Lắp dựng kết cấu Inox lớn: An toàn thi công & chống biến dạng

Kết cấu Inox (thép không gỉ) kích thước lớn đòi hỏi cách tiếp cận lắp dựng khác với thép carbon: hệ số giãn nở cao, dẫn nhiệt thấp, nguy cơ biến dạng do hàn lớn hơn, yêu cầu bề mặt sạch và an toàn hóa chất nghiêm ngặt. Bài viết này cung cấp hướng dẫn thực hành chuyên sâu về an toàn và chống biến dạng khi lắp dựng kết cấu Inox lớn, từ khâu chuẩn bị, nâng hạ, hàn–lắp ghép đến nghiệm thu. Chủ đề này là mảnh ghép trọng yếu trong Cẩm nang Kỹ thuật Liên kết Inox (hàn và lắp dựng), nhưng bài viết tập trung hoàn toàn vào lắp dựng an toàn và kiểm soát biến dạng.

Đặc thù của kết cấu Inox cần lưu ý ngay từ khâu thiết kế

– Hệ số giãn nở nhiệt của austenitic stainless (304/316) ≈ 16–17 µm/m·K, cao hơn thép carbon (~12 µm/m·K). Biến thiên nhiệt độ môi trường và nhiệt hàn gây sai lệch kích thước đáng kể nếu không dự phòng.
– Dẫn nhiệt thấp, mô-đun đàn hồi nhỏ hơn → biến dạng hàn (cong vênh, co rút) dễ xảy ra, đặc biệt ở tấm mỏng, kết cấu thành mỏng hoặc nhịp dài.
– Nhạy cảm nhiễm bẩn sắt: tiếp xúc dụng cụ thép carbon, vụn mạt sắt dễ gây rỉ nâu và ăn mòn điểm.
– Nguy cơ “galling” ở bulông Inox: ma sát cao gây kẹt ren nếu không bôi trơn và quản lý mô-men siết.
– An toàn hóa chất: xử lý tẩy gỉ–thụ động hóa dùng axit (nitric/citric); an toàn khí trơ (argon) trong không gian kín; khói hàn Cr(VI) cần kiểm soát.

Lập kế hoạch lắp dựng: hồ sơ, chuẩn mực và chuẩn bị hiện trường

Tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn áp dụng

– Bản vẽ lắp dựng, dung sai lắp và dung sai hình học rõ ràng (camber, độ phẳng, độ vặn).
– Quy trình hàn (WPS/PQR) và chứng chỉ thợ hàn theo AWS D1.6 (Stainless Steel) hoặc EN/ISO 15614, ISO 9606-1; hệ thống đảm bảo chất lượng hàn ISO 3834.
– Tiêu chuẩn thiết kế/lắp dựng: EN 1993-1-4 (Eurocode thép không gỉ), hướng dẫn Euro Inox/Nickel Institute, quy tắc nâng hạ và xích cáp theo ASME B30/OSHA khi phù hợp.

Tổ chức mặt bằng và nền móng

– Kiểm tra cao độ, vị trí bu lông neo, độ phẳng bệ, độ bám dính lớp vữa không co ngót (grout).
– Chuẩn bị tấm cách điện (isolation pads/washer) tại vị trí liên kết Inox–thép carbon/nhôm để hạn chế ăn mòn điện hóa.
– Thiết lập khu vực sạch cho Inox: dụng cụ, bàn gá, chổi thép… chuyên dụng; tuyệt đối không dùng chung với thép carbon.

Kế hoạch an toàn thi công

– Phân tích rủi ro công việc (JSA): nâng hạ tải lớn, làm việc trên cao, hàn cắt, không gian kín, hóa chất tẩy rửa.
– Giới hạn gió khi nâng: tạm dừng khi gió giật trên ngưỡng nhà sản xuất cẩu/slings; cấm nâng tấm lớn khi gió mạnh.
– Giám sát khí trong bồn/bể kín khi dùng argon purge; thiết bị đo O2, thông gió cưỡng bức, quy trình cứu hộ.

Kiểm soát biến dạng: từ xưởng đến hiện trường

Trong chế tạo

– Thiết kế chống biến dạng: tăng sườn tăng cứng, gân chống vênh tạm; dự phòng pre-camber hợp lý.
– Gá lắp cứng và đối xứng; dùng đồ gá phẳng, nẹp chống cong (strongback), keo nhiệt/chill bar bằng đồng nhôm tại mép hàn mỏng.
– Trình tự hàn ít biến dạng: back-step, skip, đối xứng từ trung tâm ra ngoài; hạn chế pass dài.
– Kiểm soát nhiệt: giữ nhiệt độ lớp giữa (interpass) thường <150°C cho austenitic; tránh quá nhiệt gây biến màu sâu và nguy cơ nhạy cảm (sensitization). - Bảo vệ mặt sau mối hàn gốc (root) bằng argon purge, kiểm soát O2 dư <50–100 ppm cho môi trường khắc nghiệt (thực phẩm, hóa chất) để giảm ôxy hóa mặt lưng.

Trong vận chuyển

– Dùng đệm mềm không ngấm chloride (cao su EPDM, PTFE) tại điểm tỳ; che phủ bề mặt bằng film/blanket chuyên dụng.
– Chằng buộc qua tai treo/điểm chịu lực; tránh dây siết trực tiếp lên mép tấm dễ “cắt” bavia và cong.

Tại hiện trường

– Lập trình tự lắp: dựng khung chính, chống tạm, căn chỉnh, sau đó mới lắp panel/gân thứ cấp.
– Kiểm soát nhiệt môi trường: bù nhiệt giãn nở khi đo đạc (coefficient 17 µm/m·K); hạn chế hàn khi tấm nóng gắt dưới nắng.
– Kẹp giữ và căn chỉnh: dùng nêm không từ tính, ê-tô miệng mềm; kiểm soát khe hở ghép để giảm co hàn.

Nâng hạ kết cấu Inox lớn: thiết kế rigging và kê chống

– Xác định trọng lượng, trọng tâm, vị trí padeye/lifting lug theo tính toán; kiểm định NDT padeye trước khi nâng.
– Dùng dầm giàn trải (spreader beam) để tăng góc cáp; nên giữ góc dây so với phương ngang ≥60° để giảm lực kéo trên mỗi nhánh.
– Tính nhanh lực trên mỗi nhánh: T ≈ W / (2·sinθ). Góc nhỏ làm lực tăng vọt; không để dây “cắt” cạnh Inox — dùng ốp bo góc.
– Ưu tiên sling sợi tổng hợp kèm bảo vệ mép; tuân thủ tỷ lệ D/d theo khuyến nghị nhà sản xuất để tránh bẹp sling.
– Không móc qua lỗ công nghệ không thiết kế cho nâng; không dùng lỗ bulông làm điểm treo nếu chưa kiểm chứng.
– Kê chống tạm: chân chống điều chỉnh, giằng chéo, cáp chằng gió; tháo chống theo trình tự đảm bảo ổn định.

Hàn tại hiện trường: kỹ thuật ít biến dạng, sạch và đạt bền

Lựa chọn quy trình và vật liệu

– Phổ biến: GTAW (TIG) cho đường hàn gốc; GMAW (MIG) xung hoặc FCAW-G cho điền đầy năng suất cao; que hàn SMAW cho sửa chữa nhỏ.
– Vật liệu hàn tương ứng: 308L cho 304/304L; 316L cho 316/316L; chọn L để giảm C, hạn chế nhạy cảm.
– Khí bảo vệ thấp O2: Ar hoặc mix Ar+He; tránh CO2 cao vì tăng ôxy hóa; tuân ISO 14175.

Giảm biến dạng khi hàn

– Gá đối xứng, phân đoạn mối hàn; hàn skip xen kẽ hai bên trục trung tâm.
– Rút ngắn đường hàn liên tục; dùng back-step (hàn lùi) cho panel lớn.
– Giữ khe hở ghép vừa đủ; dùng backing/copper bar để tản nhiệt mép mỏng.
– Hạn chế cố định cứng toàn tuyến trước khi hàn (tăng ứng suất tập trung); chỉ tack vừa đủ và phân bố đều.

Bảo vệ bề mặt và mặt sau mối hàn

– Purge mặt lưng với ống/bao khí và băng dính chịu nhiệt; đo O2 dư bằng analyzer để kiểm soát chất lượng root.
– Che chắn bắn tóe; không cắt mài bằng đá đã dùng cho thép carbon (tránh nhiễm sắt).
– Xử lý nhiệt màu (heat tint) sau hàn: tẩy gỉ–thụ động hóa bằng gel/nguội phun; rửa trung hòa và thử Ferroxy nếu cần.

Liên kết bulông và lắp ghép cơ khí: chống galling và điện hóa

– Dùng cấp bền phù hợp (A2-70, A4-70/A4-80); vòng đệm cứng để phân bố lực.
– Bôi trơn chống kẹt (anti-seize) chuyên cho Inox; siết theo mô-men kiểm soát, không “siết khô”.
– Cách ly điện hóa khi bắt với thép carbon/nhôm: dùng long đen, ống lót, sơn lót cách điện, keo trung tính.
– Không trộn bulông Inox với ê-cu vật liệu khác nếu không có tính toán ăn mòn.

Ổn định tổng thể và giằng tạm trong giai đoạn lắp dựng

– Phân tích giai đoạn: cấu kiện có thể mất ổn định khi chỉ lắp một phần. Bố trí giằng tạm/guy-wire theo sơ đồ đã tính, neo vào điểm chịu lực.
– Không tháo giằng khi chưa đủ số liên kết vĩnh cửu; kiểm tra độ võng/độ lệch sau mỗi bước.

Kiểm soát môi trường, vệ sinh bề mặt và hoàn thiện

– Tránh chloride (muối) bám trên bề mặt trước khi hàn/nhiệt cao; không dùng hóa chất chứa Cl- để vệ sinh nóng.
– Làm sạch cơ học bằng bàn chải Inox riêng; không dùng bàn chải thép carbon.
– Tẩy gỉ–thụ động hóa sau khi hoàn tất hàn và mài: tuân thủ an toàn hóa chất, trung hòa, rửa sạch; ghi chép lô hóa chất.

Đo đạc dung sai và bù giãn nở

– Dùng máy toàn đạc/laser tracker kiểm tra: độ thẳng, độ vặn, độ phẳng, khoảng cách tâm lỗ.
– Tính bù giãn nở theo nhiệt độ lắp: ΔL = α·L·ΔT (α≈17 µm/m·K cho 304/316); đặt shim/nêm để căn đúng ở nhiệt độ vận hành nếu cần.
– Với bể/bồn lớn: đo đường kính, độ tròn từng vành; chỉnh méo bằng gia nhiệt cục bộ rất hạn chế đối với Inox (ưu tiên cơ học).

An toàn hàn cắt và hóa chất

– Khói hàn Cr(VI): dùng quạt hút cục bộ, mặt nạ lọc phù hợp; ưu tiên quy trình/khí tạo ít khói.
– Không gian kín: giám sát O2 khi purge argon; quy trình vào làm việc confined space.
– Hóa chất tẩy rửa: PPE đầy đủ (găng, kính, tạp dề), khay hứng, trung hòa sau tẩy, đào tạo MSDS.
– Làm việc trên cao: hệ thống chống rơi, lối đi an toàn, neo móc chứng nhận.

QA/QC và nghiệm thu

– NDT mối hàn: VT, PT cho bề mặt; RT/UT theo yêu cầu thiết kế; tiêu chí chấp nhận theo AWS D1.6 hoặc EN ISO tương ứng.
– Thử kín bồn/bể: thủy lực hoặc chân không (vacuum box) cho mối hàn đáy/thân.
– Hồ sơ chất lượng: WPS/PQR, chứng chỉ thợ, chứng chỉ vật liệu (MTC), biên bản NDT, nhật ký purge O2, biên bản tẩy–thụ động hóa.
– Bàn giao vệ sinh: bề mặt không có heat tint đáng kể, không nhiễm sắt, không trầy xước sâu; kiểm tra điểm tiếp giáp khác kim loại đã cách ly.

Ví dụ nhanh: Dựng bồn 316L D=8 m, H=12 m

– Chế tạo: cán cuộn panel thân 8 mm, đáy 10 mm; TIG root + MIG xung điền đầy; purge O2<70 ppm cho mối dọc. - Vận chuyển: panel dựng sẵn vành 3 m; kê đệm EPDM, che phủ. - Nâng hạ: dùng spreader 2 tầng, 4 nhánh sling tổng hợp; góc dây 60–70°; padeye tính theo tải, NDT MT/UT 100%. - Lắp hiện trường: lắp đáy trước, căng cữ tròn, giằng tạm chống gió; hàn skip–đối xứng; đo đường kính sau mỗi mối ghép; tẩy–thụ động hóa toàn bộ sau hoàn thành. - Nghiệm thu: thử kín thủy lực 24 h; PT mối hàn đáy; bàn giao hồ sơ NDT và hóa chất.

Checklist nhanh chống biến dạng và an toàn

– Dụng cụ Inox chuyên biệt, không dùng chung thép carbon.
– Trình tự hàn đối xứng, pass ngắn, kiểm soát interpass <150°C. - Purge mặt lưng với O2 dư kiểm soát; che chắn bắn tóe. - Spreader beam, góc dây ≥60°, bảo vệ mép; điểm treo đã NDT. - Giằng tạm đủ và tháo theo trình tự; đo đạc laser từng bước. - Tẩy–thụ động hóa và kiểm tra nhiễm sắt trước bàn giao.

Nguồn tham khảo khuyến nghị

– AWS D1.6/D1.6M: Structural Welding Code – Stainless Steel, AWS.
– EN 1993-1-4: Eurocode 3 – Design of steel structures – Stainless steels.
– ISO 9606-1 (Chứng chỉ thợ hàn), ISO 3834 (Yêu cầu chất lượng hàn), ISO 14175 (Khí bảo vệ hàn).
– Euro Inox & Nickel Institute: Design Manual for Structural Stainless Steel; các hướng dẫn chế tạo/lắp dựng.
– IMOA (International Molybdenum Association): Fabrication of Stainless Steels.
– ASME B30 (Rigging/Slings) và OSHA 1926 (an toàn thi công nâng hạ) cho thực hành nâng hạ.

Kết luận: Lắp dựng kết cấu Inox lớn an toàn và ít biến dạng phụ thuộc vào ba trụ cột: kế hoạch nâng hạ–ổn định vững chắc, kỹ thuật hàn và trình tự lắp tối ưu để giảm co ngót, cùng kiểm soát bề mặt–môi trường đặc thù của Inox. Tuân thủ tiêu chuẩn (AWS/EN/ISO), quản lý chất lượng nghiêm ngặt và các biện pháp cách ly–thụ động hóa sẽ giúp công trình đạt độ bền, thẩm mỹ và tuổi thọ tối đa.

Cần tư vấn chi tiết cho dự án của bạn? Liên hệ Inox Cuong Thinh để được kỹ sư hỗ trợ kỹ thuật và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com