Hàn đóng một vai trò quan trọng trong tất cả các loại chế tạo. Bài viết này thảo luận về cơ chế hàn các loại thép không gỉ khác nhau với thép cacbon, thép mạ kẽm, nhôm, đồng và vonfram.

Bởi AK Vaish, Ritesh Patel*, BJ Chauhan, SD Kahar, Ankit Bhojani, KMBhaisaheb và Keshva Narayana.* Khoa Kỹ thuật Vật liệu và Luyện kim, Đại học MS Baroda, Ấn Độ; *Công ty TNHH Larsen và Toubro, Hazira

Hàn là một quá trình chế tạo trong đó kim loại được nung nóng, nấu chảy và trộn để tạo ra mối nối, theo đó hai hoặc nhiều bộ phận được hợp nhất với nhau. Khi được sử dụng với vật liệu độn, nó tạo ra một mối hàn mạnh hơn vật liệu cơ bản. Khả năng hàn của thép không gỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố hợp kim của nó.

Thép không gỉ đa năng

Thép không gỉ bao gồm ít nhất 10,5% crom, <1,2% carbon và các nguyên tố hợp kim khác như niken, molypden, nitơ, titan, niobi, mangan, v.v. Crom tạo thành màng oxit ổn định (Cr2O3) trên bề mặt, liên tục, không thấm nước và thụ động để ngăn chặn mọi phản ứng tiếp theo giữa thép và không khí xung quanh và bảo vệ thép khỏi quá trình oxy hóa thêm. Hàm lượng crom cao hơn trong thép không gỉ dẫn đến khả năng chống oxy hóa cao hơn. Nó có độ bền cao hơn ở nhiệt độ phòng cũng như ở nhiệt độ cao.

Cơ chế hàn thép không gỉ

Điều cần thiết là phải biết chi tiết về thành phần và tính chất của thép không gỉ để hiểu được cơ chế hàn, điều này phụ thuộc vào:

• Hàm lượng carbon
• Các nguyên tố hợp kim
• Làm thô hạt ở nhiệt độ cao
• Loại chất độn và thành phần của nó
• Xử lý nhiệt trước và sau mối hàn
• Tác dụng làm cứng của nhiệt đối với
  mối hàn

Khi thành phần của thép không gỉ thay đổi từ loại này sang loại khác thì cơ chế hàn cũng thay đổi tương ứng

Hàn thép không gỉ với các kim loại khác

Các bộ phận bằng thép không gỉ thường được hàn với các bộ phận làm bằng kim loại khác. Sự khác biệt lớn về điểm nóng chảy của kim loại khiến chúng khó kết nối hơn bằng các phương pháp tiêu chuẩn.

Thép không gỉ Austenit ví dụ 304 hoặc 316, được hàn với thép carbon trơn bằng cách sử dụng hàn MIG và TIG. Vật liệu phụ được ưu tiên sử dụng trong quá trình hàn MIG. Do sự khác biệt về độ dẫn điện giữa thép không gỉ và thép trơn nên khó có thể đạt được mối hàn chính xác nhiệt độ. Hàn điện trở có thể được sử dụng nếu thép carbon được nung nóng trước, vì nó dẫn điện tốt hơn và không nóng lên nhanh như thép không gỉ

Thép trơn có hàm lượng carbon thấp (thép nhẹ)

Hàm lượng carbon trong thép trơn có hàm lượng carbon thấp (thép nhẹ) thường dao động từ 0,05% đến 0,25% trọng lượng. Việc hàn thép cacbon thấp với thép không gỉ là không khó vì hai kim loại này có tính chất gần như giống nhau. Hàn MIG hoặc GMAW là một quá trình tuyệt vời để hàn thép không gỉ với thép cacbon thấp.

Điều quan trọng nhất là chọn dây phù hợp. Kim loại phụ tốt nhất để hàn thép không gỉ với hàm lượng carbon thấp thép là 309. Vật liệu độn này có hàm lượng carbon thấp và một lượng nhỏ ferit để ngăn ngừa nứt. Lớp 309 có đủ crom và niken để chống lại sự pha loãng thép cacbon thấp vấn đề. Nhờ đó, kim loại mối hàn lắng đọng sẽ có khả năng chống ăn mòn rất tốt sức chống cự.

Thép trơn cacbon trung bình

Thép carbon chứa 0,30-0,60% carbon và 0,60-1,65% mangan mạnh hơn thép carbon thấp nhưng khó hàn hơn và dễ bị nứt hơn. Thép carbon trung bình được hàn với thép không gỉ bằng quy trình hàn hydro thấp hoặc chất độn hydro được kiểm soát

Thép trơn có hàm lượng carbon cao

Thép carbon cao chứa 0,60-1,0% carbon và 0,30-0,90% mangan cực kỳ cứng và bền. Nó có khả năng hàn kém và khó hàn mà không bị nứt. Khi hàm lượng carbon trong thép tăng lên, thép trở nên cứng hơn và kém dẻo hơn. Thép carbon cao thường được coi là “khó hàn” do tác dụng làm cứng của nhiệt
tại mối hàn. Nó có thể dễ dàng hình thành pha martensite cứng và giòn khi nó nguội đi sau quá trình hàn. Do hàm lượng carbon cao và xử lý nhiệt thường được trao cho loại thép này, các đặc tính cơ bản của nó bị suy giảm do hàn hồ quang.

Vì vậy, loại thép này đòi hỏi phải gia nhiệt trước và gia nhiệt sau kỹ lưỡng để tránh điều này. Thép không gỉ Austenitic, chẳng hạn như thép không gỉ loại 304 hoặc loại 316, có thể được hàn với thép carbon trơn bằng cách sử dụng hàn MIG và TIG. Trong quá trình hàn MIG, vật liệu độn được ưu tiên

Thép mạ kẽm

Thép không gỉ có khả năng hàn tốt với thép mạ kẽm. Các lớp phủ kẽm xung quanh khu vực được nối sẽ được loại bỏ trước khi hàn vì kẽm nóng chảy, nếu
có trong vùng nóng chảy của mối hàn, có thể dẫn đến hiện tượng giòn hoặc giảm khả năng hàn, khả năng chống ăn mòn của mối hàn đã hoàn thiện

Nhôm – Có thể hàn nhôm với thép không gỉ

Các khớp nối nhôm-thép-nhôm được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô và đóng tàu để giảm trọng lượng của kết cấu, từ đó nâng cao hiệu quả.

Có sự khác biệt rất lớn về điểm nóng chảy giữa hợp kim nhôm và thép, điều này gây bất lợi lớn cho quá trình sản xuất. Thép không gỉ và nhôm được nối thông qua hàn hồ quang; hai kỹ thuật đặc biệt đã được phát triển để tách các kim loại ra khỏi nhau trong quá trình hàn hồ quang. Các hợp chất trung gian rất giòn không được hình thành trong quá trình hàn.

• Phương pháp đầu tiên sử dụng lưỡng kim chuyển tiếp, trong đó nhôm và thép không gỉ được nối với nhau bằng các phương pháp không tạo ra hợp chất và cho phép nối hai kim loại bằng cách chỉ hàn nhôm với nhôm và thép không gỉ.
• Trong phương pháp thứ hai, thép không gỉ được phủ một lớp nhôm. Điều này đôi khi đạt được bằng cách phủ nhúng (nhúng nhôm nóng) hoặc hàn nhôm
  lên bề mặt thép. Sau khi được phủ, thép có thể được hàn hồ quang vào phần nhôm, nếu cẩn thận để ngăn hồ quang chạm vào thép

Đồng và thép không gỉ

Hai kim loại có thể được hàn lại với nhau, nhưng việc này cực kỳ khó khăn và có rất ít độ bền kết cấu. Điểm nóng chảy của thép không gỉ cao hơn nhiều so
với đồng. Hàn chùm tia điện tử (EBW) là quy trình hàn được ưa chuộng, chủ yếu vì EBW là một quy trình tuyệt vời để hàn đồng nói chung.

Vonfram

Vonfram là vật liệu hàn lý tưởng cho thép không gỉ do tính chất điểm nóng chảy và độ bền cao và được sử dụng để dễ dàng hàn các mối nối không gỉ. Các điện cực vonfram thorium, chứa 1-2% thori oxit (ThO2), lý tưởng cho việc hàn thép không gỉ với cường độ dòng điện cao. Vonfram được hàn trong môi trường rất tinh khiết của khí trơ (quy trình hồ quang vonfram khí) hoặc chân không (quy trình chùm tia điện tử) để tránh nhiễm bẩn mối hàn bởi các kẽ.

Từ những chia sẻ ở trên, Tập đoàn inox Gia Anh hy vọng bạn sẽ có được những kiến thức bổ ích, giúp cho việc hàn trở nên dễ dàng, đảm bảo chất lượng, đảm bảo an toàn cho bản thân và những người xung quanh. Do đó, bạn có thắc mắc gì có thể liên hệ Hotline/ Zalo: 0931 71 74 77 để được hỗ trợ tư vấn cũng như giải đáp các thắc mắc khác một cách chi tiết.

Nguồn tham khảo: Tạp chí điện tử “Thế giới thép không gỉ tháng 12” – stainless-steel-world.net