Thép không gỉ không nhất thiết khó gia công, nhưng việc hàn nó đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến từng chi tiết. Nó không tản nhiệt tốt như thép thường hoặc nhôm, và có thể mất đi khả năng chống ăn mòn nếu bạn dùng quá nhiều nhiệt. Các biện pháp thực hành tốt nhất giúp duy trì khả năng chống ăn mòn của nó. Ảnh: Miller Electric
Khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng ống dẫn quan trọng, bao gồm các ứng dụng thực phẩm và đồ uống có độ tinh khiết cao, dược phẩm, bình áp lực và hóa dầu. Tuy nhiên, vật liệu này không tản nhiệt tốt như thép thường hoặc nhôm, và việc hàn không đúng cách có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn của nó. Hai nguyên nhân chính là do lượng nhiệt đưa vào quá lớn và sử dụng kim loại phụ không phù hợp.
Tuân thủ một số quy trình tốt nhất trong hàn thép không gỉ có thể giúp cải thiện kết quả và đảm bảo kim loại giữ được khả năng chống ăn mòn. Ngoài ra, nâng cấp quy trình hàn có thể mang lại lợi ích về năng suất mà không ảnh hưởng đến chất lượng.
Trong hàn thép không gỉ, việc lựa chọn kim loại phụ đóng vai trò rất quan trọng trong việc kiểm soát hàm lượng carbon. Kim loại phụ được sử dụng để hàn ống thép không gỉ cần phải nâng cao hiệu suất mối hàn và đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.
Hãy tìm các loại que hàn có ký hiệu “L”, chẳng hạn như ER308L, vì chúng có hàm lượng carbon tối đa thấp hơn, giúp duy trì khả năng chống ăn mòn của hợp kim thép không gỉ cacbon thấp. Hàn kim loại nền cacbon thấp bằng que hàn tiêu chuẩn sẽ làm tăng hàm lượng carbon của mối hàn, làm tăng nguy cơ ăn mòn. Tránh các que hàn có ký hiệu “H” vì chúng có hàm lượng carbon cao hơn và được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu độ bền cao hơn ở nhiệt độ cao.
Khi hàn thép không gỉ, điều quan trọng là phải chọn kim loại phụ có hàm lượng tạp chất thấp. Đó là các nguyên tố còn sót lại trong nguyên liệu thô dùng để sản xuất kim loại phụ, bao gồm antimon, asen, phốt pho và lưu huỳnh. Chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
Vì thép không gỉ rất nhạy cảm với nhiệt lượng, việc chuẩn bị mối nối và lắp ráp đúng cách đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt độ để duy trì các đặc tính vật liệu. Do khe hở giữa các bộ phận hoặc sự lắp ráp không đều, mỏ hàn phải giữ ở một vị trí lâu hơn và cần nhiều kim loại phụ hơn để lấp đầy những khe hở đó. Điều này có thể gây ra sự tích tụ nhiệt trong khu vực bị ảnh hưởng, dẫn đến quá nhiệt bộ phận. Sự lắp ráp kém cũng có thể khiến việc hàn kín khe hở và đạt được độ xuyên thấu mối hàn cần thiết trở nên khó khăn hơn. Hãy cẩn thận để đảm bảo các bộ phận khớp với thép không gỉ càng chính xác càng tốt.
Độ sạch của vật liệu cũng rất quan trọng. Một lượng rất nhỏ tạp chất hoặc bụi bẩn trong các mối hàn có thể gây ra các khuyết tật làm giảm độ bền và khả năng chống ăn mòn của sản phẩm cuối cùng. Để làm sạch bề mặt trước khi hàn, hãy sử dụng bàn chải chuyên dụng bằng thép không gỉ, chưa từng được sử dụng trên thép carbon hoặc nhôm.
Trong thép không gỉ, hiện tượng nhạy cảm hóa là nguyên nhân chính gây mất khả năng chống ăn mòn. Điều này có thể xảy ra khi nhiệt độ hàn và tốc độ làm nguội dao động quá nhiều, làm thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu.
Mối hàn OD trên ống thép không gỉ này, được hàn bằng phương pháp GMAW và lắng đọng kim loại có kiểm soát (RMD) mà không cần thổi ngược dòng ở lớp hàn gốc, có hình thức và chất lượng tương tự như các mối hàn được thực hiện bằng phương pháp GTAW có thổi ngược dòng.
Một phần quan trọng trong khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ là oxit crom. Nhưng nếu hàm lượng cacbon trong mối hàn quá cao, cacbua crom sẽ hình thành. Chúng liên kết với crom và ngăn cản sự hình thành oxit crom cần thiết, vốn là yếu tố tạo nên khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Nếu không có đủ oxit crom, vật liệu sẽ không có được các đặc tính mong muốn và hiện tượng ăn mòn sẽ xảy ra.
Ngăn ngừa hiện tượng nhạy cảm phụ thuộc vào việc lựa chọn kim loại phụ và kiểm soát lượng nhiệt đầu vào. Như đã đề cập trước đó, việc lựa chọn kim loại phụ có hàm lượng carbon thấp là rất quan trọng đối với việc hàn thép không gỉ. Tuy nhiên, đôi khi carbon là cần thiết để đảm bảo độ bền cho một số ứng dụng nhất định. Kiểm soát nhiệt độ đặc biệt quan trọng khi không thể sử dụng kim loại phụ có hàm lượng carbon thấp.
Giảm thiểu thời gian mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt duy trì ở nhiệt độ cao—thường được coi là từ 950 đến 1.500 độ Fahrenheit (500 đến 800 độ Celsius). Thời gian hàn ở trong phạm vi này càng ngắn, nhiệt lượng sinh ra càng ít. Luôn kiểm tra và quan sát nhiệt độ giữa các lớp hàn trong quy trình hàn ứng dụng.
Một lựa chọn khác là sử dụng các kim loại phụ được thiết kế với các thành phần hợp kim như titan và niobi để ngăn ngừa sự hình thành cacbua crom. Vì các thành phần này cũng ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai, nên các kim loại phụ này không thể được sử dụng trong tất cả các ứng dụng.
Hàn hồ quang vonfram khí bảo vệ (GTAW) cho mối hàn lớp gốc là phương pháp hàn truyền thống đối với ống thép không gỉ. Phương pháp này thường yêu cầu thổi khí argon ngược để giúp ngăn ngừa quá trình oxy hóa ở mặt sau của mối hàn. Tuy nhiên, việc sử dụng các quy trình hàn dây trong ống thép không gỉ ngày càng trở nên phổ biến. Trong các ứng dụng này, điều quan trọng là phải hiểu các loại khí bảo vệ khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
Khi hàn thép không gỉ bằng phương pháp hàn hồ quang kim loại khí (GMAW), người ta thường sử dụng argon và carbon dioxide, hỗn hợp argon và oxy, hoặc hỗn hợp ba loại khí (heli, argon và carbon dioxide). Thông thường, các hỗn hợp này chủ yếu chứa argon hoặc heli và ít hơn 5% carbon dioxide, vì carbon dioxide góp phần tạo ra cacbon trong vũng hàn và làm tăng nguy cơ nhạy cảm hóa. Không nên sử dụng argon nguyên chất cho hàn GMAW trên thép không gỉ.
Dây hàn lõi thuốc dùng cho thép không gỉ được thiết kế để sử dụng với hỗn hợp khí bảo vệ truyền thống gồm 75% argon và 25% carbon dioxide. Thuốc hàn chứa các thành phần được thiết kế để ngăn carbon từ khí bảo vệ làm ô nhiễm mối hàn.
Nhờ sự phát triển của các quy trình hàn GMAW, chúng đã đơn giản hóa việc hàn các ống và đường ống thép không gỉ. Mặc dù một số ứng dụng vẫn có thể yêu cầu quy trình GTAW, nhưng các quy trình hàn dây tiên tiến có thể mang lại chất lượng tương tự và năng suất cao hơn trong nhiều ứng dụng thép không gỉ.
Các mối hàn ID bằng thép không gỉ được thực hiện bằng phương pháp GMAW RMD có chất lượng và hình thức tương tự như các mối hàn OD tương ứng.
Mối hàn gốc sử dụng quy trình hàn GMAW ngắn mạch cải tiến như phương pháp lắng đọng kim loại có kiểm soát (RMD) của Miller giúp loại bỏ việc thổi ngược chất làm sạch trong một số ứng dụng thép không gỉ Austenit. Mối hàn gốc RMD có thể được tiếp nối bằng các mối hàn lấp đầy và hàn phủ bằng GMAW xung hoặc hàn hồ quang lõi thuốc – một thay đổi giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc so với việc sử dụng GTAW có thổi ngược chất làm sạch, đặc biệt là trên các đường ống lớn hơn.
Công nghệ RMD sử dụng phương pháp truyền kim loại ngắn mạch được kiểm soát chính xác để tạo ra hồ quang và vũng hàn ổn định, êm dịu. Điều này giúp giảm nguy cơ hình thành các mối hàn nguội hoặc thiếu liên kết, giảm bắn tóe và tạo ra mối hàn gốc chất lượng cao hơn. Việc truyền kim loại được kiểm soát chính xác cũng giúp phân bố giọt kim loại đồng đều, giúp dễ dàng kiểm soát vũng hàn, từ đó kiểm soát lượng nhiệt và tốc độ hàn.
Các quy trình phi truyền thống có thể làm tăng năng suất hàn. Khi sử dụng RMD, tốc độ hàn có thể đạt từ 6 đến 12 inch/phút. Vì quy trình này làm tăng năng suất mà không cần gia nhiệt thêm cho các chi tiết, nó giúp duy trì các đặc tính và khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Lượng nhiệt đầu vào giảm trong quá trình này cũng giúp kiểm soát sự biến dạng của vật liệu nền.
Quy trình hàn GMAW xung này cung cấp chiều dài hồ quang ngắn hơn, hình nón hồ quang hẹp hơn và lượng nhiệt đầu vào thấp hơn so với phương pháp truyền xung phun thông thường. Vì quy trình là vòng kín, hiện tượng trôi hồ quang và sự thay đổi khoảng cách từ đầu hàn đến phôi hầu như được loại bỏ. Điều này giúp kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn cho cả hàn tại chỗ và hàn ngoài vị trí. Cuối cùng, việc kết hợp hàn GMAW xung cho mối hàn lấp đầy và mối hàn phủ với hàn RMD cho mối hàn gốc cho phép thực hiện quy trình hàn chỉ với một dây hàn và một loại khí, loại bỏ thời gian chuyển đổi quy trình.
Tạp chí Tube & Pipe Journal ra đời năm 1990, trở thành tạp chí đầu tiên chuyên phục vụ ngành công nghiệp ống kim loại. Ngày nay, nó vẫn là ấn phẩm duy nhất ở Bắc Mỹ chuyên về ngành này và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia trong ngành ống.
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.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của tạp chí STAMPING Journal, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp thực hành tốt nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây, với quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài liệu quý giá trong ngành.