Ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực để hàn nối đối đầu cốt thép

Bê tông cốt thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực xây dựng. Cùng với sự triển khai rộng khắp của các dự án xây dựng lớn, nhu cầu sử dụng cốt thép cho các công trình trên cả nước lên đến hàng chục triệu tấn, trong đó khối lượng thép tròn cần được nối chiếm từ 55% đến 70% của tổng số cốt thép trong bê tông.

Trong thực tế sản xuất ở Việt nam hiện nay, các phương pháp nối cốt thép phổ biến nhất chủ yếu vẫn là nối buộc chồng, nối cơ khí: Nối cốt thép bằng ống nối dập ép hoặc nối bằng ống ren và nối hàn: hàn chồng hồ quang tay ,hàn tiếp xúc. Tuy nhiên các phương pháp này vẫn còn nhiều nhược điểm như tiêu tốn cốt thép, chất lượng chưa cao, năng suất thấp,giá thành cao, do vậy chưa đáp ứng được hết các yêu cầu ngày càng cao về kỹ thuật, chất lượng, năng suất, giá thành của các công trình lớn,quan trọng.



Hiện nay, một phương pháp hàn nối cốt thép mới: “Hàn điện xỉ áp lực” đã được Viện Nghiên cứu cơ khí nghiên cứu thành công và đang từng bước áp dụng vào quá trình sản xuất cốt thép bê tông của các công trình xây dựng.

Mô hình chính để hàn đối đầu cốt thép bằng công nghệ hàn điện xỉ áp lực được xây dựng như sau (Hình 4) : Hai đoạn cốt thép cần nối được định vị thẳng tâm và đối đầu nhau thông qua má kẹp trên và dưới của một bộ đồ gá hàn. Đồ gá hàn được thiết kế đặc biệt để có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa 2 cây thép đồng thời tạo ra lực ép khi kết thúc quá trình hàn. Cây thép phía dưới được nối với cực (-) của máy hàn thông qua 01 kìm hàn, cây thép phía trên cũng được nối với cực (+) của máy hàn thông qua  01 kìm hàn khác. Xung quanh mối nối được bao bọc bằng thuốc hàn nhờ một phễu thuốc.

Với mô hình như vậy, cây thép phía dưới sẽ là vật hàn, cây thép phía trên là điện cực hàn điện xỉ. Thuốc hàn lúc này có hai vai trò chính, dưới tác dụng của hồ quang thuốc hàn sẽ bị nóng chảy và tạo thành xỉ lỏng, đồng thời lượng  thuốc hàn xung quanh không bị nóng chảy sẽ đóng vai trò như các má trượt bao bọc xung quanh để tạo bể xỉ.

ở vị trí ban đầu, hai đầu cây thép tiếp xúc với nhau, sau đó nhờ tay quay điều chỉnh vị trí của đồ gá hàn, hai đầu cây thép tách nhau ra. Lúc này dưới tác dụng của điện áp hàn (40-42V), giữa hai đầu cây thép xẩy ra hiện tượng phóng hồ quang ở nhiệt độ rất cao sẽ làm nóng chảy toàn bộ bề mặt tiết diện ngang của hai đầu cây thép đồng thời cũng làm nóng chảy thuốc hàn xung quanh. Khi lượng thuốc hàn nóng chảy đủ lớn để tạo thành bể xỉ, đồ gá hàn sẽ đẩy cây thép phía trên về phía bể xỉ. Lúc này hồ quang sẽ tắt, điện áp máy hàn giảm xuống 22 – 25V, dòng điện sẽ truyền từ cây thép phía trên xuống cây thép phía dưới thông qua bể xỉ, dòng điện này sẽ đốt nóng bể xỉ, duy trì nó ở nhiệt độ cao và có tính dẫn điện cao. Nhiệt độ bể xỉ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của cây thép. Do vậy, các cây thép sẽ tiếp tục bị nung chảy ở nhiệt độ cao của bể xỉ.

Khi lượng kim loại nóng chảy đủ để liên kết tạo thành mối hàn, ngay lập tức, đồ gá hàn sẽ thực hiện chu trình ép hai đầu cây thép đã nóng chảy với nhau để tạo thành mối hàn có tiết diện ngang lớn hơn tiết diện của cây thép.

Tuy nhiên mối hàn lúc này được bao bọc bởi bể xỉ có nhiệt độ cao, lại không có quá trình làm mát xung quanh, do vậy sau khi hàn cần giữ mối hàn nguyên trạng trong một thời gian nhất định để làm nguội và đóng cứng bể xỉ nhằm làm đông đặc và bảo vệ kim loại hàn.

Để bảo đảm ổn định chất lượng mối hàn, việc đặt chế độ hàn phù hợp với các loại đường kính thép là rất quan trọng. Qua quá trình tính toán và thực nghiệm, chế độ hàn điện xỉ áp lực được thể hiện ở Bảng 1.

Bảng 1. Chế độ hàn điện xỉ áp lực theo đường kính các loại cốt thép hàn

TT

Đường kí́nh thộp hàn (mm)

Dò̃ng điện hàn

Đ́iện á̉p hàn (V)

Thời gian hàn (s)

Max

Min

1

14

180-200

40-45

22-27

16

2

16

200-250

40-45

22-27

18

3

18

250-300

40-45

22-27

20

4

20

300-350

40-45

22-27

22

5

22

350-400

40-45

22-27

24

6

25

400-450

40-45

22-27

27

7

28

500-550

40-45

22-27

30

8

32

600-650

40-45

22-27

34

So với các phương pháp nối cốt thép truyền thống đang thực hiện, công nghệ hàn nối đối đầu bằng phương pháp Hàn điện xỉ áp lực có các ưu điểm nổi bật sau:

–         Trang thiết bị hàn gọn nhẹ, dễ sử dụng, thuận lợi cho việc thao tác tại nhiều vị trí: thẳng đứng, nằm xiên, trong không gian chật hẹp, rất thuận lợi khi hàn những dầm hoặc trụ thép có nhiều cây cốt thép.

–         Có thể hàn nối các loại cốt thép có tiết diện ngang khác nhau: Tròn, ôvan, vuông, chữ nhật… hoặc nối các cốt thép có kích thước khác nhau.

–         Thời gian chuẩn bị và thao tác trong quá trình hàn ngắn nên năng suất lao động tăng

–         Lực ép hai đầu cốt thép không cần quá lớn so với hàn đối đầu tiếp xúc, do vậy đồ gá hàn gọn nhẹ, rẻ tiền.

–         Dòng điện hàn thấp nên biến thế hàn nhỏ, dễ chế tạo và rẻ hơn nhiều so với hàn điện tiếp xúc.

–         Chất lượng mối hàn cao (do được bảo vệ trong lớp thuốc hàn nóng chảy và được tạo lực ép trong quá trình hình thành mối hàn), không rỗ, không ngậm xỉ, kim loại mối hàn đồng đều với kim loại cơ bản do không cần kim loại bù. Mối hàn được ủ bởi lớp thuốc nên không bị hiện tượng nứt hoặc giảm cơ tính ở vùng ảnh hưởng nhiệt. Mối hàn bóng, tạo dáng đẹp.

–         Vì cốt thép được hàn đồng tâm nên khả năng chịu lực kéo, chịu nén, chịu uốn của cây thép tăng. Tiết diện mối hàn tại mối nối lớn hơn tiết diện ngang của cây thép nên cơ tính tại mối hàn cũng tăng, khả năng liên kết với bê tông tốt hơn

–         Không ô nhiễm môi trường: Không khói, không hồ quang, không tiếng ồn.

–         Tiết kiệm được cốt thép so với hàn chồng hoặc buộc chồng.

Nếu so sánh với giá thành với các phương pháp nối khác như Nối buộc chồng hoặc nối ren, hàn nối bằng phương pháp hàn điện xỉ áp lực sẽ tiết kiệm được từ 11-76% tuỳ thuộc vào đường kính của các loại cốt thép.

Bảng 2: Đơn giá mối hàn điện xỉ áp lực

Đưòng kính

mm

Các chi phí (VNĐ)

Giá mối hàn

(VNĐ)

Tiêu hao thép

Thuốc hàn

Điện

Khấu hao thiết bị

Nhân công

Chi phí khác

D14

399

931

62

2.283

4.235

791

8.701

D16

521

1.390

88

2.397

4.615

901

9.912

D18

659

1.979

117

2.517

4.800

1.007

11.079

D20

814

2.714

150

2.643

4.932

1.125

12.378

D22

985

3.613

187

2.775

5.143

1.270

13.972

D25

1.272

3.393

236

2.914

5.538

1.335

14.688

D28

1.595

5.172

321

3.060

6.000

1.615

17.763

D32

2.083

7.238

397

3.213

6.545

1.948

21.424

Bảng 3: So sánh đơn giá mối hàn điện xỉ áp lực với buộc chồng và nối ren

Đường kính (mm)

Đơn giá Hàn điện xỉ áp lực (VNĐ)

Đơn giá buộc chồng 30D (VNĐ)

Chênh lệch giá (%)

Đơn giá mối nối ren (VNĐ)

Chênh lệch giá (%)

D14

8.701

9.812

11

12.682

31

D16

9.912

12.816

23

14.790

33

D18

11.079

16.684

34

16.742

34

D20

12.378

21.445

42

19.563

37

D22

13.972

28.543

51

23.380

40

D25

14.688

41.884

65

31.825

54

D28

17.763

58.845

70

43.530

59

D32

21.424

87.837

76

53.780

60

Qua bảng so sánh về đơn giá nối cốt thép chúng ta nhận thấy rằng:

–         Công nghệ hàn điện xỉ áp lực có rất nhiều ưu thế nổi trội về mặt kỹ thuật so với các phương pháp nối cốt thép thông thường.

–         Đơn giá mối hàn điện xỉ thấp hơn nhiều so với mối nối buộc chồng (11-76%) và mối nối bằng ren (31-60%)

–         Đường kính cốt thép càng lớn thì chênh lệch giá càng cao, hiệu quả của phương pháp hàn điện xỉ áp lực càng cao.

–         Đơn giá mối hàn điện xỉ rất thấp, hoàn toàn có thể cạnh tranh với các phương pháp khác để có thể ứng dụng vào trong thực tế sản xuất.

Công nghệ hàn điện xỉ áp lực là một công nghệ hàn nối cốt thép tiên tiến, có rất nhiều ưu thế nổi trội so với các phương pháp nối cốt thép truyền thống đang thực hiện. Công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi bật giải quyết được các nhược điểm về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế mà các phương pháp nối cốt thép hiện tại cần giải quyết. Khi kết hợp hàn điện xỉ với việc tạo áp lực lên mối hàn nóng chảy lúc kết thúc quá trình hàn càng góp phần nâng cao chất lượng và độ tin cậy của mối hàn.

ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực để hàn nối đối đầu cốt thép là việc làm hoàn toàn khả thi, đáp ứng được các nhu cầu của thực tế sản xuất và sẽ đem lại hiệu quả cao về khoa học và kinh tế. Công nghệ này cũng sẽ rất phù hợp với điều kiện thi công và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của các công trình xây dựng trong nước và quốc tế.

Nguồn: hanoi.gov.vn