Các chỉ tiêu kiểm tra và đánh giá chất lượng liên kết hàn của các kết cấu kim loại - PGS.TS.Hoàng Tùng

CÁC CHỈ TIÊU KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT HÀN CỦA CÁC KẾT CẤU KIM LOẠI

Việc đánh giá chất lượng liên kết hàn tiến hành như sau:
- Quan sát bên ngoài và đo các thông số hình học của liên kết hàn và mối hàn.
- Kiểm tra chất lượng liên kết hàn và mối hàn bằng phương pháp tia rơnghen.
- Thử nghiệm cơ tính kim loại và liên kết hàn.

Quan sát bên ngoài và do các thông số hình học

Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng quan sát, đo thông số hình học có mục đích sau:
a) Phát hiện bằng mắt thường hoặc bằng kính lúp tất cả các khuyết tật nhìn thấy được.
b) Xác định sai lệch so với kích thước và dung sai danh nghĩa trên bản vẽ.
Trước khi kiểm tra phải làm sạch mối hàn khỏi các chất bẩn, gỉ, xỉ hàn v.v... để khỏi ảnh hưởng tới việc quan sát.
Đo kích thước mối hàn bằng các dưỡng đo chuyên dùng. Cho phép dùng các dưỡng có cấu tạo khác nhau; nhưng phải bảo đảm độ chính xác cần thiết và tiện lợi khi thao tác.
Việc quan sát bên ngoài mối hàn áp dụng cho tất cả các liên kết hàn (không có ngoại lệ). Theo hình dạng bên ngoài các mối hàn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: có bề mặt nhẵn hoặc với độ nhấp nhô nhỏ (không có cháy thủng, không ngắt quãng); có sự chuyển tiếp đều tới kim loại cơ bản; kim loại đắp phải đều suốt trên chiều dài mối hàn, không có nứt, không có rỗ khí tập trung hay bố trí thành dải liên tục trên bề mặt (chỉ cho phép có rỗ khí trên bề mặt nhưng riêng biệt, không liên tục).
Các vết cắt ở kim loại cơ bản có chiều sâu cho phép không lớn hơn 0,5 mm đối với tấm thép dày dưới 10 mm và 1 mm với thép dày trên 10 mm.
Tất cả các chỗ lõm do kết thúc hồ quang hàn, phải được điền đầy (không được lõm); không cho phép bất cứ loại nứt nào và theo bất cứ hướng nào.
Nhữn đoạn mối hàn bị nứt phải được khoan cho tới tận cùng chỗ nứt, sau đó đục chỗ nứt đi hoặc thổi đi bằng mỏ cắt đặc biệt rồi hàn lại.
Các chỗ hàn không ngấu nhìn thấy ở phía chân mối hàn, ở các mối hàn không dùng đệm thuốc khi chỉ hàn được từ một phía cho phép sâu tới 15% chiều dày tấm hàn, nếu chiều dày không vượt quá 20 mm và không quá 3 mm khi chiều dày không lớn hơn 20 mm.
c) Các khuyết tật loại bỏ trong mối hàn theo các cách sau:
Các chỗ gián đoạn khi hàn và các chỗ kết thúc hồ quang phải được hàn kín. Các mối hàn bị nứt, hàn không ngấu hoặc có các khuyết tật lớn hơn mức cho phép phải được tẩy bỏ với phạm vi kích thước lớn hơn kích thước khuyết tật một đoạn dài hơn 10 mm về mỗi phía rồi hàn sửa chữa lại; Các chỗ có vết cắt ở kim loại cơ bản nếu vượt quá giới hạn cho phép, phải được làm sạch và hàn sửa lại và làm sạch, đảm bảo sự chuyển tiếp đều vào kim loại mối hàn.
Các khuyết tật đã được hàn sửa chữa lại đều phải kiểm tra lại lần nữa.
Sự sửa chữa khuyết tật tại một vị trí chỉ được phép tiến hành nhiều nhất là hai lần.

Kiểm tra chất lượng mối hàn bằng tia rơnghen, gama

Phương pháp kiểm tra này cho phép tìm thấy các khuyết tật bên trong các liên kết hàn. Việc kiểm tra tiến hành ở đoạn 50 mm đối với mỗi chiều dài 50 m của mối hàn và ở tất cả những chỗ đáng nghi ngờ của mối hàn.
Các đoạn kiểm tra được đánh dấu trên bản vẽ. Kết quả kiểm tra được ghi vào biên bản đặc biệt.
Cho phép kiểm tra các khuyết tật sau đây bằng phương pháp vật lý (chiếu tia xuyên qua).
a) Hàn không ngấu theo tiết diện mối hàn, khi hàn từ hai phía: 
Có chiều sâu tới 5% chiều dày tấm hàn, nhưng không vượt quá 2 mm theo chiều dài chỗ không ngấu; không quá 50 mm theo chiều dài toàn bộ của các chỗ không ngấu; không vượt quá 200 mm trên 1 m mối hàn.
b) Hàn không ngấu ở chân mối hàn khi hàn từ một phía: Có chiều sâu tới 15% chiều dày tấm, nếu tấm không dày hơn 20 mm và không quá 3 mm nếu tấm dày hơn 20 mm.
c) Các vết lẫn xỉ riêng lẻ hoặc rỗ khí riêng lẻ hoặc tập trung, có kích thước theo chiều sâu mối hàn không vượt quá 10% chiều dày tấm khi tấm không dày quá 20 mm và không vượt quá 3 mm khi tấm dày hơn 20 mm.
d) Các chỗ tập trung xỉ hoặc rỗ khí, khi tổng chiều dài của chúng không vượt quá 200 mm trên 1 m chiều dài mối hàn.
Giá trị tổng của hàn không ngấu, lẫn xỉ và rỗ khí riêng lẻ hay thành dải, không vượt quá 10% chiều dày tấm hàn trong tiết diện đang xét (khi hàn từ hai phía); nhưng không được lớn hơn 2mm. Khi hàn một phía mà không có đệm lót phía bên kia thì giá trị đó là 15% nhưng không lớn hơn 3 mm.
e) Các vết lẫn xi, rỗ khí tạo thành đường dọc mối hàn, không được phép có. Tất cả các loại nứt có kích thước bất kỳ cũng không được phép có trong mối hàn.
Ở đoạn kiểm tra, nếu các phương pháp vật lý này phát hiện ra các khuyết tật không được phép có, thì phải tiến hành kiểm tra bổ sung ở đoạn có chiều dài bằng đoạn đó, chủ yếu ở các chỗ gần khuyết tật. Nếu khi kiểm tra bổ sung lại phát hiện thêm các khuyết tật không được phép thì phải kiểm tra toàn bộ mối hàn và các đoạn nghi ngờ của mối hàn.

Thử nghiệm cơ tính 

Đây là phương pháp để tìm ra các đặc trưng bền của kim loại cơ bản, vật liệu hàn và mối hàn. Cho phép dùng các mẫu đã thỏa mãn khi đã kiểm tra bằng quan sát bên ngoài.
Các tấm dùng lấy mẫu thử nghiệm cơ tính phải chịu được chế tạo từ cùng một loại thép hàn kim loại cơ bản.
Các tấm đó được hàn đính vào vật hàn sao cho mối hàn trên đó được tiến hành ở cùng vị trí không gian như mối hàn thật và đó là phần kéo dài thêm của mối hàn thật.
Các tẩm đó phải được cùng một người thợ hàn thực hiện với cùng chế độ hàn, vật liệu hàn và thiết bị hàn như khi hàn vật liệu thật.
Kích thước tấm, hình dạng và kích thước mẫu cũng như phương pháp cắt lấy mẫu từ phôi phải theo tiêu chuẩn.
Khi đó phải tiến hành các thử nghiệm sau:
- Thử kéo tình liên kết hàn giáp mối: 2 mẫu; hàn góc và hàn liên kết chữ T: 3 mẫu mỗi loại.
- Thử uốn động (độ dai va đập) kim loại mối hàn giáp mối và vùng xung quanh mối hàn theo đường nóng chảy: 3 mẫu mỗi loại.
- Thử uốn tỉnh mối hàn giáp mối: 2 mẫu.
Khi kết quả thử nghiệm không thỏa mãn các chỉ số tiêu chuẩn, mối hàn tương ứng phải bị loại bỏ và tiến hành kiểm tra bổ sung đối với vật liệu hàn, chế độ hàn và tay nghề thợ hàn.

Qui tắc kiểm tra và nghiệm thu các liên kết hàn cốt thép

Các chi tiết cốt thép, nền móng và các liên kết hàn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn phải được xác định theo kết quả kiểm tra mẫu từ một lô sản phẩm, chi tiết hay liên kết. Việc kiểm tra lô mẫu phải bao gồm sản phẩm của tất cả các thợ hàn.
Mỗi lô đem kiểm tra phải gồm các chi tiết cốt thép hay là móng của một mác. Mỗi lô liên kết hàn từ các thanh phải bao gồm các liên kết hàn cùng loại và cùng đường kính, thực hiện bằng cùng một công nghệ.
Khi dùng các chi tiết cốt thép và nền móng đã được chế tạo ở xí nghiệp cung cấp, cho phép kiểm tra một lô bao gồm:
- Các lưới chỉ cùng loại và đường kính các thanh có diện tích tiết diện ngang nhỏ hơn tổng số diện tích tiết diện các thanh giao nhau theo hai hướng.
- Các khung có kích thước khác nhau có các thanh ngang từ cốt thép cùng loại mà đường kính có thể khác nhau, nhưng không lớn hơn hai số liền nhau của prôphin.
- Các thanh rời với các liên kết hàn giáp mối (đối đầu) bằng phương pháp hàn tiếp xúc có tiết diện ngang không đổi theo chiều dài. Chỉ khác nhau theo đường kính nhiều nhất là hai số liên tiếp của prôphin.
- Các chi tiết nền móng loại "bàn mở" và "bàn kín" với các thanh chằng từ cốt thép cùng loại, nối bằng mối hàn chồng với tấm dẹt bằng hàn hồ quang dưới lớp thuốc, có đường kính khác nhau nhiều nhất bằng hai số liền nhau của prôphin.
- Các chi tiết nền móng từ các mác khác nhau có các phần tử tấm dẹt, dài hay là cán định hình, nối với nhau bằng mối hàn.
Khối lượng của lô từ các chi tiết cốt thép và nền móng không được vượt quá khối lượng chi tiết và móng được một người thợ hàn thực hiện trong một ca sản xuất.
Khối lượng một lô liên kết hàn các thanh cốt thép của các kết cấu bê tông cốt thép và kết cấu cốt thép cho phép bằng khối lượng liên kết do một thợ hàn thực hiện cho tới khi bắt đầu đổ bê tông kết cấu.
Không cho phép đổ bê tông trước khi có được kết quả kiểm tra liên kết hàn cốt thép các kết cấu như vậy.
Chọn các chi tiết cốt thép và móng để quan sát bề mặt và đo thông số hình học, thường không ít hơn 3 sản phẩm hoặc chi tiết. Số lượng các liên kết hàn giáp mối được chọn để kiểm tra như vậy không được ít hơn 10 chiếc.
Mỗi chi tiết cốt thép chọn ra phải được kiểm tra các yếu tố sau:
+ Loại và đường kính cốt thép theo hồ sơ và khi không có thì theo kết quả thử nghiệm thép ở phòng thí nghiệm.
+ Kích thước chính, khoảng cách giữa 5 cặp thanh, kể cả cặp ngoài cùng ở 2 điểm theo chiều dài thanh.
+ Chỗ hàn ở các nút.
Mỗi chi tiết móng đã chọn ra phải kiểm tra các yếu tố sau:
+ Mác thép các tấm dẹt và độ phẳng các bề mặt của chúng, loại thép và đường kính các thanh chàng theo hồ sơ. Nếu không có thì phải theo kết quả thử nghiệm thép ở phòng thí nghiệm.
+ Kích thước chính các phần tử dẹt, sự bố trí và chiều dài các thanh chàng.
+ Khoảng cách giữa các tấm của chi tiết loại "bàn kín" ở 3 góc của tấm theo các mặt vuông góc với nhau.
+ Tình trạng các thanh của các phần tử dẹt, giá trị góc giữa các phần tử dẹt và giữa các phần tử dẹt với các thanh chằng.
Ở các chi tiết cốt thép và nền móng đã chọn, phải kiểm tra bằng quan sát tất cả các liên kết hàn, các mối hàn dài hàn bằng hồ quang và không ít hơn 5 liên kết hàn đối với các phương pháp hàn khác.
Nếu kết quả quan sát bằng mắt và đo các thông số hình học các chi tiết cốt thép và móng đối với các mối hàn cho thấy chỉ một chi tiết hoặc một liên kết không đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn thì phải kiểm tra lại gấp đôi lần số sản phẩm, chi tiết và liên kết.
Nếu khi kiểm tra lại mà một sản phẩm hoặc là liên kết không thỏa mãn yêu cầu của tiêu chuẩn thì tất cả các vật, liên kết của lô đó sẽ phải được giao nhận từng chiếc.
Độ bền liên kết hàn và độ bền kim loại cơ bản của các thanh sau khi hàn liên kết hình chữ thập, phải được kiểm tra bằng thử nghiệm cơ tính cho đến khi mẫu bị phá hủy. Các mẫu đó được chọn từ lô sản phẩm đã chế tạo xong và đã qua quan sát bên ngoài và đo thông số hình học.
Các mẫu kiểm tra (tập mẫu) cho thử nghiệm cơ tính được chọn ở thời điểm bất kỳ và phải được cất từ vật, chi tiết hoặc là từ mối hàn
của kết cấu cốt thép. Cho phép cắt ra các mẫu kiểm tra từ một đơn vị sản phẩm hoàn chỉnh.
Để thử nghiệm cơ tính, độ bền các mối hàn tiếp xúc giáp mới và hàn điểm thực hiện trên các máy hàn một điện cực có điều khiển tự động chu trình hàn, ở hiện trường lắp rắp các kết cấu bê tông cốt thép, cho phép thay việc cất lấy mẫu bằng dùng mẫu tương tự được tạo ra ở thời điểm bất kỳ với cùng chế độ hàn và vật liệu giống sản phẩm thực
Số lượng (kích thước lô mẫu) mẫu kiểm tra lấy ra để thử theo tiêu chuẩn là 3 mẫu
Số lượng tập trung của các mẫu kiểm tra từ mỗi lô cần kiểm tra sau đó, do một thợ hàn thực hiện (ví dụ theo bảng 60 có thể là 2,3,4,5 hoặc 6 mẫu) phụ thuộc vào giá trị biên độ (W) của chỉ tiêu độ bền liên kết và kim loại cơ bản.
Biên độ phải được tính theo kết quả thử nghiệm của các mẫu lần kiểm tra đầu và trong trường hợp kiểm tra lại thì cũng là của các mẫu của lần đó và lấy từ các lô đã chọn ngay trước đó.
Số lượng tập mẫu của các mẫu kiểm tra từ mỗi lô sau đó dùng cho thử độ bền các liên kết hàn chữ thập và kim loại cơ bản từ các thanh phải được ấn định theo biên độ lớn hơn, trong hai biên độ về độ bền tính sau khi thử các mẫu tương tự lấy từ lô kiểm tra trước đó.
Số lượng tập mẫu của các mẫu kiểm tra từ lô sau, khi lô trước bị phế phẩm, phải là 6 mẫu.
Trong kết quả thử cơ tính cho tới khi phá hủy các mẫu kiểm tra, phải xác định các chỉ số bền sau:
a) Ứng suất trong mỗi mẫu của thanh cốt thép theo trục của tải trọng σ₁, σ₂, σₙ.
Ứng suất này được tính bằng giá trị tải trọng phá hủy [kG] chia cho diện tích tiết diện ngang thanh cốt thép [mm²]  chịu tải trọng thử.
Giá trị σ₁, σ₂... σtb; σₘₐₓ, σₘᵢₙ phải được làm tròn tới số nguyên gần nhất.
Dạng biên bản kiểm tra thử nghiệm cơ tính và ví dụ thực hiện cho trong bảng 61.
Lô sản phẩm hoàn chỉnh được giao nhận với điều kiện nếu
1 - σₘᵢₙ ≥ C₁.
2 - σtb ≥ C₂.
Khi không thỏa mãn điều kiện đầu, lô sản phẩm bị coi là phế phẩm và khi không thỏa mãn điều kiện thứ hai thì phải thử nghiệm lại lần nữa với số lượng N = 6 chiếc. Nếu thử lại mà không thỏa mãn một trong hai điều kiện, lô sản phẩm đó bị coi là phế phẩm.
Giá trị C₁ và C₂ khi thử nghiệm kéo các mẫu hàn liên kết chữ thập ứng với loại thép phải theo bảng 62.
Khi thử mẫu liên kết hàn giáp mối với các thanh từ thép khác loại các giá trị C₁ và C₂ phải ứng với thép có độ bền cao hơn.
b) Giá trị ứng suất trung bình.

Tác giả bài viết
Hoàng Tùng