Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn điện cơ khí phục vụ ngành đóng tàu biển ở việt nam

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐẶNG ANH THẢO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN CƠ KHÍ
PHỤC VỤ NGÀNH ĐĨNG TÀU BIỂN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

Hà Nội, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐẶNG ANH THẢO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ HÀN ĐIỆN CƠ KHÍ PHỤC
VỤ NGÀNH ĐĨNG TÀU BIỂN Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH HÀN VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:
TS ĐẶNG TRẦN THỌ

Hà Nội, 2010

Luận văn thạc sỹ khoa học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các kết
quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong
bất kỳ luận văn nào của các tác giả khác.

Tác giả

Đặng Anh Thảo

Học viên: Đặng Anh Thảo

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

LỜI CẢM ƠN
Là học viên cao học khóa 2008 ÷2010 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
ngành Cơng nghệ Cơ khí, chun ngành Cơng nghệ hàn. Em đã được giao đề tài
luận văn tốt nghiệp ”Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hàn điện khí phục vụ
ngành đóng tàu biển ở Việt Nam”
Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Thúc Hà
và các thầy trong Bộ môn Hàn & Công nghệ kim loại. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn
đến các thầy, người đã dẫn dắt tơi trong suốt q trình nghiên cứu, các thầy không
chỉ hướng dẫn và truyền cho tơi những kinh nghiệm trong nghiên cứu khoa học
mà cịn thơng cảm, khuyến khích động viên tơi trong q trình thực hiện luận văn.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn ban Giám hiệu, cùng toàn thể các anh
chị em trong khoa Cơ khí, phịng Đào tạo, Trường Cao đẳng nghề Cơ điện Luyện
kim Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi đi học./.
Xin chân trọng cảm ơn./.
Hà Nội, ngày….. tháng 10 năm 2010
Học viên

Đặng Anh Thảo

Học viên: Đặng Anh Thảo

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của các cấp thép dùng trong đóng tàu

17

Bảng 1.2. Cơ tính của các cấp thép

18

Bảng 3.1 các thông số của mối hàn giáp mối

55

Bảng 3. 2 Tiêu chuẩn mối hàn

56

Bảng 3.3. Thành phần hóa học kim loại đắp (%):

70

Bảng 3.4. Cơ tính mối hàn:

70

Bảng 3.5. Thơng số hàn.

70

Bảng 3.6. Thành phần hóa học của dây hàn EG72S-3

72

Bảng 3.7. Cơ tính của dây hàn EG72S-3

72

Bảng 3.8. Thành phần hóa học của dây hàn EG72T-3

72

Bảng 3.9. Cơ tính của dây hàn EG72S-3

72

Bảng 3.10. Thành phần hoá học lớp kim loại đắp(%)

74

Bảng 3.11. Cơ tính kim loại mối hàn

74

Bảng 3.12. Bảng tóm tắt chế độ cơng nghệ tạo bề hàn khởi động

78

Bảng 3.13.Thông số chế độ hàn cho dây hàn đặc

81

Bảng 3.14.Thông số chế độ hàn cho dây hàn lõi thuốc

82

Bảng 4. 1 Thành phần hóa học của một số loại dây hàn

85

Bảng 4. 2 Khí bảo vệ

85

Học viên: Đặng Anh Thảo

1

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 1.1. Tàu dầu đi biển có sức chở trên 540.000 DWT.

11

Hình 1. 2. Máy hàn hồ quang tay dùng trong đóng tàu thủy

14

Hình 1.3. Máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ.

14

Hình 1.4. Máy hàn bán tự động trong mơi trường khí bảo vệ (MIG/MAG).

15

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hàn dây lõi thuốc.

16

Hình 1.6. Sơ đồ ngun lý hàn điện khí.

16

Hình 1.7: Sơ đồ q trình cơng nghệ chế tạo tàu thủy.

20

Hình 1.8. Một vài ví dụ về cụm chi tiết thanh

21

Hình 1.9 Trình trự lắp đặt và chế tạo phân đoạn khối

22

Hình. 1.10. Sơ đồ phân thân tàu thành tổng đoạn

23

Hình 2.1 Sơ đồ q trình hàn điện khí
Hình 2. 2 Các loại dây hàn lõi trợ dung

43

Hình 2.3 Thiết bị hàn điện khí

46

Hình 2.4 Guốc trượt bằng đồng

48

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí dây hàn

49

Hình 3.1 mối hàn giáp mối vát mép chữ V

55

Hình 3.2 Mối hàn giáp mối vát chữ X
Hình 3.3. Thiết bị cắt hơi

55

Hình 3.4. Mỏ gia nhiệt

57

Hình 3.5. Ngọn lửa gia nhiệt

58

Hình 3.6. Hỏa cơng chi tiết

60

Hình 3.7. Trình tự hỏa cơng

60

Hình 3.8. Nắn thẳng các chi tiết gia cường

61

Hình 3.9. Nắn thẳng biến dạng khu vực kết cấu gia cường

62

Hình 3.10. Nắn mép tự do tơn bao

62

Hình 3.11. Định vị trên triền đà

63

Học viên: Đặng Anh Thảo

44

57

2

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 3.12. Cách bố trí các đường kiểm tra trên triền đà

64

Hình 3.13. Kẻ đường tâm đà bằng phương pháp căn dây

64

Hình 3.14. Đế căn

65

Hình 3.15. Đế căn cát có cơ cấu quay

65

Hình 3.16. Đế căn tháo nhanh

66

Hình 3.17. Nêm gỗ

66

Hình 3.18: Kiểm tra thăng bằng ngang và đường tâm của phân đoạn đáy

68

trên triền
Hình 3.19. Kiểm tra thăng bằng dọc phân đoạn đáy trên triền.

67

Hình 3.20. Kiểm tra thăng bằng dọc phân đoạn mạn (vách) trên triền

68

Hình 3.21. Modun thân tàu

69

Hình 3.22. Modun mũi tàu

70

Hình 3.23. Liên kết hàn định vị

69

Hình 3.24. Một số loại lót sứ hàn

71

Hình 3.25. Sứ CBM 8062

72

Hình 3.26. Bể hàn khởi động

73

Hình 3.27. Hình dáng mối hàn

75

Hình 3.28. Máy hàn Matrix 400E

77

Hình 3.31. Máy mài Makita

80

Hình 3.32 Ảnh hưởng của cường độ dịng điện

80

Hình 3.33 Ảnh hưởng của điện áp đến hình dạng mối hàn

81

Hình 3.34.Sơ đồ cần bằng nhiệt trong hàn điện xỉ

82

Hình 3.35. Thiết kế hình dạng mối hàn

83

Hình 4.1 Dây hàn ER-70S

84

Hình 4.2 phơi hàn
Hình 4.3. Thơng số kỹ thuật lót sứ CBM

87

Hình 4.4. Robot tự hành
Hình 4. 5 Sơ đồ chỉnh lưu

88

Học viên: Đặng Anh Thảo

87

90

3

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hình vẽ, đồ thị

Trang

Hình 4. 6. Sơ đồ khối máy hàn Inverter

91

Hình 4.7. Sơ đồ kết nối

93

Hình 4.8. Mối quan hệ giữa điện áp và dịng hàn

94

Hình 4.9. Bản vẽ chi tiết guốc trượt

96

Hình 4.10. Ảnh chụp guốc trượt

98

Hình 4.11. Dán sứ vào mặt sau mối hàn

99

Hình 4.12. Q trình hàn điện khí

99

Hình 4.13. Dịng điện và điện áp trong khi hàn

100

Hình 4.14. Mặt trước và mặt sau của mối hàn

101

Học viên: Đặng Anh Thảo

4

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang
Danh mục các bảng

01

Danh mục hình vẽ, đồ thị

02

Mục lục

04

Lời nói đầu

06

Chương 1. Tổng quan về cơng nghệ đóng vỏ tàu thủy
1.1. Tình hình đóng tàu trên thế giới.

08

1.2. Tình hình đóng tàu ở Việt Nam

08

1.3. Tóm tắt lịch sử phát triển cơng nghệ hàn tàu thủy.

09

1.4. Tầm quan trọng của công nghệ hàn trong nghành đóng tàu.

11

1.5. Tiêu chuẩn và quy phạm trong đóng tàu thủy.

12

1.6. Các phương pháp hàn thường sử dụng trong hàn tàu thủy.

13

1.7. Vật liệu đóng tàu thủy.

17

1.8. Quy trình chế tạo tàu thủy.

19

1.9. Kiểm tra và giám sát

34

Chương 2. Công nghệ hàn điện khí
2.1. Khái quát chung.

37

2.2. Sự khác nhau giữa hàn điện khí và hàn điện xỉ

38

2.3. So sánh ưu, nhược điểm của hàn điện khí với các phương

39

pháp hàn khác (hàn điện xỉ, hàn khí bảo vệ…)
2.4. Cơng nghệ hàn điện khí.

43

2.5. Thiết bị hàn điện khí.

47

Học viên: Đặng Anh Thảo

5

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn tốt nghiệp

Trang
2.6. Ảnh hưởng của các thông số chính đến chất lượng mối hàn.

50

Chương 3. Thiết kế quy trình cơng nghệ hàn điện khí trong
các mối hàn giáp mối ghép nối tổng đoạn
3.1. Chuẩn bị chi tiết hàn

54

3.2. Định vị trước khi hàn

62

3.3. Vật liệu hàn

72

3.4. Bề hàn khởi động

73

3.5. Tính tốn chế độ cơng nghệ của hàn điện khí cho chiều dày

78

vỏ tàu là 24mm.
3.6. Tính tốn chế độ cơng nghệ của hàn điện khí dây lõi bột

81

Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm
4.1. Mục tiêu và đối tượng của thí nghiệm

83

4.2. Phương pháp thực nghiệm.

83

4.3. Lựa chọn thiết bị hàn.

87

4.4. Các bước cần thiết để kết nối máy hàn INVERTER Digital

93

DM350.
4.5. Thiết kế guốc trượt phục vụ cho thí nghiệm

95

4.6. Quy trình cơng nghệ hàn.

98

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

102

Học viên: Đặng Anh Thảo

6

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Cơ chế thị trường cạnh tranh khốc liệt về năng suất, giá cả. Các nhà máy, xí
nghiệp cơng nghiệp nói chung và ngành hàn nói riêng phải thường xuyên đổi mới
công nghệ, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm và sức lao động của cơng nhân.
Hiện nay cơng nghệ đóng vỏ tàu được áp dụng nhiều phương pháp hàn,
nhưng một trong các công nghệ đó là hàn điện khí. Cơng nghệ hàn điện khí trên thế
giới được áp dụng trong ngành đóng tàu rất nhiều, với ưu điểm là năng suất, chất
lượng mối hàn cao, giá thành sản phẩm hạ, rễ cơ khí hóa, tự động hóa. Hiện nay ở
Việt Nam hàn điện khí là một cơng nghệ mới vì các tài liệu giáo trình bằng tiếng
Việt chưa có, tài liệu chủ yếu là tiếng nước ngồi, các đề tài nghiên cứu cịn ít, chủ
yếu là lý thuyết, chưa được áp dụng vào sản xuất. Vì vậy một vấn đề cấp thiết hiện
nay là nhanh chóng đưa cơng nghệ hàn điện khí ứng dụng vào trong sản xuất tại các
nhà máy đóng vỏ tàu ở Việt Nam. Trong quá trình học tập tại trường em đã tiếp thu
được nhiều kiến thức bổ ích phục vụ cho công tác chuyên môn và em đã chọn đề
tài.“Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hàn điện khí phục vụ ngành đóng tàu biển
ở Việt Nam”
Với ưu điểm nổi bật của hàn điện khí là khả năng ứng dụng hiệu quả cao
vào các kết cấu có đường hàn dài và thẳng đứng như: Hàn tổng đoạn vỏ tàu, các
bình chứa…Qua phân tích, so sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp hàn, tác
giả giả đã chọn công nghệ hàn điện khí để hàn ghép nối tổng đoạn vỏ tàu thủy.
Từ nghiên cứu lý thuyết thiết kế quy trình cơng nghệ, chế độ hàn. Qua thực
nghiệm, trên cơ sở chế độ hàn thay đổi: I(A) ; U(V); V(cm/phút), biên độ lắc ngang
A(mm). Tác giả đã đánh giá được những thông số chính của chế độ hàn điện khí
ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn, đưa ra chế độ hàn tối ưu với chiều dày cụ thể.

Học viên: Đặng Anh Thảo

7

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

Chương I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN VỎ TÀU
Vận tải thủy hiện nay chiếm một lượng lớn, khoảng trên 50% tổng số hàng
hóa được vận chuyển. Đặc thù của vận tải thủy là có thể trở một lượng lớn, giá
thành rẻ. Ngành đóng tàu Việt Nam khơng những đóng được những con tàu theo
TCVN mà cịn đóng được những con tàu theo tiêu chuẩn quốc tế đảm bảo chất
lượng. Các giáo trình, tài liệu nghiên cứu về đóng tàu có nhiều, đề tài luận văn
nghiên cứu ứng dụng về đóng tàu cũng nhiều song chủ yếu là các công nghệ hàn
truyền thống. Hàn điện khí là cơng nghệ hàn mới ở Việt Nam, các tài liệu rất ít, chủ
yếu là bằng tiếng nước ngồi. Các đề tài nghiên cứu ứng dụng chưa đáp ứng được
thực tế. Vì vậy em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ hàn điện khí
phục vụ ngành đóng tàu biển ở Việt Nam”. Qua đề tài em đã thiết lập được chế độ
hàn tối ưu khi hàn điện khí các chi tiết có chiều dày lớn dùng trong đóng tàu và dầu
khí.
1.1. Tình hình đóng tàu trên thế giới.
Theo số liệu thống kê hàng hóa vận chuyển bằng đường thủy tăng 4- 5%
trọng tải đội tàu tồn thế giới trong một năm. Lượng tàu đóng mới hàng năm khơng
ngừng tăng, trong đó các nước có nền cơng nghiệp đóng tàu phát triển mạnh như
Đức, Nhật Bản, Hàn Quốc…Một số năm gần đây các nước có cơng nghệ đóng tàu
phát triển muốn chuyển đầu tư vào các nước có nhân cơng rẻ, cơng nghiệp phụ trợ
phát triển như: Trung Quốc, Thái Lan, Inđơnêxia …Và trong đó có cả Việt Nam.
1.2. Tình hình đóng tàu ở Việt Nam
Với đội ngũ công nhân cần cù, sáng tạo, thời gian giao hàng cho các chủ
hàng ngắn đây là một lợi thế cạnh tranh của ngành đóng tàu thủy nước ta trong các
hợp đồng đóng mới tầu trong nước cũng như quốc tế. Đồng thời Việt Nam có nhu

cầu đóng mới và sửa chữa tàu hàng năm khá lớn với tốc độ gia tăng tỷ lệ với nhu
cầu vận chuyển hàng hóa, hành khách, thi cơng cơng trình biển, phục vụ khai thác
dầu khí, du lịch, tuần tra…Hiện nay Việt Nam đã có nhiều nhà máy đóng tàu lớn
được đầu tư công nghệ hiện đại cùng với đội ngũ kỹ sư và cơng nhân có trình độ
Học viên: Đặng Anh Thảo

8

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

cao và đào tạo chính quy. Mặt khác ngành công nghiệp phụ trợ cũng phát triển rất
mạnh như các nhà máy cán thép tấm, chế tạo động cơ…Để làm chủ công nghệ thiết
kế, chế tạo phải dựa vào nguồn nhân lực hiện có, đào tạo và bồi dưỡng nguồn nhân
lực kế cận có trình độ cao, tiếp thu nhanh các cơng nghệ đóng tàu tiên tiến của đối
tác và các nước có trình độ cao. Như vậy triển vọng của ngành đóng tầu Việt Nam
trong tương lai là rất lớn.
1.3. Tóm tắt lịch sử phát triển công nghệ hàn tàu thủy.
Tàu thủy được phát triển từ rất sớm trên trái đất dùng vào các việc chuyên chở
người và hàng hóa. Tuy nhiên do sử dụng chủ yếu là vỏ gỗ cho nên tính năng hoạt
động, trọng tải, độ kín, độ bền và kết cấu có nhiều hạn chế, rất khó khăn khi vận tải
trên biển nơi có mơi trường làm việc và hoạt động khắc nghiệt. Chính nhờ có sự
phát triển mạnh mẽ của ngành hàn đã tạo nên bước đột phá cho ngành đóng tàu thủy
vỏ kim loại vì vậy có thể nói lịch sử phát triển của ngành cơng nghiệp đóng tàu gắn
liền với sự phát triển của công nghệ hàn.
Năm 1801, Humphrey Davy sáng chế ra hồ quang điện. Năm 1887 nhà khoa học
người Nga Nikolai Bernados đã sử dụng hồ quang điện cực các bon để hàn kim loại,
mặc dù ứng dụng còn hạn chế do dùng dòng điện và điện áp cao (U h từ 100-300V,

I h từ 600-1000A) nhưng đã mở ra thời kỳ phát triển mới cho ngành đóng tàu thủy
chuyển từ đóng tàu bằng các phương pháp truyền thống như đinh tán, ghép gỗ sang
hàn tàu thủy vỏ thép. Năm 1889 Slavianov (người Nga) cùng với Charles Copffin
(người Mỹ) cùng sáng chế ra phương pháp hàn hồ quang tay bằng điện cực kim loại
thay vì dùng điện cực các bon đã giúp cho ngành đóng tàu thủy tăng năng suất lên
nhanh chóng. Năm 1907 Oscar Kjellberg (người Thụy Điển) đã thành công hàn hồ
quang tay sử dụng que hàn có vỏ bọc thuốc giúp q trình hàn ổn định và dễ hàn
hơn, điều này đã làm cho chất lượng và số lượng các mối hàn trong đóng tàu thủy
nâng lên rõ rệt.
Thời kỳ phát triển cao điểm của ngành hàn sử dụng trong đóng tàu từ khoảng 1930
– 1960 với những cơng trình nổi tiếng của viện sĩ người Nga E.O. Paton về hàn tự
động và bán tự động dưới lớp thuốc, hàn điện xỉ giải quyết được phương pháp cơ
Học viên: Đặng Anh Thảo

9

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

khí hóa và tự động hóa q trình hàn, nhờ đó ngành đóng tàu thủy có thể đóng được
các con tàu có trọng tải lên đến hơn 100.000 tấn giảm sức lao động đồng thời đưa
năng suất lao động, chất lượng mối hàn lên rất cao. Đồng thời cũng trong thời gian
này, người ta cũng tìm ra các phương pháp hàn khác như: hàn trong mơi trường khí
bảo vệ (Ar, CO 2 , Ar + O 2 ) dùng cho hàn tấm mỏng ma nhê và thép không gỉ, hàn
nhôm, hàn bằng điện cực lõi thuốc cũng được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy
đóng tàu với những ưu điểm về chất lượng mối hàn và đặc biệt là khả năng linh hoạt
ở nhiều vị trí hàn khác nha u, nhiều vật liệu khác nhau, các kết cấu cực kỳ phức tạp,
nhiều điều kiện làm việc khác nhau.

Từ đó đến nay, các nhà khoa học và các viện nghiên cứu về hàn vẫn không ngừng
phát minh, cải tiến các phương pháp hàn nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả của
mối hàn, nâng cao khả năng cơ khí hóa và tự động hóa q trình hàn đồng thời giảm
thiểu các yếu tố có hại , rủi ro trong ngành đóng tàu. Theo thống kê , hiện nay có
khoảng 130 phương pháp hàn khác nhau trong đó các phương pháp hàn được sử
dụng phổ biến nhất trong đóng tàu thủy như: hàn hồ quang tay (SMAW), hàn hồ
quang dây lõi thuốc (FCAW), hàn dưới lớp thuốc (SAW), hàn trong mơi trường khí
bảo vệ bằng điện cực nóng chảy (MIG/MAG), hàn điện khí (EGW), hàn TIG. Thậm
chí một số phương pháp hàn mới đó là: hàn laser, hàn ma sát, hàn bằng tia điện tử
cũng được đưa vào đối với một số chi tiết đặc biệt của tàu chuyên dùng: tầu khách,
tầu dầu, tầu chở contener, tàu chở hóa chất, tàu quân sự…Các cường quốc về đóng
tàu thủy trên thế giới phải kể đến đó là: Mỹ, Anh, Pháp, NaUy, Phần Lan, Nhật
Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc có thể đóng những con tàu có trọng tải hàng vài trăm
ngàn tấn với cơng nghệ đóng tàu rất hiện đại.

Học viên: Đặng Anh Thảo

10

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hình 1.1. Tàu chở dầu có sức chở trên 540.000 DWT.
1.4. Tầm quan trọng của cơng nghệ hàn trong nghành đóng tàu.
Trong q trình phát triển của ngành đóng tàu, với thời gian dài được kiểm
chứng qua thực tế công nghệ hàn đã giải quyết rất nhiều khó khăn của việc ghép nối
các chi tiết, cụm chi tiết, phân đoạn và tổng đoạn khi chế tạo tàu thủy được nhanh
chóng, chính xác, an tồn, hiệu quả hơn so với các phương pháp khác. Theo thống

kê sơ bộ với một con tàu có trọng tải 34.000 tấn chỉ tính chiều dài mối hàn có thể
lên tới xấp xỉ 37.000 mét, trọng tải của tàu càng lớn thì số lượng các mối hàn càng
tăng. Hiện nay, có thể khẳng định công nghệ hàn đang được sử dụng rộng rãi trong
tất cả các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy trên toàn thế giới. hàn là một
phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại với những ưu điểm vượt trội
như sau:
- Tính chịu tải trọng: mối hàn trong đóng tàu có độ kín, độ bền cao, khả năng
chịu được tải trọng tĩnh và ứng suất lớn đặc biệt với các vật liệu kim loại như: thép,
nhơm, đồng, thép khơng gỉ,….v.v..
- Tính cơng nghệ: khơng chỉ với những kim loại có tính chất giống nhau,
các kim loại có tính chất khác nhau cũng có thể nối được bằng hàn.
không hạn chế về chiều dày vật liệu, vị trí làm việc, giảm được tiếng ồn trong sản
xuất, dễ cơ khí hóa và tự động hóa q trình hàn trong sản xuất .
- Tính kinh tế: so với các phương pháp ghép nối khác sử dụng trong đóng tàu
như tán đinh ri vê, hàn tiết kiệm được từ 10 – 20% khối lượng kim loại do không bị
mất mát khi đột lỗ, giảm 10 – 15% thời gian thi cơng, so với đúc, hàn cịn tiết kiệm

Học viên: Đặng Anh Thảo

11

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

được tới 50% vật liệu do khơng cần hệ thống rót..vv. Cơng nghệ hàn sử dụng trong
chế tạo tàu thủy cho năng suất lao động cao, thiết bị dễ chế tạo, dễ sử dụng, chi phí
thấp, giảm thời gian và giá thành hạ.
Xu thế phát triển của cơng nghệ hàn dùng trong đóng tàu thủy hiện nay và

trong tương lai là rất lớn chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu hoàn thiện thiết kế kết cấu
và xây dựng quy trình cơng nghệ thích hợp cho từng loại tàu thủy. Đẩy mạnh mức
độ cơ khí hóa, tự động hóa q trình sản xuất hàn thay thế dần các phương pháp hàn
thủ công đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng hàn, tăng cường khả năng làm
việc của kết cấu, giảm giá thành sản phẩm.
1.5. Tiêu chuẩn và quy phạm trong đóng tàu thủy.
Trong ngành đóng tàu thủy, các công việc nghiên cứu khoa học liên quan đến
thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng, duy tu tàu và trang thiết bị đồng thời đưa ra các qui
phạm (gọi bằng tiếng Anh là Rules and Regulations) liên quan đến độ bền, an toàn
tàu cùng trang thiết bị, giám sát và phân cấp tàu thủy thuộc về cơ quan Đăng kiểm
tàu thủy. Hiện nay các nhà máy, công ty đóng tàu ở Việt Nam chủ yếu được đóng
tàu theo Đăng kiểm Việt Nam (VR). Một số tàu biển được ký hợp đồng đóng cho
nước ngồi đã được triển khai và chế tạo tại: Cơng ty đóng tàu Phà Rừng, Cơng ty
đóng tàu Bạch Đằng, Cơng ty đóng tàu Hạ Long, Cơng ty đóng tàu Nam Triệu,
Cơng ty đóng tàu Dung Quất… thuộc tập đồn VinaShin thì tùy theo u cầu của
chủ tàu có đóng tàu theo các cơ quan Đăng kiểm uy tín trên thế giới đó là: Đăng
kiểm của Anh quốc (LR), Đăng kiểm của Mỹ (ABS), Đăng kiểm Na Uy (DNV),
Đăng kiểm Nhật Bản (NKK), Đăng kiểm Pháp (BV)...vv..với các tiêu chuẩn: AWS,
JIS, BS…vv. Cơ quan Đăng kiểm Việt Nam có Quy phạm phân cấp và đóng tàu
biển vỏ thép theo tiêu chuẩn TCVN.
Những tàu được thiết kế và chế tạo để hoạt động trên biển phải đáp ứng đầy đủ
các yêu cầu về tiêu chuẩn và các cơ quan đăng kiểm đồng thời nhất thiết phải tuân
thủ những qui định ngặt nghèo đặt ra trong các công ước quốc tế được áp dụng như
sau:
- Luật hàng hải quốc tế và Việt Nam.
Học viên: Đặng Anh Thảo

12

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sỹ khoa học

- Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển, 1974, viết tắt
SOLAS, 74.
- OCIMF - Chống rò rỉ dầu qua van bơm hàng, 1991
- Hướng dẫn vận chuyển từ tàu đến tàu.
- Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra.
- Công ước về mạn khô tàu biển, 1966.
- Công ước quốc tế về đo dung tích tàu biển,1969.
- Hướng dẫn quốc tế về tàu dầu và cảng đỗ.
- Qui tắc quốc tế tránh va trên biển, 1972.
Các quy tắc và luật lệ khác bắt buộc liên quan đến hoạt động của tàu tại các cảng
của các quốc gia mà tàu có tham gia.
1.6. Các phương pháp hàn thường sử dụng trong hàn tàu thủy.
1.6.1. Hàn hồ quang tay (SMAW).
Hàn hồ quang tay là phương pháp hàn hồ quang điện cực nóng chảy kim loại
với que hàn có thuốc bọc bảo vệ, sau đó kết tinh lại tạo thành mối hàn. Phương
pháp hàn này ra đời sớm nhất, nó được phát triển rộng rãi và được sử dụng để hàn
cho hầu hết các vật liệu kim loại và hợp kim do đơn giản, với trang thiết bị rẻ tiền,
có chi phí thấp nhưng có thể hàn được các mối hàn ở mọi vị trí khác nhau. Tuy
nhiên, do q trình hàn thủ cơng nên năng suất lao động còn thấp và chất lượng của
mối hàn chưa cao, phụ thuộc chủ yếu vào kỹ năng tay nghề của người thợ. Hiện nay
trong đóng tàu thủy, với các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng, năng suất lao
động và điều kiện lao động của người thợ cùng với sự phát triển mạnh của cơng
nghệ hàn thì hàn hồ quang tay đang được thay thế bằng các phương pháp hàn khác
có hiệu quả hơn. Phương pháp hàn này chủ yếu được dùng để thực hiện công việc
gá đính, lắp ráp, hàn các chi tiết có chiều dày vật hàn nhỏ (phổ biến từ 10 – 15 mm)
như: hàn các nẹp gia cường, hàn các mối hàn ngắn và có trí hàn thay đổi liên tục.

Học viên: Đặng Anh Thảo

13

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

Hình 1. 2. Máy hàn hồ quang tay dùng trong đóng tàu thủy.
1.6.2. Hàn tự động dưới lớp thuốc (SAW).
Hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc cho năng suất và chất lượng hàn rất cao,
điều kiện lao động của người công nhân nhẹ nhàng, ít độc hại, giảm sức lao động vì
mức độ cơ khí hóa và tự động hóa cao. Tuy nhiên, giá thành thiết bị cao, không phù
hợp với các mối hàn ngắn hoặc cong và chỉ hàn được ở vị trí hàn sấp khơng phù
hợp với vị trí hàn leo, hàn trần. Trong đóng tàu thủy, hàn tự động dưới lớp thuốc
thường kết hợp với hàn MIG/MAG sử dụng cho việc hàn nối các tấm tơn có chiều
dày lớn và hàn các lớp điền đầy (các lớp lót hàn MIG/MAG) như : nối tôn đáy, nối
tôn mạn ngoại, nối tôn boong hoặc hàn các đường ống, bồn chứa có đường kính lớn
bằng cách giữ nguyên xe hàn còn quay chi tiết trên các đồ gá chuyên dùng.

Hình 1.3. Máy hàn hồ quang tự động dưới lớp thuốc bảo vệ.
1.6.3 Hàn bằng điện cực nóng chảy trong mơi trường khí bảo vệ (MIG/MAG).

Học viên: Đặng Anh Thảo

14

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sỹ khoa học

Hàn tự động và bán tự động trong mơi trường khí bảo vệ CO 2 bằng dây hàn
nóng chảy (dây hàn đặc) cho năng suất và chất lượng tương đối cao rất phù hợp với
các mối hàn thẳng, cong, hàn nhiều lớp hoặc các mối hàn có vị trí hàn thay đổi
nhiều. Trong đóng tàu thủy thường sử dụng hàn bán tự động MIG/MAG cho các chi
tiết như: hàn 2 lớp trong của liên kết tơn đáy trong, đáy ngồi, tơn mạn, hàn nối đà
ngang, đà dọc đáy lại với nhau, hàn liên kết các blook thuộc phân đoạn hoặc tổng
đoạn giữa tàu… Hiện nay phương pháp hàn này đang dần thay thế phương pháp hàn
hồ quang tay vì có năng suất, chất lượng, linh hoạt, giảm độc hại hơn tuy nhiên vì
bảo vệ vùng hàn bằng khí bảo vệ do đó khi hàn ở nơi có tốc độ gió lớn hơn 2m/giây
(hàn gần bờ sơng hay bờ biển) thì cần tìm cách che chắn khu vực làm việc của hồ
quang hàn hoặc thay thế phương pháp hàn khác nếu không mối hàn không đảm bảo
được chất lượng, dễ sinh ra các khuyết tật.

Hình 1.4. Máy hàn bán tự động trong mơi trường khí bảo vệ (MIG/MAG).
1.6.4. Hàn dây lõi thuốc (FCAW).
Phương pháp hàn này về thiết bị có đặc điểm chung giống như của hàn
MIG/MAG, về ngun lý thì có khác biệt là sử dụng dây hàn lõi thuốc để tăng
cường chất lượng mối hàn cao hơn ngay khi hàn tại nơi có gió lớn. Trong quá trình
hàn, hồ quang hàn và kim loại nóng chảy được bảo vệ và được hợp kim hóa bằng
thuốc hàn nên chất lượng của mối hàn cao, hiệu suất tương đối lớn. tuy nhiên do
công nghệ chế tạo dây hàn phức tạp hơn dây lõi đặc nên giá thành cao, thường dùng
cho các mối hàn có yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt về chất lượng hàn. Với xu thế
phát triển theo hướng tiêu chuẩn hóa cao của ngành đóng tàu, hàn dây lõi thuốc sẽ

Học viên: Đặng Anh Thảo

15

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

được sử dụng nhiều hơn dây đặc vì hiệu suất hàn cao hơn mà giá thành có thể chấp
nhận được.

Hình 1.5. Sơ đồ ngun lý hàn dây lõi thuốc.
1.6.5. Hàn điện khí (EGW).
Phương pháp hàn này được phát triển dựa trên nguyên lý của hàn điện xỉ. Hàn
điện khí là phương pháp hàn tự động có sử dụng khí bảo vệ thường là khí (CO 2 ,
CO 2 + Ar), dây hàn có thể là dây lõi đặc hoặc dây lõi thuốc, hồ quang được sinh ra
giữa điện cực và vật hàn. Mối hàn điện khí cho năng suất cao và chất lượng tốt
nhưng do đặc điểm cơng nghệ nó thường ứng dụng có hiệu quả cho các mối hàn
thẳng đứng với chiều dày lớn như thân tàu.
.

Hình 1.6. Sơ đồ nguyên lý hàn điện khí.

Học viên: Đặng Anh Thảo

16

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

1.7. Vật liệu vỏ tàu.
1.7.1. Vật liệu cơ bản.
Thép là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong kết cấu vỏ nhờ có
những ưu việt về tính năng cơ học và giá thành hợp lý …mà người ta có thể chế tạo
được những con tàu có chiều dài 400 – 500 m với tảỉ trọng khoảng nửa triệu tấn.
Thép làm vỏ tàu thường là thép cacbon thấp, chứa từ 0,15% đến 0,23% cacbon cùng
lượng mangan cao. Hai thành phần gồm lưu huỳnh và phốt pho trong thép đóng tàu
phải ở mức thấp nhất, dưới 0,05%. Từ năm 1959 các đăng kiểm đồng ý tiêu chuẩn
hóa thép đóng tàu nhằm giảm thiểu các cách phân loại thép dùng cho ngành này,
trên cơ sở đảm bảo chất lượng.
Những yêu cầu vật liệu đối với thép đóng tàu, độ bền bình thường được dùng
tại hầu hết các nước trên thế giới.
A

Grade

B

D

E

(Cấp thép)
Cacbon, %

0,21 max

0,21 max

0,21 max

0,18 max

Mangan, %

2,5min x cacbon

0,6 min

0,6 min

-

Phospho, %

0,035 max

0,035 max

0,035 max

0,035 max

Lưu huỳnh,%

0,04 max

0,04 max

0,04 max

0,04 max

Silic, %

0,50 max

0,35 max

0,10-0,35

0,10-0,35

Ni,Cr,Cu, … %

Ít hơn 0,02%

Độ bền vật liệu
Giới hạn bền tất cả các nhóm: 400 – 490 N/mm2(4100-5000 kG/cm)
Thép hình grade A : 400 – 550 N/mm2
Giới hạn chảy của tất cả các nhóm : 235 N/mm2 (2400kG/cm2)
Thép grade A, dầy trên 25 mm : 220 N/mm2( 2250 kG/cm2)
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của các cấp thép dùng trong đóng tàu.
Trong tài liệu chính thức do Đăng kiểm Việt Nam lưu hành, yêu cầu chung cho tất
cả 4 cấp, theo TCVN 6259-7:2003 như sau:
Học viên: Đặng Anh Thảo

17

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

Thử kéo
Cấp thép

Giới hạn chảy

Giới hạn bền

(N/mm2)

(N/mm2)

≥235

400 ÷ 520

Độ giãn dài, %

A
B

≥22

D
E
Bảng 1.2 Cơ tính của các cấp thép.

Trong đóng tàu thủy, thép cán được sử dụng khoảng 98% còn 2% là thép rèn
và đúc. Hiện nay các nhà máy đóng tàu tại Việt Nam chủ yếu sử dụng các loại
thép tấm xuất xứ tại Hàn Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Trung Quốc, Ustralia… theo tiêu
chuẩn DNV, hoặc ABS có độ bền tương đương CT38 theo tiêu chuẩn Việt Nam.
1.7.2. Vật liệu hàn.
Trong công nghệ đóng tàu, vật liệu hàn ln đóng một vai trị cực kỳ quan
trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của mối hàn vì vậy vật liệu hàn yêu cầu
phải được kiểm định nghiêm ngặt của cơ quan đăng kiểm. Trên thế giới, vật liệu
hàn vỏ tàu thủy được cung cấp ra thị trường phổ biến theo tiêu chuẩn của Hiệp hội
hàn Mỹ (AWS). Mỗi loại vật liệu hàn được sử dụng phải phù hợp với vật liệu cơ
bản và phương pháp hàn đồng thời thỏa mãn các tiêu chuẩn được áp dụng.
Hiện nay ngành đóng tàu tại Việt Nam thường sử dụng các loại vật liệu hàn cụ
thể như:
- Que hàn hồ quang tay có thuốc bọc: que hàn thép các bon và que hàn thép
hợp kim (từ E60XX đến 90XX).
- Dây hàn đặc MIG/MAG: dây hàn thép các bon và dây hàn thép hợp kim
(ER 70S-X đến ER10S-X).
- Dây hàn lõi thuốc FCAW: dây hàn thép các bon và dây hàn thép hợp kim
(E6XTX-X đến E10XTX-X).

Học viên: Đặng Anh Thảo

18

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

- Dây hàn tự động dưới thuốc SAW: dây hàn thép các bon và dây hàn thép

hợp kim (F6XX-EXXX-X đến F10XX-EXX-XX).
- Khí bảo vệ: CO 2, Ar, He, CO 2 + Ar, CO 2 + Ar + He, CO 2 + Ar + O 2 với
các tỷ lệ theo quy định.
- Sứ lót hàn: loại WT – 102, WT – 103, WT – 104.
Vật liệu hàn phải được bảo quản và sử dụng theo khuyến cáo của nhà sản
xuất trên bao bì hay hộp đóng gói sản phẩm. Các hãng cung cấp vật liệu hàn có uy
tín trên thị trường Việt Nam cần biết đến đó là: Huyndai, Yamata, Kobelco, Esab …
Nước ta có nhiều nhà máy sản xuất được vật liệu hàn như : Kim Tín, Việt Đức,
Nam Triệu, Lilama Hà Tĩnh …vv…tuy giá thành rẻ nhưng chủng loại, số lượng và
đặc biệt là chất lượng chưa đáp ứng được tiêu chuẩn của đăng kiểm quốc tế nên sử
dụng còn nhiều hạn chế khi đóng các tàu có trọng tải lớn.
1.8. Quy trình chế tạo tàu thủy.
Với đặc điểm đa dạng và rất phức tạp về kết cấu đặc biệt với các loại tàu có
trọng tải lớn do đó q trình chế tạo tàu thủy vỏ thép là khó khăn, bao gồm nhiều
khâu, nhiều cơng đoạn …vv..để đơn giản hóa q trình này, người ta dùng sơ đồ để
mô tả ngắn gọn (xem sơ đồ hình 1.7)
Hiện nay, có nhiều phương pháp chế tạo tàu thủy nhưng tại các nhà máy đóng
tàu, tùy theo điều kiện về công nghệ, quy mô sản xuất, chủng loại và trọng tải của
tàu mà người ta chọn phương pháp lắp ráp tàu cụ thể. Chế tạo vỏ tàu gồm có bốn
phương pháp chính:
- Chế tạo bán thành phẩm (cụm chi tiết)
- Chế tạo phân đoạn thẳng
- Chế tạo phân đoạn khối
- Chế tạo tổng đoạn

Học viên: Đặng Anh Thảo

19

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sỹ khoa học

Hình 1.7: Sơ đồ quá trình cơng nghệ chế tạo tàu thủy.
Ngun vật
liệu nhập
Kho

Số liệu từ phịng thiết
kế, kỹ thuật – cơng
nghệ và nhà phóng

Gia cơng thép
tấm, thép

Chế tạo các
chi tiết dạng
ố

Nắn phẳng

Cắt

Đánh sạch

Uốn

Sơn lót,
chống gỉ

Đánh sạch

Gia công các chi
tiết phi kim loại

Trang thiết bị
,máy móc

Vạch dấu, lập
trình
Cắt
Xếp loại,
phân nhóm
Chế tạo phân
đoạn
Chế tạo tổng
đoạn
Máy chính

Lắp ráp thân
à

Hạ thủy tàu
Lắp ráp các
trang thiết bị,
Hoàn chỉnh hệ
thống ống, điện
Trang trí đồ
ộ

Sơn hồn chỉnh
Chạy thử,
nghiệm thu tàu

Học viên: Đặng Anh Thảo

20

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Luận văn thạc sỹ khoa học

1.8.1 Chế tạo bán thành phẩm (cụm chi tiết). Cụm chi tiết thanh thông thường nhất
được cấu tạo từ hai hoặc nhiều thanh bản kim loại thành kết cấu có prơfin dạng chữ
T hoặc chữ l. Để sử dụng là các chi tiết gia cường chính (ví dụ: đường sườn chính,
đà dọc đáy, xà dọc boong, ky hơng...)

Hình 1.8. Một vài ví dụ về cụm chi tiết thanh
1.8.2. Chế tạo phân đoạn thẳng
Phân đoạn phẳng được chế tạo từ tấm và các gia cường làm cứng. Các phân đoạn
phẳng tiêu biểu nhất là phân đoạn vách dọc, vách ngang, phân đoạn mạn, phân đoạn
boong, phân đoạn đáy đơn. Phân đoạn phẳng có thể phẳng và cũng có thể là cong.
Việc chế tạo phân đoạn phẳng theo trình tự sau:
1- Chế tạo cụm chi tiết tơn bao.
2- Vạch dấu trên cụm chi tiết tôn bao và lắp đặt các khung xương nhóm I.
3- Hàn các khung xương nhóm I với tơn bao.
4. Lắp đặt các chi tiết khung xương nhóm II và một số các chi tiết trang thiết bị (nếu
có thể).
5- Hàn các chi tiết khung xương nhóm II.

6- Nắn thẳng phân đoạn.
7- Vạch dấu lại đường bao phân đoạn có lưu ý tới lượng dư lắp ráp.
8- Cắt phân đoạn theo kích thước vạch dấu.
9- Thử độ kín và nghiệm thu phân đoạn.
Học viên: Đặng Anh Thảo

21

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội