quang

1.2.4.2.1. Quỏ trỡnh hn h quang kim loi vi que hn cú thuc bc bo v.
Ký hiu: SMAW (Shielded Metal Arc Welding): Quỏ trỡnh hn h quang kim
loi vi que hn cú thuc bc bo v thng c gi l hn h quang tay.
Nguyờn lý: Nhit ca h quang c to ra gia que hn v vt c hn lm
núng chy kim loi c bn, lừi que hn v ht kim loi cú trong thuc bc que hn
hỡnh thnh nờn mi hn. Trong ú tt c cỏc thao tỏc gõy h quang, dch chuyn que
hn, thay que hn u do th hn thc hin bng tay.





Sỉ
Nguồn
hàn
Mạch
sơ cấp
Hồ quang
Kim loại
mối hàn
Bể hàn
Kim loại
cơ bản
Dây cáp mát
Dây cáp hàn
Mạch
thứ cấp
Kìm hàn
Que hàn vỏ bọc
E

Năng lợng
nguồn
Hồ quang
Điện cực
Kim loại
mối hàn
Kim loại
cơ bản
(A) Kiểu điện cực nóng chảy
E
Năng lợng
nguồn
Hồ quang
Điện cực
Kim loại
mối hàn
Kim loại
cơ bản
(B) Kiểu điện cực không nóng chảy
Thanh
điền đầy
H.1.5. Hn h quang
kim loi vi que hn
cú thuc bc bo v

12

Phương pháp này ra đời sớm nhất, có khả năng hàn tất cả các vị trí trong không
gian và có tính cơ động cao. Trong ngành đóng tàu, hàn hồ quang tay chỉ được ứng
dụng nhiều trong các nhà máy đóng tàu vừa và nhỏ. Đối với các nhà máy đóng tàu

hiện đại, phương pháp này chỉ được ứng dụng để hàn đính và hàn phụ trợ những chi
tiết nhỏ lẽ, không đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật cao, chỉ cần tính cơ động cao.
1.2.4.2.2. Quá trình hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung
Ký hiệu: SAW (Submerged Arc Welding): Hay là hàn hồ quang chìm
Nguyên lý: Đầu dây hàn và hồ quang chìm trong thuốc trợ dung được cung cấp
trước, dòng hàn chuyển qua hồ quang và nhiệt của hồ quang làm nóng chảy dây hàn,
thuốc trợ dung và một phần của kim loại cơ bản để hình thành nên vũng hàn. Với
chiều dày lớp thuốc phù hợp trong khi hàn, sẽ bảo vệ cột hồ quang và vũng hàn khỏi
sự tác động của môi trường không khí.






H.1.6. Nguyên lý hàn hồ quang dưới lớp thuốc trợ dung

Quá trình hàn này không phát sinh khói, hồ quang kín, giảm thiểu nhu cầu đối
với trang phục bảo hộ cho thợ hàn, không đòi hỏi kỹ năng cao của thợ hàn, điều kiện
lao động thuận lợi.
Chất lượng kim loại mối hàn cao, mối hàn trơn và đều, không bắn tóe kim loại.
Tiết kiệm kim loại do sử dụng dây hàn liên tục. Tốc độ đắp và tốc độ hàn cao, năng
suất cao hơn 10 lần so với hàn hồ quang tay.
Tuy nhiên khi áp dụng quá trình hàn này, không thể quan sát được vũng hàn, chỉ
hàn được ở tư thế hàn sấp, với các đường hàn thẳng và tròn quay như: hàn giáp mối
tôn vỏ, vách ngăn và nối các chi tiết kết cấu khác ở tư thế hàn bằng.

D©y hµn
Hå quang
Kim lo¹i c¬ b¶n

BÐp hµn
Thuèc hµn
BÓ hµn XØ hµn
Kim lo¹i mèi hµn

13

1.2.4.2.3. Quỏ trỡnh hn h quang bng in cc khụng núng chy vonfram trong
mụi trng khớ tr
Ký hiu: TIG (Tungsten Inert Gas) hoc GTAW (Gas Tungsten Ars Welding)
Nguyờn lý: H quang c to ra gia in cc vonfram v kim loi c bn
trong mụi trng khớ tr bo v (Argon hoc Hờli) lm núng chy vt hn. in cc
vonfram, h quang v vng hn c bo v bi khớ tr hoc s pha trn ca khớ tr.
Dõy hn cú th c b xung nu cn thit, bng vic cp vo trong vng hn bng
phng phỏp th cụng hoc t ng.








H.1.7. Nguyờn lý hn TIG

Phng phỏp hn TIG cú th cho mi hn cú cựng tớnh cht hoỏ lý, luyn kim nh
kim loi c bn, c bit cú th hn kim loi khụng ng nht.
Trong ngnh tu phng phỏp ny ch yu ỏp dng hn tu v hp kim nhụm.
i vi tu v thộp, mi hn giỏp mi, hn TIG ớt c ng dng vỡ nhiu lý do, trong
ú lý do ch yu l vn giỏ thnh quỏ t. Hn TIG ch c ỏp dng cho mi hn

giỏp mi bỡnh cha ỏp lc, cỏc kột chu lc, hn ng dn khớ, dn du v cỏc ng chu
ỏp lc.
1.2.4.2.4. Quỏ trỡnh hn h quang bng in cc núng chy trong mụi trng khớ
bo v: (GMAW: Gas Metal Arc Welding)
1. Hn h quang bng in cc núng chy trong mụi trng khớ tr
Ký hiu: MIG (Metal Inert Gas). Phng phỏp ny c thc hin theo Nguyờn
lý: Dõy hn c cp liờn tc qua u ca m hn trong mụi trng khớ tr bo v
Nắp chụp
Dây kim
loại điền đầy
Kim loại mối
hàn đông đặc
ống kẹp điện cực
Điện cực không nóng chảy
Khí bảo vệ
Bể hàn nóng chảy
Công tắc
Tay cầm
Cáp hàn
Dây khí
Cáp điều khiển

14

kim loi núng chy khụng b tỏc dng vi mụi trng khụng khớ. Nhit ca h quang
c to ra gia u dõy hn v kim loi c bn lm núng chy vt liu c bn, dõy
hn to nờn vng hn v ụng c thnh mi hn.

H.1.8. Nguyờn lý hn MIG/MAG
2. Hn h quang bng in cc núng chy trong mụi trng khớ CO
2

Ký hiu: MAG (Metal Active Gas)
Thc cht nguyờn lý ca phng phỏp hn ny l hn MIG, tuy nhiờn thay vỡ
dựng khớ tr bo v mi hn thỡ phng phỏp ny thay bng khớ CO
2
. Mc ớch ca
vic thay i ny l do hiu qu kinh t, khi s dng CO
2
lm khớ bo v s r hn
nhiu so vi khớ tr. Vỡ vy nờn ngi ta thng gi chung cho hai phng phỏp hn
ny vi tờn gi l hn MIG/MAG.
3. Quỏ trỡnh hn h quang bng dõy hn cú lừi thuc trong mụi trng khớ
bo v CO
2
: (FCAW - Flux Cored Arc Welding)
Nguyờn lý ca phng phỏp ny tng t nh hn MAG nhng thay dõy hn
trn bng dõy hn cú lừi thuc, v bin i ny ụi khi c gi l hn h quang dõy
hn lừi thuc.





Nguồn hàn DC

Nối đất
Cáp điều khiển
dòng điện
Cáp mát Vật liệu cơ bản
Chai khí - CO
2
(MAG)
Ar hoặc He, (MIG)
Bộ cấp dây Bộ điều khiển
Cáp dẫn
Súng hàn
Cáp hàn
Dây hàn
Hồ quang
Kim loại
cơ bản
Bép hàn
Khí bảo vệ
Bể hàn
ống phun khí
Kim loại
mối hàn
Cuộn dây
Cáp điều
khiển
dòng điện
Đờng khí vào
ống phun khí
Bép hàn
Dây hàn có lõi thuốc

Bột thuốc
Khí bảo vệ
Các giọt cầu kim loại đợc
bảo vệ bằng lớp xỉ mỏng
Bể hàn nóng chảy
Kim loại mối hàn
đông đặc và xỉ
Lõi thuốc
Mối ghép dây
Các loại dây
lõi thuốc
H.1.9. Nguyờn lý hn h quang
dõy hn lừi thuc


15

1.2.5. Thực trạng vấn đề biến dạng kết cấu thân tàu và biện pháp khắc phục
1.2.5.1. Thực trạng vấn đề biến dạng hàn kết cấu thân tàu.
Như đã đề cập, biến dạng hàn kết cấu thân tàu là một trong những vấn đề cực
kỳ quan trọng trong công tác hàn tàu. Biến dạng gây ảnh hưởng đến chất lượng mối
hàn, gây hư hỏng kết cấu,… Nhưng thực tế tại các nhà máy đóng tàu vấn đề biến dạng
vẫn tồn tại và sau khi hàn phải tốn một khoảng chi phí khá lớn để khắc phục.
Bất kỳ một chi tiết kết cấu thân tàu nào sau khi hàn đều xảy ra biến dạng dù
nhiều hay ít. Tuy nhiên, những dạng chi tiết, cụm chi tiết điển hình dễ xảy ra biến dạng
và phải tốn công khắc phục nhiều nhất đó là:
1. Thực trạng hàn các cụm chi tiết kết cấu thanh dầm
Cụm chi tiết kết cấu thanh dầm chiếm số lượng khá lớn trong thân tàu thủy.
Chúng thường có dạng chử T, L2 và L3 như: đà ngang đáy, sườn khỏe, xà ngang
boong khỏe, xà dọc mạn, sống dọc đáy, sống dọc boong, nẹp vách,… Chúng được chế

tạo bằng phương pháp hàn ghép 2 chi tiết bản thành và bản mép với nhau.




Khi hàn các chi tiết lại cụm thanh dầm với nhau sẽ xảy ra các dạng biến dạng:
- Biến dạng dọc: là biến dạng dọc theo trục của cụm chi tiết chử T, điều này làm
cho cụm chi tiết bị cong, thiếu chính xác, không thể lắp ráp và cũng không đảm bảo
chất lượng về mặt độ bền.



H.1.10. Một vài ví dụ về cụm chi tiết thanh dầm
a, Cụm chi tiết dạng L2 thẳng; b, Cụm chi tiết dạng L2 cong; c, Cụm chi
tiết dạng chử T công xôn; d, Cụm chi tiết dạng chử T mã 2 đầu; e, Cụm
chi tiết ống có bích nối; f, Cụm chi tiết chử T khu vực bệ máy.


16






- Biến dạng góc

- Biến dạng cục bộ: Khi hàn cụm chi tiết kết cấu thanh dầm thường xảy ra hiện
tượng cong vênh và biến dạng cục bộ như trên hình 1.13.






2. Thực trạng khi hàn các phân đoạn.
Trong phân đoạn có các loại mối hàn như: mối hàn nối tôn vỏ với tôn vỏ, mối
hàn nối kết cấu với tôn vỏ và mối hàn kết cấu với kết cấu. Các dạng mối hàn này cũng
xảy ra các dạng biến dạng: Biến dạng dọc, biến dạng ngang, biến dạng góc và biến
dạng cục bộ.
- Hàn nối các tấm tôn với nhau: Khi nối các tấm tôn với nhau sẽ xảy ra các dạng
biến dạng do co ngang, co dọc, biến dạng góc và biến dạng cục bộ nhưng 2 dạng biến
dạng co ngang và co dọc ít được nhìn thấy bằng mắt thường mà chủ yếu nhìn thấy biến
dạng góc và biến dạng cục bộ. Biến dạng do co ngang và co dọc cũng là một trong
những lý do buộc khi chế tạo phân tổng đoạn phải cộng thêm lượng dư lắp ráp.
H.1.11. Biến dạng dọc
khi hàn cụm chi tiết kết
cấu thanh dầm

H.1.12. Biến dạng góc khi
hàn cụm chi tiết kết cấu
thanh dầm

H.1.13. Biến dạng cục bộ
khi hàn cụm chi tiết kết
cấu thanh dầm.