Cách hàn inox đúng kỹ thuật
Hàn inox đúng kỹ thuật không chỉ là nối dính hai chi tiết mà còn phải đảm bảo mối hàn có cơ tính tương đương kim loại nền và kháng ăn mòn không kém vùng chưa hàn. Inox sai kỹ thuật có thể dẫn đến mối hàn bị ăn mòn sớm hơn vùng không hàn nhiều lần, đặc biệt trong môi trường axit hoặc clorua. Ba yếu tố kiểm soát quan trọng nhất: chuẩn bị bề mặt, kiểm soát nhiệt trong khi hàn và xử lý sau hàn.
Bước 1 — Chuẩn bị bề mặt và mối hàn
Chuẩn bị bề mặt cho hàn inox nghiêm ngặt hơn thép carbon vì inox dễ bị nhiễm sắt tự do (free iron contamination) gây pitting tại vùng nhiễm. Không dùng chung dụng cụ mài, bàn chải thép, máy mài với thép carbon — tạp chất sắt từ dụng cụ sẽ tích tụ lên inox và gỉ sét.
- Làm sạch bề mặt: Lau acetone hoặc isopropanol (IPA) sạch dầu mỡ, sơn, nhãn dán trong vùng 50–100 mm hai bên mối hàn.
- Dụng cụ riêng biệt: Bàn chải thép inox (không gỉ), đá mài chỉ dùng cho inox, không dùng chung với thép carbon.
- Kiểm tra vật liệu nền: PMI (positive material identification) xác nhận đúng mác inox trước khi hàn — không dùng nhầm 304 thay 316 ở môi trường biển.
- Thiết kế mối hàn (joint design): Góc vát (bevel) 60–70° cho mối hàn giáp mép một mặt; khe hở (root gap) 1–2 mm; mặt chân (root face) 0.5–1.5 mm để kiểm soát thâm nhập và tránh thiếu ngấu.
- Gá lắp (fit-up): Dùng kẹp và tấm đệm inox (không dùng đồng hay thép carbon) để gá định vị; hàn đính (tack weld) đủ dài và số điểm đủ để tránh biến dạng trong khi hàn chính.
Bước 2 — Thiết lập thông số hàn TIG inox
Thông số hàn TIG ảnh hưởng trực tiếp đến heat input — yếu tố kiểm soát sensitization và biến dạng nhiệt. Heat input (kJ/mm) = (V × I × 60) / (1000 × v) với v là tốc độ hàn mm/phút. Mục tiêu kiểm soát heat input ≤ 1.0 kJ/mm cho mối hàn inox austenitic.
Thông số khuyến nghị TIG inox 304/316 độ dày 3–6 mm
- Điện cực tungsten: ∅ 2.4 mm ceriated (WCe-2, nhãn xám) hoặc thoriated (WTh-2, nhãn đỏ); mài đầu nhọn 15–30° cho dòng DC–.
- Cực tính: DCEN (DC Electrode Negative): đường hàn ổn định, thâm nhập tốt.
- Dòng điện: 80–140A cho ∅ 2.4 mm, 100–180A cho ∅ 3.2 mm; điều chỉnh theo chiều dày thực tế và vị trí hàn.
- Điện áp hồ quang: 10–14V; chiều dài hồ quang bằng đường kính điện cực (1.5–2.5 mm).
- Khí bảo vệ: Ar 99.99%, 10–15 L/phút qua chụp ceramic ∅ 12–16 mm.
- Backing gas: Ar 100%, 5–10 L/phút purge mặt sau đến < 50 ppm O₂ (dùng oxy meter) trước khi bắt đầu hàn.
- Que hàn: ER308L (cho 304) hoặc ER316L (cho 316), ∅ 2.4 mm; lau sạch que bằng acetone trước khi dùng.
Bước 3 — Kỹ thuật hàn — kiểm soát nhiệt inter-pass
Kiểm soát nhiệt độ inter-pass là bước then chốt phân biệt hàn inox đúng kỹ thuật và sai kỹ thuật. Mỗi đường hàn (pass) đưa nhiệt vào kim loại; nếu pass tiếp theo bắt đầu khi kim loại còn quá nóng, HAZ tích lũy thời gian ở 425–850°C gây sensitization.
- Đo nhiệt độ inter-pass: Dùng nhiệt kế tiếp xúc (contact thermometer) hoặc thước phấn nhiệt (temperature chalk/crayon) đo tại điểm cách mối hàn 25–50 mm; chờ đến ≤ 150°C trước pass tiếp theo.
- Hàn ngắt đoạn (backstep welding): Hàn đoạn ngắn 50–100 mm theo thứ tự ngược chiều để phân tán nhiệt; giảm biến dạng và tốc độ tích nhiệt.
- Làm nguội chủ động: Có thể dùng miếng đồng tản nhiệt (copper backing) hoặc làm mát cưỡng bức bằng khí nén sạch (không ẩm) để giảm nhiệt nhanh giữa các pass; không dùng nước vì ảnh hưởng chất lượng mối hàn.
- Hướng hàn: Kéo (drag) thay vì đẩy (push) để quan sát vũng hàn tốt hơn; giữ góc điện cực 10–15° so với phương vuông góc.
- Đưa que hàn: Góc 15–20° so với trục điện cực; đưa nhịp nhàng đều đặn vào phần trước vũng hàn (không chạm vào điện cực).
Bước 4 — Xử lý sau hàn (post-weld treatment)
Xử lý sau hàn là bắt buộc để khôi phục kháng ăn mòn của vùng mối hàn và HAZ về mức tương đương kim loại nền. Không xử lý sau hàn, inox 316 hàn có thể ăn mòn nhanh hơn inox 304 chưa hàn trong môi trường clorua.
Pickling (tẩy axit vùng hàn)
Dùng pickling paste chứa HF 1–5% + HNO₃ 15–25% quét lên vùng hàn và HAZ; để 20–60 phút tùy màu nhiệt và nhiệt độ môi trường; rửa sạch bằng nước; trung hòa bằng dung dịch kiềm loãng. Pickling loại bỏ: màu nhiệt (temper color), oxit Cr dày, tạp chất sắt và vảy hàn vi mô. Cần bảo hộ lao động đầy đủ: găng tay nitrile, kính bảo hộ, mặt nạ chống HF — axit HF cực nguy hiểm.
Passivation (thụ động hóa)
Sau pickling, passivate bằng HNO₃ 20–30% (ASTM A967 Type 2) ở nhiệt độ phòng 20–45 phút; hoặc axit citric 4–10% (ASTM A967 Type 6) thân thiện môi trường hơn. Passivation tái tạo lớp Cr₂O₃ đồng đều dày và đặc, tăng kháng pitting và kháng ăn mòn chung vùng mối hàn.
Đánh bóng cơ học (mechanical polishing)
Cho ứng dụng trang trí hoặc vệ sinh (thực phẩm, y tế): mài lần lượt từ #80 → #120 → #180 → #240 → #400 grit; hoặc đánh bóng gương bằng bánh felt và compound; sau đó passivation. Đánh bóng cơ học tạo Ra < 0.5 µm (mờ đánh bóng) hoặc Ra < 0.1 µm (gương) — bề mặt mịn khó bám vi khuẩn và cặn.
Electrolytic cleaning (làm sạch điện hóa tại công trường)
Dùng thiết bị cọ điện hóa (weld cleaning machine) với axit phosphoric + dòng điện 12–36V; loại bỏ màu nhiệt và nhạy hóa bề mặt cục bộ tại công trường không cần tháo chi tiết; phù hợp mối hàn ngoại thất và kết cấu lớn không di chuyển được vào xưởng.
Bảng kiểm tra quy trình hàn inox
| Bước | Hạng mục kiểm tra | Tiêu chí chấp nhận |
|---|---|---|
| Trước hàn | PMI vật liệu nền | Đúng mác (304/316) theo bản vẽ |
| Trước hàn | Làm sạch bề mặt | Không dầu mỡ, không tạp chất sắt |
| Trước hàn | Gá lắp khe hở | Root gap 1–2 mm, đồng đều |
| Trong khi hàn | Khí bảo vệ | Ar 99.99%, lưu lượng 10–15 L/phút; backing gas < 50 ppm O₂ |
| Trong khi hàn | Nhiệt độ inter-pass | ≤ 150°C đo tại 25 mm từ mối hàn |
| Trong khi hàn | Que hàn | ER308L cho 304; ER316L cho 316; không lẫn lộn |
| Sau hàn | Màu nhiệt | Màu rơm nhạt có thể chấp nhận; xanh/đen phải pickling |
| Sau hàn | Pickling + passivation | Theo ASTM A967; test passivation bằng giấy ferroxyl hoặc dung dịch muối đồng sulfate |
| Sau hàn | Kiểm tra mối hàn | VT: không rỗ, không nứt, không thiếu ngấu; PT/RT theo yêu cầu hạng mục |
Lỗi phổ biến khi hàn inox và cách tránh
- Nhiễm tungsten (tungsten inclusion): Do điện cực chạm vào vũng hàn; tránh bằng cách giữ hồ quang dài đúng (bằng đường kính điện cực), không tiếp tục hàn khi điện cực bị bẩn — mài lại trước khi tiếp tục.
- Lỗ khí (porosity): Do khí bảo vệ không đủ, dầu mỡ hoặc nước trên bề mặt, que hàn ẩm; làm sạch kỹ và kiểm tra lưu lượng khí trước mỗi ca hàn.
- Sensitization: Không kiểm soát inter-pass, dùng que hàn C cao; dùng mác L, đo nhiệt độ nghiêm ngặt.
- Biến dạng (distortion): Hàn một chiều liên tục; dùng backstep welding, hàn đối xứng, gá kẹp đủ.
- Thiếu ngấu (lack of fusion): Dòng điện quá thấp hoặc tốc độ hàn quá nhanh; điều chỉnh thông số và thiết kế bevel đủ rộng.
Câu hỏi thường gặp
- Cần bằng cấp hàn gì để hàn inox kết cấu?
- Tùy ứng dụng: kết cấu thông thường cần thợ hàn có chứng chỉ theo AWS D1.6 (inox kết cấu) hoặc ASME Section IX (bình áp lực); công trình dân dụng đơn giản ít yêu cầu chứng nhận; công trình y tế, thực phẩm, dầu khí bắt buộc có WPS/PQR (Welding Procedure Specification/Qualification) được phê duyệt.
- Hàn điện que (SMAW) có dùng được cho inox không?
- Được — dùng que hàn E308L-16 (316L-16) phủ rutile hoặc basic; phù hợp hàn sửa chữa, hàn ngoài công trường và kết cấu không yêu cầu chất lượng cao; chất lượng kém hơn TIG, cần làm sạch xỉ kỹ giữa các pass và passivation sau.
- Tại sao không dùng CO₂ làm khí bảo vệ cho hàn TIG inox?
- CO₂ là khí oxy hóa — phân hủy ở nhiệt độ hồ quang thành CO và O nguyên tử, oxy hóa Cr trong mối hàn, làm giảm kháng ăn mòn và gây bắn tia mạnh; chỉ dùng Ar tinh khiết hoặc Ar+He/N₂ cho hàn TIG inox.
- Backing gas có thể dùng N₂ thay Ar không?
- Với inox austenitic thông thường (304, 316): N₂ backing có thể chấp nhận và rẻ hơn Ar; tuy nhiên N₂ không đồng nhất vào mối hàn gây lỗ khí nếu nồng độ không kiểm soát; Ar backing an toàn hơn và cho kết quả tốt nhất.
- Mối hàn inox có thể đánh bóng gương không?
- Có — sau pickling và passivation; mài từ #120 → #240 → #400 → #600 → #800 → buffing compound; mối hàn đúng kỹ thuật (không có lỗ khí, thiếu ngấu) cho bề mặt gương tương đương kim loại nền; mối hàn kém chất lượng sẽ lộ khuyết tật khi đánh bóng.
- Có thể hàn inox với thép carbon không?
- Được — dùng que hàn ER309L (25Cr-12Ni) bù pha loãng từ thép carbon; mối nối dị kim loại này bền cơ học nhưng kháng ăn mòn tại mối hàn thấp hơn inox thuần túy; tránh tiếp xúc môi trường ăn mòn cao tại mối nối hoặc bọc cách điện để ngăn galvanic corrosion.
- Sau hàn TIG inox cần kiểm tra những gì?
- VT (visual test) kiểm tra hình dạng và bề mặt mối hàn; PT (liquid penetrant) dò vết nứt và rỗ khí bề mặt; nếu yêu cầu RT hoặc UT dò khuyết tật bên trong; salt spray hoặc ferroxyl test kiểm tra chất lượng passivation; chi tiết quan trọng cần WPQ (Welder Performance Qualification) và WPS được kiểm soát.
- Inox 304 hàn có bị ăn mòn nhanh hơn 304 không hàn không?
- Nếu hàn sai kỹ thuật (sensitization, không passivation): có — vùng HAZ bị ăn mòn ranh giới hạt có thể ăn mòn 10–100 lần nhanh hơn; nếu hàn đúng kỹ thuật với ER308L + kiểm soát inter-pass + pickling + passivation: kháng ăn mòn mối hàn tương đương kim loại nền.