Hàn thép không gỉ yêu cầu lựa chọn khí bảo vệ để duy trì thành phần luyện kim của nó và các tính chất cơ lý liên quan. Các nguyên tố khí bảo vệ phổ biến cho thép không gỉ bao gồm argon, heli, oxy, carbon dioxide, nitơ và hydro (xem Hình 1). Các khí này được kết hợp theo các tỷ lệ khác nhau để phù hợp với nhu cầu của các chế độ phân phối khác nhau, loại dây, hợp kim cơ bản, cấu hình hạt mong muốn và tốc độ di chuyển.
Do tính dẫn nhiệt kém của thép không gỉ và bản chất tương đối "lạnh" của hàn hồ quang kim loại chuyển giao khí ngắn mạch (GMAW), quá trình này yêu cầu khí "hỗn hợp ba" bao gồm 85% đến 90% helium (He), lên đến 10% Argon (Ar) và 2% đến 5% Carbon Dioxide (CO2). Hỗn hợp triblend phổ biến chứa 90% He, 7-1/2% Ar và 2-1/2% CO2. Khả năng ion hóa cao của heli thúc đẩy phóng điện hồ quang sau khi đoản mạch;cùng với tính dẫn nhiệt cao, việc sử dụng He làm tăng tính lưu động của vũng nóng chảy. Thành phần Ar của Trimix cung cấp lớp bảo vệ chung cho vũng hàn, trong khi CO2 đóng vai trò là thành phần phản ứng để ổn định hồ quang (xem Hình 2 để biết các loại khí bảo vệ khác nhau ảnh hưởng như thế nào đến biên dạng mép hàn).
Một số hỗn hợp bậc ba có thể sử dụng oxy làm chất ổn định, trong khi những hỗn hợp khác sử dụng hỗn hợp He/CO2/N2 để đạt được hiệu quả tương tự. Một số nhà phân phối khí có các hỗn hợp khí độc quyền mang lại những lợi ích như đã hứa. Các đại lý cũng đề xuất các hỗn hợp này cho các chế độ truyền dẫn khác có tác dụng tương tự.
Sai lầm lớn nhất mà các nhà sản xuất mắc phải là cố gắng đoản mạch thép không gỉ GMAW bằng cùng một hỗn hợp khí (75 Ar/25 CO2) như thép mềm, thường là do họ không muốn quản lý thêm xi lanh. Hỗn hợp này chứa quá nhiều carbon. Trên thực tế, bất kỳ khí bảo vệ nào được sử dụng cho dây rắn nên chứa tối đa 5% carbon dioxide. Sử dụng lượng lớn hơn dẫn đến quá trình luyện kim không còn được coi là hợp kim cấp L (cấp L có hàm lượng carbon dưới 0,03%). tạo thành cacbua crom, làm giảm khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học. Bồ hóng cũng có thể xuất hiện trên bề mặt mối hàn.
Một lưu ý phụ, khi lựa chọn kim loại để rút ngắn GMAW cho các hợp kim cơ bản sê-ri 300 (308, 309, 316, 347), các nhà sản xuất nên chọn loại LSi. Chất độn LSi có hàm lượng carbon thấp (0,02%) và do đó đặc biệt được khuyên dùng khi có nguy cơ ăn mòn giữa các hạt. Hàm lượng silicon cao hơn giúp cải thiện các đặc tính của mối hàn, chẳng hạn như làm ướt, giúp làm phẳng đỉnh của mối hàn và thúc đẩy sự nóng chảy ở chân.
Các nhà sản xuất nên thận trọng khi sử dụng quy trình truyền ngắn mạch. Quá trình nung chảy không hoàn toàn có thể xảy ra do dập tắt hồ quang, làm cho quá trình này trở nên nhỏ hơn mức trung bình đối với các ứng dụng quan trọng. Trong các tình huống khối lượng lớn, nếu vật liệu có thể hỗ trợ đầu vào nhiệt (≥ 1/16 inch xấp xỉ vật liệu mỏng nhất được hàn bằng chế độ phun xung), thì quá trình truyền phun xung sẽ là lựa chọn tốt hơn. Khi độ dày vật liệu và vị trí mối hàn hỗ trợ nó, GMAW truyền phun được ưu tiên vì nó mang lại sự nung chảy nhất quán hơn.
Các chế độ truyền nhiệt cao này không yêu cầu khí bảo vệ He. Đối với hàn truyền phun các hợp kim sê-ri 300, một lựa chọn phổ biến là 98% Ar và 2% các nguyên tố phản ứng như CO2 hoặc O2. Một số hỗn hợp khí cũng có thể chứa một lượng nhỏ N2.N2 có khả năng ion hóa và độ dẫn nhiệt cao hơn, thúc đẩy quá trình làm ướt và cho phép di chuyển nhanh hơn hoặc cải thiện tính thấm;nó cũng làm giảm biến dạng.
Đối với truyền phun xung GMAW, 100% Ar có thể là một lựa chọn chấp nhận được. Vì dòng xung ổn định hồ quang nên không phải lúc nào khí cũng yêu cầu các phần tử hoạt động.
Bể nóng chảy chậm hơn đối với thép không gỉ ferritic và thép không gỉ duplex (tỷ lệ ferrite so với austenite là 50/50). Đối với các hợp kim này, hỗn hợp khí như ~70% Ar/~30% He/2% CO2 sẽ thúc đẩy quá trình làm ướt tốt hơn và tăng tốc độ di chuyển (xem Hình 3). Các hỗn hợp tương tự có thể được sử dụng để hàn hợp kim niken, nhưng sẽ tạo ra oxit niken trên bề mặt mối hàn (ví dụ: thêm 2% CO2 hoặc O2 là đủ để tăng hàm lượng oxit , vì vậy các nhà sản xuất nên tránh chúng hoặc sẵn sàng dành nhiều thời gian cho chúng).Mài mòn vì các oxit này quá cứng nên bàn chải sắt thường không loại bỏ được chúng).
Các nhà sản xuất sử dụng dây thép không gỉ có lõi trợ dung để hàn ngoài hiện trường vì hệ thống xỉ trong các dây này cung cấp một “kệ” hỗ trợ vũng hàn khi nó đông cứng. tốc độ ion có thể làm giảm tổng chi phí hàn. Ngoài ra, dây có lõi thuốc trợ dung sử dụng đầu ra DC có điện áp không đổi thông thường, làm cho hệ thống hàn cơ bản ít tốn kém hơn và ít phức tạp hơn so với các hệ thống GMAW xung.
Đối với các hợp kim sê-ri 300 và 400, 100% Ar vẫn là lựa chọn tiêu chuẩn cho hàn hồ quang vonfram khí (GTAW). Trong GTAW của một số hợp kim niken, đặc biệt là với các quy trình cơ giới hóa, một lượng nhỏ hydro (tối đa 5%) có thể được thêm vào để tăng tốc độ di chuyển (lưu ý rằng không giống như thép carbon, hợp kim niken không dễ bị nứt do hydro).
Đối với hàn thép không gỉ superduplex và superduplex, 98% Ar/2% N2 và 98% Ar/3% N2 là những lựa chọn tương ứng. Helium cũng có thể được thêm vào để cải thiện độ thấm ướt khoảng 30%. Khi hàn các loại thép không gỉ super duplex hoặc super duplex, mục tiêu là tạo ra mối nối có vi cấu trúc cân bằng khoảng 50% ferrite và 50% austenite. Bởi vì sự hình thành cấu trúc vi mô phụ thuộc vào tốc độ làm mát và vì vũng hàn TIG mát mẻ s nhanh chóng, lượng ferit dư thừa vẫn còn khi sử dụng 100% Ar. Khi sử dụng hỗn hợp khí có chứa N2, N2 khuấy vào bể nóng chảy và thúc đẩy sự hình thành austenit.
Thép không gỉ cần bảo vệ cả hai mặt của mối nối để tạo ra mối hàn hoàn thiện với khả năng chống ăn mòn tối đa. Việc không bảo vệ mặt sau có thể dẫn đến hiện tượng “đường hóa” hoặc quá trình oxy hóa mạnh có thể dẫn đến hỏng mối hàn.
Các phụ kiện đối đầu chặt chẽ với khả năng vừa vặn hoàn hảo hoặc ngăn chặn chặt chẽ ở phía sau của phụ kiện có thể không cần khí hỗ trợ. Ở đây, vấn đề chính là ngăn chặn sự đổi màu quá mức của vùng bị ảnh hưởng nhiệt do tích tụ oxit, sau đó cần phải loại bỏ cơ học. Về mặt kỹ thuật, nếu nhiệt độ mặt sau vượt quá 500 độ F thì cần có khí bảo vệ. Tuy nhiên, một cách tiếp cận thận trọng hơn là sử dụng 300 độ F làm ngưỡng. Lý tưởng nhất là lớp đệm phải dưới 30 PPM O2.Trường hợp ngoại lệ là nếu mặt sau của mối hàn sẽ được đục lỗ, mài và hàn để đạt được mối hàn ngấu hoàn toàn.
Hai loại khí hỗ trợ được lựa chọn là N2 (rẻ nhất) và Ar (đắt hơn). Đối với các tổ hợp nhỏ hoặc khi có sẵn nguồn Ar, việc sử dụng loại khí này có thể thuận tiện hơn và không đáng để tiết kiệm N2. Có thể thêm tới 5% hydro để giảm quá trình oxy hóa. Có sẵn nhiều lựa chọn thương mại, nhưng các giá đỡ và đập lọc tự chế là phổ biến.
Việc bổ sung 10,5% crôm trở lên là những gì mang lại cho thép không gỉ các đặc tính không gỉ của nó. Việc duy trì các đặc tính này đòi hỏi kỹ thuật tốt trong việc lựa chọn khí bảo vệ hàn chính xác và bảo vệ mặt sau của mối nối. Thép không gỉ đắt tiền và có nhiều lý do chính đáng để sử dụng nó. Không có ích gì khi cố gắng cắt giảm các góc khi nói đến khí bảo vệ hoặc chọn kim loại phụ cho việc này. Do đó, luôn luôn hợp lý khi làm việc với một nhà phân phối khí và chuyên gia kim loại phụ có kiến ​​thức khi chọn khí và kim loại phụ để hàn thép không gỉ.
Cập nhật những tin tức, sự kiện và công nghệ mới nhất về tất cả các kim loại từ hai bản tin hàng tháng của chúng tôi được viết riêng cho các nhà sản xuất Canada!
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số của Gia công kim loại Canada, bạn có thể dễ dàng truy cập các tài nguyên có giá trị của ngành.
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào ấn bản kỹ thuật số của Made in Canada and Welding, bạn có thể dễ dàng truy cập các tài nguyên công nghiệp có giá trị.