Thép không gỉ không nhất thiết là khó gia công, nhưng hàn nó đòi hỏi sự chú ý cẩn thận đến từng chi tiết. Nó không tản nhiệt như thép nhẹ hoặc nhôm và có thể mất đi một số khả năng chống ăn mòn nếu bạn cho quá nhiều nhiệt vào. Các phương 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 làm cho nó trở thành 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 lực và các ứng dụng hóa dầu. Tuy nhiên, vật liệu này không tản nhiệt như thép nhẹ hoặc nhôm và việc 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 sai kim loại phụ là hai thủ phạm.
Thực hiện theo một số phương pháp hay nhất để 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, 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 phụ là rất quan trọng để kiểm soát hàm lượng carbon. Kim loại phụ được sử dụng để hàn ống thép không gỉ sẽ nâng cao hiệu suất mối hàn và đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.
Tìm kim loại phụ có ký hiệu “L”, chẳng hạn như ER308L, vì chúng cung cấp 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 cơ bản có hàm lượng carbon thấp với kim loại phụ tiêu chuẩn làm tăng hàm lượng carbon của mối hàn, tăng nguy cơ ăn mòn. Tránh kim loại phụ được đánh dấu bằng chữ “H” vì những kim loại này cung cấp 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 vết thấp (còn được gọi là tạp chất). Đây là những nguyên tố còn sót lại trong nguyên liệu thô được sử dụng để tạo kim loại phụ, 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 chính trong việc kiểm soát nhiệt để duy trì các đặc tính của vật liệu. Do có khe hở giữa các bộ phận hoặc độ khít không đồng đều, mỏ hàn phải ở nguyên một vị trí lâu hơn và cần nhiều kim loại độn hơn để lấp đầy các khoảng trống đó. Điều này có thể gây ra nhiệt tích tụ ở khu vực bị ảnh hưởng và có thể làm bộ phận quá nóng. Khớp nối kém cũng có thể gây khó khăn hơn trong việc thu hẹp khoảng cách và đạt được độ ngấu cần thiết của mối hàn. Hãy cẩn thận để đảm bảo rằng các bộ phận vừa khít với 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 đặc biệt bằng thép không gỉ chưa được sử dụng trên thép carbon hoặc nhôm.
Trong thép không gỉ, hiện tượng nhạy cảm là nguyên nhân chính làm mất khả năng chống ăn mòn. Điều này có thể xảy ra khi nhiệt độ hàn và tốc độ làm mát dao động quá nhiều, làm thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu.
Mối hàn OD này trên ống thép không gỉ, được hàn bằng GMAW và lắng đọng kim loại được điều chỉnh (RMD) mà không dội ngược đường chuyền gốc, có hình thức và chất lượng tương tự như các mối hàn được thực hiện bằng GTAW dội ngược.
Một phần quan trọng trong khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ là oxit crom. Nhưng nếu hàm lượng carbon trong mối hàn quá cao, cacbua crom sẽ hình thành. Những chất này liên kết với crom và ngăn cản sự hình thành oxit crom mong muốn, mang lại khả năng chống ăn mòn cho thép không gỉ. Nếu không có đủ oxit crom, vật liệu sẽ không có các đặc tính mong muốn và sự ăn mòn sẽ xảy ra.
Việc ngăn ngừa hiện tượng nhạy cảm phụ thuộc vào việc lựa chọn kim loại độn và kiểm soát nhiệt đầu vào. Như đã đề cập trước đó, điều quan trọng là phải chọn kim loại độn có hàm lượng carbon thấp để hàn thép không gỉ. Tuy nhiên, đôi khi cần phải có carbon để cung cấp độ bền cho một số ứng dụng nhất định. Kiểm soát nhiệt đặc biệt quan trọng khi kim loại độn có hàm lượng carbon thấp không phải là một lựa chọn.
Giảm thiểu lượng thời gian mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt duy trì ở nhiệt độ cao—thường được coi là 950 đến 1.500 độ F (500 đến 800 độ C). Thời gian hàn trong phạm vi này càng ít thì càng tạo ra ít nhiệt. Luôn kiểm tra và quan sát nhiệt độ giữa các đường 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 chặn sự hình thành cacbua crom. Bởi vì các thành phần này cũng ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai nên không thể sử dụng các kim loại phụ này trong tất cả các ứng dụng.
Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) cho đường chuyền gốc là phương pháp hàn ống thép không gỉ truyền thống. Phương pháp này thường yêu cầu xả ngược argon để giúp ngăn 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 quy trình hàn hồ quang kim loại khí (GMAW), argon và carbon dioxide, hỗn hợp argon và oxy hoặc hỗn hợp ba khí (heli, argon và carbon dioxide) thường được sử dụng. Thông thường, các hỗn hợp này chứa chủ yếu là 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. Argon tinh khiết không được khuyến nghị cho GMAW trên thép không gỉ.
Dây lõi trợ dung cho thép không gỉ được thiết kế để chạy bằng hỗn hợp truyền thống gồm 75% argon và 25% carbon dioxide. Chất trợ dung chứa các thành phần được thiết kế để ngăn carbon từ khí bảo vệ làm nhiễm bẩn mối hàn.
Khi các quy trình GMAW phát triển, chúng đã đơn giản hóa việc hàn các ống và ống thép không gỉ. Trong khi một số ứng dụng vẫn có thể yêu cầu các quy trình GTAW, 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.
Các mối hàn ID bằng thép không gỉ được làm bằng GMAW RMD có chất lượng và hình thức tương tự như các mối hàn OD tương ứng.
Quá trình gốc sử dụng quy trình GMAW ngắn mạch đã được sửa đổi, chẳng hạn như Quá trình lắng đọng kim loại được điều chỉnh của Miller (RMD) giúp loại bỏ hiện tượng dội ngược trong một số ứng dụng thép không gỉ austenit. Quá trình gốc RMD có thể được theo sau bởi GMAW xung hoặc hàn hồ quang có lõi thuốc trợ dung và quá trình hàn nắp—một sự thay đổi giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc so với việc sử dụng GTAW với quá trình tẩy ngược, đặc biệt là trên các đường ống lớn hơn.
RMD sử dụng quá trình truyền kim loại ngắn mạch được kiểm soát chính xác để tạo ra hồ quang và vũng hàn yên tĩnh, ổn định. Điều này giúp ít khả năng xảy ra các vòng hàn nguội hoặc thiếu nhiệt hạch, ít bắn tóe hơn và đường đi qua gốc ống có chất lượng cao hơn. Quá trình truyền kim loại được kiểm soát chính xác cũng giúp tạo ra sự lắng đọng giọt nước đồng đều và kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn, do đó, nhiệt đầu vào và tốc độ hàn cũng được kiểm soát chính xác.
Các quy trình độc đáo có thể tăng năng suất hàn. Khi sử dụng RMD, tốc độ hàn có thể là 6 đến 12 inch/phút. Vì quy trình tăng năng suất mà không cần gia nhiệt thêm các bộ phận nên nó giúp duy trì các đặc tính và khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Nhiệt đầu vào của quy trình giảm cũng giúp kiểm soát biến dạng của chất nền.
Quá trình GMAW dạng xung này cung cấp độ dài hồ quang ngắn hơn, nón hồ quang hẹp hơn và ít nhiệt đầu vào hơn so với truyền xung phun thông thường. Vì quy trình này là vòng kín nên hầu như loại bỏ được độ lệch của hồ quang và sự thay đổi khoảng cách từ đầu đến phôi. Điều này mang lại khả năng kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn cho hàn tại chỗ và hàn ngoài vị trí. Cuối cùng, việc ghép GMAW xung cho hạt điền và nắp với RMD cho hạt gốc cho phép quy trình hàn được thực hiện bằng cách sử dụng một dây và một loại khí, loại bỏ thời gian chuyển đổi quy trình.
Tạp chí Tube & Pipe trở thành tạp chí đầu tiên chuyên phục vụ ngành công nghiệp ống kim loại vào năm 1990. Ngày nay, nó vẫn là ấn phẩm duy nhất ở Bắc Mỹ dành riêng cho ngành này và đã trở thành nguồn thông tin đáng tin cậy nhất cho các chuyên gia về đường ống.
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số của The FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng truy cập vào các tài nguyên ngành có giá trị.
Phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí Tube & Pipe hiện có thể truy cập đầy đủ, giúp dễ dàng truy cập các tài nguyên công nghiệp có giá trị.
Tận hưởng quyền truy cập đầy đủ vào ấn bản kỹ thuật số của Tạp chí DẤU, 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.
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số của The Fabricator en Español, bạn có thể dễ dàng truy cập vào các tài nguyên ngành có giá trị.