Khối lượng kim loại đắp từ tiết diện mối hàn → dây hàn tiêu hao, thời gian hồ quang, thời gian làm việc theo hệ số vận hành, khí bảo vệ và chi phí.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
- Căn cứ và tài liệu tham khảo
Bài toán dùng để làm gì
Phòng kế hoạch và mua hàng cần biết một sản phẩm hàn tốn bao nhiêu kg dây, bao nhiêu lít khí, bao nhiêu giờ robot và bao nhiêu tiền. Công cụ tính định mức tiêu hao từ kích thước mối hàn và chiều dài đường hàn, dùng cho BOM, báo giá và theo dõi chi phí.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Mối hàn giống một sợi mì thép chạy dọc theo đường nối. Biết tiết diện sợi mì và chiều dài thì biết khối lượng. Cộng thêm phần dây bị bắn tóe, phần dư lồi lên, ta được lượng dây phải mua. Robot không phải lúc nào cũng phát hồ quang (còn di chuyển, chờ gá), nên thời gian thực tế dài hơn thời gian hàn.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.2 đơn vị · 0.6 khối lượng riêng · 0.12 năng suất
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| jt | Loại mối hàn: hàn góc / giáp mối vát V / giáp mối không vát | – | Bản vẽ, ký hiệu hàn ISO 2553 |
| z | Cạnh mối hàn góc (chiều cao chân), a ≈ 0,7·z | mm | Bản vẽ |
| t, α, b | Chiều dày, góc vát, khe hở chân của mối giáp | mm, °, mm | Bản vẽ, WPS |
| rf | Hệ số phần lồi + hao hụt | – | Thường 1,1–1,2: bù phần lồi mặt mối hàn và sai lệch kích thước. Đây là giá trị kinh nghiệm, nên hiệu chỉnh bằng lượng dây xuất kho thực tế |
| L | Tổng chiều dài đường hàn của sản phẩm/lô | m | Bản vẽ, CAD |
| ed, DR | Hiệu suất đắp; năng suất đắp | –, kg/h | Từ GC08 hoặc catalogue dây. Hiệu suất đắp tham khảo: MAG dây đặc ≈ 0,95 (khí giàu Ar cao hơn, CO₂ thấp hơn do bắn tóe); dây lõi thuốc có khí 0,80–0,90; dây lõi thuốc tự bảo vệ 0,75–0,80; que hàn 0,63–0,72 (đã trừ đầu mẩu và xỉ); hàn hồ quang chìm ≈ 1,0 |
| OF | Hệ số vận hành: thời gian có hồ quang / tổng thời gian | – | Đo thực tế: tổng thời gian hồ quang (bộ đếm robot/máy hàn) chia thời gian ca. Tham khảo: thủ công 0,2–0,4; bán tự động 0,25–0,6; robot, tự động 0,6–0,8 |
| gas | Lưu lượng khí bảo vệ | L/ph | WPS; MAG thường 12–18 L/ph |
| pw, pg, pl | Giá dây, giá khí, chi phí giờ máy + nhân công | đ/kg, đ/L, đ/h | Phòng mua hàng, kế toán giá thành |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Tiết diện mối hàn
Mối góc là tam giác vuông cạnh z; mối giáp vát V gồm phần chữ V và phần khe hở. Nhân hệ số phần lồi.
Góc: A = z²/2 · V: A = t²·tan(α/2) + b·t · I: A = b·t ; × rf
Bước 2. Khối lượng kim loại đắp
Thể tích × khối lượng riêng thép 7,85 g/cm³.
m = A·L·ρ
Bước 3. Dây hàn tiêu hao
Một phần dây bị bắn tóe, không vào mối hàn.
mw = m/ed
Bước 4. Thời gian hồ quang và thời gian làm việc
Khối lượng đắp chia năng suất đắp ra thời gian phát hồ quang; chia tiếp hệ số vận hành ra thời gian thực.
ta = m/DR ; tt = ta/OF
Bước 5. Khí bảo vệ
Khí chỉ chảy khi có hồ quang (ta tính bằng giờ, nhân 60 đổi ra phút). Công thức chưa tính thời gian xả khí trước/sau mỗi đường hàn và rò rỉ; với robot nhiều đường hàn ngắn, lượng này có thể đáng kể, nên đối chiếu với số chai/bồn khí thực tế.
V = gas·ta·60
Bước 6. Chi phí
Cộng tiền dây, tiền khí, tiền giờ máy + nhân công; chia chiều dài ra chi phí mỗi mét.
cost = mw·pw + V·pg + tt·pl ; cpm = cost/L
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Loại mối hàn | jt | Hàn góc (cạnh z) | ||
| 2 | Cạnh mối hàn góc z | z | 6 | mm | a ≈ 0,7·z |
| 3 | Chiều dày tấm (mối giáp) | t | 10 | mm | |
| 4 | Góc vát V | α | 60 | ° | |
| 5 | Khe hở chân | b | 2 | mm | |
| 6 | Hệ số phần lồi + hao hụt | rf | 1,15 | 1,1–1,2 | |
| 7 | Tổng chiều dài đường hàn | L | 50 | m | |
| 8 | Hiệu suất đắp | ed | 0,95 | Dây đặc 0,93–0,97 | |
| 9 | Năng suất đắp | DR | 3,5 | kg/h | Lấy từ GC08 Chế độ hàn |
| 10 | Hệ số vận hành (hồ quang / tổng thời gian) | OF | 0,6 | – | Robot 0,6–0,8 · thủ công 0,25–0,4 |
| 11 | Lưu lượng khí bảo vệ | gas | 15 | L/ph | |
| 12 | Giá dây hàn | pw | 35 000 | đ/kg | |
| 13 | Giá khí | pg | 50 | đ/L | |
| 14 | Chi phí giờ máy + nhân công | pl | 250 000 | đ/h |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 | Tiết diện mối hàn | A | 20,7 | mm² | Góc: z²/2 · V: t²·tan(α/2) + b·t · I: b·t ; × hệ số phần lồi |
| 16 | KHỐI LƯỢNG KIM LOẠI ĐẮP | m | 8,12 | kg | m = A·L·ρ |
| 17 | DÂY HÀN TIÊU HAO | mw | 8,55 | kg | |
| 18 | Thời gian hồ quang | ta | 2,32 | h | |
| 19 | THỜI GIAN LÀM VIỆC | tt | 3,87 | h | t = t hồ quang / hệ số vận hành |
| 20 | Khí bảo vệ | V | 2 089 | L | |
| 21 | CHI PHÍ HÀN | cost | 1 371 026 | đ | |
| 22 | Chi phí trên 1 m đường hàn | cpm | 27 421 | đ/m |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: KHỐI LƯỢNG KIM LOẠI ĐẮP = 8,12 kg; DÂY HÀN TIÊU HAO = 8,55 kg; THỜI GIAN LÀM VIỆC = 3,87 h; CHI PHÍ HÀN = 1 371 026 đ.
Quyết định định mức cho lô 50 m mối hàn góc z = 6 mm: cấp 8,55 kg dây (làm tròn lên theo quy cách cuộn), ≈ 2 100 L khí, bố trí 3,87 h robot; giá thành hàn ≈ 27 400 đ/m. Trong đó giờ máy + nhân công chiếm ≈ 71 % (967 000 đ), dây 22 %, khí 8 %: muốn giảm giá thành, ưu tiên tăng hệ số vận hành OF và năng suất đắp DR. Công cụ này không có cột ĐẠT/KHÔNG ĐẠT; kết quả là định mức để so với thực tế.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Mối hàn góc lớn hơn bản vẽ chỉ 1 mm (z 6 → 7) đã tốn thêm khoảng 36 % dây: kiểm soát kích thước mối hàn là cách giảm chi phí nhanh nhất.
- So định mức với lượng dây xuất kho thực tế hằng tháng; chênh lệch lớn là dấu hiệu hàn quá cỡ, bắn tóe nhiều hoặc hàn sửa.
- Kết quả dùng cho báo giá, BOM và tính giá thành; ISO 9001:2015 điều 8.1 yêu cầu xác định nguồn lực cho sản phẩm, vì vậy định mức nên được phê duyệt, ban hành và cập nhật mỗi khi đổi WPS, dây hàn hoặc đồ gá.
Căn cứ và tài liệu tham khảo
- NAVEDTRA 14251A – Steelworker Advanced (Hải quân Hoa Kỳ, tài liệu công khai) – Chương 5 “Welding Costs” – cách tính chi phí hàn từ khối lượng kim loại đắp, hiệu suất đắp theo quá trình hàn (MAG ≈ 95 %, lõi thuốc 75–90 %, que 63–72 %), hệ số vận hành (thủ công 20–40 %, bán tự động 25–60 %, tự động đến 80 %), chi phí khí theo lưu lượng × thời gian hồ quang.
- Lincoln Electric – The Procedure Handbook of Arc Welding – phần chi phí hàn – phương pháp định mức theo tiết diện mối hàn, năng suất đắp và hệ số vận hành (cùng cách tiếp cận với tài liệu trên).
- ISO 2553 – ký hiệu mối hàn trên bản vẽ – đọc loại mối hàn, cạnh z và chiều dày a (a ≈ 0,7·z với mối góc cân).
- ISO 9001:2015 – điều 8.1 Hoạch định và kiểm soát việc thực hiện – xác định nguồn lực cần cho sản phẩm; căn cứ ban hành và cập nhật định mức.
- Tiết diện mối hàn (z²/2; t²·tan(α/2) + b·t; b·t) là hình học phẳng, bỏ qua mặt chân (root face) và phần lồi riêng; phần lồi được gộp vào hệ số rf.