Mối Hàn Bị Nứt & Cách Xử Lý Cho Các Chủ Xưởng Cơ Khí

Mối hàn bị nứt (Welding Cracks) là dạng khuyết tật mối hàn nguy hiểm trong kỹ thuật gia công kết cấu kim loại. Không giống như các lỗi bề mặt thông thường, vết nứt có xu hướng lan rộng tự phát, biến những chi tiết máy hay dầm thép to lớn thành những kết cấu giòn, dễ gãy đột ngột mà không hề báo trước.

Đối với các chủ xưởng, mối hàn bị nứt không chỉ gây thiệt hại nặng nề về chi phí vật tư, nhân công sửa chữa mà còn làm sụt giảm nghiêm trọng uy tín thương hiệu. Bài viết này, các kỹ sư hàn tại VNTECH sẽ giúp chủ xưởng bắt đúng bệnh và xử lý lỗi nứt mối hàn một cách triệt để.

Nội dung bài viết

1 Mối hàn bị nứt là gì?
2 Các hình dáng của mối hàn bị nứt
3 Phân loại vết nứt của mối hàn
- 3.1 Nứt nóng (Hot Cracks)
- 3.2 Nứt nguội (Cold Cracks)
4 Các nguyên nhân khiến mối hàn bị nứt
5 Cách xử lý mối hàn bị nứt triệt để nhất
6 Biện pháp xử lý triệt để mối hàn bị nứt

Mối hàn bị nứt là gì?

Mối hàn bị nứt (Welding Cracks) là do ứng suất nội (nội ứng suất co ngót) vượt quá giới hạn bền kéo của vật liệu trong quá trình đông đặc hoặc sau khi nguội. Dưới tác động của tải trọng vận hành, vết nứt sẽ tự động lan rộng, dẫn đến phá hủy kết cấu một cách đột ngột và hoàn toàn.

Khi hồ quang nung chảy kim loại, sự co ngót không đồng đều sẽ kéo vặn các tấm phôi mỏng gây ra hiện tượng cong vênh. Nếu kết cấu quá dày không thể biến dạng để giải phóng lực co rút này, nội ứng suất tích tụ vượt ngưỡng chịu lực sẽ tự xé rách liên kết, dẫn đến các vết nứt nóng hoặc nứt nguội.

Các hình dáng của mối hàn bị nứt

Các hình dáng của mối hàn bị nứt thường gặp:

Nứt dọc (Longitudinal Crack):
- Vết nứt chạy song song với trục mối hàn.
- Thường nằm ngay chính giữa tâm luống hàn.
- Hoặc ở đường biên giữa mối hàn và kim loại nền.
Nứt ngang (Transverse Crack):
- Vết nứt chạy vuông góc với trục mối hàn.
- Xảy ra khi ứng suất co ngót dọc theo chiều dài đường hàn quá lớn.
Nứt hố lõm (Crater Crack):
- Vết nứt hình sao nằm ngay điểm dừng chân ngắt hồ quang – nơi kim loại bị thiếu hụt và co rút mạnh nhất.
Nứt dưới luống (Underbead Crack):
- Vết nứt nguội nằm khuất hoàn toàn ở vùng HAZ phía dưới kim loại điền đầy.
- Chỉ có thể phát hiện bằng phương pháp siêu âm (UT) hoặc chụp X-quang (RT).

Phân loại vết nứt của mối hàn

Dựa vào nhiệt độ và thời điểm hình thành, các kỹ sư VNTECH chia vết nứt làm 2 loại chính:

Nứt nóng (Hot Cracks)

Thời điểm xuất hiện:
- Xảy ra ở nhiệt độ cao (trên 1200 độ C).
- Ngay trong quá trình kim loại vũng hàn kết tinh từ thể lỏng sang thể rắn
Vị trí & Hình dáng:
- Vết nứt nóng thường xuất hiện ở chính giữa tâm dọc theo đường hàn.
- Hoặc xuất hiện dạng hình sao ở phần hố lõm cuối đường hàn (nứt hố lõm – crater crack).
Nguyên nhân:
- Do trong phôi hoặc vật liệu bù có chứa các tạp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp.
- Khi các tinh thể thép đông đặc trước, các tạp chất này vẫn ở thể lỏng và bị đẩy ra ngoài biên giới hạt.
- Dưới lực kéo co ngót khi nguội, màng lỏng tạp chất này bị xé rách tạo thành vết nứt.

Nứt nguội (Cold Cracks)

Thời điểm xuất hiện:
- Xuất hiện sau khi mối hàn đã nguội hoàn toàn (nhiệt độ dưới 200 độ C).
- Có xu hướng nứt chậm – tức là vài giờ, thậm chí 2 – 3 ngày sau khi hàn xong.
Vị trí & Hình dáng:
- Dọc theo đường biên tiếp xúc giữa kim loại hàn và kim loại nền.
- Hoặc nứt ở chân mối hàn.
Nguyên nhân:
- Thường xuất hiện ở vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của các loại thép có hàm lượng cacbon hoặc hợp kim cao.
- Khi làm nguội nhanh, tổ chức kim loại bị tôi cứng tạo thành pha Martensite rất giòn.
- Kết hợp với việc mối hàn bị nhiễm khí Hydro tích tụ lại tạo áp suất nội lớn, xé rách các liên kết giòn này.

Các nguyên nhân khiến mối hàn bị nứt

Dưới đây là các nguyên nhân khiến mối hàn bị nứt được VNTECH chia làm 3 nhóm chính sau:

Nguyên nhân gây nứt nóng

Sự thiên tích tạp chất (Hóa học vật liệu):

Trong phôi thép có chứa hàm lượng tạp chất Lưu huỳnh (S) và Photpho (P) cao vượt mức quy định.
Khi nguội, các nguyên tố này kết hợp với sắt tạo thành các hợp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp tạo thành một màng lỏng dẻo.
Lực co ngót khi nguội sẽ dễ dàng xé rách màng lỏng này, gây ra hiện tượng nứt tâm dọc luống hàn.

Nhiệt lượng nạp quá lớn:

Chỉnh dòng điện quá cao hoặc di súng hàn quá chậm làm vũng hàn bị quá nhiệt.
Điều này khiến cho các hạt tinh thể bị phình to, làm suy giảm nghiêm trọng khả năng chống nứt của liên kết.

Hình dáng tiết diện mối hàn sai tiêu chuẩn:

Tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu của luống hàn không hợp lý.
Khi kết tinh, các biên giới hạt đẩy tạp chất vào trung tâm tạo nên vùng yếu sinh học, gây nứt dọc.

Nguyên nhân gây nứt nguội

Sự tích tụ khí Hydro (Giòn Hydro):

Bề mặt phôi dính dầu mỡ, rỉ sét, nước bám hoặc do que hàn bị ẩm.
Dưới nhiệt độ hồ quang, chúng phân hủy giải phóng khí Hydro hòa tan vào vũng lỏng.
Khi nguội, các nguyên tử Hydro bị bẫy lại, khuếch tán vào các khoảng trống tinh thể ở vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
Tạo ra áp suất nội cực lớn xé rách mạng tinh thể.

Tổ chức kim loại bị tôi cứng (Pha Martensite):

Hàn các loại thép có hàm lượng Cacbon cao (C > 0.35%) hoặc thép hợp kim mà không gia nhiệt trước (Preheating).
Kim loại nóng chảy bị truyền nhiệt vào tấm phôi lạnh quá nhanh sẽ bị tôi cứng.
Sinh ra cấu trúc Martensite giòn như kính, rất dễ nứt dưới ứng suất.

Ứng suất dư do kẹp chặt quá mức:

Đồ gá công nghiệp cố định phôi quá cứng nhắc, kẹp gông không cho phép kết cấu có một độ co giãn tự nhiên khi nguội.
Nội ứng suất co ngót tích tụ ngày càng lớn.
Khi vượt quá giới hạn bền kéo của vật liệu sẽ tự xé rách vùng chân hoặc biên mối hàn.

Nguyên nhân do kỹ thuật của thợ

Ngắt hồ quang đột ngột (Nứt hố lõm):

Thợ kết thúc đường hàn dứt khoát quá nhanh.
Không nhấp nhả cò súng/que hàn để bù thịt vào điểm cuối.
Điều này để lại một hố lõm sâu tạo ra vết nứt hình sao ở điểm cuối.

Chọn sai vật liệu hàn:

Sử dụng que hàn, dây hàn hoặc khí bảo vệ không tương thích với mác vật liệu nền.
Ví dụ: dùng dây hàn sắt thường để hàn inox, hoặc dùng khí 100% CO2 để hàn inox làm mối hàn bị thấm cacbon, gây đen và giòn nứt.

Chuỗi thứ tự hàn không hợp lý:

Hàn liên tục một mạch dài trên kết cấu khung dầm mà không hàn cách đoạn hay hàn đối xứng.
Làm nhiệt lượng tập trung cục bộ dồn về một phía, gây vặn xoắn và nứt xé mối nối.

Cách xử lý mối hàn bị nứt triệt để nhất

Để xử lý triệt để mối hàn bị nứt, phương án duy nhất chính là loại bỏ hoàn toàn vệt nứt và tiến hành hàn bù. Dưới đây là quy trình sửa chữa mối hàn bị nứt chuẩn kỹ thuật:

Bước 1: Khống chế chặn 2 đầu vết nứt

Cách làm:
- Dùng máy khoan đục 2 lỗ nhỏ (đường kính 3mm – 4mm) xuyên qua phôi.
- Đục tại vị trí cách 2 đầu tận cùng của vết nứt khoảng 5mm.
Tác dụng:
- Bước này giúp triệt tiêu ứng suất tập trung tại mũi vết nứt.
- Ngăn không cho vết nứt lan dài ra trong quá trình sửa chữa.

Bước 2: Khoét bỏ hoàn toàn vết nứt

Cách làm:
- Dùng máy mài góc (với phôi mỏng) hoặc mỏ thổi than (với phôi dày) để khoét dọc theo vệt nứt.
Yêu cầu:
- Phải khoét sâu và rộng cho đến khi loại bỏ sạch 100% phần kim loại hàn nhiễm lỗi.
- Lộ ra phần thịt phôi hoàn toàn sạch sẽ, không còn vệt nứt chân chim nào.
- Định hình lại rãnh khoét thành dạng chữ V hoặc chữ U mở góc 60 độ.

Bước 3: Gia nhiệt sơ bộ vùng sửa chữa

Cách làm:
- Dùng mỏ khò gas sấy nóng đều vùng xung quanh rãnh mài.
- Bán kính khoảng 50 – 100mm đạt nhiệt độ từ 150 – 250 độ C trước khi hàn lại.
Tác dụng:
- Làm chậm tốc độ làm nguội của mối hàn sửa chữa.
- Đuổi sạch hơi ẩm bám (khí Hydro) để triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ tái nứt nguội.

Bước 4: Hàn bù bằng vật liệu chất lượng cao

Cách làm: Tiến hành hàn điền đầy lại rãnh chữ V vừa chuẩn bị.
Lưu ý:
- Sử dụng vật liệu hàn có hàm lượng Hydro thấp (que hàn chịu lực E7018 đã qua sấy nóng, hoặc cuộn dây hàn đặc chủng tương thích chính xác với mác thép nền).
Thao tác:
- Khi đi đến điểm cuối đường hàn, thợ phải giữ súng hàn lại 1 – 2 giây.
- Nhấp nhả cò để lấp đầy hố lõm, tránh để lại vết nứt hình sao ở điểm kết thúc.

>>> Xem thêm: Cách xử lý mối hàn không ngấu chuẩn quốc tế

>>> Xem thêm: Cách xử lý mối hàn ngậm xỉ của chuyên gia

Biện pháp xử lý triệt để mối hàn bị nứt

Nếu không muốn mối hàn bị nứt xuất hiện ở các loạt sản phẩm tiếp theo, xưởng của bạn cần áp dụng đồng thời các giải pháp quản lý công nghệ sau:

Quản lý độ ẩm vật liệu hàn:
- Trang bị tủ sấy que hàn chịu lực tại xưởng (250 – 350 độ C trong 1 giờ trước khi dùng).
- Bảo quản cuộn dây hàn MIG ở nơi khô ráo.
- Mài sạch rỉ sét, dầu mỡ trên phôi trước khi hàn để tránh nhiễm khí Hydro gây giòn vật liệu.
Thay đổi chuỗi thứ tự hàn:
- Với các cấu kiện khung dầm dài, không hàn một mạch liên tục từ đầu đến cuối.
- Áp dụng kỹ thuật hàn giật lùi, hàn cách đoạn hoặc hàn đối xứng từ tâm ra để phân tán đồng đều ứng suất co ngót cơ học.
Giảm độ cứng của đồ gá cố định:
- Thiết kế đồ gá kẹp phôi có một độ co giãn cơ học nhỏ.
- Cho phép kim loại co ngót tự nhiên khi nguội thay vì gông cứng chặt một chỗ làm xé rách mối nối.
Nâng cấp thiết bị công nghệ:
- Nếu xưởng thường xuyên phải hàn các vật liệu nhạy cảm nhiệt (Inox, Nhôm, Thép hợp kim), hãy cân nhắc chuyển sang Robot hàn 6 trục.
- Kiểm soát cực tốt năng lượng nạp.
- Thu hẹp vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
- Tự động lấp hố lõm điểm cuối.
- Loại bỏ hoàn toàn các vết nứt do yếu tố chủ quan của thợ.

VNTECH tự hào là đơn vị tiên phong cung cấp giải pháp máy hàn công nghiệp thông minh và robot hàn tự động hóa hàng đầu. Đội ngũ kỹ sư ứng dụng của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ khảo sát xưởng, tư vấn cấu hình dòng máy chống nứt phù hợp với từng mác vật liệu cụ thể của bạn.

Hãy liên hệ ngay với VNTECH hôm nay để được tư vấn và demo máy trực tiếp tại nhà xưởng!

VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.