Thép không gỉ không hẳn là khó gia công, nhưng việc hàn nó đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến từng chi tiết. Nó không tản nhiệt như thép mềm hoặc nhôm, và nó có thể mất đi một số khả năng chống ăn mòn nếu bạn truyền quá nhiều nhiệt vào nó. Các biện pháp 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 sự lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng ống quan trọng, bao gồm thực phẩm và đồ uống có độ tinh khiết cao, dược phẩm, bình chịu áp suất và các ứng dụng hóa dầu. Tuy nhiên, vật liệu này không tản nhiệt như thép mềm hoặc nhôm, và hàn không đúng cách có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn của nó. Áp dụng quá nhiều nhiệt đầu vào và sử dụng kim loại phụ không phù hợp là hai thủ phạm.
Thực hiện một số biện pháp tốt nhất khi hàn thép không gỉ có thể giúp cải thiện kết quả và đảm bảo kim loại duy trì được khả năng chống ăn mòn. Ngoài ra, việc 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 hàn đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hàm lượng cacbon. Kim loại hàn được sử dụng để hàn ống thép không gỉ phải nâng cao hiệu suất hàn và đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.
Tìm kim loại 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 có hàm lượng carbon thấp. Hàn kim loại gốc có hàm lượng carbon thấp bằng kim loại hàn tiêu chuẩn sẽ làm tăng hàm lượng carbon tại mối hàn, tăng nguy cơ ăn mòn. Tránh sử dụng kim loại hàn có ký hiệu “H” vì chúng có hàm lượng carbon cao hơn và được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao hơn ở nhiệt độ cao.
Khi hàn thép không gỉ, điều quan trọng là phải chọn kim loại hàn có hàm lượng tạp chất thấp (còn gọi là tạp chất). Đây là những nguyên tố còn sót lại trong nguyên liệu thô được sử dụng để tạo ra kim loại hàn, bao gồm antimon, asen, phốt pho và lưu huỳnh. Chúng có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
Vì thép không gỉ rất nhạy cảm với nhiệt đầu vào, nên việc chuẩn bị mối nối và lắp ráp đúng cách đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt để duy trì các đặc tính của vật liệu. Do khoảng cách giữa các bộ phận hoặc lắp không đều, mỏ hàn phải giữ nguyên một vị trí lâu hơn và cần nhiều kim loại phụ hơn để lấp đầy các khoảng trống đó. Điều này có thể khiến nhiệt tích tụ ở khu vực bị ảnh hưởng, có thể làm bộ phận quá nóng. Việc lắp không đúng cách cũng có thể khiến việc thu hẹp khoảng cách và đạt được độ xuyên thấu mối hàn cần thiết trở nên khó khăn hơn. Hãy cẩn thận để đảm bảo các bộ phận lắp vào thép không gỉ càng gần hoàn hảo càng tốt.
Độ sạch của vật liệu này 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 cacbon hoặc nhôm.
Trong thép không gỉ, nhạy cảm 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 theo quy định (RMD) mà không cần xả ngược lớp hàn gốc, có hình thức và chất lượng tương tự như mối hàn được thực hiện bằng phương pháp GTAW xả ngược.
Một thành phần quan trọng trong khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ là crom oxit. Nhưng nếu hàm lượng cacbon trong mối hàn quá cao, crom cacbua sẽ hình thành. Những thành phần này liên kết với crom và ngăn cản sự hình thành crom oxit mong muốn, mang lại khả năng chống ăn mòn cho thép không gỉ. Nếu không có đủ crom oxit, vật liệu sẽ không có các đặc tính mong muốn và hiện tượng ăn mòn sẽ xảy ra.
Để phòng ngừa tình trạng nhạy cảm, cần lựa chọn kim loại hàn và kiểm soát lượng nhiệt đầu vào. Như đã đề cập trước đó, điều quan trọng là phải chọn kim loại hàn có hàm lượng carbon thấp để hàn thép không gỉ. Tuy nhiên, đôi khi cần phải có carbon để tăng độ bền cho một số ứng dụng nhất định. Kiểm soát nhiệt đặc biệt quan trọng khi kim loại hàn có hàm lượng carbon thấp không phải là lựa chọn khả thi.
Giảm thiểu thời gian mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt duy trì ở nhiệt độ cao—thường được coi là từ 950 đến 1.500 độ F (500 đến 800 độ C). Thời gian hàn ở phạm vi này càng ngắn thì nhiệt 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 kim loại độn được thiết kế với các thành phần hợp kim như titan và niobi để ngăn ngừa sự hình thành crom cacbua. Vì các thành phần này cũng ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai nên không thể sử dụng các kim loại độn này trong mọi ứng dụng.
Hàn hồ quang khí tungsten (GTAW) cho lớp hàn gốc là phương pháp hàn ống thép không gỉ truyền thống. Phương pháp này thường đòi hỏi phải phun ngược khí argon để giúp ngăn ngừa quá trình oxy hóa ở mặt sau của mối hàn. Tuy nhiên, việc sử dụng 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 cách các loại khí bảo vệ khác nhau ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
Khi hàn thép không gỉ bằng quy trình hàn hồ quang kim loại trong khí (GMAW), người ta thường sử dụng argon và carbon dioxide, hỗn hợp argon và oxy hoặc hỗn hợp ba 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 cung cấp carbon cho vũng hàn và làm tăng nguy cơ nhạy cảm. Không nên sử dụng argon nguyên chất cho GMAW trên thép không gỉ.
Dây lõi thuốc hàn thép không gỉ được thiết kế để sử dụng hỗn hợp 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 nhiễm bẩn mối hàn.
Khi quy trình GMAW phát triển, việc hàn ống và đường ống bằng thép không gỉ đã trở nên đơn giản hơn. Trong khi một số ứng dụng vẫn có thể yêu cầu quy trình GTAW, thì các quy trình dây tiên tiến có thể mang lại chất lượng tương tự và năng suất cao hơn trong nhiều ứng dụng thép không gỉ.
Mối hàn ID bằng thép không gỉ được thực hiện bằng GMAW RMD có chất lượng và hình thức tương tự như mối hàn OD tương ứng.
Đường hàn gốc sử dụng quy trình GMAW ngắn mạch đã được cải tiến như Miller's Regulated Metal Deposition (RMD) giúp loại bỏ hiện tượng rửa ngược trong một số ứng dụng thép không gỉ austenit. Đường hàn gốc RMD có thể được tiếp nối bằng các đường hàn GMAW xung hoặc hàn hồ quang lõi thuốc và hàn nắp—một sự thay đổi giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc so với việc sử dụng GTAW với quá trình rửa ngược, đặc biệt là trên các ống lớn hơn.
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 làm giảm khả năng xảy ra mối hàn nguội hoặc không hợp nhất, ít bắn tóe và chất lượng đường hàn gốc ống cao hơn. Phương pháp truyền kim loại được kiểm soát chính xác cũng giúp lắng đọng các giọt đồng đều và kiểm soát dễ dàng hơn vũng hàn, do đó cải thiện lượng nhiệt đầu vào và tốc độ hàn.
Các quy trình không thông thường có thể làm tăng năng suất hàn. Khi sử dụng RMD, tốc độ hàn có thể đạt 6 đến 12 in./phút. Vì quy trình này làm tăng năng suất mà không cần gia nhiệt thêm các bộ phận nên giúp duy trì các đặc tính và khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Lượng nhiệt đầu vào giảm trong quy trình này cũng giúp kiểm soát sự biến dạng của chất nền.
Quy trình GMAW xung này cung cấp chiều dài hồ quang ngắn hơn, hình nón hồ quang hẹp hơn và lượng nhiệt đầu vào ít hơn so với phương pháp truyền xung phun thông thường. Vì quy trình là vòng kín nên hiện tượng trôi hồ quang và sự thay đổi khoảng cách từ đầu đến chi tiết hàn hầu như bị loại bỏ. Điều này giúp kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn khi hàn tại chỗ và hàn ngoài chỗ. Cuối cùng, việc ghép nối GMAW xung để hàn đầy và hàn mũ với RMD để hàn chân cho phép thực hiện quy trình hàn bằng một dây và một khí, loại bỏ thời gian chuyển đổi quy trình.
Tube & Pipe Journal trở thành tạp chí đầu tiên chuyên phục vụ ngành công nghiệp ống kim loại vào năm 1990. Ngày nay, đây 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 về ống.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Phiên bản kỹ thuật số của The Tube & Pipe Journal hiện đã có thể truy cập đầy đủ, giúp bạn dễ dàng tiếp cận các nguồn tài nguyên giá trị trong ngành.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí STAMPING, nơi cung cấp những tiến bộ công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Bây giờ bạn có thể truy cập đầy đủ vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, dễ dàng truy cập vào các nguồn tài nguyên giá trị của ngành.