Điều gì làm cho thép không gỉ không bị rỉ sét ?

Các nhà chế tạo trước tiên nên nghĩ về điều gì mang lại cho thép không gỉ các đặc tính không gỉ của nó và làm thế nào để đảm bảo các đặc tính đó vẫn nguyên vẹn trước, trong và sau khi hàn.

Nền tảng để chinh phục nhiều thách thức hàn bắt đầu bằng việc ghi nhớ rằng thép không gỉ có được đặc tính không gỉ của nó bằng cách hình thành một lớp oxit crom.

Thép không gỉ là gì?

Đầu tiên, chúng ta hãy nhìn vào thép carbon. Khi tiếp xúc với hơi ẩm, sắt trong thép cacbon phản ứng với oxy từ từ tạo thành một oxit sắt màu đỏ. Một cú chạm nhanh với đá mài sẽ loại bỏ vết gỉ và để lộ lớp thép sạch bên dưới.

Bây giờ hãy đối chiếu điều đó với sự hình thành oxit crom trên thép không gỉ. Thép không gỉ bao gồm khoảng 50 phần trăm sắt và bất cứ nơi nào giữa 10,5 phần trăm (12 phần trăm là một lượng tối thiểu điển hình) và 30 phần trăm crom, tùy thuộc vào loại.

Lớp oxit crom hình thành trên bề mặt thép không gỉ khi crom phản ứng với oxy. Điều này xảy ra ngay lập tức, với tốc độ hình thành được đo bằng nano giây và độ dày màng tính bằng micrômet.

Vì vậy, tại sao điều này lại quan trọng? Nó có nghĩa là đặc tính không gỉ nổi bật nhất của thép không gỉ là khả năng chống ăn mòn, là kết quả của khả năng hình thành và tái tạo lớp oxit crom khi có oxy. Tuy nhiên, thép không gỉ không cung cấp khả năng chống ăn mòn bên dưới lớp oxit. Kết quả là, một khi bắt đầu ăn mòn, nó sẽ tiến triển nhanh chóng.

Một ví dụ điển hình về điều này là sự ăn mòn rỗ hoặc vết nứt có thể xảy ra trong bộ trao đổi nhiệt ở các khe hở giữa các ống và tấm ống. Tấm có hàng trăm lỗ được gia công để hỗ trợ các bó ống và nước làm mát hoặc hơi nước chảy xung quanh các ống. Ăn mòn bắt đầu nếu chất lỏng thấm vào khoảng trống giữa ống và ống dẫn vì ôxy không thể tiếp cận khu vực đó để hình thành lại ôxít crom. Do đó, các nhà sản xuất bộ trao đổi nhiệt đặt một mối hàn bịt kín, thường là hàn hồ quang vonfram khí (GTAW), xung quanh mỗi ống. Mối hàn không cần bền nhưng cần kín nước.

Kiềm chế tông màu nóng

Trong khi các nghệ sĩ và những người yêu thích kim loại có thể bị thu hút bởi màu nhiệt sinh ra trong quá trình hàn, những màu đó sẽ gửi tín hiệu đến nhà chế tạo về mức độ oxy hóa diễn ra trong quá trình hàn.

Sắc thái nhiệt xảy ra do oxy trong khí hoạt động hoặc khí quyển tạo thành một lớp oxit nặng, tiêu thụ crom nằm ngay dưới lớp bề mặt trên cùng. Các lớp có màu từ bạc đến vàng rơm là tốt, trong khi các lớp nặng hơn chuyển từ sắc tím / xanh lam sang sắc xám / đen thì không tốt. Các nhà chế tạo sử dụng thuật ngữ lóng “đốt cháy crôm”, vì màu tối hơn thường biểu thị nhiệt lượng đầu vào dư thừa. Tuy nhiên, nguyên nhân sâu xa của điều này là quá trình oxy hóa.

Theo nguyên tắc chung, tất cả các mối hàn không gỉ đều yêu cầu làm sạch mối hàn sau để đảm bảo rằng màng chrome-oxit của bề mặt còn nguyên vẹn. Nếu không, khu vực hàn có thể bị gỉ. Hình thức làm sạch phụ thuộc vào ứng dụng cuối cùng và các quy định và tiêu chuẩn liên quan.

Khi bạn thực hiện vệ sinh cơ học bằng bàn chải sắt, đĩa mài, búa đục hoặc phương tiện nổ, hãy đảm bảo rằng những dụng cụ này được sử dụng đặc biệt và dành riêng cho thép không gỉ để tránh nhiễm bẩn chéo. Nhiều nhà chế tạo đã hét lên trong đau đớn sau khi nhận ra rằng họ đã vô tình ngâm tẩm vật hàn không gỉ của mình với sắt.

Tiếp theo, hãy xem xét rằng bề mặt thô dễ bị ăn mòn và nhiễm bẩn hơn bề mặt nhẵn. Điều này giải thích tại sao các bộ phận dược phẩm yêu cầu hoàn thiện bằng gương. Bất kỳ đảo xỉ, hạt văng, hoặc đảo silica nào đều cung cấp một vị trí tiềm ẩn dễ bị bắt đầu ăn mòn. Bài học ở đây là thời gian bạn dành cho việc vệ sinh mối hàn sau là thời gian bạn dành nhiều thời gian.

Một số ứng dụng cũng yêu cầu quá trình ngâm nước sau hàn hoặc quá trình thụ động hóa (xin lưu ý, việc ngâm một phần cũng tạo ra sự thụ động). Các quy trình này sử dụng dung dịch axit nitric hoặc nitric và axit flohydric, cả hai đều chứa oxy, để loại bỏ sắt tự do và đảm bảo rằng tất cả crom ở bề mặt liên kết với oxy, tối đa hóa khả năng chống ăn mòn.

Điều quan trọng cần lưu ý là sắc thái nhiệt không hình thành khi bạn hàn trong môi trường trơ. Sử dụng thấu kính khí GTAW giúp cải thiện đáng kể phạm vi che chắn của khí và giúp ngăn tốc độ dòng khí quá cao, vì khí xoáy có thể kéo oxy trong khí quyển trở lại vũng nước.

Che chắn mặt sau của một mối hàn không gỉ

Tất nhiên, màu sắc trên mặt trước của một mối nối chỉ là một nửa câu chuyện. Không che chắn mặt sau của mối hàn thép không gỉ có thể gây ra hiện tượng “sugaring”, một lượng oxy hóa cực lớn trông giống như các tinh thể đường màu đen, có thể gây hỏng mối hàn.

Nhiều lựa chọn thương mại có sẵn để dẫn khí hỗ trợ trực tiếp vào mặt gốc của mối nối, nhưng các thiết bị hỗ trợ tự chế và đập thanh lọc là phổ biến nhất. Hai khí ủng hộ được lựa chọn là nitơ và argon. Sử dụng argon có thể thuận tiện hơn cho các thành phần nhỏ hoặc khi nguồn argon có sẵn, và không đáng để tiết kiệm chi phí quản lý khí thứ hai.

Các mối nối được lắp khít hoặc mối hàn có mặt sau của mối nối chặt chẽ có thể không cần khí đệm. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ mặt sau vượt quá 500 độ F, về mặt kỹ thuật, mối nối cần có khí đệm để ngăn sự hình thành oxit. Một số chuyên gia thích chơi nó an toàn và sử dụng 300 độ F làm nhiệt độ tối đa. Ngoại lệ đối với việc che chắn mặt sau của mối nối là nếu nó sẽ bị khoét và mài như một phần của mối hàn xuyên thấu toàn bộ.