1. Khả năng tương thích vật liệu và lựa chọn lớp
Thép không gỉ Austenitic (ví dụ: 304, 316L) tương thích nhất với Monel 400. Thép không gỉ ferit và martensitic có hàm lượng cacbon cao hơn và độ cứng cao hơn, dẫn đến độ nhạy nứt cao hơn và khả năng hàn tổng thể kém hơn, vì vậy chúng hiếm khi được sử dụng để hàn trực tiếp khác biệt với Monel 400.
Rủi ro chính đến từ việc trộn lẫn các hệ thống niken-đồng và sắt-crom-niken. Pha loãng quá mức sắt từ thép không gỉ vào kim loại mối hàn sẽ tạo thành các pha liên kim giòn và làm tăng xu hướng nứt nóng.
2. Lựa chọn kim loại phụ
Nguyên tắc cốt lõi là chọn vật liệu hàn gốc niken có khả năng chịu pha loãng cao và khả năng chống nứt tuyệt vời, thay vì chất độn bằng thép không gỉ hoặc chất độn phù hợp Monel 400.
Kim loại phụ được đề xuất:
AWS A5.14 ERNiCu‑7 (tương tự Monel 400) có thể được sử dụng cho các tấm mỏng và mối nối chịu ứng suất thấp, nhưng khả năng chịu pha loãng sắt của nó bị hạn chế.
AWS A5.11 ENiCrFe‑3 (Inconel 82 filler) được khuyên dùng rộng rãi nhất. Nó có hàm lượng crôm và sắt cao, khả năng chống nứt nóng và ăn mòn giữa các hạt mạnh, đồng thời có thể chịu được độ pha loãng cao từ thép không gỉ trong khi vẫn duy trì độ dẻo và khả năng chống ăn mòn tốt.
ENiCrMo‑3 (loại Hastelloy C‑276) được sử dụng cho các môi trường ăn mòn khắc nghiệt, mang lại khả năng chống ăn mòn tổng thể và cục bộ vượt trội.
3. Phương pháp hàn và thông số quy trình
Các quy trình thường được áp dụng:TIG (GTAW), MIG (GMAW) và SMAW (hàn hồ quang kim loại được che chắn). Hàn TIG được ưu tiên sử dụng cho các đường hàn gốc và các mối nối chính xác do hồ quang ổn định và lượng nhiệt đầu vào thấp.
Kiểm soát nhiệt đầu vào: Sử dụng nhiệt đầu vào thấp và tốc độ hàn cao để rút ngắn thời gian duy trì ở nhiệt độ cao, giảm sự khuếch tán nguyên tố, ngăn chặn sự kết tủa giữa các kim loại và giảm thiểu biến dạng hàn và sự phát triển của hạt.
Nhiệt độ gia nhiệt trước và xen kẽ: Monel 400 có độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp so với thép không gỉ. Nói chung, không cần phải làm nóng trước đối với các tấm mỏng. Đối với các tấm dày hoặc kết cấu ở nhiệt độ thấp, chỉ làm nóng trước ở mức 65–150 độ và kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ giữa các lớp dưới 150 độ để tránh nứt nóng.
Bảo vệ khí: Đối với hàn TIG/MIG, sử dụng argon có độ tinh khiết cao (99,99% phút) làm khí bảo vệ và khí thanh lọc ngược. Việc bảo vệ mặt sau rất quan trọng để ngăn chặn quá trình oxy hóa, độ xốp và mất niken ở chân mối hàn, điều này sẽ làm giảm hiệu suất ăn mòn.
4. Vận hành hàn và xử lý sau hàn
Giảm tỷ lệ pha loãng:Kiểm soát hình dạng hạt hàn rộng và nông, tránh thâm nhập sâu và hạn chế tỷ lệ pha trộn của kim loại cơ bản. Pha loãng sắt quá mức sẽ làm giảm đáng kể độ dẻo và khả năng chống ăn mòn của mối hàn.
Yêu cầu về độ sạch: Loại bỏ dầu, mỡ, cặn oxit, hơi ẩm và sơn khỏi vùng hàn trong phạm vi cách rãnh ít nhất 20 mm. Các chất ô nhiễm có chứa lưu huỳnh, phốt pho, chì và kẽm có thể gây ra hiện tượng nứt nóng và xốp nghiêm trọng.
Xử lý nhiệt sau hàn (PWHT): Nói chung không nên dùng cho các mối hàn khác nhau của Monel 400 và thép không gỉ austenit. PWHT có thể thúc đẩy sự kết tủa của các pha giòn và tăng ứng suất dư, đồng thời không thể cải thiện hiệu quả hoạt động của mối nối. Giảm căng thẳng là không cần thiết cho hầu hết các điều kiện dịch vụ.
Xem xét ăn mòn điện:Sau khi hàn, sự chênh lệch điện thế giữa Monel 400 và thép không gỉ có thể gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa trong chất điện phân dẫn điện. Các biện pháp như cách ly lớp phủ, tăng tỷ lệ diện tích cực âm hoặc sử dụng miếng đệm điện môi nên được xem xét trong thiết kế kết cấu.
