Hàn Thép Không Gỉ 304 và 316: Vật Liệu Hàn, Nhiệt Lượng Đầu Vào và Thụ Động Hóa

Lựa chọn vật liệu hàn

Nguyên tắc mặc định là hàn cao hơn một mác lên:

• 304/304L được hàn bằng vật liệu hàn 308L.
• 316/316L được hàn bằng vật liệu hàn 316L, mang molypden cần thiết để duy trì khả năng chống ăn mòn rỗ.
• Các liên kết khác loại (304 với thép carbon) sử dụng vật liệu hàn hợp kim hóa cao như 309L.

Chữ "L" rất quan trọng: carbon của vật liệu hàn được giữ ở mức bằng hoặc dưới 0.03% để bản thân kim loại đắp chống lại sự nhạy cảm hóa. Khi kim loại nền là 304 hoặc 316 thông thường (không phải L), việc sử dụng vật liệu hàn mác L và kiểm soát nhiệt lượng đầu vào là biện pháp bảo vệ chính cho kim loại mối hàn.

Nhiệt lượng đầu vào và sự nhạy cảm hóa

Trong khoảng khoảng 450 °C và 850 °C, crom kết hợp với carbon tạo thành cacbua tại biên giới hạt — sự nhạy cảm hóa — để lại các vùng nghèo crom bị ăn mòn ưu tiên (ăn mòn mối hàn, ăn mòn dạng lưỡi dao). Do đó thực hành với thép không gỉ hoạt động theo cách ngược lại với thép carbon:

• Giữ nhiệt lượng đầu vào thấp đến vừa phải (thường trong khoảng 0.5–1.5 kJ/mm, tùy thuộc vào quy trình).
• Giới hạn nhiệt độ giữa các đường hàn, thường khoảng 150 °C.
• Sử dụng hạt hàn thẳng thay vì dao động rộng, và để liên kết nguội giữa các đường hàn.

Thép không gỉ austenit cũng dẫn nhiệt kém và giãn nở khoảng gấp rưỡi so với thép carbon, vì vậy kiểm soát biến dạng (trình tự cân bằng, hàn bước lùi, gá kẹp đầy đủ) là một phần của quy trình, không phải là điều nghĩ đến sau.

Các điểm kỹ thuật

• Bảo vệ khí: mặt chân của mối hàn ống và tấm cần khí trơ bảo vệ phía sau (thổi argon) cho đến khi chân mối hàn được bịt kín bởi vài milimét kim loại; chân mối hàn bị oxy hóa, sần sùi có khả năng chống ăn mòn và hiệu năng mỏi kém.
• Sạch sẽ: bàn chải và vật liệu mài chuyên dụng chỉ cho thép không gỉ; nhiễm sắt từ các dụng cụ thép carbon dùng chung sẽ bám vào và gỉ. Tẩy dầu mỡ trước khi hàn.
• Không bao giờ sử dụng chi tiết thép không gỉ làm bàn làm việc để mài thép carbon ở gần — nhiễm bụi mài là nguyên nhân phổ biến gây ra các đốm gỉ bí ẩn.

Sau khi hàn: làm sạch và thụ động hóa

Hàn để lại vệt nhiệt — một màng oxit nghèo crom mà màu rơm đến màu xanh của nó báo hiệu khả năng chống ăn mòn bị giảm ở bên dưới. Đối với môi trường ăn mòn, vệt nhiệt và lớp nghèo crom phải được loại bỏ:

1. Làm sạch cơ học (chải bằng thép không gỉ, vật liệu mài mịn) cho công việc nhẹ.
2. Tẩy gỉ bằng pasta hoặc bể nitric/hydrofluoric để khôi phục hoàn toàn bề mặt.
3. Thụ động hóa trong axit nitric hoặc citric (theo thực hành ASTM A967) tái tạo màng oxit crom trên bề mặt đã sạch. Thụ động hóa không phải là chất tẩy rửa — nó không loại bỏ vệt nhiệt nặng hoặc vảy.

Một liên kết 316 được hàn, làm sạch và thụ động hóa đúng cách phải không thể phân biệt được về hiệu năng ăn mòn so với kim loại nền; bỏ qua các bước sau hàn là lý do thông thường khiến nó không đạt được như vậy.

Các khuyết tật phổ biến và nguyên nhân của chúng

• Rỗ khí: hầu như luôn do nhiễm bẩn — độ ẩm, dầu mỡ, sơn hoặc kẽm trên bề mặt liên kết, hoặc vấn đề bảo vệ khí (mất lớp phủ khí, gió lùa). Thép không gỉ thể hiện rỗ khí do nhiễm bẩn sớm hơn thép carbon vì vũng hàn ít khoan dung với bề mặt bẩn hơn.
• Chân mối hàn sần sùi như đường: thổi khí bảo vệ phía sau không đủ; chân mối hàn bị oxy hóa thành bề mặt thô, đen, dễ ăn mòn và không thể sửa chữa từ bên ngoài.
• Nứt: hiếm ở bản thân 304/316 (cấu trúc austenit với một lượng nhỏ ferit trong kim loại đắp chống nứt kết tinh), nhưng là nguy cơ thực sự khi vật liệu hàn sai được sử dụng trên các liên kết khác loại hoặc khi nhiễm carbon xâm nhập vào vũng hàn — một lý do nữa cho dụng cụ chuyên dụng và dây sạch.