GIÁO TRÌNH HÀN ĐIỆN TOÀN DIỆN

Đây là kiến thức nâng bạn từ “thợ hàn làm theo kinh nghiệm” lên “thợ hàn hiểu được bên trong kim loại đang xảy ra gì” — nền tảng để làm việc với thép hợp kim, thép cường độ cao, và các dự án yêu cầu chất lượng khắt khe.

---

PHẦN A: LUYỆN KIM MỐI HÀN

1. Ba vùng của một mối hàn — hiểu để biết vì sao mối hàn hỏng ở đâu

Khi hàn, kim loại trải qua 3 vùng với cấu trúc khác nhau:

Vùng	Đặc điểm	Vấn đề thường gặp
Vùng hàn (Weld Metal/Fusion Zone)	Kim loại nóng chảy hoàn toàn rồi đông đặc lại	Rỗ khí, nứt nóng, thành phần hóa học thay đổi so với vật liệu gốc
Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ – Heat Affected Zone)	Không nóng chảy nhưng bị nung nóng đủ để biến đổi cấu trúc	Vùng yếu nhất của mối hàn — nơi hầu hết các vết nứt và hỏng hóc xảy ra
Kim loại cơ bản (Base Metal)	Không bị ảnh hưởng nhiệt	Giữ tính chất ban đầu

👉 Nguyên tắc quan trọng nhất bạn cần nhớ: hầu hết sự cố mối hàn trong thực tế không xảy ra ngay tại đường hàn, mà xảy ra ở HAZ — vì đây là nơi cấu trúc hạt bị biến đổi mà không được “tái tạo” bởi kim loại điền đầy.

2. Chuyện gì xảy ra trong HAZ khi nung nóng rồi nguội

• Thép khi nung lên trên ~727°C (nhiệt độ Austenit hóa) rồi nguội nhanh → hình thành Martensite — cứng nhưng rất giòn, dễ nứt
• Tốc độ nguội quyết định cấu trúc cuối:
  • Nguội chậm → Ferrite + Pearlite (mềm, dẻo, ít nứt) — mong muốn cho hầu hết ứng dụng
  • Nguội nhanh → Martensite (cứng, giòn) — nguy hiểm với thép hợp kim cao, thép cường độ cao
• Đây chính là lý do preheat (nung nóng trước) tồn tại: nung nóng trước làm giảm tốc độ nguội sau khi hàn → tránh hình thành Martensite giòn → giảm nứt nguội do hydro

3. Công thức thực tế: Carbon Equivalent (CE) — tính xem vật liệu có cần preheat không

CE (theo công thức IIW, phổ biến nhất) = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

(% trọng lượng từng nguyên tố, tra trong chứng chỉ vật liệu/mill certificate)

CE	Mức độ dễ nứt	Khuyến nghị
< 0.35	Thấp	Hàn bình thường, không cần preheat
0.35 – 0.45	Trung bình	Nên preheat 100-150°C
0.45 – 0.60	Cao	Preheat 150-250°C, kiểm soát interpass nghiêm ngặt
> 0.60	Rất cao	Preheat cao + PWHT bắt buộc, chọn quy trình hàn cẩn thận

👉 Đây là công thức mà kỹ thuật viên hàn thực sự dùng để quyết định nhiệt độ preheat trước khi lập WPS — không phải đoán mò.

4. Xử lý nhiệt sau hàn (PWHT – Post Weld Heat Treatment)

Mục đích chính:

• Giảm ứng suất dư (stress relief) — thường 550-650°C với thép carbon/hợp kim thấp, giữ nhiệt theo độ dày (thường 1 giờ/25mm)
• Làm mềm cấu trúc Martensite hình thành trong HAZ → tăng độ dai
• Khử hydro — giữ ở nhiệt độ vừa phải cho hydro khuếch tán ra khỏi kim loại trước khi nứt xảy ra (đặc biệt quan trọng ngay sau khi hàn thép cường độ cao)

Khi nào PWHT là bắt buộc (theo hầu hết tiêu chuẩn như ASME): tấm dày trên một ngưỡng nhất định (thường >19-32mm tùy vật liệu), thép hợp kim CE cao, bình áp lực/đường ống chịu áp lực cao.

5. Hiện tượng nhạy hóa ở Inox (Sensitization) — lỗi đắt giá nếu không biết

Khi hàn inox (đặc biệt loại 304, 316) ở nhiệt độ 425-870°C trong thời gian đủ lâu (như vùng HAZ khi hàn nhiệt cao hoặc PWHT sai cách):

• Carbon kết hợp với Crom tạo Cr-carbide ở biên hạt → vùng biên hạt mất Crom → mất khả năng chống gỉ ngay tại vùng đó
• Hậu quả: mối hàn “trông đẹp” nhưng bị gỉ/nứt ăn mòn liên tinh thể (intergranular corrosion) sau vài tháng sử dụng trong môi trường ăn mòn

Cách tránh:

• Dùng inox loại “L” (Low carbon, ví dụ 304L, 316L) — ít carbon nên khó tạo carbide
• Kiểm soát heat input thấp, hàn nhanh, làm nguội nhanh qua vùng nhiệt độ nguy hiểm này
• Với ứng dụng khắt khe (hóa chất, thực phẩm), có thể cần loại ổn định hóa (321, 347) chứa Titan/Niobium để “bắt” carbon trước Crom

---

PHẦN B: KIỂM SOÁT BIẾN DẠNG (DISTORTION CONTROL)

1. Tại sao biến dạng xảy ra — bản chất vật lý

Kim loại giãn nở khi nóng, co lại khi nguội. Mối hàn tạo ra sự giãn nở/co ngót không đồng đều giữa vùng hàn (rất nóng) và vật liệu xung quanh (nguội hơn) → sinh ứng suất → biến dạng (cong, vênh, xoắn) khi ứng suất vượt giới hạn chảy của vật liệu.

3 loại biến dạng chính:

• Co ngót dọc (longitudinal shrinkage): tấm/dầm bị ngắn lại theo chiều dài đường hàn
• Co ngót ngang (transverse shrinkage): 2 tấm bị kéo lại gần nhau theo chiều rộng
• Biến dạng góc (angular distortion): tấm bị cong/gập ở mối hàn (thường gặp nhất, dễ thấy nhất)

2. Các yếu tố làm tăng biến dạng

• Heat input càng cao → biến dạng càng lớn
• Số lớp hàn nhiều với heat input mỗi lớp cao → tích lũy biến dạng
• Vật liệu mỏng dễ biến dạng hơn vật liệu dày (ít “sức chống” hình học)
• Mối hàn không đối xứng quanh trục trung tâm của kết cấu

3. Kỹ thuật kiểm soát biến dạng thực tế

a) Trước khi hàn:

• Gá kẹp chắc chắn (clamping/jigging) — hạn chế vật liệu di chuyển tự do khi giãn nở
• Tack weld (hàn đính) đủ số điểm và đúng vị trí trước khi hàn hoàn chỉnh
• Tính toán bù trừ trước (pre-setting): đặt vật liệu nghiêng/cong ngược hướng biến dạng dự kiến, để khi co ngót lại về đúng vị trí thẳng

b) Trong khi hàn — kỹ thuật trình tự hàn (welding sequence):

Kỹ thuật	Cách làm	Hiệu quả
Back-step welding	Hàn từng đoạn ngắn theo hướng ngược lại hướng tiến chung	Phân bố ứng suất đều, giảm cong vênh dọc
Hàn đối xứng (balanced welding)	Hàn 2 bên đối xứng quanh trục trung tâm, xen kẽ	Triệt tiêu lực kéo 2 bên, giảm biến dạng góc
Skip welding	Hàn cách đoạn, không liên tục	Giảm tích tụ nhiệt cục bộ
Giảm số lớp, tăng dòng hợp lý	Ít lớp hơn nhưng mỗi lớp đủ ngấu	Giảm số lần co ngót lặp lại

c) Sau khi hàn:

• Nắn nguội (mechanical straightening): dùng lực cơ khí ép thẳng lại (cẩn thận với vật liệu dễ nứt)
• Nắn nhiệt (flame straightening): nung cục bộ điểm đối diện hướng cong để tạo co ngót ngược, kéo thẳng lại — kỹ thuật này cần kinh nghiệm cao, dễ làm hỏng nếu nung sai vị trí/nhiệt độ

4. Quy tắc thực tế “bậc thầy” áp dụng ngay trên công trường

• Hàn kết cấu chữ T, chữ H đối xứng: luôn hàn xen kẽ 2 bên, không hàn hết 1 bên rồi mới sang bên kia
• Hàn ống: chia đường tròn thành 2-4 phần, hàn đối xứng theo trình tự chữ thập, không hàn 1 vòng liên tục 1 hướng
• Hàn tấm lớn nhiều đường hàn: lập kế hoạch trình tự trước (welding sequence plan) — hàn từ trung tâm ra ngoài hoặc theo mẫu đối xứng, không hàn tuần tự từ 1 đầu

---

Đây là kiến thức mà nhiều thợ hàn có kinh nghiệm 5-10 năm vẫn chỉ biết “cảm giác” mà không hiểu gốc — nắm được lý thuyết này giúp bạn tự tin xử lý các dự án khó, thép hợp kim, và giải thích được lý do kỹ thuật khi làm việc với kỹ sư giám sát.