Độ xỉn màu và đổi màu do nhiệt hàn: Tiêu chuẩn chấp nhận và phương pháp làm sạch (AWS D18.2)

Độ xỉn màu do nhiệt hàn là hiện tượng đổi màu oxit dễ thấy xuất hiện trên thép không gỉ cạnh mối hàn; màu sắc của lớp xỉn này cho biết trực tiếp mức độ tổn hại do nhiệt và oxy gây ra đối với màng oxit crôm bảo vệ. Tiêu chuẩn AWS D18.2 cung cấp biểu mẫu minh hoạ các mức độ đổi màu mối hàn, xếp hạng các sắc thái xỉn từ màu rơm nhạt – được chấp nhận – đến màu xanh đậm, xám và đen – không được chấp nhận, giúp các nhà gia công đánh giá khách quan các mối hàn dùng trong ứng dụng vệ sinh hoặc yêu cầu chống ăn mòn cao. Màu xỉn càng đậm chứng tỏ hàm lượng crôm bị suy giảm dưới lớp oxit và khả năng chống ăn mòn càng giảm; do đó, tiêu chí chấp nhận cũng như quy trình làm sạch đúng cách có tầm quan trọng ngang bằng chính mối hàn. Tại Công ty TNHH Thép Không Gỉ Chiết Giang Văn Cường, chúng tôi coi trạng thái sau hàn là một phần của sản phẩm bàn giao, chứ không phải yếu tố thẩm mỹ phụ thêm.

Lý do hình thành độ xỉn màu do nhiệt và ý nghĩa của từng màu
Thép không gỉ chống ăn mòn nhờ một lớp màng thụ động mỏng bằng oxit crôm có khả năng tự phục hồi. Khi hàn trong môi trường có oxy, vùng mối hàn bị đun nóng khiến lớp màng này dày lên thành một lớp oxit gây nhiễu, màu sắc của lớp oxit này phụ thuộc vào nhiệt độ và mức độ tiếp xúc với oxy, tương tự như các màu tôi trên thép carbon. Màu rơm nhạt và vàng nhạt cho thấy lớp oxit mỏng hình thành ở nhiệt độ vừa phải với lượng crôm bị mất rất ít. Màu xanh đậm hơn, sau đó là xám và đen, cho thấy điều kiện nóng hơn, dễ oxy hóa hơn và lớp oxit dày hơn.
Vấn đề nằm ở lớp vật liệu bên dưới lớp màu. Để tạo thành một lớp ôxít dày, bề mặt sẽ hút crôm từ lớp kim loại ngay phía dưới, để lại một lớp thiếu crôm. Khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào việc duy trì khoảng 10,5% crôm trở lên trong lớp màng thụ động; do đó, lớp thiếu crôm nằm dưới lớp đổi màu do nhiệt tối hơn sẽ dễ bị ăn mòn hơn nhiều. Kinh nghiệm thực tế tại hiện trường và các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đều khẳng định rằng độ tối của lớp đổi màu tỷ lệ thuận với khả năng chống ăn mòn điểm (pitting) và ăn mòn khe hở (crevice corrosion) thấp hơn — đây cũng là lý do vì sao các hệ thống vệ sinh, dược phẩm và các hệ thống tiếp xúc với clorua đều kiểm soát chặt độ đổi màu.

Khái niệm AWS D18.2
AWS D18.2 la mot tieu chuan chap nhan bang thuc giac duoc xay dung quanh mot bang mau mau sac moi han tren mat trong cua cac moi han ong va ong thep khong gỉ austenitic. TieU chuan nay gioi thieu mot day cac mau tham khao co do mau tang dan, tu khong co mau den cac sac mau ngay cang sâm hon, va gan mot so cho moi muc do. Nguoi che tao hoac nguoi kiem tra so sanh moi han thuc te voi bang mau trong dieu kien anh sang da dinh truoc va ghi nhan muc do tuong ung. So cao hon tuong ung voi mau sâm hon va su mat mat kha nang chong an mon nhieu hon.
Bang mau nay phu hop nhat voi ong dan ve sinh, noi ma mat trong tiep xuc truc tiep voi san pham va chat luong khoi khi phia sau (back-purging) quyet dinh ket qua cuoi cung. Gia tri cua no la bien mot danh gia chu quan ve "do sâm nao la qua sâm" thanh mot muc do co the lap lai va truyen dat duoc, de co the ghi ro vao dac tinh ky thuat va kiem tra khi nhan hang.

Cấp độ bạn cho phép phụ thuộc vào tiêu chuẩn áp dụng và mức độ ăn mòn của môi trường sử dụng; một đường ống dẫn nước sinh hoạt có thể chịu được sắc màu nhiều hơn so với hệ thống yêu cầu độ tinh khiết cao hoặc hệ thống có hàm lượng clorua cao.

Phòng ngừa bằng cách thổi khí trơ từ phía sau và kiểm soát nhiệt độ
Cách hiệu quả nhất để kiểm soát sắc màu do nhiệt là giữ oxy ra khỏi vùng hàn trong suốt quá trình hàn và làm nguội. Thổi khí argon vào bên trong ống từ phía sau mối hàn, che chắn bề mặt ngoài một cách đầy đủ, nhờ đó giữ nồng độ oxy dưới ngưỡng hình thành lớp ôxít dày, nên mối hàn được bảo vệ tốt sẽ có màu sáng hoặc chỉ hơi vàng rơm. Tiếp tục thổi khí trơ cho đến khi mối hàn nguội xuống dưới ngưỡng oxy hóa, bởi vì sắc màu vẫn tiếp tục phát triển khi kim loại còn nóng và tiếp xúc với không khí.
Việc kiểm soát lượng nhiệt đưa vào, tốc độ di chuyển và giới hạn nhiệt độ giữa các lượt hàn giúp hạn chế mức độ oxy hóa tổng thể cũng như chiều rộng của vùng bị ảnh hưởng. Việc đưa quá nhiều nhiệt sẽ tạo ra vùng đổi màu rộng hơn và sẫm hơn; đối với các loại thép không gỉ duplex, điều này còn làm tăng nguy cơ gây tổn hại về mặt luyện kim ngoài việc đổi màu. Việc lắp ghép chính xác và áp dụng kỹ thuật hàn ổn định sẽ giảm thiểu nhu cầu gia công lại do phải gia nhiệt lặp đi lặp lại.

Loại bỏ lớp đổi màu do nhiệt
Khi mức độ đổi màu vượt quá giới hạn cho phép, lớp này phải được loại bỏ cùng với lớp bị suy giảm crôm nằm bên dưới, sau đó bề mặt cần được tái tạo lớp thụ động. Phương pháp cụ thể được lựa chọn phụ thuộc vào khả năng tiếp cận và điều kiện sử dụng.
Bột tẩy gỉ, một dạng gel gồm axit nitric và axit hydrofluoric, được quét lên mối hàn để hòa tan lớp oxit và lớp kim loại bị suy giảm về mặt hóa học, sau đó rửa sạch hoàn toàn; phương pháp này khôi phục khả năng chống ăn mòn nhưng đòi hỏi thao tác cẩn thận và trung hòa chất thải. Điện phân bóng (electropolishing) loại bỏ một lớp bề mặt mỏng bằng phương pháp điện hóa, tạo ra lớp hoàn thiện sáng bóng, nhẵn mịn và giàu crôm — loại lớp hoàn thiện được các hệ thống độ tinh khiết cao ưa chuộng. Các phương pháp cơ học như chà bề mặt bằng bàn chải thép không gỉ, phun mài bằng vật liệu sạch hoặc mài cơ học loại bỏ lớp đổi màu một cách vật lý, nhưng phải sử dụng dụng cụ làm hoàn toàn từ thép không gỉ nhằm tránh nhiễm sắt từ thép carbon; hơn nữa, riêng các phương pháp cơ học này có thể để lại bề mặt kém khả năng chống ăn mòn hơn nếu không được tiếp nối bằng công đoạn thụ động hóa (passivation).
Sau bất kỳ phương pháp loại bỏ nào, quá trình thụ động hóa (passivation) bằng axit nitric hoặc axit xitric sẽ tái tạo lại một lớp oxit sạch, giàu crôm và khôi phục khả năng chống ăn mòn đã bị mất do lớp đổi màu sinh ra bởi nhiệt.

Khi lớp đổi màu là chấp nhận được
Không phải mọi dấu vết của lớp phủ nhuộm đều cần được loại bỏ. Hiện tượng đổi màu nhẹ sang sắc vàng rơm trên mối hàn đã được làm sạch kỹ lưỡng trong điều kiện vận hành thông thường thường vẫn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và về cơ bản không làm giảm khả năng chống ăn mòn. Hãy để tiêu chuẩn áp dụng và môi trường quyết định: các ứng dụng đòi hỏi độ vệ sinh cao, độ tinh khiết cao hoặc có chứa clorua yêu cầu mối hàn gần như sáng bóng, trong khi các ứng dụng ít khắc nghiệt hơn có thể chấp nhận mức độ đổi màu D18.2 thấp mà không cần làm sạch. Điều quan trọng là xác định rõ mức độ chấp nhận được ngay từ đầu và kiểm tra xác minh mức đó, thay vì chỉ ước lượng bằng mắt mà không có chuẩn tham chiếu.

Hướng dẫn thực tế
Chỉ định mức độ đổi màu tối đa theo tiêu chuẩn AWS D18.2 phù hợp với điều kiện vận hành, ngăn ngừa đổi màu bằng cách kiểm soát khí bảo vệ phía sau và kiểm soát nhiệt một cách nghiêm ngặt, đồng thời loại bỏ và tái thụ động bất kỳ mối hàn nào vượt quá giới hạn cho phép. Sử dụng dụng cụ cơ khí làm từ thép không gỉ thuần túy để loại bỏ các tạp chất sắt, đồng thời xả sạch bề mặt đã được ngâm axit. Wenqiang sản xuất ống và ống dẫn thép không gỉ hàn với quy trình kiểm soát khí bảo vệ và làm sạch sau hàn, và phòng thí nghiệm nội bộ của chúng tôi xác minh chất lượng mối hàn cũng như tình trạng bề mặt nhằm đảm bảo sản phẩm giao đến đáp ứng đầy đủ cả yêu cầu về mức độ đổi màu lẫn khả năng chống ăn mòn cho ứng dụng của quý khách.

Các câu hỏi thường gặp
Câu hỏi: Độ đổi màu do nhiệt hàn thực sự làm giảm khả năng chống ăn mòn hay không?
Trả lời: Đúng vậy. Độ đổi màu sẫm hơn hình thành do crom bị kéo ra khỏi lớp kim loại ngay bên dưới bề mặt, để lại một lớp thiếu crom. Lớp này dễ bị ăn mòn điểm (pitting) và ăn mòn khe (crevice corrosion) hơn, vì vậy tiêu chuẩn AWS D18.2 phân cấp độ đổi màu và các ứng dụng đòi hỏi cao thường giới hạn mức độ này.
Câu hỏi: Phương pháp tốt nhất để ngăn ngừa đổi màu mối hàn là gì?
A: Làm sạch bên trong mối hàn bằng khí argon và bảo vệ bề mặt ngoài giúp loại bỏ oxy trong quá trình hàn và làm nguội, giữ cho mối hàn sáng bóng hoặc có màu rơm nhạt. Kiểm soát lượng nhiệt đưa vào và duy trì việc làm sạch bằng khí argon cho đến khi mối hàn nguội thêm sẽ hạn chế độ ngả màu.

Để biết thêm thông tin về ống thép không gỉ hàn với quy trình làm sạch khí được kiểm soát, làm sạch sau hàn và đảm bảo chất lượng mối hàn đã được xác minh, vui lòng liên hệ Công ty TNHH Thép Không Gỉ Chiết Giang Văn Cường tại số +86 577 8922 2595 \/ https://www.chinawqsteel.com/