Tính hàn của một số loại thép điển hình – Weldability of typical steel

Thép carbon thấp

Tính hàn tốt

Không có yêu cầu gì đặc biệt

Độ bền kéo thông thường khoảng 42 kgf/mm2 (60,000psi) với giới hạn chảy khoảng 28 kgf/mm2 (40,000psi).

Thép carbon trung bình

Khi hàm lượng carbon tăng lên, xu hướng hình thành pha martensit giòn tăng. Vì vậy, việc gia nhiệt trước khi hàn và làm nguội chậm sau khi hàn là cần thiết

Xu hướng nứt trong vùng ảnh hưởng nhiệt tăng lên với sự có mặt của hidro trong vùng ảnh hưởng nhiệt. Vì vậy, điều cần thiết là sử dụng que hàn sao cho không trở thành nguồn hidro hấp thụ vào kim loại cơ bản.

Nứt dưới mối hàn hoặc giòn do hidro dễ xảy ra khi hàm lượng carbon vượt quá 0,55%

Nhiệt độ gia nhiệt trước hàn đề nghị phụ thuộc vào hàm lượng carbon và độ dầy tiết diện hàn. Hàm lượng carbon càng cao hoặc độ dày tiết diện càng lớn thì nhiệt nung nóng cao hơn.

Mục đích của gia nhiệt trước và làm nguội chậm là để đảm bảo vùng ảnh hưởng nhiệt có độ cứng nhỏ hơn 35 HRC để kim loại không bị giòn.

Thép carbon cao

Tính hàn kém và như quy định là không được hàn trong các ứng dụng chế tạo mới

Chỉ ứng dụng hàn cho mục đích sửa chữa. Các loại thép carbon cao nói chung được sử dụng trong các dụng cụ có độ bền lâu tại cấp độ cứng cao như thép dụng cụ,v.v…Nếu cố hàn có thể gây nứt. Bắt buộc phải nung nóng trước và giữ nhiệt trong khi hàn.

Nên sử dụng hợp kim trong vật liệu hàn có thể chịu được sự xoay vòng nhiệt và gia nhiệt cao trước mặc dù độ cứng của lớp kim loại mối hàn thấp hơn kim loại cơ bản. Tăng cường xử lý nhiệt khử ứng suất sau hàn thường được áp dụng để đảm bảo tuổi thọ hoạt động tốt của chi tiết.

Thép hợp kim thấp carbon thấp

Do hàm lượng carbon thấp, ngay cả khi martensite được hình thành do đương lượng carbon cao, nên thép loại này khá dẻo và dai. Vì vậy, không nhất thiết phải gia nhiệt trước

Thép carbon thấp với thép carbon cao

Thép hợp kim thông thường có độ dẻo và độ bền cao hơn thép carbon thường có cùng độ cứng, tức là thép carbon thường với độ cứng 35 HRC có độ dẻo và độ bền thấp hơn so với thép hợp kim có cùng độ cứng

Hướng dẫn cơ bản về quy trình hàn sẽ tương tự như thép carbon tương ứng ngoại trừ là với thép hợp kim các mức độ bền yêu cầu có thể cao hơn

Thép hợp kim cao

Thép gió hoặc Thép làm khuôn

Khi hàn các loại thép này đặc biệt cẩn trọng và chú ý gia nhiệt cao trước khi hàn cũng như làm nguội rất chậm sau hàn

Rất khó khăn để kim loại mối hàn đạt được các đặc tính như kim loại cơ bản. Vùng kim loại hàn sẽ có độ cứng thấp hơn

Thép không gỉ

Thép không gỉ Austenite được sử dụng thông dụng nhất trong công nghiệp, chủ yếu cho mục đích chịu ăn mòn và chịu nhiệt.

Các loại thép không gỉ này mất khả năng chịu mòn nếu ở trong môi trường nhiệt độ từ 5000C đến 7500C trong một thời gian dài. Vì vậy, phải tiến hành hàn nguội. Ở trường hợp này không có xu hướng hình thành martenxit giòn khi làm nguội nhanh và do đó không bị ảnh hưởng khi tăng tốc độ làm nguội.

Khi hàn, không cần gia nhiệt trước, sử dụng dòng hàn nhỏ, làm nguội nhanh,v.v…Hợp kim que hàn đúng phải có đặc tính phù hợp với kim loại cơ bản bao gồm đặc tính chống ăn mòn

Thép Mangan austenite

Trong thép mangan cao một hợp chất dễ vỡ được hình thành nếu tiếp xúc với nhiệt độ trên 3000C trong một thời gian dài. Do đó nên duy trì ở nhiệt độ càng thấp càng tốt có thể khi hàn

Quy trình hàn cũng giống như với thép không gỉ austenite: không gia nhiệt trước, làm nguội nhanh, duy trì nhiệt độ thấp khi hàn,v.v…

Hàn hai kim loại khác thành phần với nhau

Các mối ghép hàn kim loại khác thành phần liên quan đến thép hợp kim thường gặp trong thực tế. Đôi khi hai kim loại được hàn với nhau có thành phần rất khác nhau và hợp kim que hàn phải “hòa tan” với cả hai kim loại cơ bản.

Cần kiểm soát nhiệt độ nung nóng trước khi hàn, trong khi hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn sau khi tính toán tác động đến kim loại cơ bản và hợp kim hàn sử dụng.

Ảnh hưởng của các Nguyên Tố hợp kim đến tính hàn của Thép

Mangan (Mn): khi hàm lượng < 1% không ảnh hưởng nhiều đến tính nhàn của thép nhưng khi hàm lượng Mn > 1% tính hàn kém đi vì dễ bị nứt (tăng tính thấm tôi).

Silic (Si): khi hàm lượng < 0,3% không ảnh hưởng nhiều đến tính hàn của thép nhưng khi hàm lượng Si > 0,3% sẽ gây khó khăn cho quá trinh hàn vì tạo nên các loại ôxit khó chảy và tăng tính chảy loãng.

Crôm (Cr): ảnh hưởng xấu đến tính hàn của thép vì nó làm tăng sự ôxy hóa kim loại và kết hợp với cacbon tạo thành cacbit (hợp chất hóa học), nâng cao độ cứngkim loại ở vùng chuyển tiếp từ mối hàn đến kim loại cơ bản. Tuy nhiên nếu chọn được chế độ hàn, vật liệu hàn và quy trinh công nghệ hàn hợp lý thì có thể hạn chế ảnh hưởng xấu của nó đến tính hàn.

Niken (Ni): có tác dụng làm nhỏ hạt kim loại và nâng cao tính dẻo của thép – ít ảnh hưởng đến tính hàn của thép.

Molipden (Mo): gây nhiều khó khăn cho quá trinh hàn như làm tăng khả năng nứt ngầm trong mối hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt lớn, dễ bị ôxy hóa và cháy mnạh trong quá trinh hàn.

Vonfram (W): làm tăng độ cứng và khả năng chịu nhiệt nhưng W làm cho tính hàn kém đi vì nó thường bị ôxy hóa mạnh nên cần bảo vệ thật tốt trong quá trinh hàn.

Vanadi (V) có ảnh hượng tương tự như Vonfram.

Titan (Ti) và Niobi (Nb): chỉ tồn tại trong thép một lượng rất nhỏ (< 1%) nên không ảnh hưởng nhiều đến tính hàn của thép.

Đồng (Cu): với hàm lượng  nhỏ (0,3 – 0,8%) có tác dụng làm tăng độ bền, độ dẻo, độ dai va đập và tính chống ăn mòn của thép nhưng ít ảnh hưởng đến tính hàn của thép.

Lưu huỳnh (S): thường gây hiện tượng bở nóng, nứt nóng còn Phôtpho (P) thường gây hiện tượng giòn nguội, nứt nguội. Đó là những tạp chất có hại. Khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép, chúng có ảnh hưởng xấu đến tính hàn.

Oxy (O2) trong thép thường ở dạng oxit làm giảm cơ tính và làm xấu tính hàn của thép.

Nitơ (N2) trong thép tạo hợp chất hóa học (nitrit sắt) rất cứng, dòn, làm giảm tính dẻo và gây khó khăn cho quá trinh hàn.

Hydro (H2) là tạp chất có hại, sinh khí trong vũng hàn, gây nứt tế vi trong mối hàn và gây khó khăn cho quá trình hàn.

Nguồn: Proweld