Hàn thép không gỉ

Hàn thép không gỉ đòi hỏi phải chú ý nhiều hơn đến tính chất vật liệu, kiểm soát nhiệt và độ sạch để tránh các khuyết tật như biến dạng, nứt và nhạy cảm. Trong quá trình hàn, nhiệt độ của thép không gỉ gần mối hàn đạt đến mức xảy ra sự biến đổi cấu trúc vi mô, và do đó hàn TIG là kỹ thuật phổ biến nhất do độ chính xác và phù hợp với đặc tính của thép không gỉ.

 

Sự miêu tả

 

Thép không gỉ được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên cấu trúc và thành phần vi mô của nó, ảnh hưởng đến tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của nó. Các loại chính là thép không gỉ austenit, ferit, martensitic, song công và kết tủa-cứng, đồng thời mỗi loại đều có những cân nhắc hàn cụ thể và kỹ thuật hàn phù hợp do sự khác biệt về độ dẫn nhiệt, giãn nở nhiệt và tính nhạy cảm với các khuyết tật như nứt hoặc nhạy cảm.

 

 

Các loại thép không gỉ & kỹ thuật hàn

 

Thép không gỉ là hợp kim gốc sắt-chứa 15% crom trở lên cùng với một tỷ lệ phần trăm niken nhất định, có thể mang lại đặc tính chống ăn mòn-đặc biệt. Hàm lượng crom có ​​thể được điều chỉnh cùng với các nguyên tố hợp kim khác để đáp ứng các yêu cầu sản xuất hoặc sử dụng cụ thể và dưới đây là tổng quan về các loại thép không gỉ phổ biến nhất.

 

• √Thép không gỉ Austenitic

Crom cao (16-26%) và niken (6-22%), thường có molypden (ví dụ: 304, 316). Nó không có từ tính, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng định dạng tốt, đồng thời dễ bị nhạy cảm (kết tủa cacbua) nếu tiếp xúc với nhiệt độ 450-850 độ trong thời gian dài, dẫn đến ăn mòn giữa các hạt. Thêm vào đó, nó có độ giãn nở nhiệt cao và độ dẫn nhiệt thấp, làm tăng nguy cơ biến dạng. Loại phổ biến là 304, 304L (carbon thấp), 316, 316L (carbon thấp), 321 (ổn định bằng titan). Do đặc tính chống ăn mòn tốt nên chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chế biến thực phẩm, bể chứa hóa chất, đường ống, xây dựng, cơ sở hạ tầng, viễn thông và y tế.

Kỹ thuật hàn phù hợp

1. 1. Hàn TIG (GTAW) rất được khuyến khích cho các phần mỏng và các ứng dụng quan trọng do kiểm soát nhiệt chính xác, giảm thiểu độ nhạy và biến dạng. Sử dụng khí bảo vệ argon hoặc argon{2}}helium.
2. 2. Hàn MIG/MAG (GMAW) phù hợp hơn cho các phần dày hơn và sản xuất nhanh hơn, sử dụng khí -hỗn hợp ba (argon, helium, CO2) để ổn định hồ quang và có thể giảm bắn tóe.
3. 3. Hàn que (SMAW) thường được sử dụng để sửa chữa tại hiện trường hoặc các ứng dụng không{1}}quan trọng với điện cực cacbon thấp-(ví dụ: E308L cho 304L).

•  
• √Thép không gỉ Ferritic

Crom cao (10,5-30%), niken thấp và carbon thấp (ví dụ: 430), nó có từ tính, khả năng chống ăn mòn vừa phải và chi phí thấp hơn so với các loại austenit. Trong khi đó, nó ít bị nhạy cảm hơn nhưng dễ bị hạt phát triển và bị giòn ở nhiệt độ cao, đồng thời nó có độ giãn nở nhiệt thấp hơn so với các loại austenit, giảm nguy cơ biến dạng. Các loại phổ biến là 409, 430, 439 và loại kim loại ferritic này đã được sử dụng rộng rãi cho hệ thống ống xả ô tô, thiết bị nhà bếp và thiết bị công nghiệp.

Kỹ thuật hàn phù hợp:

1. 1. Hàn TIG (GTAW) phù hợp với các phần mỏng và mối hàn{1}chất lượng cao, có thể kiểm soát tốt lượng nhiệt đầu vào nhằm ngăn chặn sự phát triển của hạt.
2. 2. Hàn MIG/MAG (GMAW) hiệu quả đối với vật liệu dày hơn và hàn nhanh hơn. Sử dụng khí bảo vệ gốc argon{2}}có hàm lượng CO2 thấp để tránh quá trình oxy hóa quá mức.
3. 3. Hàn que (SMAW) được chấp nhận đối với các ứng dụng không{1}}quan trọng với điện cực thích hợp (ví dụ: E430).

 

• √Thép không gỉ Martensitic

Crom cao (11,5-18%), cacbon vừa phải và niken thấp (ví dụ: 410), đồng thời nó có từ tính, độ bền và độ cứng cao nhưng khả năng chống ăn mòn thấp hơn so với các loại khác. Do đó, nó dễ bị nứt do hydro-gây ra và cần phải gia nhiệt trước cũng như xử lý nhiệt sau khi hàn để tránh bị giòn. Nó có độ dẫn nhiệt cao và độ giãn nở nhiệt thấp hơn. Các loại phổ biến là 410, 420, 440 và chúng được sử dụng rộng rãi cho các dụng cụ phẫu thuật và lưỡi tuabin.

Kỹ thuật hàn phù hợp:

1. 1. Hàn TIG (GTAW), phù hợp với độ chính xác và kiểm soát nhiệt lượng đầu vào bằng cách sử dụng khí bảo vệ argon.
2. 2. Hàn que (SMAW), được sử dụng rộng rãi để sửa chữa hoặc các phần dày hơn với các điện cực phù hợp (ví dụ: E410).
3. 3. Hàn MIG/MAG (GMAW), ít phổ biến hơn nhưng có thể được sử dụng cho các vật liệu dày hơn với các thông số được kiểm soát.

 

• √Thép không gỉ song công

Hỗn hợp cân bằng giữa austenite và ferrite với hàm lượng crom cao (20-30%), molypden và nitơ (ví dụ 2205), đồng thời nó kết hợp độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường clorua. Trong khi đó, nó dễ bị hình thành pha sigma (giòn giữa các kim loại) nếu hàn không đúng cách ở nhiệt độ cao. Nó có độ giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt vừa phải. Các loại phổ biến là 2205, 2507, v.v., và chúng được sử dụng rộng rãi trong đường ống dẫn dầu và khí đốt, xử lý hóa chất, môi trường biển.

Kỹ thuật hàn phù hợp:

1. 1. Hàn TIG (GTAW), lý tưởng cho các mối hàn chất lượng cao-với nhiệt đầu vào được kiểm soát để tránh hình thành pha sigma bằng cách sử dụng khí bảo vệ nitơ argon hoặc argon-.
2. 2. Hàn MIG/MAG (GMAW), thích hợp cho các phần dày hơn với khí bảo vệ thích hợp (hỗn hợp helium argon{1}}với lượng CO2 thấp).
3. 3. Hàn que (SMAW) để hàn tại hiện trường bằng các điện cực kép-cụ thể (ví dụ: E2209).

 

• √Lượng mưa-Thép không gỉ cứng lại

Chứa các nguyên tố hợp kim như nhôm, đồng hoặc niobi để tăng cường thông qua xử lý nhiệt (ví dụ: 17-4 PH), đồng thời có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải, cần hàn có kiểm soát để tránh quá-lão hóa hoặc mất tính chất cơ học. Các loại phổ biến là 17-4 PH, 15-5 PH, và chúng được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận hàng không vũ trụ, lò phản ứng hạt nhân, ốc vít cường độ cao.

Kỹ thuật hàn phù hợp:

1. 1. Hàn TIG (GTAW) cho lượng nhiệt đầu vào chính xác và tối thiểu để bảo toàn các tính chất cơ học.
2. 2. Hàn MIG/MAG (GMAW), thích hợp sử dụng cho các phần dày hơn với các thông số được kiểm soát.

 

 

Những cân nhắc khi hàn thép không gỉ

 

Thép không gỉ có tính dẫn nhiệt cao và độ giãn nở nhiệt thấp dẫn đến nguy cơ biến dạng, cong vênh cao hơn trong quá trình hàn. Ngoài ra, nó dễ bị nhạy cảm (mất khả năng chống ăn mòn) nếu tiếp xúc với nhiệt độ cao quá lâu, đặc biệt là ở các loại austenit như 304 và 316. Để tránh những khuyết tật hàn này, thợ hàn cần xem xét các khía cạnh sau:

 

• √Trước{0}}Dọn dẹp

Làm sạch mối hàn khỏi các chất gây ô nhiễm như sơn, dầu, mỡ, sơn lót, hợp chất cắt và các hydrocacbon khác. Những chất gây ô nhiễm như vậy có thể đưa carbon vào mối hàn, làm giảm khả năng chống ăn mòn và làm suy yếu mối nối. Một lưu ý rất quan trọng là thợ hàn cần sử dụng bàn chải thép không gỉ chuyên dụng để làm sạch mối nối và đảm bảo rằng không sử dụng bàn chải, trước đây được sử dụng trên thép carbon vì điều này có thể làm nhiễm bẩn phôi thép không gỉ.

• √Lựa chọn phụ

Việc lựa chọn vật liệu độn phù hợp tùy thuộc vào phạm vi công việc và phải phù hợp với loại thép không gỉ để đạt được các đặc tính gần như giống nhau.

• √Thiết kế mối hàn

Thiết kế mối hàn bổ sung cho kết cấu mối hàn, kỹ thuật hàn và vật liệu hàn và nó là một trong những yếu tố chính quyết định độ bền và chất lượng của mối hàn. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu được lực tác dụng lên các mối hàn và việc tích hợp lực này vào thiết kế mối nối sẽ ngăn ngừa hư hỏng kết cấu.

• √Lựa chọn lớp

Lựa chọn lớp, các lớp khác nhau (ví dụ: austenit, ferritic, martensitic, duplex) hoạt động khác nhau, các lớp-cacbon thấp (ví dụ: 304L, 316L) có thể giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua và ăn mòn giữa các hạt.

• √Kiểm soát đầu vào nhiệt

Kiểm soát nhiệt đầu vào, nhiệt độ quá cao có thể khiến hạt phát triển, biến dạng và mất khả năng chống ăn mòn, đồng thời, nên sử dụng nhiệt lượng đầu vào thấp và tránh tiếp xúc lâu với nhiệt độ cao. Nói chung, dòng hàn nên nhỏ hơn khoảng 20% ​​so với thép cacbon để tránh bị ăn mòn.

• √Khí bảo vệ

Khí bảo vệ, việc lựa chọn khí bảo vệ trong các quy trình như hàn MIG và hàn TIG là rất quan trọng trong việc bảo vệ bể hàn khỏi bị nhiễm bẩn. Thành phần khí bảo vệ chính xác sẽ làm giảm nguy cơ khuyết tật mối hàn và cải thiện kết quả tổng thể của mối hàn.

 

Do đó, để hàn đạt âm thanh, một thợ hàn có kinh nghiệm cần phải xem xét các thông số toàn diện bao gồm cấp độ thép không gỉ, kỹ thuật hàn, nhiệt đầu vào, khí bảo vệ, nguồn điện, góc mỏ cắt, tốc độ di chuyển và tốc độ lắng đọng. Chỉ sử dụng hiệu quả các thông số hàn này, người thợ hàn mới có thể đạt được mối hàn có chất lượng cao và đồng đều.

 

Khiếm khuyết và phòng ngừa

 

Các khuyết tật hàn phổ biến nhất ở thép không gỉ bao gồm các vết nứt, độ xốp, tạp xỉ, thiếu sự hợp nhất, sự thâm nhập không hoàn toàn, vết cắt, vết loang và biến dạng, cùng với sự nhiễm bẩn từ các hạt sắt, sắc thái nhiệt và mối hàn bị phân hủy. Những khuyết tật này làm giảm tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của mối hàn và có thể xuất phát từ việc vệ sinh không đúng cách, cài đặt điện cực/khí không chính xác, đầu vào nhiệt quá mức hoặc độ dẫn nhiệt thấp.

 

• √Cong vênh

Thép không gỉ có độ dẫn nhiệt thấp và độ giãn nở nhiệt cao nên dễ bị cong vênh. Lượng nhiệt đầu vào quá mức trong quá trình hàn hoặc sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng khiến kim loại bị căng thẳng, dẫn đến biến dạng khi nguội. Giải pháp phổ biến nhất là giảm lượng nhiệt đầu vào đồng thời tránh chất lượng mối hàn kém do sự kết hợp không hoàn toàn giữa các phôi và một giải pháp khác là tạo ra một bộ tản nhiệt bằng cách kẹp đồng hoặc đồng thau phía sau hoặc bên cạnh đường hàn, hấp thụ lượng nhiệt không cần thiết.

 

• √vết nứt

Vết nứt có thể xảy ra trong hoặc sau khi hàn và có thể bị ảnh hưởng bởi ứng suất nhiệt cao hoặc tốc độ làm nguội không phù hợp.

Có hai loại nứt chính: nứt nóng và nứt nguội. Nứt nóng xảy ra trong quá trình đông đặc của quá trình hàn do có quá nhiều tạp chất như lưu huỳnh hoặc phốt pho trong mối hàn, có thể làm giảm điểm nóng chảy của một số khu vực nhất định, gây ra các vết nứt hình thành khi kim loại đông đặc lại. Nó thường xảy ra ở vùng nhiệt độ-cao của mối hàn. Nứt nguội xảy ra sau khi mối hàn nguội đi trong một khoảng thời gian từ vài giờ đến vài ngày và nguyên nhân thường là do ứng suất dư còn sót lại trong kim loại sau khi hàn hoặc do hydro bị hấp thụ vào mối hàn. Để ngăn ngừa nứt, nên sử dụng đúng vật liệu độn và kiểm soát tốc độ làm nguội thật cẩn thận, đồng thời làm nóng trước vật liệu nền có thể là một cách tốt để giảm ứng suất nhiệt trước khi hàn.

 

• √độ xốp

Đó là một khuyết tật trong đó các túi khí bị mắc kẹt trong các mối hàn, dẫn đến các lỗ rỗng hoặc lỗ rỗng nhỏ và thường do các chất gây ô nhiễm như bụi bẩn, dầu, rỉ sét có thể đưa khí vào mối hàn. Những khí này sau đó bị giữ lại trong bể hàn nóng chảy, tạo thành các khoảng trống khi kim loại nguội đi. Sử dụng khí bảo vệ không đúng cách cũng có thể gây ra hiện tượng xốp. Độ ẩm trên vật liệu nền hoặc chất độn có thể bay hơi trong quá trình hàn, tạo ra bọt khí trong mối hàn. Do đó, điều quan trọng là phải giữ cho vật liệu nền và que phụ sạch và khô, đồng thời sử dụng khí bảo vệ phù hợp để duy trì dòng chảy ổn định trong suốt quá trình hàn.

 

• √Sự kết hợp kém

Sự kết dính kém xảy ra khi kim loại hàn không kết hợp đúng cách với vật liệu cơ bản và nó tạo ra các điểm yếu trong mối nối nơi hai vật liệu không được kết hợp hoàn toàn. Điều này có thể làm giảm nghiêm trọng độ bền tổng thể của mối hàn và làm tăng nguy cơ hỏng hóc. Khiếm khuyết này thường do nhiệt lượng không đủ, góc hàn không chính xác, tốc độ di chuyển nhanh.

 

• √Vết hàn

Chúng là những giọt kim loại nóng chảy nhỏ được đẩy ra khỏi vũng hàn trong quá trình hàn và chúng không thực sự làm mối hàn yếu đi. Tuy nhiên, chúng ảnh hưởng đến vẻ ngoài, có thể dẫn đến những công việc không cần thiết sau điều trị. Các vết bắn tung tóe thường do cài đặt dòng điện cao có thể tạo ra sự bắn tung tóe quá mức khi kim loại nóng chảy bị đẩy ra khỏi vũng hàn một cách mạnh mẽ. Chiều dài hồ quang không chính xác và khí bảo vệ không đúng cũng có thể gây ra vết bắn tung tóe trong quá trình hàn thép không gỉ. Do đó, điều quan trọng là phải giảm bắn tóe, điều chỉnh cài đặt dòng điện và duy trì hồ quang ổn định trong khi sử dụng đúng loại khí bảo vệ với dòng khí ổn định trong suốt mối hàn.

 

 

Hàn thép không gỉ đòi hỏi phải chú ý đến nhiều thông số như tính chất vật liệu, khí bảo vệ, chất độn, nhiệt đầu vào và độ sạch để tránh các khuyết tật như biến dạng, nứt và nhạy cảm. Những thợ hàn giàu kinh nghiệm của Fabmann tuân theo phương pháp tốt nhất để cài đặt máy với điện áp, cường độ dòng điện chính xác và họ biết cách hàn với tốc độ di chuyển chính xác dựa trên độ dày của vật liệu thép không gỉ và loại thép không gỉ để đạt được mối hàn chống ăn mòn chất lượng cao. Fabmann cung cấp giá đỡ tùy chỉnh bằng thép không gỉ chất lượng cao cho ngành năng lượng mặt trời, phụ tùng máy móc vàvỏ thông giócho lĩnh vực xây dựng nhà ở.