Các phương pháp góp phần tạo nên các mối nối chắc chắn và duy trì khả năng chống ăn mòn của nó

Khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ làm cho nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng ống và ống quan trọng, bao gồm thực phẩm và đồ uống có độ tinh khiết cao, dược phẩm, bình chịu áp lực và sử dụng hóa dầu. Tuy nhiên, vật liệu này không tản nhiệt tốt như thép nhẹ hoặc nhôm, và các phương pháp hàn kém 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 hàn thép không gỉ tốt nhất có thể giúp cải thiện kết quả và đảm bảo rằng kim loại duy trì khả năng chống ăn mòn. Hơn nữa, việc nâng cấp quy trình hàn có thể mang lại lợi ích về năng suất mà không ảnh hưởng đến chất lượng.

Mẹo 1: Chọn kim loại phụ có hàm lượng carbon thấp khi hàn thép không gỉ

Trong hàn thép không gỉ, việc lựa chọn kim loại phụ là rất quan trọng để kiểm soát mức độ carbon. Kim loại phụ được sử dụng để hàn ống và ống thép không gỉ phải tăng cường các đặc tính của mối hàn và đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.

Hãy tìm các kim loại phụ có ký hiệu “L”, chẳng hạn như ER308L, vì những kim loại này cung cấp hàm lượng carbon tối đa thấp hơn, giúp duy trì khả năng chống ăn mòn trong các hợp kim không gỉ có hàm lượng carbon thấp. Hàn vật liệu cơ bản có hàm lượng carbon thấp với kim loại phụ tiêu chuẩn có thể làm tăng hàm lượng carbon của mối hàn và do đó làm tăng nguy cơ ăn mòn. Tránh các kim loại phụ có ký hiệu “H”, vì chúng cung cấp hàm lượng carbon cao hơn 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 phụ có các nguyên tố vi lượng thấp (còn gọi là tramp ). Đây là những nguyên tố còn sót lại—bao gồm antimon, asen, phốt pho và lưu huỳnh—trong các nguyên liệu thô được sử dụng để tạo ra kim loại phụ. Chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống ăn mòn của vật liệu.

Mẹo 2: Chú ý đến việc chuẩn bị mối hàn và lắp ráp phù hợp

Vì thép không gỉ rất nhạy cảm với nhiệt đầu vào nên việc chuẩn bị mối nối và lắp ráp phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nhiệt để duy trì các đặc tính của vật liệu. Với những khoảng trống hoặc sự lắp ráp không đồng đều giữa các bộ phận, mỏ hàn phải ở nguyên một chỗ lâu hơn và cần nhiều kim loại phụ hơn để lấp đầy những khoảng trống đó. Điều này dẫn đến sự tích tụ nhiệt ở khu vực bị ảnh hưởng, có thể làm bộ phận đó quá nóng. Việc lắp ráp kém cũng có thể khiến việc thu hẹp khoảng cách và có được độ ngấu cần thiết của mối hàn trở nên khó khăn hơn. Hãy cẩn thận để đảm bảo việc lắp ráp các bộ phận càng gần hoàn hảo càng tốt với thép không gỉ.

Sạch sẽ cũng rất quan trọng với vật liệu này. Một lượng rất nhỏ chất gây ô nhiễm hoặc bụi bẩn trong mối hàn có thể gây ra các khuyết tật làm giảm độ bền và khả năng chống ăn mòn trong sản phẩm cuối cùng. Để làm sạch vật liệu nền trước khi hàn, sử dụng bàn chải chuyên dụng dành riêng cho thép không gỉ chưa được sử dụng trên thép carbon hoặc nhôm.

Mẹo 3: Kiểm soát độ nhạy với nhiệt độ và kim loại phụ

Trong thép không gỉ, sự nhạy cảm là nguyên nhân chính làm mất khả năng chống ăn mòn. Nó có thể xảy ra khi nhiệt độ mối hàn và tốc độ làm mát dao động quá nhiều, làm thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu.

Một phần quan trọng của khả năng chống ăn mòn trong thép không gỉ là crom oxit. Nhưng nếu hàm lượng carbon trong mối hàn quá cao, nó sẽ tạo thành cacbua crom. Những thứ này liên kết với crom và ngăn chặn sự hình thành oxit crom cần thiết giúp thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn. Nếu không có đủ oxit crom, vật liệu sẽ không có các đặc tính mong muốn và sự ăn mòn có thể xảy ra.

Ngăn chặn sự nhạy cảm phụ thuộc vào việc lựa chọn kim loại phụ và kiểm soát đầu vào nhiệt. Như đã nêu trước đây, điều quan trọng là phải chọn kim loại phụ có hàm lượng carbon thấp để hàn thép không gỉ. Tuy nhiên, đôi khi carbon là cần thiết để cung cấp độ bền cho một số ứng dụng nhất định. Khi không thể chọn kim loại phụ có hàm lượng carbon thấp, việc kiểm soát nhiệt là đặc biệt quan trọng.

Giảm thiểu thời gian mối hàn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt được giữ ở nhiệt độ cao— thường được coi là từ 950 đến 1.500 độ F (500 đến 800 độ C). Mối hàn dành càng ít thời gian trong phạm vi này thì nhiệt có thể tích tụ càng ít. Luôn kiểm tra và tuân thủ nhiệt độ giữa các ngăn trong quy trình hàn cho 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 những thành phần này cũng ảnh hưởng đến độ bền và độ dẻo dai, những kim loại phụ này không thể được sử dụng trong mọi ứng dụng.

Mẹo 4: Hiểu tác động của khí bảo vệ đến khả năng chống ăn mòn

Sử dụng hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) cho đường chuyền gốc là phương pháp truyền thống để hàn ống và ống thép không gỉ. Điều này thường đòi hỏi phải làm sạch khí argon phía sau để giúp ngăn chặn quá trình oxy hóa ở mặt sau của mối hàn. Tuy nhiên, sử dụng các quy trình hàn dây đang trở nên phổ biến hơn với ống và ống thép không gỉ. 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.

Hỗn hợp argon và carbon dioxide, argon và oxy, hoặc hỗn hợp ba khí (heli, argon và carbon dioxide) thường được sử dụng khi hàn thép không gỉ bằng quy trình hàn hồ quang kim loại khí (GMAW). Thông thường, các hỗn hợp này chứa chủ yếu argon hoặc heli và ít hơn 5% carbon dioxide vì carbon dioxide có thể góp carbon vào vũng hàn và làm tăng nguy cơ nhạy cảm. Argon tinh khiết không được khuyến nghị cho GMAW trên thép không gỉ.

Dây có lõi trợ dung cho thép không gỉ được thiết kế để chạy với hỗn hợp truyền thống gồm 75% argon và 25% carbon dioxide. Chất trợ dung chứa các thành phần được thiết kế để ngăn carbon trong khí bảo vệ làm nhiễm bẩn mối hàn.

Mẹo 5: Xem xét các quy trình và dạng sóng khác nhau khi hàn thép không gỉ

Khi các quy trình GMAW phát triển, chúng đã đơn giản hóa việc hàn ống và ống thép không gỉ. Mặc dù một số ứng dụng vẫn có thể yêu cầu quy trình GTAW, nhưng các quy trình dây tiên tiến có thể mang lại chất lượng tương tự và năng suất tốt hơn nhiều trong nhiều ứng dụng không gỉ.

Sử dụng quy trình GMAW ngắn mạch đã sửa đổi, chẳng hạn như Lắng đọng kim loại được điều chỉnh (RMD) từ Dimec cho quá trình gốc giúp loại bỏ quá trình thanh lọc ngược trong một số ứng dụng thép không gỉ austenit. Quá trình gốc RMD có thể được theo sau bởi GMAW xung hoặc quá trình hàn hồ quang 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 phía sau, 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 mang lại ít khả năng xảy ra tình trạng nguội lạnh hoặc thiếu nhiệt độ, ít bắn tóe hơn và đường ống gốc chất lượng cao hơn. Việc truyền kim loại được kiểm soát chính xác cũng mang lại sự lắng đọng giọt đồng đều và giúp kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn, do đó, nhiệt đầu vào và tốc độ hàn dễ dàng hơn.

Một quy trình độc đáo có thể tăng năng suất hàn. Khi sử dụng RMD, tốc độ hàn có thể từ 6 đến 12 in./min. Bởi vì quy trình cho phép tăng năng suất mà không cần đưa thêm nhiệt vào bộ phận, nó giúp duy trì các đặc tính và khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ. Đầu vào nhiệt giảm của quy trình cũng giúp kiểm soát sự biến dạng của vật liệu cơ bản.

Quy trình GMAW dạng xung này cung cấp chiều dài hồ quang ngắn hơn, hình nón hồ quang hẹp hơn và ít nhiệt đầu vào hơn so với truyền xung phun truyền thống. Vì quá trình này là một vòng khép kín, nên sự dao động của cung và các thay đổi về khoảng cách từ đầu đến nơi làm việc hầu như bị loại bỏ. Điều này cung cấp khả năng kiểm soát vũng hàn dễ dàng hơn đối với hàn tại vị trí và hàn ngoài vị trí. Cuối cùng, khớp nối GMAW xung cho quá trình nạp và nắp với RMD cho quá trình gốc cho phép quy trình hàn với một dây và một khí, loại bỏ thời gian chuyển đổi quy trình.