Ứng dụng hàn laser trên thép không gỉ 7

Các Khuyết Tật: Nguyên Nhân và Cách Khắc Phục

Hàn laser thép không gỉ mang lại độ chính xác vượt trội, nhưng các khuyết tật vẫn có thể xảy ra nếu chuẩn bị vật liệu, thông số quy trình hoặc cấp khí bảo vệ chưa được tối ưu hóa đầy đủ. Khác với hàn hồ quang, hồ nóng chảy nhỏ trong hàn laser đông đặc cực nhanh, do đó ngay cả những gián đoạn nhỏ trong việc cung cấp năng lượng hay khí bảo vệ cũng có thể tạo ra các lỗi nhìn thấy được hoặc ẩn. Dưới đây là phân tích chi tiết về các loại khuyết tật thường gặp, nguyên nhân gốc rễ và các biện pháp khắc phục đã được chứng minh.

Độ xốp

· Nguyên nhân luyện kim: Bong bóng khí (hydro, oxy, nitơ) bị mắc kẹt trong hồ nóng chảy trong quá trình đông đặc. Hydro là tác nhân phổ biến nhất – thường xuất phát từ độ ẩm hoặc các hợp chất hydrocarbon trên bề mặt mối hàn.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Làm sạch dầu mỡ không đầy đủ (dầu cắt gọt, dầu bôi trơn, cặn keo dính).

2. Hấp thụ độ ẩm từ môi trường ẩm.

3. Dòng khí bảo vệ bị xáo trộn, hút không khí bên ngoài vào.

· Biện pháp khắc phục:

1. Vệ sinh: Làm sạch bằng dung môi và sấy khô các chi tiết ngay trước khi hàn.

2. Khí bảo vệ: Duy trì dòng khí ổn định dạng lớp; sử dụng đầu phun lớn hơn hoặc bộ khuếch tán để ngăn ngừa xáo trộn.

3. Điều chỉnh thông số: Giảm nhẹ tốc độ di chuyển để cho phép khí thoát ra trước khi đông đặc; tránh chiều sâu lỗ khóa quá lớn có thể làm giữ lại khí.

Nứt nóng (Nứt do đông đặc)

· Nguyên nhân luyện kim: Hàm lượng ferrit thấp trong các mối hàn hoàn toàn austenitic khiến tạp chất tập trung tại ranh giới hạt trong quá trình đông đặc. Ứng suất kéo do co ngót gây ra nứt trước khi đông đặc hoàn toàn.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Tốc độ di chuyển rất cao tạo ra vùng đông đặc hẹp và hoàn toàn austenitic.

2. Gá cố định cứng nhắc hạn chế sự co lại.

· Biện pháp khắc phục:

1. Luyện kim: Sử dụng vật liệu hàn có tiềm năng ferrit cao hơn (ví dụ: ER308L, ER316L) để đạt mục tiêu 3–8% ferrit.

2. Quản lý ứng suất: Giảm độ cứng nhắc của đồ gá; thực hiện hàn xen kẽ để phân tán lực co ngót.

3. Hiệu chỉnh thông số: Tránh tốc độ cực cao đối với các mác nhạy cảm; điều chỉnh tiêu cự chùm tia để có biên dạng đường hàn rộng hơn một chút.

Thiếu nóng chảy / Thấu không đầy đủ

· Nguyên nhân luyện kim: Không nóng chảy hoàn toàn các bề mặt mối nối hoặc đáy do mật độ năng lượng không đủ hoặc vị trí chùm tia kém.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Chùm tia mất tiêu cự do vị trí tiêu điểm không chính xác.

2. Lệch trục giữa chùm tia và đường tâm mối nối.

3. Tốc độ di chuyển quá cao.

· Biện pháp khắc phục:

1. Quang học: Xác minh chiều dài tiêu cự và vị trí; kiểm tra sự nhiễm bẩn của thấu kính.

2. Thông số: Tăng công suất hoặc giảm tốc độ di chuyển; giảm biên độ rung nếu quá mức.

3. Lắp ráp: Cải thiện chuẩn bị mối hàn và đảm bảo khe hở <0,1 mm đối với các mối hàn tự chảy.

Lõm chân hàn / Thiếu đầy mối hàn

· Nguyên nhân kim loại học: Kim loại nền bị nóng chảy tại mép mối hàn mà không đủ kim loại lỏng để lấp đầy.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Mật độ năng lượng cao kết hợp với tốc độ di chuyển nhanh, làm trôi kim loại ở mép mối hàn.

2. Vị trí chùm tia lệch tâm.

· Biện pháp khắc phục:

1. Giảm tốc độ di chuyển hoặc điều chỉnh lệch chùm tia để cải thiện khả năng bám dính.

2. Thêm dây hàn phụ để nối kín khe hở hoặc định hình lại đường hàn.

3. Điều chỉnh khí bảo vệ để tránh vệt plasma quá mức làm mất ổn định hồ nóng chảy.

Không ổn định lỗ khóa / Bắn toé

· Nguyên nhân kim loại học: Dao động trong khoang hơi (lỗ khóa) dẫn đến sụp đổ hoặc đẩy kim loại nóng chảy ra ngoài.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Mật độ công suất quá cao gây bốc hơi dữ dội.

2. Nhiễm bẩn tạo ra sự hấp thụ không đồng đều.

3. Lựa chọn khí bảo vệ hoặc lưu lượng không phù hợp gây vệt plasma không ổn định.

· Biện pháp khắc phục:

1. Giảm nhẹ mật độ công suất đỉnh; điều chỉnh vị trí tiêu điểm để đạt độ ổn định.

2. Đảm bảo bề mặt không có lớp oxit và khô ráo.

3. Sử dụng hỗn hợp khí heli để ổn định lỗ khóa trong chế độ thâm nhập sâu.

Biến màu và Oxy hóa

· Nguyên nhân luyện kim: Crom trong thép không gỉ bị oxy hóa khi kim loại nóng tiếp xúc với oxy, tạo thành màu nhiệt làm giảm khả năng chống ăn mòn.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Che chắn khí bảo vệ không đủ trong và sau quá trình hàn.

2. Nhiệt độ giữa các lớp hàn hoặc nhiệt độ làm nguội quá cao mà không có bảo vệ phía sau.

· Biện pháp khắc phục:

1. Tăng cường khí bảo vệ chính và thêm các tấm che phía sau để bao phủ mối hàn đang nguội trong 2–5 giây.

2. Sử dụng khí tinh khiết cao (>99,99%).

3. Tối thiểu hóa lượng nhiệt đưa vào trong khi vẫn đảm bảo độ ngấu.

Biến dạng quá mức

· Nguyên nhân luyện kim: Hệ số giãn nở nhiệt cao của thép không gỉ khuếch đại ngay cả những thay đổi nhiệt độ nhỏ, tạo ra ứng suất co ngót.

· Các yếu tố kích hoạt cụ thể do tia laser:

1. Cường độ tia hàn quá lớn so với độ dày mối nối.

2. Các đường hàn dài, liên tục mà không có trình tự cân bằng.

· Biện pháp khắc phục:

1. Giảm lượng nhiệt truyền vào bằng cách điều chỉnh tốc độ hoặc công suất.

2. Thực hiện hàn theo trình tự để cân bằng ứng suất.

3. Sử dụng đồ gá với lực kẹp được kiểm soát, cho phép giãn nở ở mức giới hạn mà không làm mất căn chỉnh.

Trong hàn laser thép không gỉ, hầu hết các khuyết tật bắt nguồn từ một trong bốn nguyên nhân gốc rễ: nhiễm bẩn, kiểm soát chùm tia kém, lượng nhiệt truyền vào không đúng hoặc bảo vệ khí không đầy đủ. Rỗ khí xuất hiện do nhiễm bẩn hoặc giữ khí, nứt nóng do kiểm soát ferrite kém và độ cứng cao, thiếu liên kết do thấu sâu không đủ, xói mỏng do căn chỉnh chùm tia không chính xác, mất ổn định lỗ khóa do các khoang hơi không ổn định, đổi màu do tiếp xúc với oxy và biến dạng do mất cân bằng nhiệt. Cách khắc phục luôn phải tập trung vào mục tiêu: loại bỏ nguyên nhân gốc rễ, chứ không chỉ xử lý triệu chứng, bằng cách giải quyết khâu chuẩn bị, thông số và cấp khí bảo vệ.