Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc đến độ bền mối hàn giáp mối trong kết cấu tàu thép

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 149
KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC
 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ HÀN TỰ ĐỘNG DƯỚI LỚP THUỐC 
ĐẾN ĐỘ BỀN MỐI HÀN GIÁP MỐI TRONG KẾT CẤU TÀU THÉP
THE ASSESSMENT EFFECTS ON SUBMERGED - ARC WELDING MODES 
TO THE STRENGTH OF BUTTED PLATE IN STEEL SHIP
Ngô Hùng1, Huỳnh Văn Vũ2
Ngày nhận bài: 18/3/2014; Ngày phản biện thông qua: 06/5/2014; Ngày duyệt đăng: 01/12/2014
TÓM TẮT
Bài báo công bố kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của việc lựa chọn chế độ hàn tự động dưới lớp thuốc (chỉ xét ba thông 
số là cường độ dòng điện I, điện áp hàn U và vận tốc hàn V) đến độ bền mối hàn kết cấu tấm giáp mối trong tàu thép. Thông 
qua kết quả kiểm tra độ bền của 21 loạt mẫu thí nghiệm mối hàn giáp mối theo quy định của Quy phạm TCVN 6259-6:2010 
với các chế độ hàn khác nhau được tính toán bằng lý thuyết, kết luận rằng chế độ hàn với cường độ dòng điện I = 1000(A), 
điện áp U = 35(V) và vận tốc hàn V = 27(m/h) cho kết quả tốt nhất.
Từ khóa: chế độ hàn, hàn tự động dưới lớp thuốc, thông số hàn
ABSTRACT
This paper performs the result of effects on submerged-arc welding modes (including three parameters: amperage 
welding I, voltage welding U and velocity welding V) to the strength of butted plate in steel ship. Through the strength 
testing of specimens according to the rule TCVN 6259-6:2010, the 21 experiment specimens conducted by submerged-arc 
welding with some different modes, it concludes that the welding mode (amperage welding I = 1000(A), voltage welding 
U = 35(V) and velocity welding V = 27(m/h)) is the best.
Keywords: welding mode, submerged-arc welding, welding parameters
1 Ngô Hùng: Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2011 - Trường Đại học Nha Trang
2 TS. Huỳnh Văn Vũ: Khoa Kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ hàn là một trong các lĩnh vực phức 
tạp, cần phải có sự phối hợp của các lĩnh vực khoa 
học khác như: Vật lý, hóa học, luyện kim, cơ khí, 
tự động hóa, kỹ thuật điện và điện tử. Chính vì 
thế chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu 
tố khách quan, chủ quan trong khi chế tạo các sản 
phẩm bằng phương pháp hàn. Trong các phương 
pháp hàn khác nhau, các yếu tố công nghệ cũng có 
những ảnh hưởng rất khác nhau. Công nghệ hàn hồ 
quang dưới lớp thuốc hay còn gọi là hàn hồ quang 
chìm SAW là phương pháp hàn dây điện cực nóng 
chảy dưới lớp thuốc bảo vệ đã được sử dụng ở các 
nước có nền công nghiệp phát triển [1].
Công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc (SAW) 
được ứng dụng rộng rải ở các nước phát triển [2, 6].
Tuy nhiên ở Việt Nam nói chung và trong các nhà 
máy đóng tàu nói riêng và đặc biệt là trong các cơ sở 
dạy nghề, công nghệ này của tỉnh Khánh Hòa ít 
được chú trọng, bước đầu có tính thăm dò, chưa 
hình thành quy trình ổn định và phát triển mạnh. Vì 
vậy phương pháp hàn hồ quang tự động dướ i lớ p 
thuố c phát triển mạnh khi ngành công nghiệp đóng 
tàu trong nước phát triển.
Việc lựa chọn chế độ hàn trước đây chủ yếu 
dựa theo yêu cầu của nhà sản xuất hoặc chí ít cũng 
là kinh nghiệm được du nhập từ những nước có 
nền đóng tàu phát triển và cá biệt có những trường 
hợp không được coi trọng. Điều này rõ ràng chưa 
phù hợp với điều kiện môi trường, con người, thiết 
bị, tại Việt Nam và ảnh hưởng không tốt đến chất 
lượng sản phẩm. 
Sau thời gian tham gia trực tiếp sản xuất, đào 
tạo công nhân hàn qua đặt hàng của các cơ sở 
đóng tàu trong việc cung cấp nguồn nhân lực về vấn 
đề này và qua tìm hiểu những nghiên cứu trước, 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014
150 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
nhận thấy việc lựa chọn các chế độ hàn hợp lý 
nhằm đảm bảo chất lượng các mối hàn chưa được 
đặt ra và quan tâm một cách đúng mức. Đặc biệt 
trong những trường hợp hàn có yêu cầu chất lượng 
cao như hàn các kết cấu tàu thép.
Chính vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của 
các thông số công nghệ đến chất lượng, tạo dáng 
mối hàn và quá trình hàn là việc làm cần thiết và 
cấp bách. Dựa trên các tài liệu đã có trong nước và 
nước ngoài, của các hãng thiết bị hàn trên thế giới 
đã thu thập và tập hợp được các thông số tối ưu về 
lý thuyết, từ đó bằng thực nghiệm nghiên cứu trên 
các mẫu tác giả tiến hành lựa chọn được các thông 
số thực nghiệm cho phù hợp với điều kiện của Việt 
Nam. Trong quá trình hàn khi khảo sát một yếu tố 
thì các yếu tố khác được giữ nguyên. Từ đó cho các 
yếu tố đầu ra: hình dạng mối hàn, độ bền mối hàn 
và biến dạng hàn.
Dựa trên các kết quả thí nghiệm đánh giá được 
rằng khi các thông số hàn thay đổi thì hình dạng mối 
hàn, độ bền mối hàn và biến dạng hàn thay đổi thế 
nào, dẫn đến cơ tính của chúng bị tác động ra sao. 
Từ đó đi đến kết luận về việc lựa chọn các thông số 
cơ bản của công nghệ hàn hồ quang dưới lớp thuốc 
SAW một cách tối ưu, để đảm bảo chất lượng mối 
hàn tốt nhất áp dụng trong đào tạo và sản xuất tại 
Việt Nam. 
II. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượ ng nghiên cứ u
Đối tượng nghiên cứu là ảnh hưởng của ba 
thông số cường độ dòng điện hàn I(A), điện áp hàn 
U(V), tốc độ hàn V(m/h) đến chất lượng mối hàn 
giáp mối của tấm kết cấu tàu thép theo quy định của 
Quy phạm TCVN 6259-6:2010 (hình 1) [7]. 
Hình 1. Quy cách tấm hàn thử nghiệm Hình 2. Vị trí cắt mẫu kiểm tra độ bền
Phương pháp hàn là hồ quang tự động dưới 
lớp thuốc SAW, với máy hàn hiệu KOBELCO, 
số hiệu DW-S43G của Việt Nam sản xuất, dây 
hàn thép cacbon AWS-A5.17-EH14 đường kính 
F4.0mm, thuốc bảo vệ AN-348-A của Nga sản 
xuất. Quá trình hàn thử nghiệm được tiến hành tại 
xưởng Cơ khí của Trường Trung cấp nghề Ninh 
Hòa, kiểm tra độ bền uốn, kéo của kim loại cơ bản 
và các mẫu thử mối hàn tại phòng thí nghiệm cơ 
tính của Viện Chế tạo tàu thủy - Trường Đại học 
Nha Trang.
Tấm phôi thép nguyên liệu AH-36 được xác 
định độ bền kéo như hình 3 (ứng suất kéo lớn nhất 
σU= 545 kN/mm
2, ứng suất chảy σY= 366 kN/mm
2, 
độ giãn dài Dl = 26.7%) và độ bền uốn như hình 4 
(lực uốn lớn nhất Fm=56.59 kN).
 Hình 3. Biểu đồ lực kéo – giãn dài thép cơ bản Hình 4. Biểu đồ lực uốn – giãn dài thép cơ bản
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 151
2. Phương phá p nghiên cứ u
Chọn chế độ hàn ứng với thép AH-36 có chiều 
dày 16mm, đặt tên là loạt mẫu X1 có các thông số 
cụ thể là I = 1000(A), U = 35(V), V = 27(m/h) [1, 3].
Sau đó thay đổi giá trị của ba thông số bằng cách 
tăng lên hoặc giảm đi 20% so với giá trị tiêu chuẩn 
ở trên, được đặt tên từ loạt mẫu X2 đến X7. Lần lượt 
các giá trị của các thông số tương ứng với nhóm 
mẫu hàn thực nghiệm được trình bày ở bảng 1. 
Với mỗi loạt mẫu Xi tiến hành hàn 3 phôi (Mj, Mj+1, 
Mj+2) vào các thời điểm khác nhau, sau đó lựa chọn 
1 phôi có hình dạng tốt nhất đem phân tích đánh 
giá. Tất nhiên nếu điều kiện thời gian thí nghiệm 
và khả năng tài chính cho phép thì việc kiểm tra tất 
cả các mẫu là tốt nhất, tuy nhiên ở đây chỉ chọn 
những phôi hàn tốt nhất theo kiểm tra sơ bộ chất 
lượng bên ngoài để giảm bớt thời gian, kinh tế, 
công sức thực nghiệm và cũng thỏa mãn điều kiện 
quy hoạch thực nghiệm.
Phôi sau khi lựa chọn được cắt thành các mẫu 
thử tiêu chuẩn theo các vị trí quy định như hình 2 
để xác định các thông số độ bền như ứng suất kéo 
lớn nhất, ứng suất chảy, lực uốn lớn nhất, biến dạng 
dài,  Chẳng hạn hình ảnh phôi lựa chọn để thử 
nghiệm của loạt mẫu X1 (để đơn giản gọi là mẫu X1) 
như hình 5.
Bảng 1. Chế độ hàn của 21 mẫu thử nghiệm
TT I (A) U (V) V (m/h) Tên mẫu Loạt mẫu
1
1000 35 27
M1
X12 M2
3 M3
4
1200 35 27
M4
X25 M5
6 M6
7
800 35 27
M7
X38 M8
9 M9
10
1000 42 27
M10
X411 M11
12 M12
13
1000 28 27
M13
X514 M14
15 M15
16
1000 35 32.4
M16
X617 M17
18 M18
19
1000 35 21.6
M19
X720 M20
21 M21
 Hình 5. Phôi lựa chọn để thử nghiệm của loạt mẫu X1
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014
152 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Kết quả thử nghiệm độ bền của mẫu X1 so với giá trị của tấm thép cơ bản như bảng 2. Rõ ràng các giá trị 
về độ bền của mối hàn ở mẫu X1 đều tốt hơn vật liệu cơ bản, điều đó chứng tỏ rằng chế độ hàn của mẫu X1 
đạt yêu cầu.
Bảng 2. So sánh giá trị độ bền của mẫu X1 với kim loại cơ bản
Đại lượng
Tên Ứng suất kéo (MPa) Lực uốn (kN) Ứng suất chảy (MPa) Độ giãn dài (%)
 Mẫu kim loại cơ bản (KLCB) 545 56.59 366 26.7
Mẫu thử X1 (MT) 540 56.50 360 28.4
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
Sau khi thực hiện xác định các thông số độ bền từ các mẫu thử cắt từ các phôi lựa chọn của loạt mẫu X1 
đến X7 nêu trên, kết quả thực nghiệm được tổng hợp ở bảng 3 như sau:
Bảng 3. Tổng hợp kết quả độ bền của các mẫu thí nghiệm
Loạt mẫu X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
r (mm)
Chiều rộng mối hàn 30 35 25 40 25 23 35
h (mm)
Chiều cao mối hàn 3 3 4 1.5 5 5 4.5
σU (kN/mm
2)
Ứng suất kéo lớn nhất 540 532 435 532 435 532 465
σY (kN/mm
2)
Ứng suất chảy 360 355 303 355 303 355 303
Fm (kN)
Lực uốn 56.50 45.75 28.63 52.92 45.75 45.75 52.92
∆l (%)
Độ giãn dài 28.4 26.7 27.5 26.7 27.5 26.7 27.5
I (A)
Cường độ dòng điện 1000 1200 800 1000 1000 1000 1000
U (V)
Điện áp hàn 35 35 35 42 28 35 35
V (m/h)
Vận tốc hàn 27 27 27 27 27 32.4 21.6
Từ kết quả ở bảng 3, so với giá trị độ bền của 
vật liệu cơ bản (σU= 545 kN/mm
2, σY= 366kN/mm
2, 
∆l = 26.7%, Fm= 56.59 kN), có thể nhận thấy rằng độ 
bền tại vị trí mối hàn của các mẫu từ X2 đến X7 đều 
nhỏ hơn. Điều đó chứng tỏ rằng chế độ hàn tương 
ứng với các mẫu X2 đến X7 đều không đạt yêu cầu.
Ngoài ra, từ bảng 3, có thể biểu diễn mối tương 
quan giữa các thông số U, I, V với các thông số hình 
học r, h, ∆l của 7 mẫu lựa chọn như đồ thị hình 6 và 
các thông số độ bền σU, σY, Fm như đồ thị hình 6.
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 153
Qua đồ thị ở hình 7, nhận thấy rằng:
- Mẫu X1 có độ giãn dài lớn nhất, chứng tỏ độ 
dẻo dai của mẫu thử tốt nhất.
- Khi tăng điện áp hàn U thì chiều rộng mối hàn r 
tăng theo, chiều cao mối hàn h giảm đi (mẫu X4) và 
ngược lại (mẫu X5).
- Khi tăng vận tốc hàn V thì chiều rộng mối hàn 
r giảm (mẫu X6) và ngược lại (mẫu X7).
Hình 6. Mối tương quan giữa U, V với các thông số hình học r, h, ∆l
Hình 7. Mối tương quan giữa U, I, V với các thông số độ bền σU, σY, Fm
Qua đồ thị ở hình 6, nhận thấy rằng:
- Mẫu X1 có độ bền lớn nhất.
- Khi tăng điện áp hàn U hoặc tốc độ hàn V thì 
độ bền mối hàn tăng lên (mẫu X4, X6) và ngược lại 
(mẫu X5, X7), tuy nhiên vẫn không đạt độ bền như 
mẫu X1.
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Như vậy, qua tính toán lý thuyết để xác định các 
thông số của chế độ hàn tiêu chuẩn, sau đó dùng 
thực nghiệm để hàn các loạt phôi mẫu bằng cách 
thay đổi các thông số đã có trong phạm vi 20%, 
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 4/2014
154 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
có thể nhận thấy rằng chế độ hàn hợp lý nhất là mẫu 
X1, hay với loại thép đóng tàu AH-36 có kích thước 
bề dày t = 16 (mm) thì chọn các thông số của chế 
độ hàn là:
 + Cường độ dòng điện I = 1000(A);
 + Điện áp hàn U = 35(V);
 + Vận tốc hàn V = 27(m/h).
Rõ ràng so với số liệu về chế độ hàn được cung 
cấp bởi nhà sản xuất cũng như quy định của Đăng 
kiểm là cả một miền hay một khoảng giá trị nào đó, 
tác giả đã xác định được thông số cụ thể của chế độ 
hàn tối ưu ứng với các điều kiện cụ thể tại trường 
Trung Cấp Nghề Ninh Hòa và điều kiện sản xuất tại 
Nhà máy Tàu biển Hyundai – Vinashin.
2. Kiến nghị
Sau khi nghiên cứu lý thuyết, thực 
nghiệm, khảo sát thực tế tại Nhà máy tàu biển 
Hyundai - Vinashin và quá trình đào tạo công nhân 
hàn của Trường Trung cấp Nghề Ninh Hòa trong 
việc ứng dụng quy trình hàn tự động dưới lớp thuốc, 
có một số các lưu ý như sau:
- Khi sử dụng máy hàn cần phải thử và đối 
chiếu với các thông số của nhà sản xuất quy định.
- Nguồn điện hàn phải dùng bộ chỉnh lưu điện 
áp một chiều DC không đổi.
- Về chế độ hàn, phải chọn đúng các thông số 
tối ưu là mật độ dòng điện trên một đơn vị diện tích 
dây điện cực với thép các bon 900(A/mm2).
- Điện áp hồ quang hàn không đổi và nằm trong 
dải cho phép từ (34 -36)V.
- Vận tốc hàn tối ưu 27m/h.
- Tầm với điện cực chọn 105 mm.
- Dùng thuốc hàn nóng chảy và phải được sấy 
ở 9300C.
Về phương pháp chuẩn bị mối hàn, cần phải 
tuân thủ theo những quy tắc sau:
- Khe hở giữa 2 chi tiết phải đảm bảo nhỏ nhất 
và đều suốt chiều dài đường hàn.
- Cắt vát cạnh mép hàn phải bằng mỏ cắt hoặc 
trên máy cắt cơ khí.
- Hai bên chiều rộng mối hàn 25 - 25mm phải 
được làm khô và làm sạch sơn, dầu mỡ và các tạp 
chất khác.
- Hàn đính phải dùng que hàn tốt hoặc hàn 
MIG/ MAG chất lượng cao, chiều dài hàn đính 
65mm, khoảng cách các đoạn hàn đính không xa 
quá 500mm, ở đầu và cuối đường hàn đính phải 
hàn các tấm phụ: tấm phụ ở đầu đường hàn dài 
150mm, tấm phụ ở cuối đường hàn dài 90mm, 
chiều rộng tấm phụ 100mm. 
- Đối với các mối ghép hàn đấu mí có chiều dày 
lớn hơn 15mm cần phải dùng kỹ thuật lót.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Văn Thông, 2000. Vật liệu và công nghệ hàn. NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
2. Structural welding code-steel. AWS D1.1/D1.1M:2004. American welding Socciety 550N.W. LeJeune Road, Mimami, 
Florida 33126.
3. Gas Metal Arc Welding Guidelines. Editor:JeffNadzam, senior Application Engineer. Request E205Sefety. 2345Murphy Blvd, 
Gainesville, Georgia 30504U.S.A. Phone: 1-800-241-0804. Fax(770)535-0544. WebSite:www.Harriscal.com.Booklet:www.
Lincolnelectric.com/pdfs/products/literature/e205.pdf
4. Leonard P.connor, 2009. Welding Handbook Vol.1,2,3 Americal Welding Society. Miami.
5. Dupont J.N and Marder, 2005. The Effi ciency of ARC Welding Procecces, Welding journal December.
6. ESAB: 2011. Repair and Maintenace Welding Handbook. GOTEBORGS SWEDEN.
7. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6259-6:2010, Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép, Phần 6: HÀN. Hà Nội.