Tại sao hàn không gỉ đòi hỏi một cách tiếp cận khác
Thép không gỉ không chỉ đơn giản là một phiên bản cứng hơn của thép nhẹ - nó hoạt động khác dưới nhiệt, phản ứng khác với sự nhiễm bẩn và xử lý kỹ thuật cẩu thả theo những cách mà sau này mới xuất hiện. Sự khác biệt quan trọng nhất là độ dẫn nhiệt : thép không gỉ dẫn nhiệt hiệu quả khoảng 1/3 so với thép cacbon, nghĩa là nhiệt tập trung ở vùng hàn thay vì tản ra khắp phôi. Kết quả thực tế là nguy cơ cong vênh, biến dạng và nhạy cảm cao hơn nhiều - một sự thay đổi trong quá trình luyện kim làm mất đi khả năng chống ăn mòn của vật liệu.
Hiểu được những đặc tính này trước khi cầm đuốc lên là nền tảng của mọi hoạt động hiệu quả. hàn mẹo cho thép không gỉ. Các điều chỉnh hoạt động hoàn hảo trên thép nhẹ - cường độ dòng điện cao hơn, tốc độ di chuyển chậm hơn, nhiệt độ giữa các lớp cao - làm hỏng các mối hàn không gỉ. Cách tiếp cận phù hợp bắt đầu bằng việc hạn chế lượng nhiệt đầu vào và xây dựng kỷ luật về vấn đề vệ sinh và kiểm soát quy trình.
Lựa chọn quy trình hàn phù hợp cho thép không gỉ
Ba quy trình thống trị hàn không gỉ trong môi trường chuyên nghiệp và công nghiệp, mỗi quy trình đều có sự đánh đổi có ý nghĩa:
| Quy trình | Tốt nhất cho | Đầu vào nhiệt | Chất lượng hoàn thiện |
|---|---|---|---|
| TIG (GTAW) | Tấm mỏng, mối hàn chính xác, rõ ràng | Thấp/có thể kiểm soát được | Tuyệt vời |
| MIG (GMAW) | Máy đo từ trung bình đến nặng, khối lượng sản xuất | Trung bình | Tốt |
| Cây gậy (SMAW) | Sửa chữa hiện trường, ngoài trời, đoạn nặng | Cao | Trung bình |
Đối với hầu hết các công việc hàn không gỉ, nơi có bề ngoài và khả năng chống ăn mòn quan trọng - thiết bị chế biến thực phẩm, chế tạo kiến trúc, đường ống dược phẩm - Hàn TIG là quá trình ưa thích . Khả năng kiểm soát nhiệt chính xác và không có vết bắn tóe giúp giảm thiểu việc làm sạch sau hàn và giảm nguy cơ nhạy cảm ở vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
Hàn MIG với khí bảo vệ ba hỗn hợp (thường là 90% heli, 7,5% argon, 2,5% CO₂) là lựa chọn tiêu chuẩn cho môi trường sản xuất nơi tốc độ vượt xa tính thẩm mỹ của lớp hoàn thiện. CO₂ nguyên chất không bao giờ được sử dụng cho MIG không gỉ - nó gây ra quá trình oxy hóa quá mức và làm suy giảm khả năng chống ăn mòn ở bề mặt mối hàn.
Kiểm soát nhiệt: Mẹo hàn quan trọng nhất cho thép không gỉ
Nhiệt độ quá cao là nguyên nhân chính gây ra lỗi hàn không gỉ. Ngưỡng quan trọng cần hiểu là mẫn cảm : khi thép không gỉ austenit (chẳng hạn như 304 và 316) được giữ ở nhiệt độ từ 425°C đến 870°C (800°F–1600°F) quá lâu, crom cacbua sẽ kết tủa ở các ranh giới hạt. Điều này làm cạn kiệt crom có sẵn để tạo thành lớp oxit thụ động - cơ chế giúp thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn. Mối hàn trông có vẻ ổn nhưng nó sẽ bị ăn mòn sớm trong quá trình sử dụng.
Các biện pháp kiểm soát nhiệt thực tế bao gồm:
- Giữ nhiệt độ giữa các đường ống dưới 150°C (300°F) đối với các loại austenit tiêu chuẩn. Sử dụng nhiệt kế tiếp xúc hoặc que chỉ nhiệt độ để kiểm tra, không chạm vào.
- Tăng tốc độ di chuyển thay vì chỉ giảm cường độ dòng điện. Hành trình nhanh hơn sẽ truyền cùng một lượng nhiệt trong thời gian ngắn hơn tại bất kỳ điểm nào.
- Sử dụng thanh đỡ bằng đồng hoặc tản nhiệt bằng nhôm được kẹp vào phôi để hút nhiệt ra khỏi vùng hàn một cách nhanh chóng.
- Hàn theo trình tự mũi khâu ngắn trên vật liệu khổ mỏng, cho phép làm mát giữa các lần chạy thay vì chạy các hạt liên tục.
- Thanh lọc ngược bằng argon khi hàn ống hoặc ống - việc bảo vệ mặt gốc của mối hàn khỏi quá trình oxy hóa cũng quan trọng như che chắn mặt trên.
Lựa chọn kim loại phụ cho hàn không gỉ
Việc kết hợp chất độn với vật liệu cơ bản là không thể thương lượng trong hàn không gỉ. Nguyên tắc chung: chọn chất độn có hàm lượng hợp kim tương đương hoặc cao hơn một chút so với kim loại cơ bản và xác nhận tính tương thích bằng sơ đồ Schaeffler hoặc WRC-1992 khi hàn các lớp khác nhau.
Các cặp phụ gia phổ biến cho hàn không gỉ TIG và MIG:
- Thép không gỉ 304 → Chất độn ER308L. Ký hiệu "L" biểu thị hàm lượng carbon thấp, trực tiếp làm giảm nguy cơ mẫn cảm. Luôn ưu tiên chất độn cấp L trừ khi ứng dụng đặc biệt yêu cầu cường độ cao hơn.
- Thép không gỉ 316 → Chất độn ER316L. Molypden được thêm vào trong 316 giúp tăng cường khả năng chống rỗ clorua. ER316L bảo quản chất này trong kim loại mối hàn.
- Các khớp khác nhau (không gỉ với thép cacbon) → Chất độn ER309L. Hàm lượng crom và niken cao hơn trong 309L thu hẹp khoảng cách luyện kim và ngăn ngừa nứt do pha loãng.
Bảo quản thanh phụ trong điều kiện khô ráo, kín. Ngay cả quá trình oxy hóa bề mặt nhỏ trên que TIG cũng gây ra ô nhiễm biểu hiện dưới dạng độ xốp hoặc sự đổi màu trong mối hàn đã hoàn thiện.
Sạch sẽ và Ô nhiễm: Các bước Chuẩn bị Không thể Thỏa thuận
Thép không gỉ đặc biệt nhạy cảm với sự lây nhiễm chéo từ thép cacbon. Các hạt sắt tự do - từ bàn chải sắt, đĩa mài hoặc tiếp xúc với bề mặt thép cacbon - bám vào bề mặt không gỉ và gây rỉ sét trong vòng vài ngày, ngay cả trong môi trường khô ráo trong nhà. Một mối hàn được kiểm tra trực quan vào ngày nó được thực hiện có thể cho thấy các hư hỏng do ăn mòn trong vòng vài tuần nếu việc chuẩn bị không đầy đủ.
Tiêu chuẩn chuẩn bị tối thiểu cho bất kỳ công việc hàn không gỉ nào:
- sử dụng dụng cụ chuyên dụng chỉ bằng thép không gỉ : bàn chải dây, bánh mài và kẹp chưa bao giờ tiếp xúc với thép cacbon. Đánh dấu chúng rõ ràng và lưu trữ riêng biệt.
- Tẩy dầu mỡ vùng hàn bằng axeton hoặc chất tẩy rửa không gỉ chuyên dụng ngay trước khi hàn. Dầu và mỡ từ quá trình xử lý gây ra độ xốp và hấp thụ carbon trong vũng hàn.
- Mài hoặc dũa các khu vực vừa khít bằng chất mài mòn nhôm hoặc gốm , không phải cacbua silic, có thể để lại cặn làm suy yếu HAZ.
- Sau khi hàn, thụ động khu vực hàn bằng phương pháp xử lý thụ động dựa trên axit xitric hoặc axit nitric để khôi phục lớp oxit bảo vệ bị phá vỡ do nhiệt.
Trong các ứng dụng có độ tinh khiết cao - bề mặt tiếp xúc với thực phẩm, thiết bị y tế, thiết bị bán dẫn - quá trình thụ động không phải là tùy chọn. Đây là một bước quy trình được chỉ định với các yêu cầu xác minh được ghi lại.
