Trong khi thép là kim loại phổ biến nhất trong hàn, gang thì không. Vậy thì có thể hàn gang với thép không ?

Câu trả lời :Có thể hàn hầu hết các loại gang với thép bằng các vật tư hàn phù hợp và tuân theo một quy trình được xác định rõ có xem xét sự khác biệt về cơ học và hóa học của chúng. Tuy nhiên, việc nối các kim loại này lại với nhau không được khuyến khích cho các công việc quan trọng vì chúng rất khác nhau. Quy trình tương tự như hàn gang điển hình vì nó khó hàn hơn thép.

Không nên hàn gang với thép đối với các mối hàn phải chịu ứng suất cơ hoặc nhiệt  hoặc tải trọng lớn thường xuyên. Nhưng bạn có thể hàn chúng cho các chi tiết đơn giản, ví dụ, sửa chữa các vật đúc đơn giản hoặc chế tạo một số tác phẩm nghệ thuật bằng những vật liệu đó.

Sự khác biệt giữa gang và thép là gì?

Sự khác biệt chính giữa gang và thép là hàm lượng cacbon. Gang có 1,7-4% cacbon và thép 0,05-1,7%. Hơn nữa, gang có lượng silic cao hơn và cũng chứa một lượng tạp chất cao hơn. Những khác biệt này ảnh hưởng đến các đặc tính như khả năng đúc, tính hàn, độ cứng, độ dẻo, điểm nóng chảy và tỷ lệ co ngót.

Sự khác biệt đáng kể nhất là hàm lượng carbon

Thép cacbon là hợp kim đơn giản. Khả năng hàn của chúng phụ thuộc vào lượng carbon mà chúng có:

• Loại thép phổ biến nhất là thép cacbon thấp . Nó chỉ chứa 0,05-0,30% cacbon và  là kim loại dễ hàn nhất.
• Sau đó, có thép cacbon trung bình với 0,30-0,50% cacbon nó trở nên khó hàn hơn. Đó là bởi vì nó trở nên cứng và giòn khi nguội đi, và nó có thể bị nứt. Để tránh nứt, thép cacbon trung bình cần được gia nhiệt trước.
• Sau đó là thép cacbon cao với 0,50-0,90% cacbon và rất khó hàn. Thép cacbon cao cần được gia nhiệt sơ bộ cao hơn và xử lý nhiệt sau hàn bổ sung để ngăn nó trở nên giòn.
• Cuối cùng, thép có hàm lượng cacbon cực cao 0,90-1,70% hiếm khi được hàn. Đó là bởi vì nó được sử dụng cho các công cụ và dụng cụ cắt gọt, và những thay đổi về luyện kim do nhiệt hàn gây ra sẽ không cho phép nó phục vụ mục đích ban đầu.

Vì thép cacbon cao rất khó hàn, nên dễ dàng nhận ra rằng gang thường chứa 3% -3,5% cacbon đặc biệt khó hàn. Có bốn loại gang cơ bản:

• Gang xám cho đến nay là phổ biến nhất. Nó rất giòn và hầu như không có độ dẻo (đàn hồi). Điều này làm cho gang xám rất dễ bị nứt, đặc biệt là khi nó nguội đi. Để tránh nứt vỡ, bạn làm nóng vật đúc trước và ngăn không cho vật đúc nguội nhanh sau khi hàn. Tuy nhiên, bạn có thể hàn gang xám mà không cần gia nhiệt trước trong một số trường hợp được đề cập sau.
• Gang trắng quá cứng và giòn và thực tế không thể hàn được. Điều tương tự cũng áp dụng cho tất cả các loại gang đúc hợp kim cao .
• Gang dẻo là gang trắng đã qua xử lý nhiệt và đạt được độ dẻo. Vì vậy, nó có thể hàn được với ít khả năng bị nứt hơn so với gang xám. Tuy nhiên, nếu không xử lý nhiệt bổ sung, nhiệt hàn sẽ làm cho gang dễ uốn cứng hơn và loại bỏ độ dẻo của vùng bị ảnh hưởng nhiệt (HAZ). HAZ là khu vực bên cạnh mối hàn.
• Gang dễ uốn có được độ dẻo từ các nguyên tố hợp kim được bổ sung như magiê. Giống như gang dẻo, nó có khả năng bị nứt thấp hơn nhưng làm mất độ dẻo trong HAZ.

Một lượng lớn carbon làm cho gang giòn ngay cả trước khi bạn hàn nó. Kết quả là, sự giãn nở nhanh chóng do nhiệt hàn gây ra có thể làm nứt nó.

Sau khi hàn, gang sẽ càng cứng hơn khi nguội đi và thậm chí trở nên giòn hơn. Nếu nó co lại nhanh chóng, nó sẽ nứt ở nhiều điểm.

Hàm lượng carbon cũng có thể di chuyển vào kim loại mối hàn, làm cho nó trở nên cứng và giòn.

Điểm nóng chảy của chúng cũng khác nhau

Một sự khác biệt khác giữa hai kim loại là nhiệt độ nóng chảy của chúng .

Gang có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn là (1205 ° C). Mặt khác, thép cacbon nóng chảy ở (1425 ° C) đến (1540 ° C) tùy thuộc vào thành phần.

Sự khác biệt này là rất lớn và bạn cần lưu ý khi hàn các kim loại này lại với nhau.

Chúng có sự thay đổi thể tích khác nhau dưới nhiệt độ cao

Thể tích thay đổi từ sự giãn nở và co lại khi bạn hàn chúng cũng khác nhau.

Gang xám được giữ nguyên, và nếu lực giãn nở hoặc co lại đủ mạnh, nó sẽ bị vỡ. gang dẻo và dễ uốn nở ra và co lại một chút. Điều này sẽ làm giảm nguy cơ nứt.

Mặt khác, thép giãn nở nhiều hơn gang. Những chuyển động này sẽ tạo thêm ứng suất trên mặt gang và làm tăng khả năng bị nứt. Đây là nhược điểm chính của thành phần thép.

Gang chứa nhiều tạp chất

Về bản chất, gang, đặc biệt là các vật đúc chất lượng thấp, chứa nhiều tạp chất khác nhau như:

• Carbon tự do.
• Lưu huỳnh và phốt pho.
• Dầu và mỡ.
• Cát.
• Các khe hở không khí.

Các tạp chất này trộn lẫn trong vũng hàn và gây ra nhiều khuyết tật như rỗ khí và nứt nóng. So sánh thì thép sạch hơn nhiều.

Gang cũng có khả năng chống mài mòn và ăn mòn cao hơn. Nó cũng có thể hấp thụ rung động tốt hơn nhiều so với thép.

Cách tốt nhất để hàn gang với thép là gì?

Quá trình hàn que (SMAW) kết hợp với que hàn chứa niken ( Philcast Ni, Philcast FeNi ) là quá trình tốt nhất để hàn gang với thép. Hơn nữa, việc gia nhiệt thích hợp trước và sau khi hàn, sau đó là làm nguội chậm là cách làm tốt nhất để tránh bị nứt. Tuy nhiên, đối với 1 số trường hợp việc gia nhiệt là không cần thiết.

Hàn que có nhiều ưu điểm khiến cho quá trình hàn gang với thép nói chung là quá trình tốt nhất:

• Hàn que cung cấp khả năng kiểm soát thủ công tuyệt vời đối với nhiệt đi vào kim loại.
• Nó có nhiều loại que hàn được thiết kế để hàn gang với thép.
• Tất cả các que hàn gang đều đắt tiền, nhưng bạn có thể mua một số lượng nhỏ.
• Với hàn que (và các quy trình hàn hồ quang khác), bạn có thể bỏ qua quá trình gia nhiệt sơ bộ nếu bạn sử dụng que niken ( Philcast Ni )
• Đây là một quá trình di động và thuận tiện hơn cho việc sửa chữa tại hiện trường.

Que hàn gang tốt nhất

Que hàn tốt nhất để hàn gang với thép là ENiFe-CI ( Philcast FeNi ). Sau đó, bạn có thể sử dụng ENi-CI ( Philcast Ni ) hoặc ENiCu. Không nên dùng que thép ESt và các que hàn thông thường vì chúng không tạo ra kim loại hàn có độ dẻo và co ngót ở mức độ cao. Do đó, chúng không thể giúp chống lại các lực co rút đến từ thành phần thép.

Que hàn gang có dây làm từ niken và lớp thuốc hàn được thiết kế để cung cấp:

• Hàn kim loại có độ giãn nở và co lại thấp.
• Độ thâm nhập thấp.
• Hấp thụ cacbon thấp.
• Ngoài ra, kim loại hàn của chúng có thể gia công được, vì vậy bạn có thể khoan hoặc cắt nó.

Các ENiFe-CI hoặc Philcast FeNi chứa niken ( Ni ), sắt ( Fe ) và được thực hiện cho bằng gang ( CI ). Nhìn chung, nó là que hàn tốt nhất vì nó chống lại sự hấp thụ cacbon từ gang, ngăn ngừa sự hóa cứng của kim loại mối hàn. Ngoài ra, kim loại mối hàn Philcast FeNi có độ dẻo cao và chống nứt do tạp chất bị kẹt trong vật đúc.

Các que hàn Eni-CI hoặc Phicast Ni cũng có thể hàn kim loại khác nhau, nhưng nó không phải là hiệu quả như ENiFe-CI ( Philcast FeNi ). Ngoài ra, nó đắt hơn và có thể bị nứt nếu vật đúc có tạp chất. Ưu điểm của que hàn này là nó mối hàn mềm và có thể gia công được.

Que hàn ENiCu có độ dẻo cao, nhưng độ bền thấp hơn và nhạy cảm hơn với sự hấp thụ cacbon.

Có thể sử dụng que hàn thường để hàn gang với thép không?

Nếu bạn hàn gang với thép bằng que hàn gang nóng hoặc với các loại que thông thường như E7018, E6013, hoặc tệ hơn là E6011, bạn sẽ có nguy cơ bị nứt rất cao. Các que này sẽ bắt đầu là que cacbon thấp và kết thúc là kim loại hàn cacbon cao mà không có độ dẻo. Kết quả là kim loại mối hàn sẽ co lại ở mức độ co kéo cao và làm nứt gang.

Que hàn gang nóng được làm cho gang, nhưng nó tạo ra mối hàn không có độ dẻo. Nó thích hợp cho các mối hàn sửa chữa nhỏ trên gang xám, nhưng nó có thể bị nứt nếu một trong các bộ phận là thép.

Sẽ tốt hơn nếu sử dụng các que hàn này cho các mối hàn sửa chữa nhỏ hoặc các chi tiết có giá trị thấp. Nếu bạn quyết định sử dụng chúng, bạn cần gia nhiệt trước và sau khi hàn cao hơn bình thường và đòi hỏi quy trình khắt khe.

Nếu bạn muốn tránh chi phí cao của que hàn niken, hãy cố gắng lấy ít nhất một hoặc hai thanh. Đầu tiên, sử dụng chúng để hàn bề mặt của thành phần gang. Điều này được gọi là lớp đệm ( buttering ). Phương pháp này làm kín mặt gang để không có cacbon hoặc tạp chất nào có thể lọt ra ngoài bề mặt niken mới. Sau đó, bạn có thể sử dụng các loại que khác rẻ hơn, chẳng hạn như que hàn gang nóng hoặc thậm chí là E7018, để hàn nó với thành phần thép.

Bạn có thể sử dụng hàn MIG không?

Bạn có thể hàn MIG gang với thép bằng cách sử dụng: chế độ truyền ngắn mạch, dây niken làm bằng gang, 75% argon và 25% khí che chắn heli, và quy trình thích hợp. Nhược điểm lớn của hàn MIG là chi phí cao của dây niken và khí bổ sung.

Dây ERNiFe-CI là dây tốt nhất để hàn gang với thép. 

Cần bổ sung của khí bảo vệ thích hợp. Đối với chế độ ngắn mạch, các nhà sản xuất dây khuyến nghị sử dụng hỗn hợp khí gồm 75% argon và 25% heli.

Có thể sử dụng hỗn hợp ba lớp cho thép không gỉ nếu bạn đã có. Dù bằng cách nào, cả hai đều có giá cao hơn so với các loại khí bảo vệ thông thường cho thép.

Sử dụng dây hàn thường , chẳng hạn như ER70S-6, không được khuyến khích ngay cả khi làm việc nhẹ vì nó có nguy cơ nứt cao tương tự hoặc tệ hơn là dùng que hàn.

Tuy nhiên, nếu bạn muốn thử, hãy sử dụng 75% khí argon và 25% khí CO2 vì nó cho khả năng thâm nhập thấp hơn 100% CO2.

Bạn có thể sử dụng hàn TIG?

Bạn có thể hàn TIG gang với thép bằng cách sử dụng các thanh niken được làm cho gang như ERNiFe-CI hoặc ERNi-CI, và quy trình thích hợp. Khi hàn TIG, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng cả kim loại cơ bản (đặc biệt là gang) và que hàn Tig đều phải sạch tuyệt đối.

Không nên sử dụng que tig thường , chẳng hạn như ER70S-6 vì nó có nguy cơ nứt cao tương tự hoặc tệ hơn là que hàn dính.

Phá bỏ lớp thuốc từ que hàn niken và biến nó thành que hàn TIG với nó là một lựa chọn tốt hơn.

Làm thế nào để hàn gang với thép?

Tình huống phổ biến nhất là khi bạn có một bộ phận đúc bằng gang xám  bị hỏng và bạn muốn ghép phần còn thiếu bằng thép vì nó sẵn có. Trước khi bắt đầu, hãy đảm bảo bạn mang tất cả các thiết bị bảo cần thiết.

1. Xác định các kim loại

Bước đầu tiên là xác định các kim loại. Loại gang phổ biến nhất là gang xám, nhưng cũng có thể chi tiết của bạn là gang dẻo. Điều quan trọng là phải chắc chắn về bản chất của phần gang.

Có một lý do khác để kiểm tra phần gang. Nó có thể là thép đúc hơn là gang. Điều này là tốt vì thép đúc dễ hàn hơn và bạn không cần quy trình nghiêm ngặt và que hàn đắt tiền.

 Nếu bạn không chắc mình có loại gang nào, hãy hàn nó bằng que hàn  NiFe-CI.( Philcast FeNi )

2. Làm sạch cả hai kim loại

Các kim loại khó hàn cần các mối nối sạch, và gang thường chứa nhiều tạp chất khác nhau. Làm sạch ít nhất (2,5cm) cạnh mối nối .

Bạn có thể sử dụng máy mài góc hoặc phun cát. Cuối cùng, sử dụng giũa để loại bỏ các vật liệu cacbon hoặc vật liệu mài mòn còn sót lại.

Nếu thành phần gang đã thấm dầu, bạn có thể dùng đèn khò và làm nóng trước để đốt dầu. Hoặc bạn có thể sử dụng chất tẩy nhờn không clo để loại bỏ dầu.

Không bao giờ sử dụng sản phẩm có chứa chorine trong môi trường hàn vì hồ quang điện hoặc ngọn lửa khí có thể tạo ra nhiều loại khí độc khác nhau từ nó.

3. Chuẩn bị vát mép mối hàn

Cách tốt nhất để vát mặt gang là dùng búa và đục. Bằng cách này, bạn tránh làm ô nhiễm vật đúc xốp bằng chất mài mòn.

Cách tốt nhất thứ hai là sử dụng máy mài khuôn có gờ cacbua. Nhưng hãy cẩn thận với bất kỳ mảnh vỡ bay nào.

Cuối cùng, bạn có thể sử dụng máy mài góc có đường kính nhỏ. Chú ý không để gang quá nóng. Không được có sự biến màu. Sau đó dùng giũa để loại bỏ các vật liệu mài mòn còn sót lại.

4. Gia nhiệt trước khi hàn

Việc gia nhiệt trước sẽ ngăn ngừa nhiệt độ không đồng đều trong gang và giảm nguy cơ nứt vỡ, đặc biệt là khi nó nguội đi. Bạn có thể làm nóng trước bằng thanh gia nhiệt hoặc đèn khò.

Bạn có thể kiểm tra nhiệt độ bằng que chỉ thị nhiệt hoặc súng đo nhiệt độ. Nhiệt độ nung nóng sơ bộ điển hình của gang xám(260 ° C). 

Cho đến khi bạn hoàn thành quá trình hàn, hãy đảm bảo rằng nhiệt độ được giữ nguyên. Làm nóng lại kim loại nếu cần.

5. Hàn chấm, ngắt quãng

Bạn không thể bắt đầu hàn một mối hàn liên tục ngay cả khi bạn làm gia nhiệt trước. Phần gang sẽ hấp thụ quá nhiều nhiệt và sẽ tạo thành nhiều vết nứt. Thay vào đó, hãy hàn các đoạn ngắn 2cm nằm rải rác trên mối nối.

Một số mẹo bổ sung:

• Vì một bên là gang và một bên là thép, bạn nên tập trung hồ quang hoặc ngọn lửa nếu bạn sử dụng thiết bị oxyfuel nhiều hơn một chút vào thành phần thép nhẹ. Bằng cách này, bạn sẽ:
  • Đưa vào gang ít nhiệt hơn, bảo vệ nó khỏi sự giãn nở nhanh chóng và ít ứng suất dư sẽ phát triển khi nó nguội đi.
  • Ngăn chặn một lượng lớn carbon và tạp chất xâm nhập vào vũng hồ quang hàn.
  • Cung cấp nhiều nhiệt hơn cho thành phần thép vì nó có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.
• Tốc độ di chuyển phải phù hợp để tránh đặt quá nhiều nhiệt trên gang.
• Giữ độ dài vòng cung ngắn .
• Sử dụng cường độ dòng điện thấp nhất có thể.
• Tránh bắt đầu hồ quang trên gang,
• Luôn lấp đầy mối hàn . Nếu có một khe hở, lực co ngót có thể làm nứt nó.
• Nếu vết nứt xuất hiện , hãy dừng lại và khoan lỗ ở cả hai đầu để ngăn nó mở rộng. Sau đó, vát mép lại và hàn nó.
• Nếu quá vật đúc của bạn không đều, hãy hàn những chỗ dày hơn trước.
• Đặt kẹp mát (hoặc tiếp đất) trên vật đúc để kết nối tốt hơn, đặc biệt nếu bạn hàn MIG.

6. Gõ búa vào mối hàn ( Pening )

Pening là quá trình đập liên tục từng mối hàn bằng một chiếc búa tròn nhỏ sử dụng lực vừa phải.

Việc mài mối hàn sẽ chống lại sự co ngót của kim loại mối hàn và rất quan trọng vì một mặt là thép. Như đã đề cập, thép sẽ kéo gang, và nó có thể bị nứt.

Nếu bạn không sử dụng các que hàn làm từ niken, việc mài mòn là vô cùng quan trọng và bạn không bao giờ được quên điều đó.

7. Gia nhiệt sau khi hàn

Sau khi hàn xong, bạn phải đảm bảo các kim loại có nhiệt độ đồng đều nhau. Kiểm tra nhiệt độ và gia nhiệt kim loại nếu cần.

8. Bảo ôn, làm nguội chậm

Bước quan trọng nhất để ngăn phần gang không bị nứt là phủ lớp cách nhiệt khi nó nguội đi. Nếu bạn đã sử dụng lò nung để làm nóng trước, hãy sử dụng lại lò để làm nguội kim loại một cách từ từ.

Nếu không, bạn có thể sử dụng bông thủy tinh, vôi bột hoặc cát khô.

Có thể hàn gang với thép mà không cần gia nhiệt ?

Nếu bạn không thể hoặc không muốn sử dụng phương pháp gia nhiệt sơ bộ để hàn gang với thép, thì bạn phải: chỉ sử dụng que hàn có gốc niken ( Philcast Ni, Philcast FeNi), hàn các mối hàn rất ngắn rải rác khắp mối nối và không bao giờ quên làm sạch chúng. Cuối cùng, để từng mối hàn nguội hẳn ( đến mức chạm tay vào được ) trước khi hàn đoạn tiếp theo.

Hãy nhớ rằng hàn lạnh không mang lại kết quả tốt nhất. Nhưng nó sẽ đủ tốt vì hàn gang với thép chỉ dành cho các chi tiết không quan trọng.

Các bước quan trọng nhất ở đây là:

• Luôn sử dụng que hàn gốc niken để không bị co ngót, độ dẻo cao và hấp thụ cacbon thấp.
• Bạn phải để từng mối hàn nguội trước khi hàn đoạn tiếp theo. 

Không nên bỏ qua phần gia nhiệt sơ bộ khi bạn muốn sử dụng que hàn gang nóng. Phần gang và kim loại mối hàn gần như chắc chắn sẽ lấp đầy các vết nứt khi chúng nguội đi.

Có cách nào khác để hàng gang với thép

Hàn hồ quang cung cấp sự thâm nhập vào kim loại cơ bản cung cấp một mối nối chắc chắn. Nhưng nó cũng là nguyên nhân chính dẫn đến nứt vỡ. Nếu chi tiết của bạn không cần độ bền này, bạn có thể sử dụng phương pháp hàn braze ( hàn vảy) để liên kết gang với thép.

Hàn braze tương tự như hàn hơi nhưng sử dụng một kim loại phụ khác dựa trên đồng. Thiết bị và thiết kế chung giống nhau.

Phương pháp này chỉ nấu chảy kim loại độn mà không nấu chảy kim loại cơ bản. Điều này làm cho nó tốt hơn nhiều trong việc kết dính gang với thép mà không bị nứt. Nó cũng rẻ hơn so với việc sử dụng que hàn niken.

Nhưng liên kết mối hàn kém hơn và khả năng chịu nhiệt cũng kém hơn. Hơn nữa, nó luôn để lại một đường hàn màu vàng ( màu của đồng thau )

Phần kết luận

Gang và thép rất khác nhau. Do đó, việc hàn nối chúng không được khuyến khích cho các chi tiết quan trọng vì mối nối có thể bị hỏng trong các điều kiện làm việc nặng nhọc.

Để có kết quả tốt nhất, hãy sử dụng kim loại độn niken, chẳng hạn như NiFe-CI ( Philcast FeNi ). Làm nóng trước ít nhất phần gang sẽ tăng tỷ lệ thành công. Luôn đảm bảo gang nguội chậm.

Nếu chi tiết của bạn không cần độ bền hoặc khả năng chịu nhiệt của mối hàn, thì hàn braze là một sự thay thế tuyệt vời.

Câu hỏi liên quan