Công nghệ mới - Hàn điện xì áp lực nối thép

NDĐT - Thạc sĩ Hoàng Đức Long, Viện nghiên cứu cơ khí đã nghiên cứu và ứng dụng thành công một phương pháp hàn mới, đó là hàn điện xỉ áp lực để hàn nối đối đầu cốt thép phục vụ xây dựng các khu nhà cao tầng, với chất lượng mối hàn cao hơn, giá thành rẻ hơn. Công trình “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết kế chế tạo thiết bị hàn điện xỉ hàn đối đầu cốt thép trong bê tông nhà cao tầng” của anh đã giành giải nhì giải thưởng VIFOTEC năm 2010

Lâu nay để xây dựng cầu cống, mái che sân vận động, nhà ở cao tầng... người ta thường sử dụng các phương pháp nối cốt thép bằng cách nối buộc chồng, nối dập ép, nối bằng ống ren và nối hàn tiếp xúc... Nhưng các phương pháp này vẫn còn không ít nhược điểm như tiêu tốn cốt thép, năng suất thấp, giá thành cao, chất lượng còn hạn chế.
Năm 2008, thạc sĩ Hoàng Đức Long, Phòng thí nghiệm trọng điểm, Viện nghiên cứu cơ khí, lần đầu tiên triển khai và thực hiện đề tài nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hàn điện xỉ áp lực để hàn nối đối đầu cốt thép trong bê tông nhà cao tầng. Từ nguyên lý cơ bản: dùng công nghệ hàn điện xỉ để nung chảy hai đầu cây thép hàn, đồng thời tác dụng lực ép để tạo thành mối hàn, thạc sĩ Long mô tả cây thép phía dưới được nối với cực âm (-) của máy thông qua một kìm hàn, cây thép phía trên được nối với cực dương (+) của máy hàn thông qua một kìm hàn khác. Đồ gá hàn được thiết kế đặc biệt để có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa hai cây thép, đồng thời tạo ra lực ép khi kết thúc quá trình hàn.
Với cách hàn như vậy, cây thép phía dưới sẽ là vật hàn, còn cây thép phía trên là điện cực hàn điện xỉ. 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, mặt khác làm nóng chảy thuốc hàn chung quanh tạo thành bể xỉ. Dòng điện đốt nóng bể xỉ ở nhiệt độ cao, khiến bề mặt các cây thép tiếp tục bị nung chảy đủ để liên kết tạo thành mối hàn. Đồ gá hàn sẽ thực hiện chu trình ép hai đầu cây thép đã nóng chảy tạo thành mối hàn có tiết diện ngang lớn hơn tiết diện của cây thép. Cho nên chất lượng mối hàn cao, không rỗ, không ngậm xỉ và không cần kim loại bù, tạo mối hàn bóng, thẩm mỹ, mặt khác cơ tính tại mối hàn tăng, làm cho khả năng liên kết với bê tông tốt hơn. 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 xảy 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, bề mặt 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.

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. Sau đó tháo phễu thuốc, gõ xỉ và kiểm tra mối hàn.
Theo thạc sỹ Hoàng Đức Long, thì so với các phương pháp truyền thống đang thực hiện, công nghệ hàn nối đối đầu bằng hàn điện xỉ áp lực có các ưu điểm. Trước hết trang thiết bị hàn gọn nhẹ, dễ sử dụng , có thể thao tác thuận lợi tại các vị trí khác nhau: thẳng đứng, nằm xiên, trong không gian chật hẹp hoặc những trụ thép có nhiều cây cốt thép. Phương pháp hàn điện xỉ áp lực có thể hàn nối các loại cốt thép có tiết diện ngang khác nhau: tròn, vuông, ô van, tam giác, chữ nhật hoặc nối các cốt thép có kích thước khác nhau. Lực ép hai đầu cốt thép không cần quá lớn so với hàn đối đầu tiếp xúc, do vậy đồ gá hàn gọn nhẹ và giá thành thấp.... Đề tài đã được kiểm chứng qua thực tế tại các công trình như khu chung cư và văn phòng (25 tầng) ở đường Quang Trung, Quận Hà Đông (Hà Nội ), do Công ty TNHH xây dựng và thương mại Bình Vượng làm chủ đầu tư. Kho bạc Nhà nước Cần Thơ do Công ty Xây lắp và vật tư xây dựng số 8 thi công. Đồng thời, tác giả và nhóm cộng sự cũng đã cung cấp thiết bị và công nghệ hàn điện xỉ áp lực cho một đơn vị thuộc Tổng Công ty Xây dựng Thuỷ lợi 4 ở miền Trung...
Thẩm định, đánh giá của các chuyên gia khoa học vật liệu cho thấy đề tài của tác giả Hoàng Đức Long đã ứng dụng thành công một phương pháp hàn nối cốt thép hoàn toàn mới ở nước ta, để hàn nối thép cây phục vụ xây dựng các công trình lớn. Điều đáng nói là với công nghệ hàn điện xỉ thông thường, cần cung cấp kim loại bù dể hình thành mối hàn nhưng ở đây để hàn nối cốt thép người thợ sử dụng kim loại nóng chảy của cây thép hàn để tạo mối hàn thông qua lực ép mà không cần kim loại bù. Mặt khác quá trình vận hành, thao tác đơn giản, thuận tiện; thời gian thực hiện một mối hàn ngắn nên năng suất cao, lại tiết kiệm thép, que hàn và dây buộc, dĩ nhiên giá thành hạ so với các kiểu nối cốt thép truyền thống. Mà theo tính toán thì đơn giá mối hàn điện xỉ áp lực thấp hơn nhiều so với mối nối buộc chồng (từ 11-76%), và nối bằng ren (từ 31-60%) tuỳ theo đường kính cây thép.
Với các ưu thế về tính mới, sáng tạo, hiệu quả kinh tế và phạm vi ứng dụng rộng rãi, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ và thiết kế chế tạo thiết bị hàn điện xỉ hàn đối đầu cốt thép trong bê tông nhà cao tầng” của Thạc sĩ Long đã được Hội đồng Giám khảo giải thưởng VIFOTEC năm 2010 tặng giải Nhì cuộc thi.
Một số hình ảnh khác về hàn cốt thép