Để đảm bảo độ bền, an toàn và tuổi thọ cho các kết cấu thép, bao gồm nhà thép tiền chế, cầu trục và cổng trục thép, mối hàn cần phải tuân thủ những yêu cầu chất lượng nghiêm ngặt. Điều này không chỉ đảm bảo sự liên kết vững chắc mà còn góp phần vào sự bền bỉ của toàn bộ công trình. Dưới đây là một số tiêu chuẩn chất lượng mối hàn kết cấu thép.
Tiêu chuẩn chất lượng mối hàn kết cấu thép
1. Độ bền của mối hàn
- Độ bền kéo: Độ bền kéo được xác định từ giá trị trung bình của các mẫu thử, và không được thấp hơn giới hạn tối thiểu của thép tương ứng. Hơn nữa, không một mẫu nào được có giá trị dưới 90% so với tiêu chuẩn này.
- Độ bền cắt: Mối hàn phải có khả năng chịu lực cắt mà không bị trượt hay tách rời, đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu.
- Độ bền mỏi: Mối hàn cần phải chịu được tải trọng lặp đi lặp lại trong thời gian dài mà không gặp phải bất kỳ hư hỏng nào.
- Độ cứng: Mối hàn cần đạt độ cứng thích hợp để duy trì sự ổn định của kết cấu. Ở nhiệt độ 20 độ C, trị số độ dai và độ đập tối thiểu của mối hàn cho tất cả các loại thép, ngoại trừ thép austenit, lần lượt là 49,05 Nm/cm². Đối với thép austenit, trị số này là 68,67 Nm/cm².
2. Độ kín mối hàn
- Mối hàn phải đảm bảo tính liên tục và không có khuyết tật. Cụ thể, không được xuất hiện các lỗ rỗ, vết nứt, rạn nứt, bướu, lẹm, hay cháy thủng, cũng như hiện tượng hàn không ngấu. Những khiếm khuyết này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ bền của mối hàn.
- Đối với sản phẩm chỉ hàn một phía, không được để phần hàn thiếu ở chân mối hàn vượt quá 15% độ dày của thành hoặc quá 3mm nếu thanh có độ dày trên 20mm.
- Ngoài ra, xỉ hàn, là sản phẩm thải từ quá trình hàn, cần được loại bỏ hoàn toàn để bảo đảm độ kín của mối hàn. Số lượng lỗ xốp không được phép vượt quá 5 vết trên mỗi 1cm². Mỗi khuyết tật không được lớn hơn 1,5mm, và tổng chiều dài của tất cả khuyết tật không được vượt quá 3mm.
3. Hình dạng mối hàn
- Hình dạng mối hàn đúng tiêu chuẩn: Mối hàn cần có hình dạng chính xác theo thiết kế, không bị gãy góc hay mép lệch, nhằm đảm bảo sự liên kết chặt chẽ giữa các thành phần.
- Kích thước mối hàn đủ: Kích thước mối hàn phải đảm bảo đáp ứng yêu cầu về sức chịu tải của kết cấu.
4. Vị trí mối hàn
- Vị trí mối hàn chính xác: Mối hàn phải được đặt đúng vị trí theo bản vẽ thiết kế.
- Tránh tập trung quá nhiều mối hàn tại một vị trí: Việc tập trung quá nhiều mối hàn tại một vị trí có thể gây ra ứng suất tập trung, làm giảm độ bền của kết cấu.
5. Độ uốn mối hàn
- Thép cacbon: Chiều dày ≤ 20mm: góc uốn tối thiểu 100 độ, Chiều dày > 20mm: góc uốn tối thiểu 100 độ, Chiều dày ≤ 12mm: góc uốn tối thiểu 70 độ.
- Thép hợp kim thấp mangan và silic-mangan: Chiều dày ≤ 20mm: góc uốn tối thiểu 80 độ, Chiều dày > 20mm: góc uốn tối thiểu 60 độ, Chiều dày ≤ 12mm: góc uốn tối thiểu 50 độ.
- Thép hợp kim thấp crom-molipden và crom-molipden-vanadi: Chiều dày ≤ 20mm: góc uốn tối thiểu 50 độ, Chiều dày > 20mm: góc uốn tối thiểu 40 độ, Chiều dày ≤ 12mm: góc uốn tối thiểu 30 độ.
- Thép hợp kim cao crom: Chiều dày ≤ 20mm: góc uốn tối thiểu 50 độ, Chiều dày > 20mm: góc uốn tối thiểu 40 độ, Chiều dày ≤ 12mm: góc uốn tối thiểu 30 độ.
6. Các yếu tố khác:
- Khả năng chịu nhiệt: Đối với các công trình làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, mối hàn phải có khả năng chịu nhiệt tốt.
- Khả năng chống ăn mòn: Mối hàn phải được bảo vệ chống lại sự ăn mòn để đảm bảo tuổi thọ của kết cấu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn
- Vật liệu: Loại thép, độ dày và thành phần hóa học của vật liệu là những yếu tố quyết định chất lượng mối hàn. Mỗi loại thép có những đặc tính riêng, và việc chọn lựa vật liệu phù hợp giúp cải thiện khả năng hàn và độ bền của mối nối.
- Phương pháp hàn:Các phương pháp hàn khác nhau, như hàn hồ quang điện, hàn MIG/MAG và hàn TIG, cũng ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại công việc và vật liệu.
- Tay nghề và kinh nghiệm của kỹ thuật viên hàn: Kỹ năng và kinh nghiệm của thợ hàn đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các mối hàn chất lượng cao. Một thợ hàn lành nghề sẽ biết cách điều chỉnh các thông số hàn, lựa chọn vật liệu phụ trợ và thực hiện các thao tác hàn chính xác.
- Điều kiện môi trường khi hàn: Các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và gió có thể ảnh hưởng đến quá trình hàn. Một môi trường làm việc lý tưởng giúp đảm bảo mối hàn đạt chất lượng cao.
Phương pháp kiểm tra chất lượng mối hàn
1. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp phá hủy
Phương pháp phá hủy sử dụng tác động cơ học hoặc hóa học để xác định tính chất cơ học, độ bền và khuyết tật trong mối hàn.
2.1. Kiểm tra cơ tính của mối hàn
Kiểm tra cơ tính liên quan đến việc so sánh các đặc tính cơ học của mối hàn với kim loại cơ bản. Dựa vào yêu cầu kỹ thuật và khả năng kiểm tra của thiết bị, các thử nghiệm cơ học được thực hiện, bao gồm:
- Kiểm tra kéo
- Kiểm tra uốn
- Thử độ dai
- Kiểm tra va đập
Mẫu thử được cắt từ phần kim loại đắp của mối hàn, gia công theo tiêu chuẩn và thử nghiệm với tải trọng tĩnh hoặc động.
2.2. Kiểm tra cấu trúc của mối hàn
Có hai phương pháp kiểm tra cấu trúc:
- Kiểm tra thô: Mẫu thử được cắt, mài bóng và tẩy sạch bằng dung dịch axit nitric 25, sau đó quan sát để phát hiện khuyết tật.
- Kiểm tra cấu trúc tế vi: Quan sát mẫu thử dưới kính hiển vi với độ phóng đại từ 100 đến 500 lần để xác định chất lượng kim loại của liên kết hàn.
2. Kiểm tra mối hàn bằng phương pháp không phá hủy
Kiểm tra không phá hủy là phương pháp cho phép đánh giá chất lượng mối hàn mà không làm tổn hại đến sản phẩm, do đó có thể trực tiếp áp dụng trên các sản phẩm đã hàn. Với nhiều phương pháp khác nhau, việc lựa chọn sẽ phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể và yêu cầu kiểm tra.
- Kiểm tra bằng cách quan sát: Phương pháp này yêu cầu người thợ hàn có tay nghề cao và kinh nghiệm, giúp họ nhận diện chất lượng mối hàn bằng mắt thường hoặc kính phóng đại.
- Kiểm tra bằng mắt thường: Sau khi làm sạch lớp xỉ hàn, người thực hiện sẽ quan sát và phát hiện các khuyết tật lớn trên bề mặt mối hàn.
- Kiểm tra bằng kính phóng đại: Đối với các khuyết tật nhỏ hơn, kính phóng đại sẽ hỗ trợ trong việc phát hiện các khiếm khuyết khó thấy bằng mắt thường.
- Kiểm tra bằng dưỡng: Sử dụng các mẫu dưỡng được chế tạo sẵn theo tiêu chuẩn để ướm vào mối hàn, phương pháp này chỉ kiểm tra được chiều rộng và chiều cao của mối hàn.
- Kiểm tra bằng phương pháp siêu âm: Áp dụng chùm sóng siêu âm chiếu vào mối hàn, sóng sẽ đi qua và phản xạ lại. Thiết bị thu và hiển thị sẽ cho biết liệu mối hàn có khuyết tật hay không.
- Kiểm tra bằng chiếu xạ: Sử dụng tia X hoặc Gamma xuyên qua mối hàn, phát hiện khuyết tật qua các vết sẫm trên tấm phim phía sau.
- Kiểm tra bằng phương pháp thẩm thấu: Sử dụng chất lỏng thẩm thấu, nhờ lực mao dẫn, để thẩm thấu vào mối hàn. Nếu xuất hiện dấu màu từ chất lỏng, điều này chỉ ra rằng mối hàn có khuyết tật.
- Kiểm tra bằng phương pháp bột từ: Được áp dụng cho các vật liệu từ tính, phương pháp này có khả năng phát hiện rạn nứt bề mặt nhỏ và các khuyết tật dưới bề mặt, bao gồm rạn nứt, rỗ xốp và độ ngấm không đầy đủ của mối hàn.
Kết luận
Tóm lại, việc tuân thủ tiêu chuẩn chất lượng mối hàn kết cấu thép là điều kiện tiên quyết để đảm bảo chất lượng và độ bền của công trình. Nó không chỉ bảo vệ tính mạng và tài sản của con người mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành cầu trục.
