Tổng hợp khuyết tật mối hàn thường gặp và cách khắc phục hiệu quả

Khuyết tật mối hàn có thể hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau, chủ yếu liên quan đến vật liệu hàn, chế độ hàn cũng như quy trình công nghệ được áp dụng. Những khuyết tật này ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, khả năng chịu lực và mức độ an toàn của mối hàn trong quá trình làm việc. Do đó, người thợ hàn cần lựa chọn quy phạm hàn phù hợp và tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật nhằm hạn chế tối đa các sai lỗi phát sinh.

Trên thực tế, mối hàn có thể xuất hiện nhiều dạng khuyết tật khác nhau. Nội dung dưới đây sẽ trình bày các khuyết tật mối hàn thường gặp và biện pháp phòng tránh trong sản xuất cơ khí.

1. Khuyết tật hàn không ngấu

Hàn không ngấu là một trong những khuyết tật mối hàn nghiêm trọng trong liên kết hàn, thường gặp ở cả hàn thủ công và hàn tự động. Khi xảy ra hiện tượng này, kim loại hàn không liên kết hoàn toàn với kim loại cơ bản hoặc không ngấu đều giữa các lớp hàn, khiến mối hàn không đạt được tiết diện và độ bền thiết kế.

Trong quá trình làm việc của kết cấu hàn, khuyết tật hàn không ngấu làm giảm đáng kể khả năng chịu lực, đồng thời tạo điều kiện cho ứng suất tập trung tại vùng mối hàn. Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động, mối hàn có thể phát sinh vết nứt và dẫn đến hư hỏng hoặc phá hủy kết cấu hàn.

Trên thực tế, hiện tượng hàn không ngấu thường xuất hiện tại góc mối hàn, mép hàn hoặc giữa các lớp hàn khi thực hiện hàn nhiều lượt, đặc biệt trong các liên kết có chiều dày lớn hoặc hình dạng phức tạp.

1.1. Nguyên nhân gây khuyết tật hàn không ngấu

Khuyết tật hàn không ngấu thường xuất phát từ một hoặc nhiều nguyên nhân sau:

• Mép hàn chuẩn bị chưa hợp lý, góc vát quá nhỏ, khe hở hàn không phù hợp, khiến kim loại nóng chảy khó ngấu sâu vào liên kết
• Dòng điện hàn quá nhỏ hoặc tốc độ hàn quá nhanh, không đảm bảo đủ nhiệt lượng cần thiết cho kim loại hàn nóng chảy và liên kết với kim loại cơ bản
• Góc độ điện cực hàn và cách đưa điện cực không hợp lý, làm hồ quang không tập trung đúng vào vùng cần hàn
• Chiều dài cột hồ quang không phù hợp, ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt vào mối hàn
• Điện cực hàn chuyển động không đúng theo trục mối hàn, dẫn đến kim loại hàn phân bố không đều

1.2. Biện pháp phòng tránh khuyết tật hàn không ngấu

Để hạn chế và phòng tránh hiện tượng hàn không ngấu, trong quá trình hàn cần thực hiện các biện pháp sau:

• Làm sạch liên kết hàn trước khi hàn, loại bỏ gỉ sét, dầu mỡ và tạp chất; đồng thời tăng góc vát và khe hở hàn phù hợp với chiều dày vật hàn
• Tăng dòng điện hàn, kết hợp giảm tốc độ hàn nhằm đảm bảo cung cấp đủ nhiệt lượng, giúp kim loại hàn nóng chảy hoàn toàn và ngấu đều vào liên kết

2. Nứt mối hàn

Nứt mối hàn là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của liên kết hàn. Trong quá trình làm việc của cấu kiện hàn, nếu mối hàn xuất hiện vết nứt, các vết nứt này có xu hướng phát triển và lan rộng theo thời gian, làm suy giảm đáng kể khả năng chịu lực của liên kết. Dưới tác dụng của tải trọng tĩnh hoặc tải trọng động, nứt mối hàn có thể dẫn đến hư hỏng hoặc phá hủy hoàn toàn kết cấu, gây mất an toàn trong quá trình sử dụng.

2.1. Phân loại nứt mối hàn theo thời điểm xuất hiện

Căn cứ vào nhiệt độ tại thời điểm hình thành vết nứt, nứt mối hàn được chia thành hai loại chính:

• Nứt nóng: Nứt nóng xuất hiện trong quá trình kết tinh của kim loại hàn, khi nhiệt độ của mối hàn còn rất cao (trên 1000°C). Loại nứt này thường hình thành ngay trong quá trình hàn hoặc ngay sau khi hàn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn.
• Nứt nguội: Nứt nguội xuất hiện sau khi quá trình hàn đã kết thúc, tại nhiệt độ dưới 1000°C. Đặc điểm của nứt nguội là khó phát hiện sớm, do vết nứt có thể hình thành sau vài giờ hoặc thậm chí vài ngày kể từ khi hàn xong.

2.2. Phân loại nứt mối hàn theo kích thước

Dựa vào kích thước và mức độ ảnh hưởng, vết nứt mối hàn được phân thành:

• Nứt thô đại: Là các vết nứt có kích thước lớn, dễ nhận biết bằng mắt thường và có thể gây phá hủy kết cấu ngay khi mối hàn làm việc.
• Nứt tế vi: Là các vết nứt rất nhỏ, khó phát hiện, thường tồn tại bên trong mối hàn. Tuy nhiên, dưới tác dụng của tải trọng và theo thời gian, nứt tế vi có thể phát triển thành nứt thô đại, gây nguy hiểm cho kết cấu.

2.3. Phương pháp kiểm tra và phát hiện vết nứt mối hàn

• Đối với nứt thô đại: Có thể phát hiện bằng mắt thường hoặc sử dụng kính lúp.
• Đối với nứt tế vi hoặc nứt nằm bên trong mối hàn: Cần áp dụng các phương pháp kiểm tra không phá hủy bao gồm siêu âm mối hàn, kiểm tra từ tính, chụp X-quang.

Xem thêm: Kỹ thuật hàn que

2.4. Một số dạng nứt mối hàn thường gặp, nguyên nhân và biện pháp phòng tránh

2.4.1. Nứt dọc mối hàn

Phương pháp kiểm tra:

• Quan sát bằng mắt thường
• Dùng bột từ
• Dùng chất chỉ thị màu
• Chụp X-quang
• Siêu âm

Nguyên nhân mối hàn bị nứt dọc:

• Sử dụng vật liệu hàn không phù hợp
• Ứng suất dư lớn trong liên kết hàn
• Tốc độ nguội quá cao
• Liên kết hàn và bố trí mối hàn không hợp lý

Giải pháp phòng tránh:

• Sử dụng vật liệu hàn phù hợp
• Giải phóng lực kẹp chặt khi hàn, tăng khả năng điền đầy kim loại hàn
• Gia nhiệt trước và giữ nhiệt để giảm tốc độ nguội
• Thiết kế liên kết hợp lý, vát mép để giảm khe hở
• Bố trí so le các mối hàn

2.4.2. Nứt tại vùng gây và kết thúc hồ quang

Phương pháp kiểm tra:

• Mắt thường
• Bột từ
• Chất chỉ thị màu
• Chụp X-quang
• Siêu âm

Nguyên nhân mối hàn bị nứt gãy:

• Vị trí kết thúc hồ quang bị lõm, tồn tại nhiều tạp chất
• Hồ quang không được bảo vệ tốt

Giải pháp phòng tránh:

• Sử dụng thiết bị hàn phù hợp, có chế độ riêng cho giai đoạn gây và kết thúc hồ quang
• Sử dụng bản nối công nghệ tại vị trí bắt đầu và kết thúc để đưa vết nứt ra ngoài liên kết hàn chính

2.4.3. Nứt ngang mối hàn

Phương pháp kiểm tra:

• Mắt thường
• Bột từ
• Chất chỉ thị màu
• Chụp X-quang
• Siêu âm

Nguyên nhân mối hàn bị nứt ngang:

• Vật liệu hàn không phù hợp
• Tốc độ nguội cao
• Kích thước mối hàn quá nhỏ so với liên kết

Giải pháp phòng tránh:

• Lựa chọn vật liệu hàn phù hợp
• Tăng dòng điện và kích thước điện cực hàn
• Gia nhiệt trước khi hàn

Tham khảo: Kỹ thuật hàn đồng và hợp kim đồng

3. Rỗ khí mối hàn

Rỗ khí mối hàn là khuyết tật mối hàn hình thành do khí trong kim loại không kịp thoát ra ngoài trước khi kim loại đông đặc. Các bọt khí này bị giữ lại trong kim loại hàn, tạo thành các lỗ rỗng làm suy giảm độ bền và độ kín của mối hàn.

Rỗ khí có thể xuất hiện bên trong hoặc trên bề mặt mối hàn, đồng thời thường tập trung tại ranh giới giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp, gây ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực của liên kết hàn.

3.1. Nguyên nhân gây rỗ khí mối hàn

Hiện tượng rỗ khí mối hàn thường xuất phát từ các nguyên nhân sau:

• Hàm lượng cacbon trong kim loại cơ bản hoặc vật liệu hàn quá cao
• Vật liệu hàn bị ẩm; bề mặt chi tiết hàn bẩn, dính sơn, dầu mỡ, gỉ sét hoặc hơi nước
• Chiều dài cột hồ quang lớn, tốc độ hàn quá cao
• Hệ thống khí bảo vệ không đảm bảo (đối với các phương pháp hàn có khí bảo vệ)

3.2. Biện pháp phòng tránh hiện tượng rỗ khí

Để hạn chế và phòng tránh rỗ khí mối hàn, cần thực hiện các biện pháp sau:

• Sử dụng vật liệu hàn có hàm lượng cacbon thấp
• Làm sạch và sấy khô vật liệu hàn trước khi đưa vào sử dụng
• Giữ chiều dài cột hồ quang ngắn, đồng thời giảm tốc độ hàn khi cần thiết
• Đối với hàn có khí bảo vệ, đảm bảo hệ thống cấp khí sạch, hoạt động ổn định và lưu lượng khí phù hợp
• Với hàn tự động dưới lớp thuốc bảo vệ, cần đảm bảo thuốc hàn khô, không bị ẩm và được cấp đầy đủ trong suốt quá trình hàn.

4. Lẫn xỉ (kẹt xỉ) mối hàn

Lẫn xỉ (hay kẹt xỉ) là một dạng khuyết tật mối hàn phổ biến, xảy ra khi xỉ hàn hoặc các tạp chất khác không được loại bỏ hoàn toàn và bị giữ lại trong kim loại hàn. Xỉ có thể tồn tại bên trong mối hàn, trên bề mặt mối hàn, tại ranh giới giữa kim loại mối hàn và kim loại cơ bản, hoặc giữa các lớp hàn trong quá trình hàn nhiều lượt.

Hiện tượng lẫn xỉ làm giảm độ bền, độ dai va đập và tính dẻo của kim loại mối hàn, đồng thời làm suy giảm khả năng làm việc của kết cấu khi chịu tải trọng động, đặc biệt nguy hiểm đối với các kết cấu chịu rung động và tải thay đổi.

4.1. Nguyên nhân gây lẫn xỉ và kẹt xỉ

Lẫn xỉ mối hàn thường xuất phát từ các nguyên nhân sau:

• Dòng điện hàn quá nhỏ, không cung cấp đủ nhiệt lượng để kim loại nóng chảy hoàn toàn, khiến xỉ khó nổi lên khỏi vũng hàn
• Mép hàn chưa được làm sạch, hoặc trong quá trình hàn đính, hàn nhiều lớp không gõ sạch xỉ giữa các lượt hàn
• Góc độ hàn không hợp lý và tốc độ hàn quá lớn
• Làm nguội mối hàn quá nhanh

4.2. Biện pháp phòng tránh lẫn xỉ và kẹt xỉ

Để hạn chế và phòng tránh hiện tượng lẫn xỉ, cần thực hiện các biện pháp sau:

• Tăng dòng điện hàn ở mức phù hợp; hàn bằng hồ quang ngắn và tăng thời gian dừng của hồ quang khi cần thiết
• Làm sạch vật hàn trước khi hàn, đồng thời gõ sạch xỉ ở mối hàn đính và giữa các lớp hàn
• Điều chỉnh góc độ và phương pháp đưa điện cực hàn cho phù hợp, kết hợp giảm tốc độ hàn

5. Lẹm chân mối hàn

Lẹm chân mối hàn là hiện tượng phần kim loại cơ bản bị lẹm thành rãnh dọc theo ranh giới tiếp giáp giữa kim loại cơ bản và kim loại đắp. Khuyết tật này thường xuất hiện tại mép mối hàn, đặc biệt phổ biến trong hàn góc hoặc khi thực hiện hàn với dòng điện lớn.

Lẹm chân làm giảm tiết diện làm việc thực tế của liên kết hàn, đồng thời tạo ra vùng tập trung ứng suất cao tại mép mối hàn. Dưới tác dụng của tải trọng, nhất là tải trọng động, các vị trí này dễ phát sinh vết nứt và có thể dẫn đến hư hỏng hoặc phá hủy kết cấu trong quá trình sử dụng.

5.1. Nguyên nhân gây lẹm chân mối hàn

Hiện tượng lẹm chân mối hàn thường xuất phát từ các nguyên nhân sau:

• Dòng điện hàn quá lớn, làm kim loại cơ bản bị nóng chảy quá mức ở mép liên kết
• Chiều dài cột hồ quang lớn, khiến hồ quang phân tán và khó kiểm soát vũng hàn
• Góc độ que hàn và cách đưa que hàn không hợp lý, làm kim loại nóng chảy không được phân bố đều theo mép mối hàn
• Sử dụng điện cực hàn có kích thước không phù hợp, đặc biệt là điện cực quá lớn so với chiều dày vật hàn

5.2. Biện pháp phòng tránh lẹm chân mối hàn

Để hạn chế và phòng tránh hiện tượng lẹm chân, trong quá trình hàn cần thực hiện các biện pháp sau:

• Điều chỉnh dòng điện hàn phù hợp với vật liệu và chiều dày liên kết
• Giữ chiều dài cột hồ quang ngắn và ổn định trong suốt quá trình hàn
• Điều chỉnh góc nghiêng que hàn hợp lý, đưa que đều theo mép mối hàn để kim loại đắp điền đầy rãnh liên kết
• Lựa chọn điện cực hàn có kích thước phù hợp với chiều dày và dạng liên kết
• Giảm tốc độ hàn khi cần thiết để kim loại hàn có đủ thời gian điền đầy mép liên kết

6. Chảy loang mối hàn

Chảy loang mối hàn là hiện tượng kim loại hàn ở trạng thái lỏng chảy lan ra ngoài vùng liên kết, không tập trung đúng vào rãnh hàn hoặc khu vực cần liên kết.

Khuyết tật này làm sai lệch hình dạng mối hàn, tạo ra vùng tập trung ứng suất cục bộ, đồng thời ảnh hưởng đến chất lượng, độ bền và tính thẩm mỹ của liên kết hàn.

6.1. Nguyên nhân gây chảy loang mối hàn

Chảy loang mối hàn thường xuất phát từ các nguyên nhân sau:

• Góc nghiêng que hàn không hợp lý, khiến kim loại lỏng chảy lệch khỏi vùng liên kết
• Dòng điện hàn que quá cao, làm kim loại nóng chảy quá nhiều
• Tư thế hàn và cách đặt vật hàn không phù hợp, khiến kim loại lỏng khó tập trung vào rãnh hàn

6.2. Biện pháp phòng tránh chảy loang mối hàn

Để hạn chế hiện tượng chảy loang mối hàn, cần thực hiện các biện pháp sau:

• Điều chỉnh góc nghiêng que hàn đúng kỹ thuật, tránh nghiêng quá nhiều về một phía
• Giảm dòng điện hàn về mức phù hợp với tư thế hàn và chiều dày vật hàn
• Bố trí tư thế hàn hợp lý, đặt vật hàn sao cho kim loại lỏng dễ tập trung vào vùng liên kết
• Điều chỉnh tốc độ hàn phù hợp, tránh di chuyển que hàn quá chậm gây hiện tượng chảy tràn kim loại

7. Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn

Khuyết tật về hình dáng liên kết hàn là nhóm khuyết tật liên quan đến sai lệch hình dạng bên ngoài của mối hàn so với yêu cầu kỹ thuật và thiết kế ban đầu. Các khuyết tật này làm mối hàn không đạt hình dáng tiêu chuẩn, ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ và khả năng làm việc lâu dài của liên kết hàn.

Mặc dù không phải lúc nào cũng gây mất khả năng chịu lực ngay lập tức, nhưng sai lệch hình dáng mối hàn có thể tạo ra vùng tập trung ứng suất, làm giảm độ bền và tuổi thọ của kết cấu trong quá trình sử dụng.

7.1. Nguyên nhân gây khuyết tật về hình dáng liên kết hàn

Các khuyết tật về hình dáng mối hàn thường phát sinh do một hoặc nhiều nguyên nhân sau:

• Gá lắp và chuẩn bị mép hàn chưa hợp lý, dẫn đến mối hàn không đều hoặc sai hình dạng thiết kế
• Chế độ hàn không ổn định, thông số hàn thay đổi trong quá trình thao tác
• Vật liệu hàn không đảm bảo chất lượng, ảnh hưởng đến quá trình nóng chảy và tạo hình mối hàn
• Trình độ tay nghề công nhân hàn còn hạn chế, thao tác chưa đúng kỹ thuật

7.2. Một số khuyết tật hình dáng liên kết hàn thường gặp

Ngoài các dạng khuyết tật đã được đề cập ở những mục trước, trong thực tế sản xuất còn gặp một số khuyết tật khác liên quan trực tiếp đến hình dáng mối hàn, tiêu biểu như sau:

7.2.1. Quá nhiệt mối hàn

• Quá nhiệt mối hàn là hiện tượng xảy ra khi chế độ hàn được lựa chọn không hợp lý, làm cho kim loại đắp và vùng ảnh hưởng nhiệt có cấu trúc hạt thô.
• Khuyết tật này dẫn đến giảm cơ tính của liên kết hàn, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và khả năng chịu tải của mối hàn trong quá trình làm việc.

7.2.2. Bắn tóe mối hàn

Bắn tóe mối hàn là hiện tượng kim loại nóng chảy bắn ra và bám lên bề mặt vật hàn trong quá trình hàn. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm:

• Vật liệu hàn không đảm bảo chất lượng
• Thiếu khí bảo vệ hoặc sử dụng không đúng loại khí bảo vệ

Khuyết tật bắn tóe không chỉ làm giảm tính thẩm mỹ của liên kết hàn mà còn tăng thời gian và công sức làm sạch, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả và năng suất sản xuất.

8. Phương pháp xử lý khuyết tật hàn

Sau khi phát hiện các khuyết tật mối hàn, tùy theo mức độ ảnh hưởng và yêu cầu kỹ thuật của kết cấu, cần áp dụng các biện pháp xử lý phù hợp. Về nguyên tắc chung, khuyết tật hàn không được phép tồn tại trong các liên kết quan trọng, đặc biệt là các kết cấu chịu tải trọng lớn hoặc tải trọng động.

Trong trường hợp điều kiện công nghệ cho phép, việc xử lý khuyết tật hàn thường được thực hiện theo các bước sau:

• Đục bỏ hoàn toàn phần kim loại có khuyết tật, đảm bảo loại bỏ triệt để vùng kim loại không đạt yêu cầu
• Tiến hành hàn sửa chữa, sau đó kiểm tra lại mối hàn bằng các phương pháp phù hợp để đảm bảo chất lượng liên kết

Riêng đối với khuyết tật nứt mối hàn, do tính chất nguy hiểm và khả năng phát triển nhanh của vết nứt, cần áp dụng biện pháp xử lý chặt chẽ hơn:

• Khoan chặn hai đầu vết nứt nhằm hạn chế sự phát triển lan rộng
• Loại bỏ triệt để vùng kim loại bị nứt, sau đó tiến hành hàn sửa chữa lại theo đúng quy trình kỹ thuật
• Kiểm tra lại mối hàn sau sửa chữa để đảm bảo không còn tồn tại vết nứt

Đối với khuyết tật quá nhiệt, việc xử lý thường được thực hiện bằng phương pháp nhiệt luyện nhằm khôi phục lại kích thước hạt kim loại của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, từ đó cải thiện cơ tính của liên kết hàn.

Với bài viết Jasic chia sẻ có thể thấy khuyết tật mối hàn là yếu tố cần được đặc biệt chú trọng trong quá trình gia công và chế tạo kết cấu hàn. Việc nhận diện chính xác các dạng khuyết tật mối hàn, nắm rõ nguyên nhân phát sinh và áp dụng đúng phương pháp kiểm tra, xử lý sẽ góp phần nâng cao chất lượng liên kết, đảm bảo độ bền và an toàn trong quá trình sử dụng.