Hàn kim loại là một quá trình phức tạp kết hợp khoa học về điện (ngoại trừ hàn oxyfuel), nhiệt, luyện kim, các trạng thái khác nhau của vật chất và oxy hóa. Điều này cũng có nghĩa là có nhiều rủi ro có thể phát sinh có thể dẫn đến sự cố hàn. Một cách để giảm rủi ro là chọn loại vật liệu kim loại dễ hàn và không cần nhiều thao tác hàn trước và hàn sau để tránh hỏng mối hàn.
Một số kim loại tốt nhất để hàn bao gồm:
- Thép Carbon thấp – Low Carbon Mild Steel
- Nhôm – Aluminum
- Thép không gỉ – Stainless Steel
- Kim loại khác – Other metals
Thép carbon thấp
Thép carbon thấp là một trong những kim loại phổ biến nhất, nếu không muốn nói nó là kim loại dễ hàn nhất. Điều này là do một số yếu tố khác nhau. Một lý do cho khả năng hàn tuyệt vời của nó là thực tế là nó đã được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ứng dụng. Sự phong phú nhu cầu đối với thép carbon thấp trong các lĩnh vực như chế tạo kết cấu máy, các hệ kết cấu thép, giàn không gian, hệ thống tank bể…đã dẫn đến các nhà khoa học và kỹ sư phải nghiên cứu, phát triển các cách để hàn nó sao cho tối ưu nhất.
Sự phát triển công nghệ hàn bao gồm các dạng sóng hồ quang điện được cấp bằng sáng chế, các thành phần hóa học vật liệu phụ đặc biệt và các nguồn năng lượng hàn hàng đầu để hàn thép cacbon thấp. Tất cả điều này cho phép các thợ hàn thực hiện các mối hàn thép carbon hiệu quả một cách dễ dàng.
Một lý do khác mà thép carbon thấp rất dễ hàn là vì nó dễ uốn hơn các loại thép khác. Điều này là do nó có lượng carbon rất thấp và chỉ phụ thuộc vào hàm lượng các nguyên tố hợp kim khác.
Điều này ngăn chặn sự hình thành các cấu trúc vi mô giòn như martensite. Tất cả những lý do đó giúp loại bỏ các rủi ro của một số loại hỏng hóc của mối hàn, chẳng hạn như nứt hydro. Khi lượng carbon tăng lên, khó khăn trong việc tạo ra một mối hàn chắc chắn và an toàn cũng tang cao bởi tính giòn của vật liệu tang lên theo hàm lượng carbon có trong nó.
Nhôm
Trong khi việc hàn nhôm có thể khó hơn hàn thép carbon thấp, nhưng với những thợ hàn chuyên nghiệp, nhôm có thể được hàn mà không gặp nhiều khó khăn, miễn là bạn có kiến thức và kỹ thuật phù hợp.
Một mối quan tâm khi hàn nhôm là đảm bảo rằng loại nhôm thích hợp được chọn. Các loại nhôm thuộc lớp trong loạt 1XXX có thể được hàn mà không cần nhiều kỹ năng phức tạp. Các lớp trong loạt 6XXX có thể được hàn, nhưng vật liệu hàn phù hợp và hoạt động hàn phải được sử dụng để hỗ trợ ngăn ngừa vết nứt. Nhôm trong sê-ri 2XXX thường không thể hàn được, mặc dù một số lớp trong sê-ri này có thể được hàn bằng vật liệu và kỹ thuật phụ tùy thuộc và phù hợp.
Một lưu ý khác khi hàn nhôm là cường độ vật liệu. Một số hợp kim nhôm, chẳng hạn như những hợp kim có ký hiệu T6, đã được sản xuất nhân tạo để tăng cường độ. Điều này có nghĩa là chúng đã được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định trong một khoảng thời gian cụ thể để các kết tủa intermetallic có kích thước và hình dạng phù hợp để tăng cường độ của nhôm. Khi các lớp nhôm này được hàn, các kết tủa intermetallic thay đổi hình dạng của chúng, và thông thường độ bền của nhôm sẽ bị giảm đi rất nhiều. Để đưa các hợp kim nhôm hàn này trở lại sức mạnh ban đầu, chúng phải được con người can thiệp – nhân tạo lại một lần nữa bằng quy trình xử lý nhiệt.
Thép không gỉ – Inox
Thép không gỉ hay còn gọi là Inox là một kim loại cũng có thể được hàn dễ dàng khi sử dụng kỹ thuật phù hợp và áp dụng kiến thức đầy đủ. Ở Việt Nam, các loại inox phổ biến thường được sử dụng đó là Inox 201, 304, 316,…
Nhiều loại thép không gỉ, được biết đến với khả năng chống ăn mòn, có thể được hàn mặc dù thành phần hóa học phức tạp của chúng. Lưu ý quan trọng nhất khi hàn thép không gỉ là phải biết loại nào đang được hàn. Có ba loại thép không gỉ chính: austenitic, ferritic và martensitic. Nhiều thép không gỉ ferritic rất dễ hàn. Thép không gỉ Austenitic cũng có thể được hàn. Thép không gỉ Martensitic thường khó khăn hơn do độ cứng cao và có xu hướng nứt.
Một lưu ý chính khi hàn thép không gỉ là hiện tượng ăn mòn giữa các hạt. Khi thép không gỉ chịu môi trường nhiệt độ cao, giống như môi trường xảy ra trong quá trình hàn, crom có thể dễ bị liên kết với carbon trong thép. Sự hình thành cacbua crom này ngăn cản khả năng của crom kết hợp với oxy. Do đó, không có lớp oxit crom nào được hình thành và oxy được tự do kết hợp với sắt bằng thép không gỉ, góp phần tăng tính ăn mòn.
Có một vài phương pháp có sẵn có thể ngăn chặn điều này. Sử dụng một loại được ổn định bằng titan hoặc niobi như inox 321 có thể ngăn ngừa sự ăn mòn giữa các hạt vì titan có khả năng hình thành liên kết với các nguyên tử carbon trước crom. Một cách khác để ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt là thông qua việc sử dụng thép không gỉ carbon thấp. Những cách này đơn giản là không cung cấp đủ carbon để ngăn chặn sự hình thành lớp oxit crom bảo vệ.
Các kim loại khác
Trong khi có những trường hợp ngoại lệ, việc hàn có xu hướng phức tạp hơn với các loại kim loại khác. Việc hàn titan thường sẽ cần thêm thiết bị hoặc che chắn để tránh bị oxy hóa. Thép carbon cao thường sẽ yêu cầu xử lý nhiệt trước và sau hàn để tránh nứt.
Một số siêu hợp kim chỉ có thể được hàn trong chân không. Mỗi kim loại sẽ được hàn nên được nghiên cứu trên cơ sở cá nhân để đảm bảo rằng các phương pháp hàn tạo ra một mối hàn thành công.