Hàn khe hở hẹp là gì?

Hàn khe hở hẹp là quá trình hàn các chi tiết có chiều dày lớn thường là trên 50 mm và chuẩn bị vát liên kết tối thiểu với góc vát rãnh hàn từ 2-20^o, nên sẽ tiết kiệm đáng kể lượng kim loại đắp và thời gian hàn đồng thời giảm được biến dạng góc. Tuy nhiên, cũng có nhược điểm: dễ bị khuyết tật không ngấu thành, khó loại bỏ khuyết tật, chuẩn bị liên kết chữ J khá phức tạp và đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Mời bạn theo dõi để hiểu rõ hơn về hàn khe hở hẹp, công nghệ của lincoln và những thiết bị sử dụng.

1. Hàn khe hở hẹp là gì?

Trong các kết cấu lớn như: chân đến giàn khoan, trụ điện gió ngoài khơi, kết cấu bồn áp lực… thường sử dụng các chi tiết có chiều dày lớn. Thông thường, để hàn nối ghép các chi tiết có chiều dày lớn này, các nhà sản xuất thường sử dụng các công nghệ hàn thông dụng như hàn SAW, FCAW, GMAW… và các chi tiết thường được vát mép 1 hoặc hai phía, sau đó tiến hành hàn bằng rất nhiều đường hàn, lớp hàn để phủ hết chiều dày chi tiết. 

Khi đó thường phát sinh chi phí do thời gian hàn lâu, và tiêu tốn một lượng khá lớn kim loại đắp để bù vào phần vát mép liên kết hàn. Vậy có giải pháp hàn nào khắc phục được vấn đề này? Một lựa chọn cho các nhà sản xuất đó là “Công nghệ hàn khe hở hẹp”.

Thuật ngữ “hàn khe hở hẹp” được dịch ra từ tiếng anh gốc là “narrow gap welding” hoặc “narrow-groove welding”, dùng để chỉ quá trình hàn các chi tiết có chiều dày lớn (thường là trên 50 mm), và chuẩn bị vát liên kết tối thiểu với góc vát rãnh hàn (từ 2-20^o), nên sẽ tiết kiệm đáng kể lượng kim loại đắp và thời gian hàn. Ngoài ra, công nghệ hàn khe hở hẹp còn có một ưu điểm đó là giảm được biến dạng góc do góc rãnh hàn và khe hở nhỏ, nên mép giữa hai chi tiết gần như song song. 

Tuy nhiên, hàn khe hở hẹp cũng có một số nhược điểm đó là: dễ bị khuyết tật không ngấu thành (lack of sidewall fusion), khó loại bỏ khuyết tật nếu bị phát hiện vì hạn chế của việc gá lắp liên kết. Việc chuẩn bị liên kết chữ J khá phức tạp và đòi hỏi thiết bị chuyên dụng.

So sánh vat mép liên kết tấm dày truyền thống với liên kết hàn khe hở hẹp

Hàn khe hở hẹp có thể sử dụng các quá trình hàn như: hàn dưới lớp thuốc (SAW), hàn dây lõi đặc (GMAW/MIG/MAG), hoặc hàn TIG/GTAW. Tuy nhiên, quá trình hàn này thường đòi hỏi thiết bị hàn đặc biệt và chuyên dụng, bởi nó yêu cầu tiếp cận tốt chân mối hàn khe hở hẹp. Nhược điểm không ngấu thành của quá trình hàn khe hở hẹp có thể được khắc phục bằng một số cách như:

• Sử dụng hàn hai điện cực (SAW tandem, GMAW tandem, FCAW tandem), khi đó dây hàn dẫn hướng sẽ hướng thẳng về phía mặt váp mép (Sidewall) giúp mối hàn ngấu vào hết kim loại cơ bản.
• Sử dụng 1 điện cực có thể di chuyển ngang (dạng wave form khi hàn GMAW) giúp hồ quang có thể dịch chuyển từ phía mép này sang mép kia của liên kết hàn.
• Sử dụng đầu dò đường hàn để bảo đảm góc nghiêng phù hợp của điện cực/ hồ quang so với mép liên kết (side-wall).

2. Công nghệ hàn khe hở hẹp của Lincoln electric

Lincoln Electric đã phát triển công nghệ hàn khe hở hẹp để thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng, cơ tính và giá thành, ứng dụng cho các kết cấu lớn trong các lĩnh vực như: Năng lượng (power generation), dầu khí (petrochemical), đóng tàu (shipbuilding), hạt nhân (nuclear), và trong các kết cấu ngành công nghiệp nặng khác (heavy fabrication).

Sử dụng công nghệ hàn hai hồ quang dưới lớp thuốc ứng dụng cho hàn khe hở hẹp, có thể hàn được các chi tiết có chiều dày từ 51 đến 350mm, với mép liên kết gần như song song với nhau, và quá trình hàn này có thể hàn cho liên kết tấm phẳng hoặc liên kết hàn theo chu vi.

Công nghệ hàn này sử dụng hàn nhiều lớp (multi-layer), mỗi lớp 2 đường hàn (two passes per layer) thay vì chỉ hàn một đường hàn cho một lớp, vì nó có thể giảm thiểu được các khuyết tật không mong muốn như: cháy cạnh, lẫn xỉ hoặc lõm mối hàn.

Mặc dù công nghệ này có thể sử dụng đa dạng nhiều cặp dây/thuốc hàn khác nhau. Nhưng Lincoln khuyến cáo sử dụng đúng cặp dây và thuốc, kết hợp với ống kẹp điện cực được thiết kế chuyên dụng cho hàn khe hở hẹp để tạo ra mối hàn có chất lượng ổn định và thỏa mãn yêu cầu cơ tính.

3. Thiết bị sử dụng trong hàn khe hở hẹp

Hệ thống thiết bị hàn khe hở hẹp

Hệ thông thiết bị hàn khe hở hẹp bao gồm các thiết bị chính sau:

1. Nguồn hàn dưới lớp thuốc Powerwave AC/DC 1000 SD, được tích hợp công nghệ điều khiển dạng sóng waveform, và có thể lựa chọn linh hoạt chế độ CC/CV, dòng điện AC/ DC+/ DC- để điều chỉnh dễ dàng chế độ hàn, chiều sâu ngấu và tốc độ đắp. Do đó cho kết quả chất lượng mối hàn vượt trội so với nguồn hàn thế hệ cũ, đồng thời tăng được tốc độ hàn.
2. Bộ điều khiển: Tích hợp điều khiển chính xác đầu dò laser và điều khiển tốc độ cấp dây bằng động cơ servo, qua đó giúp điều chỉnh chính xác và duy trì hồ quang đều ở mép liên kết, qua đó hạn chế được khuyết tật không ngấu thành. Ngoài ra, bộ điều khiển tích hợp còn dễ dàng thiết lập chương trình điều khiển hàn các đường hàn theo thứ tự và thời gian hàn chính xác. Hệ thống laser scanning giúp đo khối lượng kim loại đắp từ đó kết hợp tín hiệu điều khiển chế độ hàn và tốc độ đắp để tự động điều chỉnh và duy trì việc đắp cho mối hàn. Góc nghiên điện cực được điều chỉnh độc lập bằng chương trình điều khiển, nên có thể kiểm soát chính xác cho từng đường hàn.
3. Đầu hàn: bộ đầu hàn có thể linh động sử dụng cho các kết cấu có chiều dày từ 51-350 mm. Tích hợp điều khiển góc nghiêng chính xác cho các điện cực qua động cơ servo, và điều khiển theo các trục X-Z.
4. Bộ thùng cấp dây và thuốc hàn.

Bạn đọc có thể tham khảo thêm về công nghệ và hệ thống thiết bị hàn khe hở hẹp thông qua video sau đây:

Để biết thêm thông tin chi tiết vui lòng liên hệ DGwelding – đại lý ủy quyền của hãng Lincoln Electric ở Việt Nam để được tư vấn cụ thể về giải pháp hàn khe hở hẹp.