Nối cốt thộp bằng hàn hồ quang tay

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CễNG NGHỆ NỐI CỐT THẫP

1.1. Khỏi quỏt về cỏc cụng nghệ nối cốt thộp trong xõy dựng

1.1.5.1. Nối cốt thộp bằng hàn hồ quang tay

Nối cốt thộp bằng hàn hồ quang tay cũng đó được sử dụng từ rất lõu và cú thể được xem như một trong cỏc phương phỏp nối truyền thống. Đặc điểm chung của cỏc mối nối loại này là đơn giản, dễ thực hiện, khụng đũi hỏi thiết bị đặc biệt. Tuy nhiờn, chỳng lại cú chung nhiều nhược điểm so với cỏc phương phỏp nối khỏc, đặc biệt là so với nối cơ khớ. Cú cỏc dạng mối nối như sau:

a) Hàn chồng: Trong loại mối hàn theo phương phỏp hàn chồng (hỡnh 1.5), hai thanh cốt thộp khi nối với nhau sẽ được đặt chồng lờn nhau một khoảng rồi được hàn lại với nhau [4].

Hỡnh 1.5. Sơ đồ nguyờn lý tạo mối nối hàn chồng cốt thộp xõy dựng [4].

Chiều dài đường hàn được coi là chiều dài hiệu dụng của liờn kết. Chiều dài này nếu hàn 1 mặt thỡ lấy bằng 10dd.n, nếu hàn cả 2 mặt thỡ lấy bằng 5d (ở đõy: d là đường kớnh danh nghĩa của thanh thộp nối).

* Ưu điểm của phương phỏp nối bằng hàn chồng: Kết cấu mối nối đơn giản,

dễ thực hiện; Độ bền của mối nối khụng phụ thuộc vào chất lượng của bờ tụng; Thiết bị sử dụng đơn giản; Cú thể thực hiện mối nối ở vị trớ bất kỳ trờn kết cấu.

* Nhược điểm của phương phỏp nối bằng hàn chồng: Cốt thộp làm việc

khụng đồng tõm; Tốc độ thi cụng chậm và nhiều khú khăn nếu vị trớ trờn kết cấu cú mật độ cốt thộp caodễ gõy nghẽn cốt liệu khi đổ bờ tụng; Chất lượng mối nối phụ thuộc nhiều vào tay nghề của thợ; Thời gian thực hiện lõu, tiờu hao năng lượng lớn.

b) Hàn ốp tỏp: Trong loại mối hàn ốp tỏp (hỡnh 1.5), hai thanh cốt thộp khi nối với nhau sẽ được đặt đối đầu nhau, trục của chỳng nằm trờn một đường thẳng, mối nối được hỡnh thành thụng qua chi tiết ốp. Chi tiết ốp cú thể làm bằng thộp tấm, thộp gúc, thộp ống hoặc thộp cốt. Hai thanh thộp nối sẽ khụng được hàn trực tiếp vào nhau. Chiều dài đường hàn được coi là chiều dài hiệu dụng (đoạn ốp tỏp mỗi bờn) của liờn kết. Chiều dài này nếu hàn một mặt thỡ lấy bằng 10dd.n, nếu hàn cả hai mặt thỡ lấy bằng 5dd.n, với d là đường kớnh danh nghĩa của thanh thộp nối 4.

* Ưu điểm của phương phỏp nối bằng hàn ốp tỏp: Cốt thộp làm việc đồng

tõm, chịu lực như một thanh liờn tục; Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện; Độ bền của mối nối khụng phụ thuộc vào chất lượng của bờ tụng; Thiết bị sử dụng đơn giản; Cú thể thực hiện mối nối ở bất kỳ vị trớ vào, kể cả trực tiếp trờn kết cấu.

Chiều dài chồng Chiều dài hàn

Hỡnh 1.6. Sơ đồ nguyờn lý tạo mối nối hàn dạng ốp tỏp [4].

* Nhược điểm của phương phỏp nối bằng hàn ốp tỏp: Chất lượng mối nối

phụ thuộc nhiều vào tay nghề của thợ; Thời gian thực hiện lõu, tiờu hao năng lượng lớn; Khối lượng thộp tiờu tốn cho một mối nối tương đối lớn; Tốc độ thi cụng chậm; Mối nối làm tăng rất nhiều diện tớch cốt thộp tại vị trớ nối, dễ gõy nghẽn cốt liệu khi đổ bờ tụng.

c) Hàn đối đầu cú mỏng đỡ (hàn mỏng)

Trong loại mối hàn dạng này (hỡnh 1.7), hai thanh cốt thộp khi nối với nhau sẽ được đặt đối đầu nhau, trục của chỳng nằm trờn một đường thẳng, vựng nối giữa chỳng được hàn hoàn toàn. Mối hàn được lút một lớp đệm bằng thộp hoặc đồng bờn ngoài với mục đớch tạo thành khuụn cho mối hàn [4].

Hỡnh 1.7. Nguyờn lý tạo mối nối hàn mỏng [4]

* Ưu điểm của phương phỏp nối bằng hàn mỏng: Cốt thộp làm việc đồng

tõm, chịu lực như một thanh liờn tục; Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện; Độ bền của mối nối khụng phụ thuộc vào chất lượng của bờ tụng; Thiết bị sử dụng đơn giản, dễ thực hiện mối nối ở vị trớ bất kỳ trờn kết cấu.

* Nhược điểm của phương phỏp nối bằng hàn mỏng: Chất lượng mối nối

1.1.5.2. Phương phỏp nối cốt thộp bằng hàn điện trở đối đầu

a) Đặc điểm chung của phương phỏp nối hàn điện trở đối đầu

Đõy là một phương phỏp hàn ỏp lực, trong đú hai thanh cốt thộp nối được đặt đối đầu nhau và cú trục cựng nằm trờn một đường thẳng (hỡnh 1.8). Nhiệt sinh ra do điện trở tại vị trớ tiếp xỳc của 2 thanh thộp sẽ nung chảy và khiến cho kim loại bị bắn túe ra bờn ngoài tạo thành hoa lửa. Đồng thời, một lực ộp của hệ thống thủy lực sẽ được tỏc dụng lờn hai thanh thộp để tạo thành mối hàn.

Trờn hỡnh 1.9 là ảnh chụp một loại thiết bị hàn điện trở đối đầu tự động được sử dụng trờn thực tế sản xuất ở ngoài nước 26.

Hỡnh 1.8. Trỡnh tự thực hiện một mối hàn điện trở đối đầu 26: a) Kẹp hai

đầu thanh thộp vào cỏc đầu kẹp của mỏy hàn; b) Bật điện thế mồi hồ quang và bắt đầu chuyển động ộp vào; c) Tạo hồ quang; d) Tỏc dụng lực ộp và ngắt

Hỡnh 1.9. Mỏy hàn điện trở đối đầu tự động của Liờn bang Nga 26

b) Ưu điểm của phương phỏp nối bằng hàn điện trở đối đầu: Cốt thộp làm việc đồng tõm, chịu lực như một thanh liờn tục; Kết cấu mối nối đơn giản, dễ thực hiện; Độ bền của mối nối khụng phụ thuộc vào chất lượng của bờ tụng; Thiết bị sử dụng tương đồi đơn giản; Khả năng tự động húa cao, năng suất lớn.

c) Nhược điểm của phương phỏp nối bằng hàn điện trở đối đầu: Chất lượng mối nối phụ thuộc nhiều vào tay nghề của thợ, cụng suất của mỏy; Khả năng cơ động của thiết bị nối kộm; Thời gian thực hiện lõu, tiờu hao năng lượng lớn.

1.2. Cụng nghệ nối cốt thộp bằng hàn điện xỉ ỏp lực, hiện trạng nghiờn cứu và ứng dụng trong nước và quốc tế. cứu và ứng dụng trong nước và quốc tế.

1.2.1. Nối cốt thộp bằng phương phỏp hàn điện xỉ - ỏp lực

Việc hàn nối cốt thộp được thực hiện nhờ ỏp dụng cụng nghệ hàn điện xỉ kết hợp với tạo ỏp lực để hỡnh thành mối hàn.

Mụ hỡnh chớnh để hàn đối đầu cốt thộp bằng cụng nghệ hàn điện xỉ ỏp lực được minh họa như trờn Hỡnh 1.10.

Hiện nay, hàn điện xỉ - ỏp lực đó được triển khai tại nhiều cụng trỡnh xõy dựng như nhà cao tầng, thuỷ điện, xõy dựng cầu cống... đều cho kết quả tốt về mặt chất lượng, hiệu quả về kinh tế. So với cỏc phương phỏp nối cốt thộp truyền thống đang thực hiện, cụng nghệ hàn nối đối đầu bằng phương phỏp hàn điện xỉ ỏp lực cú cỏc ưu điểm nổi bật sau 7:

Hỡnh 1.10. Hàn điện xỉ - ỏp lực nối cốt thộp xõy dựng

- Trang thiết bị hàn gọn nhẹ, thuận lợi cho việc thao tỏc tại cụng trường, trong khụng gian chật hẹp, cú khả năng hàn những trụ thộp cú nhiều cõy cốt thộp;

- Cú thể hàn nối cỏc loại cốt thộp cú hỡnh dạng tiết diện ngang khỏc nhau: trũn, ụ van, vuụng, chữ nhật… hoặc nối cỏc cốt thộp cú kớch thước khỏc nhau;

- Thời gian chuẩn bị và thao tỏc trong quỏ trỡnh hàn ngắn nờn năng suất lao động tăng, cú thể sử dụng kết hợp nhiều đồ gỏ hàn với cựng 1 mỏy hàn;

- Lực ộp hai đầu cốt thộp khụng cần quỏ lớn so với hàn đối đầu tiếp xỳc, do vậy đồ gỏ hàn gọn nhẹ, rẻ tiền;

- Dũng điện hàn thấp nờn biến thế hàn nhỏ, dễ chế tạo và rẻ hơn nhiều so với hàn điện tiếp xỳc;

- Chất lượng mối hàn cao (do được bảo vệ trong lớp thuốc hàn núng chảy và được tạo lực ộp trong quỏ trỡnh hỡnh thành mối hàn), khụng rỗ, khụng ngậm xỉ, kim loại mối hàn đồng đều với kim loại cơ bản do khụng cần kim loại bự. Mối hàn được ủ bởi lớp thuốc nờn khụng bị hiện tượng nứt hoặc giảm cơ tớnh ở vựng ảnh hưởng nhiệt. Mối hàn búng, tạo dỏng đẹp;

- Vỡ cốt thộp được hàn đồng tõm nờn khả năng chịu lực kộo, chịu nộn, chịu uốn của cõy thộp tăng. Tiết diện mối hàn tại mối nối lớn hơn tiết diện ngang của cõy thộp nờn cơ tớnh tại mối hàn cũng tăng, khả năng liờn kết với bờ tụng tốt hơn.

- Tiết kiệm được cốt thộp (so với hàn chồng hoặc buộc chồng hàn điện xỉ ỏp lực sẽ tiết kiệm được từ 10  75 % giỏ thành tựy thuộc vào đường kớnh của cỏc loại cốt thộp so với hàn chồng và buộc chồng).

1.2.2. Hiện trạng nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực trong nước và quốc tế. lực trong nước và quốc tế.

1.2.2.1. Trong nước

Ở Việt Nam hiện nay tại cỏc cụng trỡnh xõy dựng trờn toàn quốc việc nối cỏc cõy thộp cột trụ hoặc kết cấu thộp dầm, mỏi chủ yếu vẫn đựng phương phỏp truyền thống là bẻ mỏ và buộc dõy hoặc hàn chồng lờn nhau, gõy lóng phớ nguyờn vật liệu, đồng thời tiờu tốn nhiều thời gian thi cụng. Mặt khỏc cỏc cõy thộp nối theo phương phỏp này khụng đồng tõm, mối hàn khụng thất ngấu hết trờn toàn bộ tiết diện của cõy thộp, nờn khả năng chịu lực của kết cấu giảm. Một vài doanh nghiệp trong nước đó cú thử nghiệm ứng dụng cụng nghệ hàn đối đầu cỏc cõy thộp bằng phương phỏp hàn điện tiếp xỳc trong thi cụng xõy dựng. Tuy nhiờn, thiết bị hàn điện tiếp xỳc cú khối lượng đến vài tấn, tiờu tốn nhiều điện năng (100  500 kVA), nờn việc ỏp dụng hàn nối mới thực hiện được ở tư thế nằm ngang trong cỏc xưởng cơ khớ, rất khụng thuận lợi cho quỏ trỡnh thi cụng. Mặt khỏc chất lượng mối hàn cũng khụng ổn định vỡ nú khụng được bảo vệ trong mụi trường khớ trơ hoặc thuốc hàn. Việc hàn nối đối đầu tại hiện trường cụng trỡnh xõy dựng bằng phương phỏp hồ quang tay cũng đó được ỏp dụng tại Việt Nam, tuy nhiờn, chất lượng mối hàn kộm vỡ nú hay ngậm khuyết tật, việc thao tỏc hàn khú khăn, mất nhiều thời gian cho việc chuẩn bị vỏt mộp và định tõm cỏc cõy thộp hàn trong quỏ trỡnh hàn 7.

Do võy, để đỏp ứng được nhu cầu hàn nối cốt thộp cho nhiều cụng trỡnh xõy dựng trọng điểm với quy mụ lớn, yờu cầu về chất lượng cụng trỡnh ngày càng cao của cỏc nhà đầu tư trong nước và nhà đầu tư quốc tế, đồng thời phải đảm bảo yờu cầu hàn nối đối đầu cõy thộp ngay tại cụng trường, Viện Nghiờn cứu Cơ khớ (Bộ Cụng Thương) và nghiờn cứu sinh gần đõy đó chủ trỡ thực hiện một đề tài nghiờn cứu khoa học cấp Sở Khoa học và Cụng nghệ Hà Nội (Mó số TC-CN/01-08-2) về vấn đề ứng dụng phương phỏp hàn đối đầu cõy thộp bằng cụng nghệ hàn điện xỉ - ỏp lực cú kết quả khả quan. Nhưng do phạm vi nghiờn cứu và kinh phớ cũn hạn hẹp, nờn những vấn đề khoa học

chuyờn sõu của cụng nghệ này cũn chưa được thực hiện một cỏch thấu đỏo và cú hệ thống.

Đề tài đó thiết kế và chế tạo được bộ nguồn hàn và đồ gỏ hàn điện xỉ ỏp lực cú khả năng hàn được cốt thộp cú đường kớnh từ 14 - 32mm.

Nguồn hàn cú dũng hàn xoay chiều tối đa 630A. Bộ điều khiển đi cựng cú tỏc dụng đúng cắt nguồn hàn. Cú cũi bỏo hiệu khi thời gian hàn đó hết để cụng nhõn cú thể kết thỳc quỏ trỡnh hàn.

Đồ gỏ hàn được thiết kế với cỏc mỏ kẹp hỡnh chữ V cú tỏc dụng định vị và kẹp chặt 2 cõy thộp cần hàn ở vị trớ thẳng tõm với nhau. Đồ gỏ hàn cũn cú một tớnh năng đặc biệt là thay đổi được vị trớ tương đối của 2 đầu cốt thộp thụng qua bộ vớt me đai ốc. Đồ gỏ hàn được điều khiển bằng tay, phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của cụng nhõn.

Hỡnh 1.11. Nguồn hàn và đồ gỏ hàn điện xỉ - ỏp lực

Đề tài đó thực hiện một số thớ nghiệm đối với cốt thộp cú đường kớnh danh nghĩa dd.n = 14  25 mm và cỏc thụng số cụng nghệ khảo sỏt chớnh được chọn trong phạm vi tương ứng với từng loại đường kớnh.

a) 245 235 244 237 255 241 244 252 240 245 43 42 41 44 45 41 43 45 43 42 23 25 24 22 27 26 22 25 24 22 16 18 19 17 16 19 20 22 21 17 0 50 100 150 200 250 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10