Kết nối hàn thép hình là gì?
Kết nối hàn thép hình là phương pháp liên kết hai hoặc nhiều cấu kiện thép bằng cách nung chảy kim loại cơ bản (base metal) và kim loại điền đầy (filler metal) tại vùng tiếp xúc. Khi đông nguội, mối hàn tạo thành một khối liên tục truyền lực cắt, kéo và uốn giữa các cấu kiện. Trong kết cấu thép xây dựng, hàn hồ quang tay (SMAW), hàn bán tự động (GMAW/FCAW) và hàn dưới lớp thuốc (SAW) là ba phương pháp phổ biến nhất.
Phân loại mối hàn theo hình dạng
Hàn góc (Fillet weld)
Hàn góc thực hiện tại góc giao nhau của hai bề mặt thép vuông góc hoặc xiên; mặt cắt ngang hình tam giác vuông cân với chân hàn (leg) bằng nhau. Kích thước hàn góc được ký hiệu bằng chữ a (throat = 0,7 × chân hàn) theo tiêu chuẩn EN hoặc w (weld size) theo AISC. Hàn góc là loại phổ biến nhất trong kết cấu thép do dễ thực hiện và không cần vát mép.
Hàn đối đầu (Groove/Butt weld)
Hàn đối đầu nối hai cấu kiện nằm cùng mặt phẳng; yêu cầu vát mép (bevel) tạo rãnh để kim loại ngấu hoàn toàn hoặc một phần chiều dày. Hàn ngấu hoàn toàn (CJP — Complete Joint Penetration) truyền được 100% lực kéo và cắt qua mặt cắt ngang; hàn ngấu một phần (PJP — Partial Joint Penetration) chỉ truyền lực giới hạn. Hàn đối đầu CJP áp dụng cho mối nối dầm quan trọng, cột và mặt bích (end plate).
Hàn nút (Plug/Slot weld)
Hàn nút thực hiện qua lỗ tròn hoặc lỗ dài trên một tấm thép, hàn đầy lỗ để liên kết hai tấm chồng nhau; chủ yếu truyền lực cắt. Loại này ít phổ biến trong kết cấu chính nhưng dùng để giữ vị trí các tấm đệm (backing plate) hoặc liên kết tấm bổ cứng (stiffener).
Thông số kỹ thuật mối hàn
| Thông số | Hàn góc | Hàn đối đầu CJP | Đơn vị |
|---|---|---|---|
| Kích thước tối thiểu | a = 3 mm (t < 6 mm); a = 5 mm (t > 6 mm) | Theo chiều dày tấm | mm |
| Chiều dài tối thiểu | 4 × chân hàn, min 40 mm | Không giới hạn | mm |
| Khả năng chịu lực (S355) | fw = 0,7 × a × fw,u | fu = fu thép cơ bản | kN/mm |
| Cường độ điện cực E7016 | 490 MPa | 490 MPa | MPa |
| Độ ẩm điện cực | < 0,4% H₂ | < 0,4% H₂ | — |
| Nhiệt độ nung sấy điện cực | 300–350°C / 2h | 300–350°C / 2h | °C |
Quy trình hàn (WPS — Welding Procedure Specification)
WPS (Quy trình hàn) là tài liệu quy định đầy đủ: phương pháp hàn, vật liệu cơ bản, vật liệu hàn, chuẩn bị mép hàn, dòng điện, điện áp, tốc độ hàn và yêu cầu nung sơ bộ. Trước khi thi công, WPS phải được phê duyệt thông qua thử nghiệm PQR (Procedure Qualification Record) theo AWS D1.1 hoặc EN ISO 15614-1. Thợ hàn phải có chứng chỉ hàn phù hợp với vị trí hàn (1G, 2G, 3G, 4G) và vật liệu.
Các khuyết tật mối hàn phổ biến
- Rỗ khí (Porosity): do độ ẩm, bụi bẩn hoặc che chắn khí bảo vệ kém
- Nứt nóng (Hot cracking): do carbon và lưu huỳnh cao trong thép hoặc nguội nhanh
- Không ngấu (Lack of fusion): dòng điện thấp, tốc độ hàn quá nhanh
- Cháy thủng (Burn-through): dòng điện quá cao trên tấm mỏng
- Lẹm chân (Undercut): góc điện cực không đúng hoặc tốc độ quá nhanh
- Biến dạng nhiệt (Distortion): không cân bằng nhiệt đầu vào hoặc không kẹp đủ
Phương pháp kiểm tra mối hàn
Kiểm tra ngoại quan (VT — Visual Testing) thực hiện 100% sau khi hàn; đo chân hàn bằng thước hàn (welding gauge), kiểm tra vết nứt, hố khí, lẹm chân và sự điền đầy. Kiểm tra siêu âm (UT) phát hiện khuyết tật bên trong mối hàn đối đầu; áp dụng theo AWS D1.1 hoặc EN ISO 17640. Kiểm tra từ tính (MT) cho mối hàn góc bề mặt và gần bề mặt; kiểm tra chụp phim (RT) cho mối hàn quan trọng khi thiết kế yêu cầu.
Tiêu chuẩn hàn thép kết cấu tại Việt Nam
- TCVN 10307:2014 — Hàn thép kết cấu, yêu cầu thi công và nghiệm thu
- TCVN 9391:2012 — Kết cấu thép, dung sai lắp ráp
- AWS D1.1/D1.1M:2020 — Structural Welding Code – Steel
- EN ISO 5817 — Mức chất lượng mối hàn hồ quang
- EN ISO 9692-1 — Chuẩn bị mép hàn cho hàn MIG/MAG và hàn tay
Ký hiệu hàn trên bản vẽ kết cấu
Ký hiệu hàn gồm đường chỉ mối hàn (arrow line), đường cơ sở (reference line) và các ký hiệu theo TCVN hoặc AWS/ISO. Hàn góc ký hiệu bằng tam giác vuông với số chỉ kích thước; hàn đối đầu ký hiệu theo hình dạng rãnh (V, X, U, J). Thông số bổ sung (chiều dài, bước hàn ngắt quãng, vị trí hàn) ghi trên và dưới đường cơ sở theo quy ước tiêu chuẩn.