Bật mí các công thức tính mối hàn​ ít người biết

Trong lĩnh vực cơ khí và xây dựng, mối hàn không chỉ là liên kết vật liệu mà còn đóng vai trò quyết định đến độ bền và an toàn của toàn bộ công trình. Để đảm bảo chất lượng và tính ổn định của mối hàn, việc tính toán các thông số kỹ thuật chính xác là vô cùng quan trọng. Vậy làm thế nào để xác định kích thước, độ chịu lực hay lượng vật liệu cần sử dụng cho một mối hàn? Đó chính là lúc chúng ta cần đến công thức tính mối hàn. Cùng Nam Vượng khám phá ngay công thức tính mối hàn hiệu quả nhất trong bài viết này.

Tại sao cần công thức tính mối hàn?

Trong lĩnh vực hàn kim loại, việc mở rộng đường hàn quá mức hoặc tăng kích thước mối hàn sẽ dẫn đến nhiều hậu quả không mong muốn. Mối hàn bị nung nóng quá mức, hạt kim loại trở nên thô hơn, từ đó ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất cơ học và độ bền tổng thể. Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt gia tăng sẽ có nguy cơ xuất hiện ứng suất và biến dạng trong cấu trúc. Hơn nữa, việc này không chỉ lãng phí vật liệu mà còn khiến chi phí gia công tăng cao.

Ngược lại, nếu đường hàn quá hẹp hoặc kích thước mối hàn fillet quá nhỏ, vật liệu cơ bản và mối hàn có thể không gắn kết tốt, dẫn đến sự tập trung ứng suất nguy hiểm. Điều này cũng dễ gây ra các khuyết tật hàn như nứt gãy hoặc mép viền không hoàn thiện, làm suy giảm đáng kể độ bền của mối nối.

Vì vậy, việc lựa chọn kích thước mối hàn phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và tính ổn định của sản phẩm. Công thức tính mối hàn thực nghiệm được sử dụng trong hàn thủ công và hàn hồ quang chìm mang lại nền tảng lý thuyết vững chắc, giúp tối ưu hóa kích thước đường hàn với tính khả thi cao trong thực tiễn.

Các công thức tính mối hàn 

Công thức tính mối hàn cho kích thước đường hàn đối đầu

Theo các tiêu chuẩn về độ dày của tấm và phương pháp hàn khác nhau, các mối hàn đối đầu có thể được phân loại thành mối hàn hình chữ I (không có rãnh đối đầu), mối hàn đối đầu rãnh hình chữ V và mối hàn đối đầu rãnh hình chữ U.

(1) Công thức tính mối hàn chữ I chiều rộng theo kinh nghiệm

Trong thực tế sản xuất, đối với tấm có độ dày nhỏ hơn 6 mm, không cần góc xiên, tạo thành mối hàn hình chữ I,

Chiều rộng mối hàn: C = δ + 2 (1)

Trong công thức, δ là độ dày của phôi, tính bằng mm.

(2) Công thức thực nghiệm để tính chiều rộng mối hàn giáp mép hình chữ V có mép cùn

Như minh họa trong hình, mối hàn rãnh hình chữ V có cạnh cùn, với góc rãnh là , khe hở là b, và cạnh cùn là P. Theo phương pháp giải tam giác, chúng ta có:

Chiều rộng mối hàn:

C = AB + CD + b + 2e

= 2(δ – P)tan( /2) + b + 2e

≈ δ + 3 ⑵

Trong công thức, e là chiều rộng phủ đường hàn trên cả hai mặt của rãnh, thường lấy e=1.5~2mm.

Giả sử P=2, b=2, =60 độ, e=1.5.

(3) Công thức tính toán thực nghiệm cho chiều rộng mối hàn giáp mép của rãnh chữ U có cạnh cùn

Rãnh hình chữ U có cạnh cùn được thể hiện trong hình, với cạnh cùn là P, khe hở là b, góc rãnh là , và bán kính gốc là R. Theo phương pháp giải tam giác, chúng ta có:

Chiều rộng mối hàn:

C = 2(δ – PR)tan + 2R + b + 2e

≈ 0.35δ + 12.5 ⑶

Giả sử P=2, b=2, e=1.5, R=5, =10 độ.

Công thức thực nghiệm cho kích thước mối hàn góc

Trong các mối hàn góc, các bề mặt chung của hai mối hàn tạo thành một góc vuông hoặc gần vuông. Theo đó, kích thước của mối hàn góc chủ yếu liên quan đến kích thước của chính mối hàn đó.

Kích thước chân mối hàn chữ T:

K = δ + 2 (⑷)

Trong công thức tính mối hàn này, δ là độ dày của lớp mỏng hơn trong hai lớp mối hàn.

Công thức tính kích thước mối hàn tổ hợp theo kinh nghiệm

Mối hàn kết hợp là một mối hàn liên kết bao gồm nhiều loại mối hàn khác nhau trong cùng một kết cấu.

Như minh họa trong hình, đây là mối hàn kết hợp của mối nối chữ T, được hình thành bởi mối hàn giáp mép hình chữ V với cạnh cùn và mối hàn góc.

Góc rãnh là 1, cạnh cùn là P và khe hở là b. Theo phương pháp giải tam giác:

Kích thước chân hàn: K = (δ2 – P) tan 1 cộng b cộng e ≈ 1.2δ2 cộng 1.5 (5)

Lấy P = 2, b = 2, e = 2, và 1 = 50 độ.

Công thức tính kích thước đường hàn thực nghiệm cho hàn tự động hồ quang chìm:

Kích thước đường hàn tự động hồ quang chìm C = δ cộng 10

Trong đó δ là độ dày tấm, tính bằng mm.

Công thức này đã được kiểm tra dựa trên công thức tính chiều rộng nóng chảy của mối hàn trong “Phương pháp và thiết bị hàn”, và kết quả về cơ bản là tương đương.

1. Công thức tính toán kích thước mối hàn theo kinh nghiệm trong bài viết này đã được xác nhận là chính xác sau nhiều năm áp dụng thực tiễn và hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu sản xuất thực tế;
2. Phương pháp xác định kích thước mối hàn cho các mối hàn rãnh hình chữ V cạnh cùn và hình chữ U cạnh cùn: Đối với các dạng rãnh tương tự (như hình chữ V một mặt, hình chữ V hai mặt,…), có thể được tính toán và xác định theo các phương pháp tương tự;
3. Giá trị kích thước mối hàn tính theo phương pháp trên chỉ là giá trị tham khảo. Trong ứng dụng thực tế, có thể điều chỉnh một chút dựa trên các tham số tùy thuộc vào tình huống cụ thể và nói chung, dung sai là khoảng ± 1mm;

Lưu ý khi áp dụng công thức tính mối hàn​

Khi áp dụng công thức tính mối hàn, cần lưu ý một số yếu tố quan trọng để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình hàn:

• Hiểu rõ tính chất vật liệu: Mỗi loại kim loại có đặc điểm cơ học và nhiệt học khác nhau. Việc nắm bắt tính chất của vật liệu cơ bản và vật liệu hàn sẽ giúp chọn đúng công thức và các thông số phù hợp.
• Xác định tải trọng và điều kiện làm việc: Cần xem xét tải trọng mà mối hàn phải chịu, bao gồm lực kéo, nén, cắt hoặc xoắn, cũng như điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, hay ăn mòn.
• Kiểm tra kích thước và thiết kế mối hàn: Đảm bảo kích thước đường hàn và góc hàn phù hợp với bản vẽ thiết kế, tránh quá lớn hoặc quá nhỏ, gây ảnh hưởng đến chất lượng và độ bền.
• Tính toán cẩn thận vùng chịu ảnh hưởng nhiệt: Vùng này cần được kiểm soát để tránh ứng suất dư hoặc biến dạng làm suy giảm chất lượng kết cấu.
• Sử dụng công thức phù hợp cho phương pháp hàn: Các công thức có thể khác nhau tùy theo kỹ thuật hàn như hàn hồ quang chìm, hàn MIG/MAG, hoặc hàn TIG. Cần đảm bảo chọn công thức đúng với phương pháp đang sử dụng.
• Tính đến độ an toàn và dư thừa: Trong thiết kế và tính toán mối hàn, cần có yếu tố dự phòng để đảm bảo an toàn khi có sai lệch nhỏ trong quá trình thi công.
• Kiểm tra và thử nghiệm thực tế: Sau khi tính toán, việc kiểm tra mẫu mối hàn thông qua các phương pháp kiểm tra không phá hủy hoặc thử nghiệm tải trọng là rất cần thiết để xác nhận tính chính xác của kết quả tính toán.

Trên đây là các công thức tính mối hàn chính xác mà bạn có thể tham khảo. Việc nắm rõ công thức tính mối hàn sẽ giúp bạn thực hiện công việc một cách hiệu quả nhất.