Ứng dụng hàn laser trên thép không gỉ 1

Tại Sao Nên Hàn Laser Thép Không Gỉ?

Hàn laser mang lại một số lợi thế khiến nó trở thành một trong những phương pháp hiệu quả nhất để nối thép không gỉ. Sự kết hợp độc đáo giữa tốc độ, độ chính xác và ảnh hưởng nhiệt tối thiểu mang lại kết quả khó đạt được bằng các phương pháp hàn truyền thống.

Biến dạng thấp và màu sắc do nhiệt tối thiểu: Thép không gỉ rất nhạy cảm với nhiệt, và việc cung cấp nhiệt quá mức có thể gây cong vênh, ứng suất dư hoặc phai màu không mong muốn. Nguồn nhiệt tập trung của hàn laser tạo ra một vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) hẹp, làm giảm đáng kể biến dạng. Hồ quang kiểm soát nhiệt này cũng hạn chế hiện tượng phai màu, duy trì khả năng chống ăn mòn của kim loại và giảm hoặc loại bỏ nhu cầu làm sạch sau khi hàn.

Tốc độ cao và thân thiện với tự động hóa: Hàn laser có thể được thực hiện ở tốc độ di chuyển cao, khiến nó lý tưởng cho sản xuất số lượng lớn. Quy trình này dễ dàng tích hợp vào các dây chuyền sản xuất tự động, với các hệ thống robot cung cấp mối hàn đồng đều mà không bị mệt mỏi như người vận hành. Điều này cải thiện năng suất trong khi vẫn đảm bảo chất lượng.

Độ chính xác tuyệt vời: Tia laser có thể được tập trung vào một điểm rất nhỏ, cho phép đặt mối hàn chính xác. Đây là yếu tố thiết yếu khi làm việc với các tấm thép không gỉ mỏng, thiết kế phức tạp, hoặc các bộ phận mà dung sai cho sai sót là tối thiểu.

Tiếp cận và hàn một mặt: Không giống như một số phương pháp hàn truyền thống, hàn laser thường chỉ yêu cầu tiếp cận từ một phía của mối nối. Điều này làm cho nó trở nên hữu ích cho các cụm lắp ráp phức tạp hoặc các khu vực có khả năng tiếp cận hạn chế.

Quy trình sạch sẽ: Hàn laser là quy trình không tiếp xúc, tạo ra rất ít bắn tung tóe, khói hoặc nhiễm bẩn. Điều này không chỉ cải thiện an toàn và độ sạch sẽ trên sàn nhà xưởng mà còn giảm nhu cầu hoàn thiện sau hàn phức tạp.

Hàn laser thép không gỉ kết hợp tốc độ, độ chính xác và lượng nhiệt đầu vào tối thiểu, tạo ra mối hàn chắc chắn, sạch về mặt thẩm mỹ và giảm nhu cầu sửa chữa. Tính tương thích với tự động hóa và khả năng tiếp cận một mặt đơn lẻ khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho cả sản xuất hàng loạt và các ứng dụng chuyên biệt, mang lại lợi ích lâu dài về chất lượng và hiệu quả.

Các nhóm thép không gỉ và ý nghĩa của chúng đối với quy trình hàn

Thép không gỉ được phân thành các nhóm dựa trên cấu trúc tinh thể và thành phần hợp kim của chúng. Những khác biệt này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hàn, phản ứng với nhiệt và tính chất cơ học cuối cùng. Trong hàn laser, việc hiểu rõ các đặc điểm này là rất quan trọng để tránh các khuyết tật như nứt, biến dạng, mất khả năng chống ăn mòn hoặc mất cân bằng pha.

Austenitic

Cấu trúc & Thành phần: Cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC), thường chứa 16–26% crôm và 6–12% niken. Các mác bao gồm 304, 316 và 310.

Khả năng hàn: Có khả năng hàn và độ dẻo tuyệt vời, nhưng sự giãn nở nhiệt cao có thể gây biến dạng. Độ dẫn nhiệt thấp cũng có thể dẫn đến quá nhiệt cục bộ nếu các thông số không được kiểm soát.

Lưu ý khi hàn bằng laser: Giữ mức nhiệt đầu vào thấp để giảm thiểu cong vênh. Sử dụng hỗn hợp khí bảo vệ (ví dụ: argon-heli) để cải thiện độ thấu và giảm oxy hóa. Tránh hiện tượng nhạy cảm bằng cách kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn và tốc độ làm nguội.

Ứng dụng: Thiết bị chế biến thực phẩm, bồn chứa hóa chất, ốp kiến trúc.

Ferritic

Cấu trúc & Thành phần: Cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) với 10,5–30% crôm, rất ít hoặc không chứa niken. Các mác phổ biến: 409, 430.

Khả năng hàn: Khả năng hàn trung bình – dễ bị tăng trưởng hạt và giòn hóa trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Độ giãn nở nhiệt thấp hơn dẫn đến ít biến dạng hơn so với các mác austenit.

Lưu ý khi hàn laser: Giữ mức nhiệt đầu vào thấp và làm nguội nhanh để tránh hạt thô. Que hàn thường không cần thiết nhưng có thể được sử dụng để cải thiện độ dẻo dai trong các mối hàn dày.

Ứng dụng: Hệ thống xả khí ô tô, thiết bị công nghiệp, trang trí nội thất.

Martensitic

Cấu trúc & Thành phần: Cấu trúc BCC/tetragonal với 11,5–18% crom và hàm lượng carbon cao hơn. Các mác thông dụng: 410, 420, 440C.

Khả năng hàn: Khó hàn hơn do độ cứng và giòn. Nguy cơ cao xảy ra nứt nguội trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).

Lưu ý khi hàn laser: Làm nóng trước đến 150 –300℃ để giảm độ dốc cứng. Sử dụng vật liệu hàn điền vào với hàm lượng carbon thấp hơn có thể giúp giảm độ nhạy nứt, và tiến hành tôi luyện sau hàn để khôi phục độ dẻo dai.

Ứng dụng: Cánh tuabin, dao, dụng cụ phẫu thuật.

Tôi phân cực (PH)

Cấu trúc & Thành phần: Cấu trúc martensite hoặc austenite bán phần với các nguyên tố hợp kim bổ sung (ví dụ: Cu, Al, Nb, Ti) cho phép tôi phân cực theo độ tuổi. Ví dụ: 17-4PH.

Khả năng hàn: Khả năng hàn tốt, nhưng tính chất cơ học phụ thuộc nhiều vào xử lý nhiệt.

Lưu ý khi hàn laser: Hàn trong điều kiện đã được xử lý dung dịch, sau đó thực hiện gia nhiệt sau hàn để khôi phục độ bền. Tránh đưa quá nhiều nhiệt vào để tránh hiện tượng già hóa quá mức hoặc biến dạng.

Ứng dụng: Bộ phận hàng không, trục chịu lực cao, thiết bị lọc hóa dầu.

Duplex và Super Duplex

Cấu trúc & Thành phần: Gồm khoảng 50/50 pha austenit và ferit, với hàm lượng crom cao (19–32%), molypden và nitơ để tăng khả năng chống ăn mòn. Các mác thông dụng: 2205, 2507.

Khả năng hàn: Khả năng hàn tốt nhưng nhạy cảm với sự mất cân bằng pha – nhiệt độ quá cao có thể khiến pha ferit hoặc pha sigma chiếm ưu thế, làm giảm khả năng chống ăn mòn và độ dẻo dai.

Lưu ý khi hàn laser: Sử dụng nguồn nhiệt vừa phải, kiểm soát ổn định và duy trì nhiệt độ giữa các lớp hàn dưới ~150 ℃. Độ tinh khiết của khí bảo vệ rất quan trọng để tránh mất nitơ.

Ứng dụng: Giàn khoan ngoài khơi, nhà máy khử mặn, thiết bị chế biến hóa chất.

Mỗi họ thép không gỉ phản ứng khác nhau với nhiệt độ tập trung của quá trình hàn laser. Austenitic dễ hàn nhưng dễ bị biến dạng, ferritic ổn định nhưng có nguy cơ làm thô hạt, martensitic cần được gia nhiệt trước và tôi luyện, các mác PH cần già hóa sau hàn, và loại duplex đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ pha. Việc lựa chọn thông số laser phù hợp, kim loại phụ gia và xử lý sau hàn dựa trên từng họ thép cụ thể sẽ đảm bảo mối hàn duy trì được độ bền và khả năng chống ăn mòn.