Kiến thức vỡ lòng cho các nhà chế tạo mới làm quen với hàn thép không gỉ
Khi lựa chọn một qui trình và kim loại bù để hàn thép không gỉ, các nhà chế tạo cần tính đến chi phí ban đầu và các đặc tính của kim loại bù, năng suất yêu cầu, mức độ phức tạp của trang thiết bị và các kỹ năng người thợ.
Mặc dù không có qui trình nào là hoàn hảo cho hàn thép không gỉ, nhưng nếu biết quan tâm đúng mức đến những yếu tố then chốt khi lựa chọn qui trình và kim loại bù thì có thể giúp đảm bảo sự thành công và tiết kiệm chi phí.
Thép không gỉ tiếp tục được ưa chuộng trong các ứng dụng công nghiệp chế tạo, mà chủ yếu là nhờ vào tính kháng ăn mòn, độ bền và độ cứng của nó. Tuy nhiên, so với thép thường, thép không gỉ đặt ra một số thách thức hàn nhất định, đặc biệt là đối với những thợ hàn ít kinh nghiệm. Thép không gỉ có thể đắt gấp từ 3 đến 5 lần thép thường; nên bất kỳ sai lỗi hàn nào đều có thể làm cho tổng chi phí bị đội lên cao do phải làm lại.
Việc lựa chọn qui trình hàn đúng có vai trò then chốt. Mọi phương án đều có sự đánh đổi, và không có qui trình nào là giải pháp hoàn hảo. Để xác định giải pháp tốt nhất, các nhà chế tạo cần phải tính đến chi phí ban đầu và các đặc tính của kim loại bù, năng suất yêu cầu, mức độ phức tạp của trang thiết bị và các kỹ năng người thợ.
Các lợi ích và thách thức
Thép không gỉ có khả năng kháng ăn mòn và duy trì độ bền ở nhiệt độ làm việc nóng lạnh khắc nghiệt, do đó nó rất được ưa chuộng trong ngành đường ống và hóa dầu. Thép không gỉ cũng không thuận lợi cho vi khuẩn sinh trưởng trên bề mặt, nên rất phù hợp cho các thiết bị chế biến thực phẩm và y tế. Nhiều lợi ích của thép không gỉ hiện nay cũng giúp nó gia nhập vào làn sóng của các nhà máy bia thủ công, và ngày càng khẳng định tính ưu việt trong ngành vận tải đường sắt và đường bộ sử dụng các bồn chứa được thiết kế để vận chuyển hóa chất ăn mòn.
Thép không gỉ phổ thông thường thuộc vào một trong hai loại là crôm-niken (austenitic, hoặc sê-ri 300) hoặc thuần crôm (martensitic và ferritic, hoặc sê-ri 400). So với thép không gỉ crôm-niken, thép không gỉ thuần crôm và thép carbon có hệ số giãn dài tương đối thấp. Đây là thông số quyết định mức độ co giãn dưới tác động của nhiệt độ và áp suất. Nhóm thuần crôm cũng có điểm nóng chảy thấp hơn so với thép carbon nhưng cao hơn so với thép không gỉ crôm-niken. Tuy nhiên, so với thép carbon thì cả thép không gỉ thuần crôm và crôm-niken đều có điện trở cao và tính dẫn nhiệt thấp.
Khi muốn tăng năng lực, việc ứng dụng các qui trình hàn thép không gỉ có thể giúp các nhà chế tạo tăng năng lực cạnh tranh của mình. Và có hai yếu tố then chốt có thể giúp họ đạt được kết quả tốt nhất.
Thứ nhất, thành phần hợp kim khiến thép không gỉ có tính cách nhiệt tốt hơn thép carbon. Nhiệt lượng từ hồ quang không bị phân tán dễ dàng trong vật liệu mà tập trung ở vũng hàn. Điều này có thể dẫn đến sự cong vênh, cháy xuyên và oxy hóa. Việc lựa chọn qui trình hàn và kim loại bù đúng có thể giúp kiểm soát nhiệt lượng cung cấp.
Thứ hai, thép không gỉ dễ bị biến màu. Được gọi là hiện tượng đường hóa, sự biến màu này là chỉ dấu cho biết một lượng crôm đã bị kéo bật ra khỏi vật liệu, khiến nó dễ bị ăn mòn hơn. Trong hàn đường ống thép không gỉ, hiện tượng đường hóa là không được phép vì lý do thẩm mĩ và chất lượng, và trong bất kỳ ứng dụng nào điều này đều có thể dẫn đến chi phí làm lại đắt đỏ. Đồng thời, thép không gỉ và các kim loại bù để hàn thép không gỉ thông thường đều đắt hơn so với thép carbon.
Ngoài kỹ năng thợ hàn và tính sẵn có của thiết bị, thự tứ các yếu tố ưu tiên trong ứng dụng – như giá thành, năng suất và hình thức đường hàn – cũng ảnh hưởng đến quyết định cuối cùng khi lựa chọn qui trình hàn thép không gỉ của các nhà chế tạo.
Hàn hồ quang tay
Hàn hồ quang tay (SMAW) thường sử dụng thiết bị di động đơn giản, và đó là lý do tại sao qui trình này là sự lựa chọn phổ biến cho công việc bảo trì và sửa chữa. Tuy nhiên, SMAW, hoặc hàn que, thường có năng suất thấp hơn so với các qui trình hàn khác và có thể sinh ra bắn tóe nhiều, dẫn đến làm tăng thời gian và chi phí làm sạch.
Với những nhà chế tạo chưa từng hàn thép không gỉ, SMAW là một điểm khởi đầu tốt. Nó không sử dụng khí bảo vệ, nên để hàn, người thợ hàn chỉ cần một nguồn hàn que đủ công suất và que hàn inox.
So với thép carbon, thép không gỉ - cả loại thuần crôm (martensitic và ferritic) và loại crôm-niken (austenitic) – đều có điện trở lớn hơn và tính dẫn nhiệt thấp hơn.
Giá thành tính trên kg chi cho que hàn nằm ở khoảng giữa – thấp hơn so với dây hàn lõi thuốc hoặc lõi kim loại và hơi cao hơn so với dây đặc. Các nhà chế tạo có thể mua que hàn inox với số lượng nhỏ, chẳng hạn các hộp 6 hoặc 8 pao, rất phù hợp cho các công việc nhỏ và có thể giúp giảm giá thành. Tuy nhiên, các nhà chế tạo cần phải tính đến cả chi phí làm sạch khi hàn que trước khi quyết định xem giá thành que hàn thấp của qui trình này có hiệu quả thực sự về mặt chi phí hay không.
Que hàn inox 309 hoặc 312 là một lựa chọn tốt cho hàn thép không gỉ, đặc biệt là cho các ứng dụng bảo trì hoặc sửa chữa. Chúng có khả năng chống nứt tốt và độ bền cao, và thường có thể hàn sửa chữa, ngay cả khi chưa biết chính xác loại vật liệu cơ bản.
Hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ và Hồ quang lõi thuốc
Khi cần ưu tiên năng suất hàn thép không gỉ, các qui trình sử dụng dây hàn được cấp tự động thường mang lại hiệu suất tốt và hình thức mối hàn đẹp. Những tiến bộ về thiết bị và kim loại bù đã khiến cho các qui trình này ngày càng trở nên dễ sử dụng hơn, ngay cả đối với những thợ hàn mới làm quen với hàn thép không gỉ.
Nhiều nhà chế tạo ứng dụng hàn hồ quang kim loại trong khí bảo vệ (GMAW) để hàn thép không gỉ bằng dây hàn đặc. Hàn GMAW có mức độ phức tạp về thiết bị và yêu cầu đối với kỹ năng người thợ ở mức độ trung bình, và để hàn thép không gỉ, qui trình hàn này có thể được sử dụng ở chế độ chuyển dịch kim loại dạng xung hoặc phun.
Chi phí trên kg về dây hàn đặc thấp hơn các lựa chọn khác, nhưng khí bảo vệ lại tốn hơn. Việc sử dụng một hỗn hợp khí với thành phần chính là argon – chẳng hạn như 98% argon/2% CO2, hoặc một hỗn hợp khí argon/he – sẽ giúp giảm bắn tóe.
Hàn hồ quang lõi thuốc (FCAW) có thể năng suất hơn so với GMAW nhưng lại sinh ra xỉ và bắn tóe, dẫn đến mất thêm thời gian và chi phí làm sạch. FCAW cũng có chi phí trên kg về kim loại bù inox cao nhất, vì sản xuất các nguyên tố hợp kim trong lõi thuốc thường đắt đỏ hơn.
Có nhiều loại dây hàn lõi thuốc sử dụng các hỗn hợp khí bảo vệ thông thường như argon/CO2 hoặc 100% CO2. Những nhà chế tạo mới làm quen với hàn thép không gỉ có thể không cần đầu tư mua một loại khí hoặc hệ thống cấp khí đặc biệt.
Hàn hồ quang kim loại lõi thuốc, theo phương thức phun có xung hoặc phun tiêu chuẩn, có tốc độ hàn nhanh với nhiệt lượng cấp vào mối hàn ít hơn. Điều này giúp hạn chế sự cong vệnh và biến dạng khi hàn thép không gỉ.
Mặc dù, hàn kim loại lõi thuốc ít bắn tóe hơn so với các dạng hàn dây khác, nhưng giá trên kg của kim loại bù thép không gỉ là cao nhất. Khi quyết định chọn loại kim loại bù và qui trình này, các nhà chế tạo nên cân nhắc chi phí ban đầu với năng suất thu được và khả năng hạn chế việc phải làm lại và làm sạch.
Hàn hồ quang chìm
Nhiều nhà chế tạo triển khai các hệ thông hàn hồ quang chìm (SAW) để hàn thép carbon, nhưng SAW cũng mang lại các lợi ích đáng kể khi hàn thép không gỉ, bao gồm năng suất lớn hơn và mức độ bắn tóe cực kỳ thấp, giúp tiết kiệm được thời gian và chi phí làm sạch. SAW rất phù hợp cho các vật liệu dày và các ứng dụng lớn như bồn chứa hoặc bồn khí tự nhiên hóa lỏng. Mặc dù chỉ giới hạn ở tư thế hàn bằng, qui trình này có thể được thực hiện bởi những thợ ít kỹ năng hơn. Khi sử dụng SAW trên thép không gỉ, các nhà chế tạo sử dụng loại thuốc trung tính hoặc không tạo hợp kim, để tránh việc làm tăng các thành phần hợp kim có khả năng làm thay đổi hóa tính của mối hàn thành phẩm.
Thép không gỉ tiếp tục được ựa chuộng trong các ứng dụng công nghiệp chế tạo, mà chủ yếu là nhờ vào tính kháng ăn mòn, độ bền và độ cứng của nó.
Hàn hồ quang điện cực vonfram trong khí bảo vệ
Hàn hồ quang điện cực vonfram trong khí bảo vệ (GTAW) gây rất ít bắn tóe, ngay cả so với SAW. Nếu người thợ đang sử dụng que hoặc dây bù, GTAW có chi phí trên kg vừa phải, nhưng nó đòi hỏi nhiều ở kỹ năng người thợ và thường là thiết bị phức tạp nhất. Mặc dù tính thẩm mỹ và hình thức đường hàn bằng qui trình GTAW là rất cao, nhưng năng suất lại thấp nhất so với các lựa chọn khác.
Hàn GTAW trên thép không gỉ thường sử dụng khí bảo vệ argon 100%, và thường có thêm một đường khí argon thứ hai để xông khí mặt sau.
Hầu hết các cơ sở có sử dụng hàn GTAW để hàn thép không gỉ đều làm như vậy vì lý do thẩm mỹ, đơn giản là vì qui trình này cho chất lượng mối hàn sạch, chính xác.
Lựa chọn qui trình đúng
Với xu hướng sử dụng thép không gỉ tiếp tục tăng, ngày càng nhiều công ty sẽ phải làm quen với việc hàn vật liệu này. Giá thành có thể là mối quan tâm hàng đầu đối với một số doanh nghiệp, trong khi giảm thời gian chết và nâng cao năng suất có thể lại là quan trọng nhất đối với các doanh nghiệp khác.
Mỗi lựa chọn qui trình và kim loại bù đều có sự đánh đổi. Mặc dù không có qui trình nào là hoàn hảo cho hàn thép không gỉ, nhưng nếu biết quan tâm đúng mức đến những yếu tố then chốt khi lựa chọn qui trình và kim loại bù thì có thể giúp đảm bảo sự thành công và tiết kiệm chi phí.
(Nguồn: Theo The Fabricator)
