Hàn kết cấu thép là một trong những kỹ thuật cốt lõi trong ngành xây dựng, đảm bảo các công trình như nhà cao tầng, cầu, và nhà xưởng có độ bền, an toàn, và thẩm mỹ. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải đáp chi tiết các thắc mắc phổ biến về hàn kết cấu, từ định nghĩa, tiêu chuẩn, phương pháp hàn, đến cách chọn que hàn, yêu cầu chứng chỉ, kiểm tra chất lượng mối hàn, và so sánh giữa hàn và liên kết bu-lông trong nhà thép tiền chế. Hãy cùng khám phá!

1. Hàn Kết Cấu Là Gì?

Hàn kết cấu là quá trình sử dụng nhiệt hoặc hồ quang điện để làm nóng chảy kim loại tại điểm tiếp xúc, kết nối các thành phần thép thành một khối thống nhất. Khi kim loại nguội, mối hàn hình thành, đảm bảo độ bền và ổn định cho các công trình như dầm, cột, khung thép trong tòa nhà, cầu, hoặc nhà xưởng.

Hàn kết cấu không chỉ yêu cầu kỹ thuật cao mà còn phải tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo mối hàn chịu được ứng suất lớn, chống ăn mòn, và duy trì độ bền lâu dài. Các loại mối hàn phổ biến bao gồm mối hàn đối đầu, mối hàn góc, và mối hàn chồng.

Thợ hàn sử dụng phương pháp SMAW để kết nối dầm thép trong dự án xây dựng.

2. Tiêu Chuẩn Hàn Kết Cấu Thép Trong Xây Dựng

Để đảm bảo chất lượng và an toàn, hàn kết cấu thép phải tuân theo các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. Dưới đây là các tiêu chuẩn phổ biến:

• Tại Việt Nam: TCVN 5575:2012 là tiêu chuẩn thiết kế kết cấu thép, quy định:
  • Vật liệu hàn phải phù hợp với thép cơ bản, ví dụ que hàn tuân theo TCVN 3223:1994.
  • Độ bền mối hàn không được thấp hơn độ bền của vật liệu thép.
  • Các yêu cầu về kích thước mối hàn, ví dụ chiều cao mối hàn góc không vượt quá 1,2 lần độ dày nhỏ nhất của chi tiết.
  • Quy trình kiểm tra mối hàn, bao gồm kiểm tra trực quan và không phá hủy.
• Quốc tế: AWS D1.1 (American Welding Society) là tiêu chuẩn hàng đầu, cung cấp các quy định chi tiết về:
  • Quy trình hàn được phê duyệt trước (PQR - Procedure Qualification Record).
  • Kiểm tra không phá hủy (NDT) như siêu âm, chụp X-quang, hoặc kiểm tra hạt từ.
  • Tiêu chí chấp nhận mối hàn, đảm bảo không có khuyết tật nghiêm trọng như nứt hoặc rỗ khí.

Ngoài ra, các tiêu chuẩn như ISO 3834 (quy định chất lượng hàn) và EN 1011 (hướng dẫn kỹ thuật hàn) cũng được áp dụng trong các dự án quốc tế.

3. Các Phương Pháp Hàn Kết Cấu Phổ Biến Hiện Nay

Tùy thuộc vào điều kiện thi công, vật liệu, và yêu cầu kỹ thuật, các phương pháp hàn sau được sử dụng phổ biến trong kết cấu thép:

1. Hàn Hồ Quang Tay (SMAW - Shielded Metal Arc Welding):
   • Nguyên lý: Sử dụng que hàn có lớp phủ thuốc để tạo hồ quang giữa que và vật liệu.
   • Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, di động, hàn được ở mọi vị trí, phù hợp cho công trường (Flynn Bros).
   • Nhược điểm: Tốc độ hàn chậm, cần thay que thường xuyên, tạo nhiều xỉ hàn.
   • Ứng dụng: Hàn dầm, cột tại công trường hoặc các bề mặt không sạch hoàn toàn.
2. Hàn MIG (GMAW - Gas Metal Arc Welding):
   • Nguyên lý: Sử dụng dây hàn liên tục và khí bảo vệ (như CO2, argon) để tạo mối hàn.
   • Ưu điểm: Tốc độ hàn nhanh, mối hàn sạch, dễ học (MFG Shop).
   • Nhược điểm: Nhạy cảm với gió, yêu cầu bình khí và thiết bị phức tạp.
   • Ứng dụng: Hàn trong xưởng sản xuất, nơi có điều kiện kiểm soát tốt.
3. Hàn Lõi Thuốc (FCAW - Flux-Cored Arc Welding):
   • Nguyên lý: Tương tự GMAW nhưng sử dụng dây hàn lõi thuốc, không cần hoặc cần ít khí bảo vệ.
   • Ưu điểm: Phù hợp cho ngoài trời, tốc độ hàn cao, ít phụ thuộc vào điều kiện môi trường (Missouri Welding Institute).
   • Nhược điểm: Tạo xỉ hàn, cần làm sạch sau hàn.
   • Ứng dụng: Hàn kết cấu thép tại công trường hoặc xưởng.
4. Hàn Dưới Lớp Thuốc (SAW - Submerged Arc Welding):
   • Nguyên lý: Sử dụng lớp thuốc bảo vệ để che phủ hồ quang, tạo mối hàn chất lượng cao.
   • Ưu điểm: Mối hàn đồng đều, hiệu quả cao, ít bắn tóe (Hobart Brothers).
   • Nhược điểm: Chỉ phù hợp trong xưởng, hạn chế với vật liệu mỏng.
   • Ứng dụng: Hàn thép dày cho cột, dầm lớn trong xưởng.

Hàn MIG (GMAW) được thực hiện trong môi trường xưởng, đảm bảo mối hàn sạch và nhanh.

4. Nên Dùng Que Hàn Nào Cho Kết Cấu Dầm, Cột Thép Lớn?

Đối với dầm và cột thép lớn, thường sử dụng thép cacbon hoặc thép hợp kim thấp (như Q235, Q345), que hàn E7018 là lựa chọn lý tưởng. Lý do:

• Đặc tính ít hydro: Giảm nguy cơ nứt mối hàn do hiện tượng giòn hydro.
• Độ bền cao: Đạt cường độ kéo lên đến 70.000 psi, phù hợp với thép kết cấu.
• Linh hoạt: Tương thích với cả nguồn điện AC và DC, hàn được ở mọi vị trí.
• Ứng dụng rộng: Phù hợp cho các mối hàn chịu tải trọng lớn như dầm, cột.

Ngoài E7018, que hàn E6013 có thể được sử dụng cho các mối hàn ít quan trọng hoặc thép mỏng, nhưng không bền bằng E7018.

Lưu ý khi chọn que hàn:

• Đảm bảo que hàn được bảo quản khô ráo, tránh hút ẩm.
• Kiểm tra tiêu chuẩn que hàn (ví dụ: AWS A5.1) để phù hợp với vật liệu thép.
• Sử dụng đúng dòng điện và kỹ thuật hàn theo khuyến nghị của nhà sản xuất.

5. Hàn Kết Cấu Có Cần Chứng Chỉ Thợ Hàn Không?

Có, chứng chỉ thợ hàn là yêu cầu bắt buộc trong các dự án hàn kết cấu để đảm bảo chất lượng và an toàn. Chứng chỉ xác nhận thợ hàn có kỹ năng thực hiện các quy trình hàn theo tiêu chuẩn như TCVN 5575:2012 hoặc AWS D1.1.

• Tại Việt Nam: Thợ hàn cần chứng chỉ từ các trung tâm đào tạo nghề được công nhận, ví dụ Trung tâm Kiểm định và Đào tạo nghề hàn.
• Quốc tế: Chương trình Certified Welder của AWS yêu cầu thợ hàn vượt qua bài kiểm tra thực hành theo các quy trình hàn cụ thể (WPS - Welding Procedure Specification).

Lợi ích của chứng chỉ thợ hàn:

• Đảm bảo mối hàn đạt tiêu chuẩn, giảm nguy cơ khuyết tật.
• Tăng cơ hội việc làm trong các dự án lớn hoặc quốc tế.
• Đáp ứng yêu cầu của chủ đầu tư và cơ quan quản lý.

Thợ hàn thực hành để đạt chứng chỉ AWS, đảm bảo kỹ năng theo tiêu chuẩn quốc tế.

6. So Sánh Hàn Hồ Quang Tay (SMAW) và Hàn MIG (GMAW)

Dưới đây là so sánh chi tiết giữa hai phương pháp hàn phổ biến trong kết cấu thép:

Hàn Hồ Quang Tay (SMAW)

• Ưu điểm:
  • Di động: Thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng mang đến công trường.
  • Linh hoạt: Có thể hàn trên bề mặt bẩn, gỉ sét, và ở mọi vị trí (ngang, đứng, trên cao).
  • Chi phí thấp: Máy hàn SMAW rẻ hơn và không cần bình khí.
• Nhược điểm:
  • Tốc độ hàn chậm do phải thay que thường xuyên.
  • Tạo nhiều xỉ hàn và bắn tóe, yêu cầu làm sạch sau hàn.
  • Yêu cầu kỹ năng cao để đạt mối hàn đẹp và bền.

Hàn MIG (GMAW)

• Ưu điểm:
  • Tốc độ nhanh: Dây hàn liên tục giảm thời gian dừng, tăng năng suất (MFG Shop).
  • Mối hàn sạch: Ít xỉ hàn, ít bắn tóe, phù hợp cho các công trình yêu cầu thẩm mỹ.
  • Dễ học: Thích hợp cho thợ hàn mới hoặc sản xuất hàng loạt.
• Nhược điểm:
  • Ít di động: Yêu cầu bình khí và thiết bị phức tạp hơn.
  • Nhạy cảm với gió: Khí bảo vệ dễ bị phân tán khi hàn ngoài trời.
  • Chi phí cao: Thiết bị và vật liệu (khí bảo vệ, dây hàn) đắt hơn.

Khi nào dùng SMAW hay GMAW?

• SMAW: Chọn cho công trường ngoài trời, nơi cần tính di động, hoặc khi hàn thép dày với chi phí thấp.
• GMAW: Ưu tiên trong xưởng sản xuất, nơi có điều kiện ổn định, cần tốc độ cao và mối hàn sạch.

7. Làm Sao để Kiểm Tra Mối Hàn Kết Cấu Đạt Chuẩn?

Kiểm tra mối hàn là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng và an toàn của kết cấu thép. Các phương pháp kiểm tra phổ biến bao gồm:

7. Kiểm tra trực quan (Visual Inspection)

• Phương pháp: Quan sát mối hàn bằng mắt thường hoặc dùng kính lúp, đèn chiếu sáng để phát hiện các khuyết tật như nứt, rỗ khí, hoặc không đồng đều.
• Ưu điểm: Đơn giản, chi phí thấp, thực hiện ngay tại công trường.
• Nhược điểm: Chỉ phát hiện khuyết tật bề mặt.

7.2. Kiểm tra không phá hủy (NDT - Non-Destructive Testing)

• Siêu âm (UT): Sử dụng sóng siêu âm để kiểm tra khuyết tật bên trong, tuân theo TCVN 4395-1986 (Pebsteel).
• Chụp X-quang (RT): Sử dụng tia X hoặc gamma để kiểm tra cấu trúc mối hàn, phát hiện rỗ khí hoặc tạp chất.
• Kiểm tra hạt từ (MT): Phát hiện khuyết tật trên bề mặt và gần bề mặt của vật liệu sắt từ.
• Kiểm tra thẩm thấu (PT): Sử dụng chất lỏng thẩm thấu để phát hiện vết nứt bề mặt.

7.3. Kiểm tra phá hủy (Destructive Testing)

• Áp dụng trên mẫu thử để kiểm tra độ bền kéo, uốn, hoặc va đập của mối hàn.
• Phương pháp này ít được sử dụng trong thực tế vì làm hỏng mẫu, nhưng cần thiết trong giai đoạn thử nghiệm.

Quy trình kiểm tra mối hàn chuẩn:

1. Kiểm tra trực quan trước và sau khi hàn.
2. Áp dụng phương pháp NDT phù hợp (UT hoặc RT) theo yêu cầu tiêu chuẩn.
3. Lập báo cáo kiểm tra, ghi nhận và khắc phục khuyết tật nếu có.

Kiểm tra siêu âm (UT) được thực hiện để phát hiện khuyết tật bên trong mối hàn mà không làm hỏng cấu trúc.

8. Hàn Hay Bu-lông Liên Kết Tốt Hơn Trong Nhà Thép Tiền Chế?

Nhà thép tiền chế (PEB - Pre-Engineered Building) là các công trình được thiết kế và chế tạo sẵn trước khi lắp ráp tại công trường. Lựa chọn giữa hàn và bu-lông phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của dự án.

8.1. Hàn

• Ưu điểm:
  • Tạo kết nối cứng, chịu lực tốt, phù hợp cho cấu trúc yêu cầu độ bền cao.
  • Không cần khoan lỗ, giảm nguy cơ suy yếu thép.
  • Thẩm mỹ cao, không có bu-lông lộ ra ngoài.
• Nhược điểm:
  • Yêu cầu thợ hàn lành nghề và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt.
  • Khó tháo dỡ hoặc sửa đổi kết cấu.
  • Có thể gây ứng suất dư nếu hàn không đúng cách.

8.2. Bu-lông

• Ưu điểm:
  • Dễ lắp ráp và tháo dỡ, lý tưởng cho nhà thép tiền chế.
  • Không cần thợ hàn hoặc thiết bị hàn tại công trường.
  • Linh hoạt trong điều chỉnh hoặc tái sử dụng cấu trúc.
• Nhược điểm:
  • Yêu cầu khoan lỗ, có thể làm yếu thép nếu không thiết kế đúng.
  • Bu-lông có thể lỏng theo thời gian, cần bảo trì định kỳ.

Khi nào chọn hàn hay bu-lông?

• Hàn: Phù hợp trong xưởng sản xuất để chế tạo các bộ phận lớn, hoặc khi cần kết nối cứng chắc lâu dài.
• Bu-lông: Ưu tiên tại công trường nhà thép tiền chế vì tốc độ lắp ráp nhanh, chi phí thấp, và dễ điều chỉnh.

Kết nối bu-lông được sử dụng phổ biến trong nhà thép tiền chế nhờ tốc độ lắp ráp nhanh.

9. Kết Luận

Hàn kết cấu thép là một kỹ thuật quan trọng, đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tiêu chuẩn, phương pháp, và quy trình kiểm tra. Tại Việt Nam, TCVN 5575:2012 là tiêu chuẩn chính, trong khi AWS D1.1 được áp dụng trong các dự án quốc tế. Các phương pháp hàn như SMAW, GMAW, FCAW, và SAW đáp ứng các nhu cầu khác nhau, với que hàn E7018 là lựa chọn tối ưu cho dầm và cột lớn. Chứng chỉ thợ hàn đảm bảo chất lượng, và kiểm tra mối hàn bằng siêu âm hoặc chụp X-quang là bước không thể thiếu. Trong nhà thép tiền chế, bu-lông thường được ưu tiên hơn hàn nhờ tính linh hoạt và hiệu quả.

Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về hàn kết cấu thép. Nếu bạn có thắc mắc hoặc cần tư vấn thêm, hãy để lại bình luận hoặc liên hệ với chúng tôi

CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT AN THÀNH

Địa chỉ: 32-34 Dương Công Khi, X. Xuân Thới Thượng, H. Hóc Môn

Hotline: 0942 127 028

Email: cokhi.anthanhtech@gmail.com