Chương I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN VỎ TÀU Vận tải thủy hiện nay chiếm một lượng lớn, khoảng trên 50% tổng số hàng hóa được vận chuyển. Đặc thù của vận tải thủy là có thể trở một lượng lớn, giá thành rẻ. Ngành đóng tàu Việt Nam không những đóng được những con tàu theo TCVN mà còn đóng được những con tàu theo tiêu chuẩn quốc tế đảm bảo chất lượng.
Các giáo trình, tài liệu nghiên cứu về đóng tàu có nhiều, đề tài luận văn nghiên cứu ứng dụng về đóng tàu cũng nhiều song chủ yếu là các công nghệ hàn truyền thống. Hàn điện khí là công nghệ hàn mới ở Việt Nam, các tài liệu rất ít, chủ yếu là bằng tiếng nước ngoài. Các đề tài nghiên cứu ứng dụng chưa đáp ứng được thực tế. Vì vậy em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hàn điện khí phục vụ ngành đóng tàu biển ở Việt Nam”.
Qua đề tài em đã thiết lập được chế độ hàn tối ưu khi hàn điện khí các chi tiết có chiều dày lớn dùng trong đóng tàu và dầu khí. Tình hình đóng tàu trên thế giới. Theo số liệu thống kê hàng hóa vận chuyển bằng đường thủy tăng 4- 5% trọng tải đội tàu toàn thế giới trong một năm. Lượng tàu đóng mới hàng năm không ngừng tăng, trong đó các nước có nền công nghiệp đóng tàu phát triển mạnh như Đức, Nhật Bản, Hàn Quốc…Một số năm gần đây các nước có công nghệ đóng tàu phát triển muốn chuyển đầu tư vào các nước có nhân công rẻ, công nghiệp phụ trợ phát triển như: Trung Quốc, Thái Lan, Inđônêxia …Và trong đó có cả Việt Nam.
Tình hình đóng tàu ở Việt Nam Với đội ngũ công nhân cần cù, sáng tạo, thời gian giao hàng cho các chủ hàng ngắn đây là một lợi thế cạnh tranh của ngành đóng tàu thủy nước ta trong các hợp đồng đóng mới tầu trong nước cũng như quốc tế. Đồng thời Việt Nam có nhu cầu đóng mới và sửa chữa tàu hàng năm khá lớn với tốc độ gia tăng tỷ lệ với nhu cầu vận chuyển hàng hóa, hành khách, thi công công trình biển, phục vụ khai thác dầu khí, du lịch, tuần tra…Hiện nay Việt Nam đã có nhiều nhà máy đóng tàu lớn được đầu tư công nghệ hiện đại cùng với đội ngũ kỹ sư và công nhân có trình độ Học viên: Đặng Anh Thảo 8 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học cao và đào tạo chính quy. Mặt khác ngành công nghiệp phụ trợ cũng phát triển rất mạnh như các nhà máy cán thép tấm, chế tạo động cơ…Để làm chủ công nghệ thiết kế, chế tạo phải dựa vào nguồn nhân lực hiện có, đào tạo và bồi dưỡng nguồn nhân lực kế cận có trình độ cao, tiếp thu nhanh các công nghệ đóng tàu tiên tiến của đối tác và các nước có trình độ cao. Như vậy triển vọng của ngành đóng tầu Việt Nam trong tương lai là rất lớn.
Tóm tắt lịch sử phát triển công nghệ hàn tàu thủy. Tàu thủy được phát triển từ rất sớm trên trái đất dùng vào các việc chuyên chở người và hàng hóa. Tuy nhiên do sử dụng chủ yếu là vỏ gỗ cho nên tính năng hoạt động, trọng tải, độ kín, độ bền và kết cấu có nhiều hạn chế, rất khó khăn khi vận tải trên biển nơi có môi trường làm việc và hoạt động khắc nghiệt. Chính nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của ngành hàn đã tạo nên bước đột phá cho ngành đóng tàu thủy vỏ kim loại vì vậy có thể nói lịch sử phát triển của ngành công nghiệp đóng tàu gắn liền với sự phát triển của công nghệ hàn.
Năm 1801, Humphrey Davy sáng chế ra hồ quang điện. Năm 1887 nhà khoa học người Nga Nikolai Bernados đã sử dụng hồ quang điện cực các bon để hàn kim loại, mặc dù ứng dụng còn hạn chế do dùng dòng điện và điện áp cao (U h từ 100-300V, I h từ 600-1000A) nhưng đã mở ra thời kỳ phát triển mới cho ngành đóng tàu thủy chuyển từ đóng tàu bằng các phương pháp truyền thống như đinh tán, ghép gỗ sang hàn tàu thủy vỏ thép. Năm 1889 Slavianov (người Nga) cùng với Charles Copffin (người Mỹ) cùng sáng chế ra phương pháp hàn hồ quang tay bằng điện cực kim loại thay vì dùng điện cực các bon đã giúp cho ngành đóng tàu thủy tăng năng suất lên nhanh chóng. Năm 1907 Oscar Kjellberg (người Thụy Điển) đã thành công hàn hồ quang tay sử dụng que hàn có vỏ bọc thuốc giúp quá trình hàn ổn định và dễ hàn hơn, điều này đã làm cho chất lượng và số lượng các mối hàn trong đóng tàu thủy nâng lên rõ rệt.
Thời kỳ phát triển cao điểm của ngành hàn sử dụng trong đóng tàu từ khoảng 1930 – 1960 với những công trình nổi tiếng của viện sĩ người Nga E. Paton về hàn tự động và bán tự động dưới lớp thuốc, hàn điện xỉ giải quyết được phương pháp cơ Học viên: Đặng Anh Thảo 9 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học khí hóa và tự động hóa quá trình hàn, nhờ đó ngành đóng tàu thủy có thể đóng được các con tàu có trọng tải lên đến hơn 100.000 tấn giảm sức lao động đồng thời đưa năng suất lao động, chất lượng mối hàn lên rất cao. Đồng thời cũng trong thời gian này, người ta cũng tìm ra các phương pháp hàn khác như: hàn trong môi trường khí bảo vệ (Ar, CO 2 , Ar + O 2 ) dùng cho hàn tấm mỏng ma nhê và thép không gỉ, hàn nhôm, hàn bằng điện cực lõi thuốc cũng được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy đóng tàu với những ưu điểm về chất lượng mối hàn và đặc biệt là khả năng linh hoạt ở nhiều vị trí hàn khác nha u, nhiều vật liệu khác nhau, các kết cấu cực kỳ phức tạp, nhiều điều kiện làm việc khác nhau. Từ đó đến nay, các nhà khoa học và các viện nghiên cứu về hàn vẫn không ngừng phát minh, cải tiến các phương pháp hàn nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả của mối hàn, nâng cao khả năng cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn đồng thời giảm thiểu các yếu tố có hại , rủi ro trong ngành đóng tàu.
Theo thống kê , hiện nay có khoảng 130 phương pháp hàn khác nhau trong đó các phương pháp hàn được sử dụng phổ biến nhất trong đóng tàu thủy như: hàn hồ quang tay (SMAW), hàn hồ quang dây lõi thuốc (FCAW), hàn dưới lớp thuốc (SAW), hàn trong môi trường khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy (MIG/MAG), hàn điện khí (EGW), hàn TIG. Thậm chí một số phương pháp hàn mới đó là: hàn laser, hàn ma sát, hàn bằng tia điện tử cũng được đưa vào đối với một số chi tiết đặc biệt của tàu chuyên dùng: tầu khách, tầu dầu, tầu chở contener, tàu chở hóa chất, tàu quân sự…Các cường quốc về đóng tàu thủy trên thế giới phải kể đến đó là: Mỹ, Anh, Pháp, NaUy, Phần Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc có thể đóng những con tàu có trọng tải hàng vài trăm ngàn tấn với công nghệ đóng tàu rất hiện đại. Học viên: Đặng Anh Thảo 10 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 1. Tàu chở dầu có sức chở trên 540.
Tầm quan trọng của công nghệ hàn trong nghành đóng tàu. Trong quá trình phát triển của ngành đóng tàu, với thời gian dài được kiểm chứng qua thực tế công nghệ hàn đã giải quyết rất nhiều khó khăn của việc ghép nối các chi tiết, cụm chi tiết, phân đoạn và tổng đoạn khi chế tạo tàu thủy được nhanh chóng, chính xác, an toàn, hiệu quả hơn so với các phương pháp khác. Theo thống kê sơ bộ với một con tàu có trọng tải 34.000 tấn chỉ tính chiều dài mối hàn có thể lên tới xấp xỉ 37.000 mét, trọng tải của tàu càng lớn thì số lượng các mối hàn càng tăng. Hiện nay, có thể khẳng định công nghệ hàn đang được sử dụng rộng rãi trong tất cả các nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu thủy trên toàn thế giới.
hàn là một phương pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại với những ưu điểm vượt trội như sau: - Tính chịu tải trọng: mối hàn trong đóng tàu có độ kín, độ bền cao, khả năng chịu được tải trọng tĩnh và ứng suất lớn đặc biệt với các vật liệu kim loại như: thép, nhôm, đồng, thép không gỉ,…. - Tính công nghệ: không chỉ với những kim loại có tính chất giống nhau, các kim loại có tính chất khác nhau cũng có thể nối được bằng hàn. không hạn chế về chiều dày vật liệu, vị trí làm việc, giảm được tiếng ồn trong sản xuất, dễ cơ khí hóa và tự động hóa quá trình hàn trong sản xuất. - Tính kinh tế: so với các phương pháp ghép nối khác sử dụng trong đóng tàu như tán đinh ri vê, hàn tiết kiệm được từ 10 – 20% khối lượng kim loại do không bị mất mát khi đột lỗ, giảm 10 – 15% thời gian thi công, so với đúc, hàn còn tiết kiệm Học viên: Đặng Anh Thảo 11 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Luận văn thạc sỹ khoa học được tới 50% vật liệu do không cần hệ thống rót.
Công nghệ hàn sử dụng trong chế tạo tàu thủy cho năng suất lao động cao, thiết bị dễ chế tạo, dễ sử dụng, chi phí thấp, giảm thời gian và giá thành hạ. Xu thế phát triển của công nghệ hàn dùng trong đóng tàu thủy hiện nay và trong tương lai là rất lớn chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu hoàn thiện thiết kế kết cấu và xây dựng quy trình công nghệ thích hợp cho từng loại tàu thủy. Đẩy mạnh mức độ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất hàn thay thế dần các phương pháp hàn thủ công đồng thời nâng cao năng suất và chất lượng hàn, tăng cường khả năng làm việc của kết cấu, giảm giá thành sản phẩm. Tiêu chuẩn và quy phạm trong đóng tàu thủy.
Trong ngành đóng tàu thủy, các công việc nghiên cứu khoa học liên quan đến thiết kế, chế tạo, bảo dưỡng, duy tu tàu và trang thiết bị đồng thời đưa ra các qui phạm (gọi bằng tiếng Anh là Rules and Regulations) liên quan đến độ bền, an toàn tàu cùng trang thiết bị, giám sát và phân cấp tàu thủy thuộc về cơ quan Đăng kiểm tàu thủy. Hiện nay các nhà máy, công ty đóng tàu ở Việt Nam chủ yếu được đóng tàu theo Đăng kiểm Việt Nam (VR).