Thép không gỉ là một giải pháp vật liệu được sử dụng trong nhiều ứng dụng vì khả năng chống ăn mòn vốn có, khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và độ bền. Việc nối các mảnh thép không gỉ riêng biệt thông qua quy trình hàn công suất cao được ưu tiên hơn các phương pháp hàn hoặc bám dính khác trong nhiều ứng dụng ô tô, y tế, quân sự và hàng không vũ trụ (MIL/AERO) vì các mối hàn bằng laser mang lại độ bền cao nhất và nhiều loại khác những lợi ích. Chúng bao gồm:
Khu vực HAZ nhỏ:Các mối nối inox thường không chỉ cần chắc chắn mà còn phải sạch sẽ về mặt thẩm mỹ. Tia laser tạo ra vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ nhất, hay còn gọi là "HAZ". Điều này cũng làm cho hàn laser trở nên lý tưởng cho các sản phẩm có kiểu hàn phức tạp hoặc ở những nơi khó tiếp cận khu vực hàn. Bởi vì chùm tia laser có thể được tập trung rất chính xác nên ít có khả năng làm hỏng, rỗ hoặc biến dạng các bề mặt xung quanh.
Quy trình sạch:Bởi vì hoạt động hàn laser chỉ đơn giản là nung chảy kim loại nên (thường) không cần vật liệu phụ và không có thêm rủi ro về môi trường. Điều này đôi khi làm cho hàn laser trở thành lựa chọn tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường nhất. Và trong các sản phẩm cuối cùng, chẳng hạn như ống thép không gỉ dùng trong thiết bị y tế và ứng dụng phẫu thuật, độ sạch tổng thể của tia laser đảm bảo sản phẩm được phân phối không có chất gây ô nhiễm và gờ.
Ít bị ăn mòn:Trong hàn TIG hoặc MIG thông thường, điện cực được sử dụng để hàn có chứa một lượng hơi ẩm. Nhiệt của quá trình hàn làm cho nước bị phân hủy nhanh chóng và khi làm như vậy sẽ giải phóng hydro xâm nhập vào kim loại khiến nó trở nên dễ vỡ. Bởi vì hàn laser không dựa vào điện cực để dẫn nhiệt nên không có nguy cơ tự ăn mòn.
Độ chính xác:Công suất đầu ra, kích thước mối hàn, độ sâu mối hàn, tốc độ mối hàn và đường đi của chùm tia laser trên bề mặt thép không gỉ đều có thể kiểm soát được. Kết quả là một mối hàn rất chính xác. Các tấm thép không gỉ mỏng nhất cũng có thể được hàn bằng laser nhờ khả năng kiểm soát tối ưu này.
Giảm biến dạng nhiệt:Một lợi ích bổ sung từ hàn thép không gỉ bằng laser là giảm biến dạng nhiệt và ứng suất dư khi so sánh với các kỹ thuật hàn thông thường. Điều này đặc biệt quan trọng đối với thép không gỉ có độ giãn nở nhiệt lớn hơn 50% so với thép cacbon trơn.
Tự động hóa:Một lợi ích khác của quy trình được kiểm soát chặt chẽ là hàn laser có khả năng lập trình cao và mang tính robot. Vì việc tự động hóa dễ dàng hơn so với các phương pháp hàn khí trơ kim loại (MIG)* hoặc khí trơ vonfram (TIG)* nên có thể đạt được độ lặp lại cao hơn và công suất nhanh hơn.
Tìm hiểu 4 loại vật liệu inox
Thép không gỉ được mô tả theo tính chất vật liệu của từng loại. Đây là những cân nhắc và yêu cầu hàn laser cho từng loại.
Thép không gỉ Austenit
Dòng 300 của thép không gỉ là thép không gỉ austenit. Những loại thép không gỉ này được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống ăn mòn và độ bền, cũng như khi cân nhắc các vấn đề liên quan đến biến dạng nhiệt. Thép không gỉ dòng 300 có thể được tìm thấy trong nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp dầu khí, vận tải, hóa chất và sản xuất điện. Những loại thép không gỉ này đặc biệt hữu ích trong môi trường nhiệt độ cao. Dòng thép không gỉ này phù hợp cho cả hàn laser xung và sóng liên tục (CW). Thép không gỉ hàn bằng laser cung cấp độ sâu thâm nhập mối hàn tốt hơn một chút và tăng tốc độ hàn khi so sánh với thép cacbon thấp do tính dẫn nhiệt thấp hơn của hầu hết các loại thép không gỉ austenit. Tốc độ hàn laser cao hơn cũng có lợi trong việc giảm tính nhạy cảm với sự ăn mòn do sự kết tủa của cacbua crom ở ranh giới hạt. Sự kết tủa cacbua crom có thể xảy ra khi lượng nhiệt đầu vào quá cao trong quá trình hàn.
Thép không gỉ Ferit
Dòng thép không gỉ ferritic 400 thường có ít hoặc không có niken và không có khả năng hàn laser tốt khi so sánh với các loại austenit. Trong một số trường hợp, hàn laser các loại thép không gỉ ferit làm giảm độ bền của khớp và khả năng chống ăn mòn. Sự giảm độ dẻo dai một phần là do sự hình thành các hạt thô trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt và sự hình thành martensite, xảy ra ở các loại có hàm lượng carbon cao hơn. Vùng chịu ảnh hưởng nhiệt có thể có độ cứng cao hơn do tốc độ làm nguội nhanh, làm tăng độ giòn.
Thép không gỉ Martensitic
The martensitic 400 series of stainless steel is more challenging to laser weld than the austenitic and ferritic grades. Laser welding high carbon martensitic grades (>{{0}},15% cacbon) có thể làm cho vật liệu trở nên giòn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt. Nếu thép không gỉ martensitic có hàm lượng carbon trên 0,1% được hàn thì việc sử dụng vật liệu độn bằng thép không gỉ austenit có thể cải thiện độ bền của mối hàn và giảm khả năng bị nứt nhưng không thể làm giảm độ giòn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt. Làm nóng trước vật liệu trước khi hàn hoặc ủ vật liệu ở mức 650-750 sau khi hàn laser sẽ giúp giảm độ giòn ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt.
Thép không gỉ kép
Thép không gỉ song là hỗn hợp của thép không gỉ austenit-ferit. Những loại thép không gỉ này được đặc trưng bởi cấu trúc vi mô hai pha có chứa austenite và ferrite. Các phần thể tích của austenite và ferrite gần như bằng nhau. Các nguyên tố hợp kim chính là crom, niken và molypden. Thép không gỉ song thường được hợp kim với một lượng nhỏ nitơ. Vật liệu song công thường có thể hàn được với kết quả tốt.