Hướng dẫn: Thép phong hóa là gì và bạn hàn nó như thế nào?

Thép phong hóa là gì?

Thép là một vật liệu xây dựng tuyệt vời. Nó mạnh mẽ và có khả năng chống chịu tốt với các áp lực khác nhau. Mặc dù nặng nhưng nó cũng không đắt nên thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ xây dựng khung, cầu cho đến sản xuất ô tô.

Tuy nhiên, một trong những vấn đề lớn nhất với thép là thành phần chính của nó là sắt (thường cũng chứa một ít cacbon) và sắt được biết là rất dễ bị oxy hóa. Khi tiếp xúc với môi trường như oxy, nước, hơi ẩm trong không khí thép sẽ bị rỉ sét. Sự rỉ sét và ăn mòn này cuối cùng làm giảm các đặc tính của vật liệu, khiến nó mất đi độ bền kết cấu, điều mà chúng tôi trong ngành gọi là "vấn đề".

Có nhiều cách để bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn. Một phương pháp phổ biến là sơn hoặc bôi dầu, tạo thành một lớp bảo vệ trên bề mặt thép giúp cách ly nó khỏi độ ẩm và oxy trong khí quyển. Thép cũng có thể được mạ kẽm hoặc anod hóa để tạo ra lớp phủ tương tự, nhưng các quá trình này liên quan đến các phản ứng hóa học sâu hơn chỉ là lớp phủ bề mặt.

Hạn chế lớn nhất của các phương pháp này là nếu lớp phủ có khoảng trống hoặc bị hư hỏng, rỉ sét có thể xâm nhập vào. Vì vậy, việc bảo trì thích hợp và kiểm tra thường xuyên là cần thiết; nếu không, thiệt hại nghiêm trọng có thể dẫn đến thất bại thảm hại.

Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư vật liệu đã chuyển sang một kim loại khác được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới: đồng.

Đồng cũng dễ bị ảnh hưởng bởi oxy. Khi bạn thấy các sản phẩm đồng chuyển sang màu xanh lục, đó là oxit đồng tạo thành lớp gỉ xanh trên bề mặt. Tuy nhiên, không giống như thép, chất xanh này không tiếp tục bị ăn mòn. Thay vào đó, nó tạo thành một lớp bảo vệ tự nhiên xung quanh đồng. Lớp bảo vệ này ngăn chặn hầu hết sự ăn mòn tiếp theo và nếu vết xanh bị hư hỏng, nó sẽ "tự sửa chữa" bằng cách hình thành vết xanh mới tại khu vực bị hư hỏng.

Đồng cũng dễ bị ảnh hưởng bởi oxy. Khi bạn thấy các sản phẩm đồng chuyển sang màu xanh lục, đó là oxit đồng tạo thành lớp gỉ xanh trên bề mặt. Tuy nhiên, không giống như thép, chất xanh này không tiếp tục bị ăn mòn. Thay vào đó, nó tạo thành một lớp bảo vệ tự nhiên xung quanh đồng. Lớp bảo vệ này ngăn chặn hầu hết sự ăn mòn tiếp theo và nếu vết xanh bị hư hỏng, nó sẽ "tự sửa chữa" bằng cách hình thành vết xanh mới tại khu vực bị hư hỏng.

Các kỹ sư tự hỏi: điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể làm cho thép có những đặc tính tương tự? Gần một thế kỷ trước, thông qua nghiên cứu và phát triển, một loại vật liệu mới đã được tạo ra từ thép và các kim loại hợp kim khác nhau (bao gồm đồng, crom, silicon và phốt pho). Loại thép này sở hữu hầu hết các đặc tính vật liệu của thép-cacbon thấp, nhưng không giống như thép thông thường, nó không bị gỉ; thay vào đó, nó tạo thành một lớp màng bảo vệ màu nâu.

Vật liệu này lần đầu tiên được phát triển và cấp bằng sáng chế vào năm 1933 với tên Cor-Ten, trong đó Cor-Ten là viết tắt của khả năng chống ăn mòn và độ bền kéo. Cor-Ten, còn thường được gọi là thép chịu thời tiết, cuối cùng đã được Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) tiêu chuẩn hóa, dẫn đến việc sử dụng rộng rãi. Kết quả là ngày nay bạn vẫn sẽ gặp phải vật liệu này và cần phải hàn nó.

Khi nào thép phong hóa được sử dụng?

Do khả năng chống ăn mòn tự nhiên và khả năng tự phục hồi nhẹ, thép chịu thời tiết được sử dụng phổ biến nhất ở những vị trí tiếp xúc với nhiều môi trường tự nhiên nhưng thường không được kiểm tra và bảo trì thường xuyên. Trong kỹ thuật và xây dựng, thép chịu thời tiết thường được sử dụng làm các chi tiết trang trí lộ thiên, tác phẩm điêu khắc, mái và tường cũng như nhiều tính năng thiết thực khác như chậu hoa, nhà để xe đạp hoặc hàng rào, hàng rào, v.v. Nó cũng được sử dụng phổ biến trong vận tải hàng hải và thường được sử dụng làm vật liệu kết cấu cho các cây cầu ngắn (thường là cầu dành cho người đi bộ) bắc qua sông hoặc suối.

Tóm lại, loại kết cấu thép này có tính ứng dụng cao, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chắc chắn, độ bền, thời gian bảo trì dài và vẻ ngoài màu nâu cam đồng đều, đẹp mắt về mặt thẩm mỹ. Nó thường được tìm thấy trong các công viên thiên nhiên, nơi màu nâu hòa quyện hoàn hảo với cây cối xung quanh.

Quá trình tốt nhất để hàn thép phong hóa là gì?

Vì thép chịu thời tiết về cơ bản là hợp kim thép có hàm lượng cacbon thấp{0}}nên có thể hàn bằng hầu hết mọi quy trình hàn. Tuy nhiên, như bạn có thể đoán, một số quy trình hàn nhất định tạo ra kết quả tốt hơn và mối hàn bền hơn những quy trình hàn khác.

Nói cách khác, hàn MIG nên được sử dụng trong 90% trường hợp khi hàn thép chịu thời tiết. Vận hành đúng cách là điều cần thiết, nhưng điều này áp dụng cho bất kỳ phương pháp hàn nào. Mối hàn TIG dễ bị hỏng sớm đối với thép chịu thời tiết, và trừ khi bạn không quen với hàn MIG, hàn hồ quang thủ công không mang lại lợi thế đáng kể so với hàn này.

Nên sử dụng loại chất độn nào cho thép phong hóa?

Tùy chọn đầu tiên là sử dụng dây hàn thép cacbon, chẳng hạn như AWS E7018, ER70S hoặc E70C-6M. Những dây này phù hợp nhất khi cần hàn một lớp thép chịu thời tiết và độ bền hoặc cấp độ mối hàn thấp. Mặc dù độ bền mối hàn sẽ thấp hơn một chút so với lý tưởng nhưng giá thành lại thấp hơn. Hơn nữa, dây hàn thép có hàm lượng carbon thấp có khả năng tương thích tuyệt vời với thép chịu thời tiết, hấp thụ các nguyên tố hợp kim và duy trì khả năng chống ăn mòn trong mối hàn tương tự như kim loại cơ bản.

Tùy chọn thứ hai là dây hàn hợp kim thấp. Loại dây này có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào thành phần hợp kim của nó, nhưng nhìn chung nó phù hợp nhất cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, khả năng chống ăn mòn hoặc các tính chất cơ học khác. Khi thực hiện hàn trên diện rộng hoặc hàn nhiều đường, mức độ hòa trộn giữa kim loại cơ bản và dây hàn tương đối thấp. Điều này có nghĩa là nếu sử dụng dây hàn thép cacbon để hàn diện tích lớn-thì khả năng chống ăn mòn của nó sẽ giảm, khiến dây dễ bị hư hỏng hơn. Để đảm bảo liên kết bền chặt với kim loại nền thép bị phong hóa, dây hàn thép cacbon cần được sơn hoặc xử lý bằng các lớp phủ khác.