1. Bối cảnh: Những điểm nghẽn của hàn tấm dày truyền thống trong đóng tàu
Các tàu container lớn sử dụng thép siêu dày cường độ cao cho các bộ phận kết cấu giữa thân tàu do đặc tính tải trọng ứng suất cao. Hàn điện khí một dây truyền thống (EGW) chỉ hỗ trợ độ dày tấm tối đa 32–33mm, không thể đáp ứng nhu cầu gia công các tấm thép vỏ siêu dày. Mặc dù EGW dây đôi có thể đạt tới phạm vi độ dày 70mm, nhưng nó mang lại lượng nhiệt đầu vào cực cao và chỉ thép chịu nhiệt đầu vào cao chuyên dụng mới có thể phù hợp với quy trình này, điều này làm tăng đáng kể chi phí mua sắm vật liệu.
Nếu áp dụng phương pháp hàn nhiều lớp hàn hồ quang lõi thuốc thông thường (FCAW) cho các mối nối đối đầu dày thẳng đứng mà không có tấm thép đặc biệt thì chu kỳ sản xuất sẽ cực kỳ dài và làm chậm tiến độ thi công nghiêm trọng. Để giải quyết xung đột giữa giới hạn độ dày, khả năng thích ứng của vật liệu và hiệu quả hàn, một công nghệ hàn kết hợp FCAW+EGW mới được phát triển cho các tấm thép nặng 34–80mm.
Quy trình xử lý: Hoàn thiện việc tạo hình một mặt bằng FCAW trên bề mặt kết cấu trước, sau đó thực hiện hàn EGW trên bề mặt không kết cấu, kết hợp ưu điểm tạo hình ngược của FCAW và hiệu suất lắng đọng cực cao của EGW.
2 Thông số kỹ thuật cốt lõi của hàn kết hợp FCAW+EGW
2.1 Phạm vi độ dày tấm áp dụng
Quá trình kết hợp này nhắm tới các tấm thép dày 34–80mm. Giới hạn dưới là độ dày tối đa của EGW dây đơn tiêu chuẩn và giới hạn trên phù hợp với các tấm vỏ bên thân tàu dày nhất được sử dụng trong các tàu container chính thống, bao gồm hầu hết các tình huống hàn kết cấu nặng trong đóng tàu.
2.2 Nguyên tắc phù hợp độ dày
Khi thiết kế bố trí hàn theo lớp, hai yếu tố cốt lõi phải được cân bằng: tối đa hóa lợi thế hiệu quả cao của EGW và kiểm soát sự khác biệt về tổng khối lượng kim loại lắng đọng ở cả hai bên trong phạm vi hợp lý để tránh biến dạng hàn không đối xứng nghiêm trọng.
2.3 Thiết kế mối nối & rãnh tối ưu
Góc rãnh: Phía FCAW sử dụng rãnh thu hẹp vừa phải (X±5°) để giảm thể tích lấp đầy; Mặt EGW đặt các góc thay đổi dựa trên độ dày tấm: Y±5° cho tấm 30–50mm, Z±5° cho tấm 51–80mm để giảm mức tiêu thụ chất hàn.
Khoảng cách gốc: Dung sai khoảng cách thống nhất G±2mm để đáp ứng yêu cầu vận hành đồng thời của cả hai quá trình hàn.
Dải đệm: Dải đệm hình tam giác thông thường không tương thích với cấu trúc rãnh này; Cần có dải đỡ thanh tròn, với đường kính được chọn theo khe hở lắp ráp thực tế.
2.4 Quy tắc vận hành thi công trên công trường
Đào tạo người vận hành đặc biệt: Ngay cả những kỹ thuật viên có kinh nghiệm hàn EGW trưởng thành cho các tấm trung bình cũng cần được đào tạo có mục tiêu. Logic điều khiển bể nóng chảy và hoạt động xoay dây khác nhau rất nhiều khi hàn các tấm siêu dày.
Kiểm tra không phá hủy kết thúc: Tất cả các phân đoạn bắt đầu/dừng mối hàn phải được kiểm tra bằng RT hoặc UT. Các khuyết tật được phát hiện sẽ được loại bỏ bằng cách khoét khí và sửa chữa bằng FCAW hoặc SMAW.
Tab Run-on & Run-off: Tab phải dài ít nhất 50mm, có độ dày và dạng rãnh giống hệt nhau phù hợp với kim loại cơ bản để tránh các khuyết tật ở đầu.
Bảo vệ chống gió: Luồng không khí làm xáo trộn khí bảo vệ và đưa nitơ vào bể nóng chảy, gây ra các lỗ chân lông và suy giảm tính chất cơ học của khớp. Rào cản gió là bắt buộc trong quá trình xây dựng.
3 Tiêu chuẩn kiểm tra năng lực quy trình
3.1 Điều kiện thử nghiệm
Tất cả các mẫu thử và vật liệu hàn phù hợp đều tuân thủ các tiêu chuẩn đóng tàu; vị trí hàn là 3G dọc, và các bản ghi thông số đầy đủ được giữ lại. Các cuộc thử nghiệm được giám sát bởi các nhà khảo sát từ các tổ chức đăng kiểm LR và CCS.
3.2 Kết quả thử nghiệm không phá hủy
PT: Các cạnh bề mặt mối hàn nhẵn, không có vết nứt bề mặt, lỗ rỗ hoặc khuyết tật undercut.
UT: Tất cả các mối hàn thử nghiệm đều đạt tiêu chuẩn nghiệm thu ISO 5817 cấp B.
MT: Không phát hiện thấy khuyết tật tuyến tính dưới bề mặt hoặc bề mặt trên bề mặt mối hàn phía trước và phía sau.
3.3 Dữ liệu kiểm tra đặc tính cơ học
Các thử nghiệm độ bền kéo, uốn cong, va đập ở nhiệt độ thấp và độ cứng được thực hiện đầy đủ theo các yêu cầu kỹ thuật hàng hải:
Kiểm tra độ bền kéo: Bốn mẫu thử đạt độ bền kéo 580–595MPa, tất cả đều bị gãy trên kim loại cơ bản thay vì mối hàn.
Thử nghiệm uốn cong bên (D=40mm, uốn 180°): Tất cả bốn mẫu đều vượt qua mà không có vết nứt.
Độ bền va đập -20oC: Tâm mối hàn, đường nhiệt hạch và đường nhiệt hạch bên ngoài 2/5mm đều vượt xa giá trị yêu cầu tối thiểu là 34J, cho thấy khả năng chống nứt ở nhiệt độ thấp tuyệt vời.
Tất cả các chỉ số kiểm tra không phá hủy và cơ học đều đáp ứng các tiêu chuẩn hàng hải LR và CCS, đồng thời quy trình hàn kết hợp FCAW+EGW đã vượt qua quá trình thẩm định quy trình chính thức.
4 So sánh hiệu quả hàn
Lấy mối hàn giáp mép thẳng đứng dài 1m làm đối tượng so sánh:
Hàn nhiều lớp FCAW hai mặt truyền thống: Tổng thời gian làm việc 250 phút
Quy trình kết hợp FCAW+EGW: Phần FCAW 125 phút + phần EGW 18 phút = tổng cộng 143 phút
Công nghệ hybrid cải tiến giúp rút ngắn thời gian xây dựng gần 43%, nâng cao đáng kể năng suất của các xưởng đóng tàu tấm dày.
5 Kết luận
Quá trình hàn kết hợp FCAW+EGW giải quyết hoàn hảo ba điểm yếu chính của hàn dọc tấm dày: giới hạn độ dày EGW đơn, hạn chế vật liệu đầu vào nhiệt cao và hiệu quả thấp khi hàn nhiều lớp FCAW đầy đủ. Nó duy trì khả năng tạo hình ngược ổn định của hàn dây lõi thuốc đồng thời tận dụng tốc độ lắng đọng cực cao của hàn điện khí, đạt được mức tăng kép về hiệu quả sản xuất và hiệu suất của mối nối.
Trong sản xuất tàu thực tế, việc kiểm soát chặt chẽ độ chính xác của quá trình xử lý rãnh, độ hở lắp ráp, vật tư hàn phù hợp và các thông số vận hành được tiêu chuẩn hóa là điều kiện tiên quyết để áp dụng quy trình này ổn định hàng loạt. Nếu bạn cần các sơ đồ quy trình hàn lai tấm dày tùy chỉnh cho các dự án đóng tàu hoặc kết cấu thép nặng, hãy liên hệ với nhóm kỹ thuật tại Heavth.com để biết thông số đầy đủ và hướng dẫn quy trình.
