Nứt mối hàn trên ống, hộp Inox: Nguyên nhân & cách khắc phục

Hiện tượng nứt mối hàn trên ống, hộp inox là lỗi nghiêm trọng, làm mất kín khít, giảm bền và rủi ro ăn mòn nhanh. Bài viết này đi thẳng vào căn nguyên cơ học – luyện kim của nứt hàn trên inox (đặc biệt nhóm 201/304/316 dùng phổ biến tại Việt Nam) và cung cấp quy trình phòng ngừa, sửa chữa chuẩn xưởng. Chủ đề nằm trong bức tranh lớn “Cẩm nang Ống & Hộp Inox”, nhưng nội dung dưới đây độc lập và đủ để bạn áp dụng ngay trên dây chuyền.

Nhận diện nhanh các dạng nứt mối hàn thường gặp

1) Nứt nóng (solidification cracking) – thường gặp nhất ở inox Austenit

– Biểu hiện: vết nứt dọc tâm mối hàn, từ miệng hàn xuống lòng; đôi khi xuất phát từ “hố co” khi kết thúc đường hàn. Thường thấy ở mối hàn MIG/TIG trên 201/304/316 tấm mỏng, ống/hộp thành 0.8–2.0 mm.
– Cơ chế: kim loại mối hàn kết tinh cuối giàu tạp chất S, P tạo eutectic nóng chảy ở nhiệt độ thấp; nếu mối hàn là Austenit hoàn toàn (FN≈0) và mối ghép bị “gò bó” cao, co ngót kéo rách vùng kết tinh cuối [TWI, ASM Handbook].
– Yếu tố làm nặng: lưu huỳnh/phospho cao, đường hàn quá rộng, tốc độ di chuyển cao gây biên độ co lớn, dây/que hàn không đủ delta-ferrite.

2) Nứt hóa lỏng vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ liquation cracking)

– Xảy ra sát biên nóng chảy kim loại gốc khi các pha biên hạt nóng chảy cục bộ rồi bị kéo rách.
– Thường gặp khi hàn nhanh-nóng với nhiệt vào cao trên inox Austenit thành mỏng, hoặc khi mép hàn nhiễm bẩn (Pb, Zn, S).

3) Nứt nguội do hydro (hydrogen-assisted cold cracking)

– Chủ yếu ở inox Martensit/Ferrit (410/430) hoặc liên kết dị vật liệu với thép C, khi có hydro từ ẩm dầu, que/dây ẩm.
– Xuất hiện trễ vài giờ–48 giờ sau hàn; vết nứt nhỏ ở HAZ/kim loại mối hàn, nghe “tách” khi nguội nhanh [AWS D1.6].

4) Nứt tái nung (reheat cracking)

– Xuất hiện trong chu trình nung lại (đa lớp) hoặc sau nhiệt luyện trên thép không gỉ có tổ chức nhạy cảm; ít gặp trên 300-series nhưng cần lưu ý ở Martensit khi PWHT không phù hợp.

5) Nứt miệng hàn (crater crack)

– Do ngắt hồ quang đột ngột, để lại hố co chưa đổ đầy; dễ nứt xuyên tâm – đặc biệt trên TIG/MIG ống mỏng.

6) Nứt chân/biên mối hàn do ứng suất

– Xuất hiện ở chân mối hàn (root) hoặc biên, khi gá kẹp cứng, khe hở lớn, hoặc chuỗi tack sai trình tự; cộng hưởng với biến dạng tấm/ống mỏng.

7) Nứt do ăn mòn ứng suất vùng mối hàn (service SCC)

– Không phải lỗi “lúc hàn” nhưng phát triển sau thời gian làm việc trong môi trường Cl- (nước biển, hóa chất). Khởi đầu từ khuyết tật nhỏ ở chân/biên mối hàn chưa làm sạch – passivation.

Nguyên nhân gốc rễ theo vật liệu, quy trình và thiết kế

Thành phần vật liệu và delta-ferrite (FN)

– Inox Austenit (201/304/316) có nguy cơ nứt nóng cao khi kim loại mối hàn là Austenit hoàn toàn (FN≈0). Khuyến nghị FN 3–10 trong kim loại mối hàn để giảm nứt nóng; đạt được bằng chọn dây/que có thành phần phù hợp (WRC-1992/DeLong) như ER308L, ER316L, ER309L [TWI, WRC-1992].
– Tạp chất S, P cao làm tăng nhạy nứt nóng. Ưu tiên thép và dây/que với S, P ≤0.03%.
– Inox Martensit/Ferrit (410/430) nhạy nứt nguội do tạo martensit cứng; cần tiền nhiệt và/hoặc bù Ni (filler chuyên dụng).

Dây/que hàn và khí bảo vệ

– Austenit: 304 → ER308L; 316 → ER316L; 201 → thường dùng ER308L; mối ghép dị vật liệu/đòi hỏi FN cao → ER309L.
– MIG: dùng Ar + 1–2% O2 hoặc Ar + 2% CO2. Tránh CO2 thuần gây oxy hóa mạnh, lẫn tạp, dễ nứt/giòn mối hàn.
– TIG: Ar 99.99% cho mặt trên; purge mặt trong bằng Ar hoặc Ar+N2 (với Austenit) để hạn chế “sugaring”. Giữ O2 trong ống <100 ppm (tốt nhất <50 ppm) trước khi bắt đầu hàn đường chân [Outokumpu/ESAB].

Quy trình và thông số hàn

– Nhiệt vào (heat input) quá cao → hạt thô, HAZ hóa lỏng; quá thấp nhưng tốc độ cao → mối hàn hẹp, co rút tập trung gây nứt tâm.
– Kiểm soát nhiệt vào Q ≈ 0.5–1.5 kJ/mm cho Austenit tấm mỏng; nhiệt độ giữa lớp (interpass) <150°C với 300-series; Duplex <100–150°C [AWS D1.6, nhà sản xuất vật liệu]. - Kết thúc hồ quang: đổ đầy miệng hàn, dùng chức năng crater fill/backstep để loại trừ hố co.

Thiết kế mép, gá kẹp và điều kiện bề mặt

– Mép cắt sạch, khô; loại bỏ dầu, sơn, mạ kẽm, bụi mài (Fe/Zn/Pb) – các kim loại lạ có thể gây “giòn kim loại lỏng” và nứt biên hạt ở nhiệt cao.
– Khe hở và bù dày hợp lý cho ống/hộp mỏng: root gap 0.5–1.0 mm; tránh kẹp cứng toàn bộ chiều dài – dùng tack giãn cách và mối hàn đối xứng để giảm ứng suất.
– Không “ve” quá rộng trên vật mỏng; ưu tiên đường hàn hẹp (stringer), nhiều lớp mảnh.

Biện pháp phòng ngừa theo dạng nứt (Checklist thực hành)

Ngừa nứt nóng (Austenit 201/304/316)

– Chọn filler có FN 3–10 (ER308L/316L; cần tăng FN dùng ER309L).
– Kiểm soát nhiệt vào 0.5–1.5 kJ/mm; mối hàn hẹp, nhiều lớp mảnh; hạn chế “weave” rộng.
– Giảm gò bó: chia pass đối xứng, tack ngắt quãng 150–250 mm, backstep.
– Đảm bảo purge mặt trong ống/hộp, O2 <100 ppm; bịt kín đầu ống bằng đĩa cao su + lỗ xả; xả khí 3–5 lần thể tích trước khi đánh lửa. - Làm sạch tuyệt đối mép hàn: tẩy dầu, sơn, keo; không hàn gần chi tiết mạ kẽm.

Ngừa nứt HAZ hóa lỏng

– Tránh nhiệt vào đột biến; giảm cường độ, tăng tốc độ vừa phải; không “dồn nhiệt” tại điểm dừng/đổi hướng.
– Mép kim loại gốc càng sạch càng tốt; tránh S, P cao; chọn thép/dây hàn low-S/low-P.

Ngừa nứt nguội do hydro (Martensit 410/430 và liên kết dị vật liệu)

– Tiền nhiệt 150–300°C (410: 200–300°C), giữ nhiệt giữa lớp ổn định; làm khô phôi, que/dây; che gió/ẩm.
– Chọn filler có Ni để hạ độ cứng (E410NiMo/ER410NiMo) hoặc dùng “lớp đệm” 309L trước rồi đắp bằng vật liệu tương ứng.
– PWHT/ram 600–700°C khi tiêu chuẩn cho phép để khử hydro và giảm ứng suất.

Ngừa nứt miệng hàn và nứt do ứng suất

– Sử dụng chức năng crater fill, trễ khí; cuối đường hàn chạy lùi 2–3 mm để đổ đầy hố co.
– Trình tự hàn đối xứng, chia đoạn; kiểm soát độ thẳng ống/hộp bằng đồ gá bù co.
– Không để khe hở quá lớn; nếu bắt buộc, tăng backing/purge và điều chỉnh tham số.

Hoàn thiện sau hàn để giảm khởi phát nứt

– Mài mép sắc, loại “under/overcut”; tẩy màu nhiệt (pickling) và thụ động hóa (passivation) vùng hàn để giảm khuyết tật vi mô, ngăn SCC trong phục vụ.

Quy trình kiểm tra và sửa chữa nứt mối hàn

Kiểm tra (VT/PT/RT/UT)

– Mắt thường (VT): soi đèn, kính lúp; tập trung đường tâm và miệng hàn.
– Thấm màu (PT theo ISO 3452 hoặc ASTM E1417): phù hợp ống/hộp mỏng, inox Austenit (không nhiễm từ).
– Chụp X/RT hoặc siêu âm mảng pha (UT-PA): áp dụng với chiều dày lớn hơn, mối hàn chịu áp.
– Tiêu chí chấp nhận: tiêu chuẩn AWS D1.6 và ISO 5817 đều “không chấp nhận vết nứt” ở mọi cấp chất lượng.

Sửa chữa

– Dừng hàn, “khoan chặn” 2 đầu vết nứt (∅1.5–2.0 mm) để ngăn lan.
– Mài/gouge hết bề rộng/độ sâu vết nứt đến nền kim loại lành; làm sạch.
– Chọn filler tối ưu (ví dụ nâng FN bằng 309L đối với Austenit), hàn lớp mảnh, purge đầy đủ.
– PT lại 100% sau sửa; nếu là Martensit, cân nhắc ram/PWHT theo quy phạm.
– Ghi chép WPS/PQR, NDT và nguyên nhân gốc để ngăn tái diễn (yêu cầu theo ASME IX/AWS D1.6).

Tham số khuyến nghị nhanh cho ống/hộp phổ biến

– Austenit 201/304/316 – TIG (DCEN):
+ Dày 1.0–1.5 mm: Ø dây 1.0–1.2 mm; 45–85 A; Ar 8–12 L/min; purge Ar 5–10 L/min; interpass <150°C; Q ≈ 0.5–1.0 kJ/mm. + Dày 1.5–3.0 mm: 70–120 A; có thể dùng backing/copper chill để tản nhiệt. - Austenit MIG: + Dây ER308L/316L/309L Ø0.8–1.0 mm; 16–20 V; 70–140 A; Ar + 1–2% O2 (hoặc +2% CO2); lưu lượng 12–18 L/min; chu kỳ ngắn (short-arc) cho vật mỏng. - Martensit 410/430: + Tiền nhiệt 200–300°C; filler E/ER410NiMo hoặc đệm 309L; có thể PWHT 650°C/2 h nếu tiêu chuẩn cho phép. - Duplex 2205 (nếu có): + Filler ER2209; interpass <100°C; Q ~ 0.5–2.5 kJ/mm; purge kỹ, tránh quá nhiệt để giữ cân bằng pha.

Tình huống thực tế tại xưởng

– Bài toán: Hộp inox 201 40×40×1.2 mm, hàn MIG dây ER308L, khí Ar+CO2 8% → xuất hiện nứt dọc tâm 30–80 mm, nhất là tại điểm kết thúc.
– Phân tích: Tỷ lệ CO2 quá cao gây oxy hóa mạnh, FN mối hàn thấp, đường hàn hẹp-tốc độ cao → co rút tập trung.
– Khắc phục: Chuyển khí sang Ar+2% CO2, tăng thời gian crater fill, chia đường hàn ngắn đối xứng, giữ interpass <120°C, thử thay 309L để tăng FN về 5–8 (đo bằng ferrite scope). Kết quả: loại bỏ nứt tâm, bề mặt sạch, đạt PT cấp chấp nhận ISO 5817-C/B.

Câu hỏi thường gặp

– Vì sao MIG trên ống/hộp mỏng hay nứt dọc tâm? → Do solidification cracking: mối hàn hẹp, tốc độ nhanh, FN thấp, tạp chất/oxy hóa cao. Giảm bằng tăng FN, giảm CO2, dùng stringer beads.
– Có nên ủ khử ứng suất cho 304 sau hàn để chống nứt? → Thường không. 304 không cần PWHT; ủ sai có thể gây nhạy cảm ăn mòn (sensitization). Tập trung kiểm soát FN, nhiệt vào và purge.
– Dùng CO2 thuần để hàn MIG inox được không? → Không khuyến nghị. CO2 cao gây oxy hóa mạnh, bắn tóe, nguy cơ nứt/giòn; dùng Ar + 1–2% O2/CO2 theo khuyến cáo nhà sản xuất.

Nguồn tham khảo tiêu chuẩn và kỹ thuật

– AWS D1.6/D1.6M – Structural Welding Code: Stainless Steel (quy định chấp nhận khuyết tật, quy tắc WPS).
– ASME Section IX – Welding Qualifications (PQR/WPS, kiểm soát quy trình).
– ISO 5817 – Welding — Fusion-welded joints in steel, nickel … — Quality levels for imperfections.
– ISO 3452 / ASTM E1417 – Penetrant Testing.
– TWI (The Welding Institute): Solidification cracking in austenitic stainless steels; Liquation cracking in HAZ.
– ASM Handbook, Vol. 6 – Welding, Brazing, and Soldering.
– Outokumpu/ESAB/Lincoln Electric – Hướng dẫn hàn inox (khí bảo vệ, tham số, FN/WRC-1992).

Kết luận: Nứt mối hàn trên ống, hộp inox đa phần bắt nguồn từ ba điểm cốt lõi: thành phần/ferrite của kim loại mối hàn, mức gò bó – nhiệt vào, và vệ sinh/purge. Kiểm soát FN 3–10 cho Austenit, chọn khí bảo vệ đúng (Ar + 1–2% O2/CO2), giữ O2 trong ống <100 ppm, thao tác crater fill và trình tự hàn đối xứng là “bộ tứ” phòng nứt hiệu quả. Với Martensit, tiền nhiệt và/hoặc PWHT là bắt buộc. Áp dụng đúng checklist trên, bạn sẽ loại bỏ nứt từ gốc, nâng chất lượng mối hàn và tuổi thọ hệ thống. Cần tư vấn tham số theo mác inox, chiều dày và quy chuẩn dự án? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được hỗ trợ kỹ thuật và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com