Nghe có vẻ quá tốt để có thể là sự thật, vậy vấn đề là gì? Hàn thường là cần thiết để chế tạo hầu hết mọi thứ từ một trong hơn 150 loại thép không gỉ. Hàn thép không gỉ là một công việc phức tạp. Một số vấn đề bao gồm sự hiện diện của oxit crom, cách kiểm soát lượng nhiệt, quy trình hàn nào cần sử dụng, cách xử lý crom hóa trị sáu và làm thế nào để thực hiện đúng cách.
Mặc dù gặp nhiều khó khăn trong việc hàn và hoàn thiện vật liệu này, thép không gỉ vẫn là vật liệu phổ biến và đôi khi là lựa chọn duy nhất cho nhiều ngành công nghiệp. Việc biết cách sử dụng nó một cách an toàn và khi nào nên sử dụng từng quy trình hàn là rất quan trọng để hàn thành công. Điều này có thể là chìa khóa cho một sự nghiệp thành công.
Vậy tại sao hàn thép không gỉ lại là một công việc khó khăn đến vậy? Câu trả lời bắt đầu từ cách nó được tạo ra. Thép thường, hay còn gọi là thép mềm, được pha trộn với ít nhất 10,5% crom để tạo ra thép không gỉ. Crom được thêm vào tạo thành một lớp oxit crom trên bề mặt thép, ngăn ngừa hầu hết các loại ăn mòn và gỉ sét. Các nhà sản xuất thêm các lượng crom và các nguyên tố khác nhau vào thép để thay đổi chất lượng của sản phẩm cuối cùng, và sau đó sử dụng hệ thống ba chữ số để phân biệt các cấp độ.
Các loại thép không gỉ thường được sử dụng bao gồm 304 và 316. Loại rẻ nhất trong số này là 304, chứa 18% crom và 8% niken, được sử dụng trong mọi thứ từ các chi tiết trang trí nội thất ô tô đến thiết bị nhà bếp. Thép không gỉ 316 chứa ít crom hơn (16%) và nhiều niken hơn (10%), nhưng cũng chứa 2% molypden. Hợp chất này giúp thép không gỉ 316 có khả năng chống lại clorua và dung dịch clo tốt hơn, khiến nó trở thành lựa chọn tốt nhất cho môi trường biển và các ngành công nghiệp hóa chất và dược phẩm.
Một lớp oxit crom có ​​thể đảm bảo chất lượng của thép không gỉ, nhưng đây lại là điều khiến các thợ hàn khó chịu. Lớp màng bảo vệ hữu ích này làm tăng sức căng bề mặt của kim loại, làm chậm quá trình hình thành vũng hàn lỏng. Một sai lầm thường gặp là tăng nhiệt lượng, vì nhiệt lượng cao hơn sẽ làm tăng tính lỏng của vũng hàn. Tuy nhiên, điều này có thể ảnh hưởng xấu đến thép không gỉ. Nhiệt độ quá cao có thể gây ra quá trình oxy hóa mạnh hơn và làm biến dạng hoặc cháy xuyên qua kim loại nền. Kết hợp với kim loại tấm được sử dụng trong các ngành công nghiệp lớn như ống xả ô tô, điều này trở thành ưu tiên hàng đầu.
Nhiệt độ cao phá hủy hoàn toàn khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Sử dụng quá nhiều nhiệt sẽ khiến mối hàn hoặc vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) xung quanh chuyển sang màu óng ánh. Thép không gỉ bị oxy hóa tạo ra những màu sắc tuyệt vời, từ vàng nhạt đến xanh đậm và tím. Những màu sắc này tạo nên một hình ảnh minh họa đẹp mắt, nhưng có thể cho thấy các mối hàn không đáp ứng một số yêu cầu hàn. Các tiêu chuẩn khắt khe nhất không chấp nhận mối hàn bị đổi màu.
Người ta thường cho rằng hàn hồ quang vonfram bảo vệ bằng khí (GTAW) là phương pháp phù hợp nhất cho thép không gỉ. Về mặt lịch sử, điều này đúng trong phạm vi rộng. Điều này vẫn đúng khi chúng ta cố gắng đưa những màu sắc rực rỡ đó vào kỹ thuật dệt nghệ thuật để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất trong các ngành công nghiệp như năng lượng hạt nhân và hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, công nghệ hàn biến tần hiện đại đã đưa hàn hồ quang kim loại bảo vệ bằng khí (GMAW) trở thành tiêu chuẩn cho sản xuất thép không gỉ, chứ không chỉ riêng các hệ thống tự động hoặc robot.
Vì hàn GMAW là quy trình cấp dây bán tự động, nó cung cấp tốc độ lắng đọng cao, giúp giảm lượng nhiệt cần thiết. Một số chuyên gia cho rằng nó dễ sử dụng hơn hàn GTAW vì nó ít phụ thuộc vào kỹ năng của người thợ hàn và phụ thuộc nhiều hơn vào nguồn điện hàn. Điều này có thể gây tranh cãi, nhưng hầu hết các nguồn điện GMAW hiện đại đều sử dụng các chương trình phối hợp được lập trình sẵn. Các chương trình này được thiết kế để thiết lập các thông số như dòng điện và điện áp, tùy thuộc vào loại kim loại phụ do người dùng nhập vào, độ dày vật liệu, loại khí và đường kính dây.
Một số máy hàn biến tần có thể điều chỉnh hồ quang trong suốt quá trình hàn để tạo ra hồ quang chính xác một cách nhất quán, xử lý khoảng cách giữa các chi tiết và duy trì tốc độ di chuyển cao nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn sản xuất và chất lượng. Điều này đặc biệt đúng đối với hàn tự động hoặc hàn robot, nhưng cũng áp dụng cho hàn thủ công. Một số bộ nguồn trên thị trường cung cấp giao diện màn hình cảm ứng và điều khiển mỏ hàn để dễ dàng thiết lập.
Hàn thép không gỉ là một công việc phức tạp. Một số vấn đề cần lưu ý bao gồm sự hiện diện của oxit crom, cách kiểm soát lượng nhiệt, loại quy trình hàn nào nên sử dụng, cách xử lý crom hóa trị sáu và làm thế nào để thực hiện đúng cách.
Việc lựa chọn khí bảo vệ phù hợp cho phương pháp hàn GTAW thường phụ thuộc vào kinh nghiệm hoặc ứng dụng của bài kiểm tra hàn. GTAW, còn được gọi là hàn khí trơ vonfram (TIG), trong hầu hết các trường hợp chỉ sử dụng khí trơ, thường là argon, heli, hoặc hỗn hợp của cả hai. Việc bơm khí bảo vệ hoặc nhiệt không đúng cách có thể khiến mối hàn bị phồng quá mức hoặc trông giống như dây thừng, và điều này sẽ ngăn cản sự trộn lẫn với kim loại xung quanh, dẫn đến mối hàn không đẹp mắt hoặc không đạt yêu cầu. Việc xác định hỗn hợp nào là tốt nhất cho mỗi mối hàn có thể cần rất nhiều thử nghiệm và sai sót. Các dây chuyền sản xuất GMAW dùng chung giúp giảm thiểu thời gian lãng phí trong các ứng dụng mới, nhưng khi yêu cầu chất lượng khắt khe nhất, phương pháp hàn GTAW vẫn là phương pháp được ưu tiên.
Hàn thép không gỉ tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho sức khỏe người sử dụng mỏ hàn. Mối nguy hiểm lớn nhất đến từ khói thải ra trong quá trình hàn. Crom khi bị nung nóng sẽ tạo ra một hợp chất gọi là crom hóa trị sáu, được biết là gây hại cho hệ hô hấp, thận, gan, da và mắt, cũng như gây ung thư. Thợ hàn phải luôn đeo thiết bị bảo hộ, bao gồm cả mặt nạ phòng độc, và đảm bảo phòng được thông gió tốt trước khi bắt đầu hàn.
Các vấn đề với thép không gỉ không kết thúc sau khi quá trình hàn hoàn tất. Thép không gỉ cũng đòi hỏi sự chú ý đặc biệt trong quá trình hoàn thiện. Việc sử dụng bàn chải thép hoặc miếng đánh bóng bị nhiễm bẩn bởi thép cacbon có thể làm hỏng lớp oxit crom bảo vệ. Ngay cả khi hư hại không nhìn thấy được, những chất gây ô nhiễm này cũng có thể khiến sản phẩm hoàn thiện dễ bị gỉ sét hoặc ăn mòn khác.
Terrence Norris là Kỹ sư Ứng dụng Cao cấp tại Fronius USA LLC, 6797 Fronius Drive, Portage, IN 46368, 219-734-5500, www.fronius.us.
Rhonda Zatezalo là một nhà văn tự do làm việc cho Crearies Marketing Design LLC, 248-783-6085, www.crearies.com.
Công nghệ hàn biến tần hiện đại đã đưa hàn GMAW khí trở thành tiêu chuẩn trong sản xuất thép không gỉ, chứ không chỉ riêng các hệ thống tự động hoặc robot.
Tạp chí WELDER, trước đây có tên là Practical Welding Today, đại diện cho những người thợ hàn thực thụ, những người tạo ra các sản phẩm mà chúng ta sử dụng và làm việc cùng mỗi ngày. Tạp chí này đã phục vụ cộng đồng thợ hàn ở Bắc Mỹ trong hơn 20 năm.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.
Phiên bản điện tử của Tạp chí Tube & Pipe Journal hiện đã hoàn toàn có thể truy cập được, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.
Nhận quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào Tạp chí STAMPING, với những công nghệ mới nhất, các phương pháp tốt nhất và tin tức ngành dành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây, với quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào The Fabricator en Español, bạn có thể dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên quý giá trong ngành.