Cách hàn thép không gỉ hai mặt - Kiến thức

Thép không gỉ song công (DSS) đã trở thành một trong những vật liệu-được ưa chuộng nhất trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe. Công ty có được danh tiếng này bằng cách kết hợp các thuộc tính tốt nhất của thép không gỉ austenit và ferit thành một vi cấu trúc-pha đơn, kép - khoảng 50% austenite và 50% ferit. Kết quả là khả năng chống ăn mòn đặc biệt, độ bền cơ học cao và khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất (SCC) vượt trội.

Tuy nhiên, những lợi thế này đi kèm với một cảnh báo quan trọng:thép không gỉ song côngrất nhạy cảm với việc hàn không đúng cách. Mối nối DSS được hàn không đúng cách có thể dẫn đến mất cân bằng pha, kết tủa các hợp chất liên kim loại có hại (chẳng hạn như pha sigma) hoặc gây ra ứng suất dư không mong muốn. Bất kỳ kết quả nào trong số này đều có thể làm giảm đáng kể hiệu suất sử dụng của vật liệu -, đôi khi gây ra sự cố nghiêm trọng trong đường ống, bình áp lực hoặc bộ trao đổi nhiệt.

How to Weld Duplex Stainless Steel

Hướng dẫn này bao gồm mọi thứ bạn cần biết về cách hàn thép không gỉ song công một cách chính xác: từ việc hiểu về luyện kim và chọn vật liệu độn phù hợp cho đến kiểm soát nhiệt đầu vào, chọn quy trình hàn tốt nhất và xác minh chất lượng mối hàn thông qua kiểm tra sau{0}}mối hàn.

Trước khi chọn mỏ hàn, điều cần thiết là phải xác định loại song công mà bạn đang làm việc. Các cấp DSS bao gồm nhiều loại hàm lượng hợp kim và khả năng chống ăn mòn, thường được định lượng bằng Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN):

PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N

PREN cao hơn cho thấy khả năng chống ăn mòn rỗ tốt hơn. Bảng dưới đây tóm tắt các loại song công phổ biến nhất, thành phần hợp kim của chúng và các ứng dụng điển hình:

Cấp	TRƯỚC*	Cr (%)	Ni (%)	Độ ẩm (%)	Ứng dụng điển hình
2101 (Gầy)	~26	21-22	1.5	0.1-0.8	Môi trường kết cấu, ăn mòn nhẹ
2304	~26	21.5-24.5	3.0-5.5	0.05-0.6	Xử lý hóa chất, xử lý nước
2205 (Tiêu chuẩn)	~35	21-23	4.5-6.5	2.5-3.5	Dầu khí, hàng hải, trao đổi nhiệt
2507 (Siêu)	~42	24-26	6-8	3-5	Đường ống ngầm, axit mạnh
Zeron 100	~43	24-26	6-8	3-4	Môi trường ngoài khơi có tính ăn mòn cao

PREN=Số tương đương với khả năng chống rỗ. Các giá trị mang tính gần đúng và phụ thuộc vào thành phần hóa học chính xác trong phạm vi cấp lớp.

Việc biết cấp độ này không chỉ mang tính học thuật - mà còn trực tiếp xác định loại kim loại phụ chính xác, phạm vi nhiệt đầu vào và-các yêu cầu kiểm tra sau mối hàn.

Chọn sai kim loại phụ là một trong những lỗi phổ biến và tốn kém nhất khi hàn inox song công. Nguyên tắc hướng dẫn là sử dụng chất độn tổng thể - kim loại phụ có hàm lượng niken (Ni) cao hơn kim loại cơ bản. Điều này bù đắp cho hiệu ứng pha loãng và xu hướng ferit chiếm ưu thế trong vùng hàn trong quá trình đông đặc nhanh.

Nguyên tắc lựa chọn khóa

Kim loại phụ phải khôi phục sự cân bằng ferrite austenite-trong kim loại mối hàn về phạm vi mục tiêu là 35–65% ferrite. Nếu ferrite vượt quá 70%, mối nối sẽ trở nên giòn và mất độ dẻo dai. Nếu austenite chiếm ưu thế dưới 25% ferrite, khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất sẽ bị tổn hại.

Lớp kim loại cơ bản	Chất bổ sung được đề xuất	Phân loại AWS	Lợi thế chính
2101 / 2304	ER2209	AWS A5.9	Chi phí-hiệu quả, kiểm soát ferrite tốt
2205 (Tiêu chuẩn)	ER2209	AWS A5.9	Tiêu chuẩn công nghiệp, có sẵn rộng rãi
2507 (Siêu)	ER2594	AWS A5.9	Ni/Mo cao hơn cho kim loại cơ bản siêu song công
Các khớp không giống nhau	ER2209 hoặc 309LMo	AWS A5.9 / A5.4	Hiệu ứng pha loãng cân bằng

Luôn xác minh rằng kim loại phụ được bảo quản và xử lý đúng cách: Các điện cực SMAW phải được giữ khô và -sấy khô lại theo khuyến nghị của nhà sản xuất (thường ở nhiệt độ 300–350 độ trong 1–2 giờ) để tránh hấp thụ hydro.

Bạn có thể sử dụng thành công nhiều quy trình hàn trên thép không gỉ song công, miễn là thợ hàn tuân theo các thông số cụ thể về cấp độ-. Mỗi quy trình đều có những ưu điểm riêng biệt tùy thuộc vào ứng dụng:

Quá trình	Nhiệt đầu vào (kJ/mm)	Interpass Nhiệt độ. ( bằng cấp )	Khí bảo vệ	Trường hợp sử dụng điển hình
GTAW / TIG	0.5 – 1.5	Tối đa 150	Ar hoặc Ar+2%N2	Đường gốc, mặt cắt mỏng
GMAW / MIG	0.8 – 2.0	Tối đa 150	Ar{0}}%N2	Sản xuất tự động/số lượng lớn{0}}
SMAW / MMA	0.5 – 2.0	Tối đa 150	Không áp dụng (phủ thông lượng)	Sửa chữa hiện trường, truy cập hạn chế
CÁI CƯA	1.0 – 2.5	Tối đa 150	Hỗn hợp thông lượng Ar+N2	Tấm nặng, chế tạo kết cấu
Hàn dây thuốc (FCAW)	0.8 – 2.0	Tối đa 150	Ar+25%CO2 hoặc Ar+N2	Ngoài khơi, công trường xây dựng

Thông số quan trọng: Kiểm soát đầu vào nhiệt

Nhiệt đầu vào là biến số quan trọng nhất trong hàn thép không gỉ song công. Nó được tính như sau:

Đầu vào nhiệt (kJ/mm)=[Điện áp (V) × Dòng điện (A) × 60] ÷ [Tốc độ di chuyển (mm/phút) × 1000]

Phạm vi nhiệt đầu vào được chấp nhận chung cho hầu hết các loại song công là 0,5 đến 2,5 kJ/mm, với mục tiêu ưu tiên là 0,8 đến 1,5 kJ/mm. Nhiệt đầu vào dưới 0,5 kJ/mm làm nguội mối hàn quá nhanh, giữ lại lượng ferit dư thừa. Nhiệt lượng đầu vào trên 2,5 kJ/mm có thể gây ra sự kết tủa pha sigma (một hợp chất liên kim loại) trong vùng ảnh hưởng nhiệt-(HAZ), làm giảm nghiêm trọng độ bền và khả năng chống ăn mòn.

Ngay cả kỹ thuật hàn tốt nhất cũng không thể bù đắp cho sự chuẩn bị kém. Các bước hàn trước{1}}sau đây là không-có thể thương lượng được:

Pre-Weld Preparation Setting the Stage for Success

Sử dụng thiết kế mối hàn đối đầu xuyên thấu hoàn toàn bất cứ khi nào có thể để loại bỏ các kẽ hở thúc đẩy sự ăn mòn.

Góc vát: 60–70 độ (góc bao gồm) là tiêu chuẩn cho khớp đối đầu. Đối với đường ống, sử dụng góc xiên 37,5 độ theo ASME B31.3 hoặc tiêu chuẩn tương đương.

Khoảng cách giữa chân răng: 2–3 mm đối với chân răng TIG; duy trì sự phù hợp nhất quán-để tránh lượng nhiệt đầu vào thay đổi.

Giảm thiểu kích thước mối hàn; đảm bảo các mối hàn dính đáp ứng các yêu cầu chất lượng tương tự như mối hàn cuối cùng.

Tẩy sạch tất cả các bề mặt bằng axeton hoặc dung môi công nghiệp được phê duyệt trước khi hàn.

Loại bỏ tất cả vảy cán, sơn, dầu mỡ và hơi ẩm ở khoảng cách tối thiểu 25 mm ở mỗi bên của mối nối.

Sử dụng bàn chải dây thép không gỉ chuyên dụng và đĩa mài - không bao giờ dùng chung dụng cụ với thép cacbon để tránh nhiễm bẩn sắt.

Đeo găng tay sạch khi xử lý các bề mặt đã được chuẩn bị sẵn.

Trong hầu hết các trường hợp, thép không gỉ song công KHÔNG yêu cầu gia nhiệt trước. Trên thực tế, việc làm nóng trước trên 100 độ thường không được khuyến khích vì nó làm tăng nguy cơ hình thành pha sigma. Ngoại lệ là khi nhiệt độ môi trường xung quanh dưới 5 độ hoặc có bằng chứng về độ ẩm - trong những trường hợp này, nhiệt độ ấm nhẹ-lên tới 15–50 độ là có thể chấp nhận được.

Nitơ là nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép không gỉ song công - nó ổn định pha austenite và góp phần trực tiếp vào khả năng chống ăn mòn. Các khí bảo vệ bao gồm 1–3% nitơ giúp duy trì hàm lượng nitơ trong bể hàn, nếu không sẽ bị thất thoát do bay hơi trong quá trình hàn.

Song công tiêu chuẩn (2205): Argon + 2% N2 được khuyến nghị cho các thẻ gốc và điền GTAW và GMAW.

Argon nguyên chất: Có thể chấp nhận được đối với GTAW với kim loại phụ giàu nitơ{0}}nhưng ít được ưu tiên hơn.

Tránh các loại khí giàu CO2: Nồng độ CO2 trên 25% có thể gây ra quá trình oxy hóa quá mức và giảm khả năng giữ nitơ.

Tốc độ dòng khí: 12–15 L/phút đối với GTAW; 15–20 L/phút đối với GMAW. Dòng chảy hỗn loạn hoặc không đủ gây ra độ xốp.

Thanh lọc lại để lấy Root Pass

Làm sạch ngược - làm ngập bên trong đường ống hoặc bình bằng khí trơ - là bắt buộc đối với quá trình truyền gốc trên thép không gỉ song công. Mức oxy trong vùng thanh lọc phải giảm xuống dưới 0,1% (1.000 ppm) trước khi bắt đầu hàn và duy trì dưới mức đó trong suốt quá trình lắng đọng rễ. Khí thanh lọc: 100% argon hoặc argon + 2% nitơ. Nên sử dụng máy phân tích oxy để xác minh chất lượng thanh lọc trước khi đánh hồ quang.

Weld Stainless Steel Pipe Interpass Temperature and Cooling Rate Control

Kiểm soát nhiệt độ giữa các đường truyền cũng quan trọng như kiểm soát nhiệt đầu vào. Nhiệt độ giữa các đường truyền tối đa đối với thép không gỉ song công là 150 độ (302 độ F) đối với song công tiêu chuẩn và một số thông số kỹ thuật siêu song công có thể yêu cầu giới hạn thậm chí thấp hơn (120 độ).

Đo nhiệt độ giữa các lớp bằng nhiệt kế tiếp xúc đã hiệu chuẩn hoặc nhiệt kế hồng ngoại ở khoảng cách 25 mm tính từ đường tâm mối hàn. Để mối hàn nguội tự nhiên - không bao giờ sử dụng phương pháp làm mát không khí cưỡng bức hoặc làm nguội bằng nước, điều này có thể gây sốc nhiệt và nứt.

Nếu áp lực sản xuất cao, hãy lập kế hoạch để có đủ thời gian chờ giữa các lần. Một nguyên tắc nhỏ hữu ích: đối với mối hàn phi lê 6 mm ở mức nhiệt vừa phải (~1,0 kJ/mm), hãy chờ ít nhất 3–5 phút giữa các lần hàn để đảm bảo kim loại trở về nhiệt độ dưới 150 độ.

-Xử lý nhiệt sau mối hàn (ủ dung dịch) đôi khi được yêu cầu đối với các ứng dụng có tính quan trọng cao hoặc khi cụm hàn có lượng nhiệt đầu vào quá cao. Nhiệt độ ủ dung dịch điển hình cho các loại song công là 1.020–1.100 độ, sau đó làm nguội nhanh bằng nước. Điều này hòa tan pha sigma và khôi phục cấu trúc vi mô cân bằng. Tuy nhiên, PWHT làm tăng thêm chi phí đáng kể và thường chỉ được quy định trong các ứng dụng ở bình chịu áp lực tới hạn hoặc dưới biển.

Sau khi hàn, màu nhiệt (sự đổi màu oxy hóa) trên mối hàn và HAZ phải được loại bỏ để khôi phục màng oxit crom thụ động giúp thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn. Điều này đạt được bằng cách:

Phương pháp cơ học: Chải hoặc mài dây inox bằng đĩa mài chuyên dụng.

Tẩy rửa bằng hóa chất: Sử dụng bột nhão hoặc phun axit nitric-hydrofluoric (tuân theo các quy trình nghiêm ngặt về sức khỏe và an toàn; những hóa chất này nguy hiểm). Thời gian tiếp xúc thường là 15–60 phút sau đó rửa kỹ bằng nước.

Thụ động hóa: Sau khi ngâm, sử dụng dung dịch axit nitric (20–50% theo thể tích) để đảm bảo hình thành màng oxit tối đa.

Bảng dưới đây tóm tắt các lỗi thường gặp nhất khi hàn thép không gỉ song công, nguyên nhân gốc rễ của chúng và các biện pháp phòng ngừa đã được chứng minh:

Khiếm khuyết/Vấn đề	Gây ra	phòng ngừa	Phương pháp kiểm tra
Độ giòn pha Sigma	Đầu vào nhiệt quá mức hoặc làm mát chậm	Giữ nhiệt đầu vào<2.5 kJ/mm; control interpass temp.	Kiểm tra va đập Charpy, kiểm tra kim loại
Excess ferrite (>70%)	Chất độn Ni không đủ hoặc-nhiệt đầu vào quá thấp	Sử dụng chất độn tổng thể; tăng nhiệt đầu vào một chút	Đo kính Ferrite
Thiếu sự hợp nhất	Nhiệt độ không đủ, kỹ thuật kém	Chuẩn bị chung thích hợp; tốc độ di chuyển nhất quán	UT, kiểm tra chụp ảnh phóng xạ
Cracking hydro	Vật tư tiêu hao hoặc kim loại cơ bản bị ô nhiễm	Vật tư tiêu hao khô; kim loại nền sạch; làm nóng trước nếu cần	Thuốc nhuộm thẩm thấu, kiểm tra hạt từ tính
độ xốp	Che chắn các vấn đề về khí hoặc ô nhiễm	Đảm bảo lưu lượng khí chính xác 12-15 L/phút; bề mặt sạch sẽ	Kiểm tra thị giác + X quang

Kiểm tra nghiêm ngặt là tuyến phòng thủ cuối cùng để đảm bảo mối hàn thép không gỉ song công an toàn, đáng tin cậy. Một chế độ kiểm tra điển hình bao gồm:

Post-Weld Inspection and Quality Assurance

Kiểm tra trực quan (VT)

The first and simplest check - performed immediately after welding and cleaning. Look for surface cracks, incomplete fusion, excessive undercut (>0,5 mm), chồng lên nhau hoặc có độ xốp nhìn thấy được. Sử dụng ánh sáng rực rỡ và độ phóng đại khi cần thiết.

Đo hàm lượng Ferrite

Sử dụng kính hiển vi ferrite đã hiệu chuẩn (theo ISO 8249 hoặc AWS A4.2) để đo số ferrite (FN) trên kim loại mối hàn và HAZ. Phạm vi chấp nhận được thường là FN 30–70 (khoảng 35–65% ferrite theo thể tích). Ghi lại các phép đo tại các khoảng thời gian xác định dọc theo mối hàn.

Thử nghiệm không{0}}phá hủy (NDT)

Thử nghiệm thẩm thấu thuốc nhuộm (PT): Phát hiện-các vết nứt và độ xốp trên bề mặt. Bắt buộc đối với các đường dẫn gốc và các đường dẫn nắp cuối cùng đối với các mối nối chịu áp lực-.

Ultrasonic Testing (UT): Detects volumetric flaws including lack of fusion, slag inclusions, and internal cracks. Preferred for thicker sections (>6mm).

Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ (RT): Được sử dụng cho các khớp quan trọng cần có hồ sơ vĩnh viễn. Hiệu quả trong việc phát hiện độ xốp, tạp chất và sự thiếu hợp nhất bên trong.

Kiểm tra ăn mòn

Đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất (dưới biển, xử lý hóa học), thử nghiệm ăn mòn rỗ theo Phương pháp A hoặc B của ASTM G48 có thể được chỉ định. Điều này bao gồm việc ngâm mẫu thử vào dung dịch clorua sắt 6% ở nhiệt độ cao và kiểm tra xem có vết rỗ hoặc giảm trọng lượng sau 24 giờ hay không.

Tất cả việc hàn thép không gỉ song công phải được tiến hành theo các tiêu chuẩn quốc tế có liên quan. Các tiêu chuẩn chính bao gồm:

ASME Phần IX - Chứng chỉ hàn và hàn đồng (bình chịu áp lực và đường ống)

Mã hàn kết cấu AWS D1.6 - cho thép không gỉ

ISO 15614-1 - Đặc tính kỹ thuật và chấp nhận các quy trình hàn vật liệu kim loại

NORSOK M{0}} Hàn và kiểm tra đường ống (ứng dụng ngoài khơi/dưới biển)

EN 1011-3 - Khuyến nghị khi hàn thép không gỉ

ASTM A240 / A276 - Thông số vật liệu cho tấm và thanh thép không gỉ song công

Thông số kỹ thuật của quy trình hàn (WPS) và Hồ sơ chứng nhận quy trình (PQR) phải được thiết lập và thẩm định trước khi bắt đầu hàn trong sản xuất bất kỳ-công việc nào do quy tắc quản lý.

Thép không gỉ song công là một trong những vật liệu linh hoạt và{0}}hiệu suất cao nhất hiện có cho nhà chế tạo hiện đại. Nó mang đến sự kết hợp hấp dẫn giữa sức mạnh, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn mà ít hợp kim khác có thể sánh được. Nhưng việc hiện thực hóa những đặc tính đó trong mối hàn hoàn thiện đòi hỏi phải có kỷ luật, kiến thức và sự chú ý đến từng chi tiết ở mọi giai đoạn.

Những điểm chính rút ra từ hướng dẫn này rất đơn giản: biết cấp độ của bạn, chọn kim loại phụ tổng thể, kiểm soát nhiệt đầu vào trong khoảng từ 0,5 đến 2,5 kJ/mm, duy trì nhiệt độ giữa các lớp dưới 150 độ, thanh lọc mạnh mẽ, làm sạch kỹ lưỡng và kiểm tra nghiêm ngặt. Hãy tuân theo những nguyên tắc này và thép không gỉ song công sẽ mang lại cho bạn những mối hàn hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ - ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt nhất trên trái đất.

Đối với các chứng chỉ vật liệu, bảng dữ liệu kỹ thuật hoặc tư vấn hàn cụ thể cho dự án của bạn,liên hệ với nhóm của chúng tôihoặc truy cập danh mục sản phẩm trực tuyến của chúng tôi.