Đường hàn trong kết cấu thép — Phần 2: Quy trình hàn, kiểm tra nghiệm thu và mẹo thực hành

Trước khi bắt đầu

Phần 1 trả lời câu hỏi “ghi gì lên bản vẽ”. Phần 2 trả lời câu hỏi khó hơn: “làm sao biết mối hàn ngoài công trường đúng như bản vẽ” — từ hồ sơ quy trình, năng lực thợ hàn, cho tới kiểm tra và nghiệm thu.

1. Quy trình hàn — WPS, PQR và WPQ

Viết tắt	Tên đầy đủ	Vai trò
WPS	Welding Procedure Specification	“Công thức nấu ăn” — hướng dẫn chi tiết cách hàn
PQR	Procedure Qualification Record	“Bài kiểm tra” — chứng minh WPS hoạt động đúng
WPQ	Welder Performance Qualification	“Bằng lái” — chứng nhận thợ hàn đủ năng lực

Figure 6. The relationship between WPS, PQR and WPQ. — **Hình 6.** Quan hệ giữa WPS, PQR và WPQ.

Prequalified WPS — đường tắt hợp lệ

AWS D1.1 cho phép dùng Prequalified WPS mà không cần thử nghiệm PQR, nếu thỏa mãn TẤT CẢ năm điều kiện sau:

Quy trình hàn được phép: SMAW, GMAW (chỉ chế độ Spray Transfer), FCAW, SAW. GMAW-Short Circuit không được prequalify.
Vật liệu cơ bản thuộc nhóm prequalified (Group I–IV, Bảng 5.3).
Que hàn / dây hàn phù hợp theo Bảng 5.4.
Chi tiết mối nối đúng theo hình prequalified (Figures 5.1–5.4).
Thông số nằm trong giới hạn: nhiệt độ gia nhiệt trước, nhiệt độ giữa các lớp, dòng, áp và tốc độ hàn.

Phải qualification bằng PQR khi: mối nối không nằm trong danh sách prequalified; dùng quy trình ngoài bốn loại trên (EGW, ESW…); thông số vượt giới hạn; vật liệu không thuộc nhóm prequalified; hoặc kỹ sư thiết kế yêu cầu.

2. Kiểm tra và nghiệm thu đường hàn

Phương pháp	Viết tắt	Phát hiện	Khi nào dùng
Kiểm tra bằng mắt	VT	Khuyết tật bề mặt	Bắt buộc cho mọi mối hàn
Siêu âm	UT	Khuyết tật bên trong	CJP groove, tấm dày
Chụp phim	RT	Khuyết tật bên trong (hình ảnh)	CJP groove, thay thế UT
Bột từ	MT	Bề mặt và gần bề mặt	Vật liệu từ tính (thép carbon)
Thẩm thấu	PT	Khuyết tật bề mặt mở	Vật liệu không từ tính (inox)

Figure 7. NDT methods and the inspection sequence. — **Hình 7.** Các phương pháp NDT và trình tự kiểm tra.

Tiêu chí nghiệm thu bằng mắt (AWS D1.1, Clause 8)

Khuyết tật	Giới hạn cho phép
Nứt (crack)	Không chấp nhận — bất kỳ kích thước nào
Chảy tràn (overlap)	Không chấp nhận
Rỗ xốp bề mặt	CJP chịu kéo ngang: không cho phép rỗ xốp ống
Lẹm chân (undercut)	t < 25 mm: ≤ 1 mm · t ≥ 25 mm: ≤ 2 mm
Thiếu kích thước / thiếu chiều dài	Không chấp nhận

Với siêu âm (UT), AWS D1.1 phân loại chỉ thị theo Class A–D dựa trên biên độ tín hiệu và chiều dài chỉ thị: Class A là khuyết tật nghiêm trọng phải loại bỏ, Class D là chỉ thị nhỏ chấp nhận được — tra Bảng 8.2. Với chụp phim (RT), ưu điểm lớn là tạo được hồ sơ vĩnh viễn bằng phim hoặc ảnh số.

Figure 8. Six common weld defects and their acceptance criteria. — **Hình 8.** Sáu khuyết tật hàn thường gặp và tiêu chí nghiệm thu.

3. Mười lỗi phổ biến nhất và cách tránh

Lỗi trong thiết kế

Lỗi	Hậu quả	Cách tránh
Không ghi kích thước hàn	Thợ hàn tự quyết, mất kiểm soát chất lượng	Luôn ghi size và length trên ký hiệu
Nhầm Arrow Side / Other Side	Hàn sai phía	Review bản vẽ bằng checklist
Ghi CJP nhưng không chỉ định backing	Tranh cãi tại công trường, chậm tiến độ	Luôn ghi rõ có backing hay không
Bỏ qua giới hạn min/max size	Vi phạm tiêu chuẩn, phải làm lại	Tra Bảng J2.4 của AISC 360
Không phân biệt hàn xưởng / công trường	Đơn vị lắp dựng không biết trình tự	Dùng ký hiệu Field Weld (⚑)

Lỗi trong chế tạo và thi công

Lỗi	Hậu quả	Cách tránh
Không vệ sinh bề mặt	Rỗ xốp, thiếu ngấu	Quy trình làm sạch bắt buộc
Hàn theo “cảm giác”	Thông số không ổn định, tỷ lệ loại bỏ cao	Tuân thủ WPS, kiểm tra trước mỗi mối hàn
Gia nhiệt trước không đều	Nứt do hydro, vùng HAZ cứng giòn	Dùng thiết bị gia nhiệt có kiểm soát
Sai que hàn / dây hàn	Mối hàn yếu hơn thiết kế	Kiểm tra filler metal trước khi phát
Fit-up sai	Khe hở gốc quá lớn hoặc quá nhỏ → thiếu ngấu hoặc biến dạng	Dùng dưỡng kiểm tra, tuân thủ dung sai

4. Mẹo thực hành cho kỹ sư thiết kế

Nguyên tắc KISS — Keep It Simple, Structural

Ưu tiên fillet weld bất cứ khi nào có thể — rẻ, dễ và nhanh.
Chỉ dùng CJP khi thực sự cần phát triển toàn bộ cường độ cấu kiện.
PJP là lựa chọn trung gian tốt cho liên kết chịu nén.
Tránh hàn thừa — tốn vật liệu, tăng biến dạng và ứng suất dư.

Tối ưu chi phí hàn

Chi phí hàn góc tỷ lệ với bình phương kích thước cạnh: tăng gấp đôi kích thước hàn là tăng gấp bốn lần lượng vật liệu. Khi cần thêm cường độ, hãy tăng chiều dài thay vì tăng kích thước.

Hàn 1 phía:  w = 12 mm  →  A = 0.5 × 12²     = 72 mm²
Hàn 2 phía:  w = 8 mm × 2 →  A = 2 × (0.5 × 8²) = 64 mm²
→ tiết kiệm ~11% vật liệu, cường độ tương đương hoặc tốt hơn

Lưu ý riêng cho kết cấu chịu động đất

AISC 341 khắt khe hơn AISC 360; CJP bắt buộc cho liên kết cánh dầm – cột trong khung moment.
Demand Critical Weld yêu cầu: filler metal đạt thử nghiệm độ dai va đập CVN, WPS phải qualified bằng PQR, và NDT 100%.
Protected Zone — vùng không được hàn bất kỳ chi tiết nào lên đó.

5. Hệ thống tiêu chuẩn liên quan

Tiêu chuẩn	Phạm vi	Kỹ sư cần biết
AISC 360	Thiết kế kết cấu thép	Chapter J — yêu cầu thiết kế liên kết hàn
AISC 341	Thiết kế chống động đất	Demand Critical Weld, Protected Zone
AWS D1.1	Quy trình hàn kết cấu thép	WPS/PQR, prequalified, kiểm tra, nghiệm thu
AWS A2.4	Ký hiệu hàn trên bản vẽ	Cách đọc và viết welding symbol
AWS D1.8	Hàn cho kết cấu chống động đất	Bổ sung cho D1.1 trong vùng động đất
ASTM A6	Thép hình	Dung sai, tính chất cơ lý
ASTM A36, A992, A572	Mác thép phổ biến	Cường độ và khả năng hàn

6. Checklist tổng hợp cho dự án

Giai đoạn thiết kế

Đã chọn loại hàn phù hợp cho từng liên kết?
Đã tính kích thước và chiều dài đường hàn?
Đã kiểm tra min/max size theo AISC 360 Bảng J2.4?
Ký hiệu hàn đầy đủ theo AWS A2.4?
Đã phân biệt rõ hàn xưởng và hàn công trường?
Đã xác định yêu cầu NDT (VT, UT, RT, MT, PT)?
Đã xác định Demand Critical Weld nếu có?

Giai đoạn chế tạo tại xưởng

WPS đã được chuẩn bị và phê duyệt?
Thợ hàn đã có WPQ phù hợp?
Vật liệu cơ bản và filler metal đúng chủng loại?
Fit-up đạt dung sai?
Nhiệt độ gia nhiệt trước và giữa các lớp đúng WPS?
Đã kiểm tra bằng mắt sau mỗi lớp hàn với CJP nhiều lớp?
Đã thực hiện NDT sau khi hoàn thành?

Giai đoạn lắp dựng tại công trường

Hàn công trường có WPS riêng?
Điều kiện môi trường cho phép hàn (gió, mưa, nhiệt độ)?
Thợ hàn công trường có WPQ cho vị trí hàn yêu cầu?
NDT theo đúng tỷ lệ quy định?
Hồ sơ nghiệm thu đầy đủ?

Kết

Đường hàn không chỉ là một đường kim loại nóng chảy trên bản vẽ. Nó là ngôn ngữ giao tiếp giữa kỹ sư thiết kế, nhà chế tạo, thợ hàn và thanh tra viên. Hiểu đúng — ghi đúng — kiểm tra đúng chính là kết cấu an toàn.

Điểm cốt lõi	Từ khoá
Fillet phổ biến nhất, throat = 0.707 × cạnh hàn	te = 0.707w
CJP phát triển toàn bộ cường độ, PJP chỉ một phần	CJP vs PJP
Dưới đường tham chiếu là Arrow Side, trên là Other Side	Arrow / Other
Kích thước tối thiểu tra theo tấm mỏng hơn	Table J2.4
Không có WPS thì không được hàn	No WPS = No Weld
Kiểm tra bằng mắt bắt buộc 100% mối hàn	VT = Gatekeeper
Nứt là loại bỏ ngay, mọi trường hợp	Zero Crack
Thép cường độ cao chờ 48 giờ mới kiểm tra	48h Rule
Chi phí hàn tỷ lệ bình phương kích thước cạnh	Cost ∝ w²
Demand Critical Weld phải có PQR riêng	No Prequalified for DCW

Bài viết thuộc series "Hướng dẫn thiết kế kết cấu Công trình Công nghiệp" — Roberto Structural. Nội dung mang tính hướng dẫn kỹ thuật; kỹ sư chịu trách nhiệm kiểm tra và hiệu chỉnh theo điều kiện cụ thể của từng dự án và yêu cầu của tiêu chuẩn áp dụng. Tiêu chuẩn thay đổi theo thời gian — luôn kiểm tra phiên bản mới nhất của AWS D1.1, AISC 360 và AWS A2.4 trước khi áp dụng.