Nhiệt độ nung sơ bộ (Preheat) khi hàn thép carbon là bao nhiêu? Hướng dẫn đầy đủ theo AWS D1.1 & ASME
Bỏ qua nhiệt độ preheat khi hàn thép carbon có thể dẫn đến nứt nguội — một dạng lỗi luyện kim không nhìn thấy ngay sau hàn nhưng gây phá hủy liên kết hoặc suy giảm tuổi thọ kết cấu về sau. Trong chế tạo bồn bể, đường ống áp lực và công trình công nghiệp nặng, gia nhiệt trước khi hàn là yêu cầu kỹ thuật bắt buộc được quy định bằng thông số cụ thể. Bài viết này tổng hợp dữ liệu nhiệt độ từ AWS D1.1 và ASME B31.3, kèm hướng dẫn kiểm tra thực tế trên công trường bằng que chỉ thị nhiệt Tempilstik®.
Preheat là gì và tại sao bắt buộc?
Preheat là quá trình gia nhiệt bề mặt kim loại cơ bản xung quanh khu vực hàn lên một mức nhiệt độ tối thiểu đã quy định, thực hiện trước khi đánh lửa hồ quang. Đây là can thiệp trực tiếp vào cấu trúc luyện kim tại vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), không phải thao tác tùy ý.
Các lý do kỹ thuật bắt buộc phải thực hiện preheat:
- Ngăn nứt nguội (Hydrogen-induced cracking): Nung sơ bộ loại bỏ độ ẩm bề mặt, cắt đứt nguồn sinh khí hydro xâm nhập vào vũng hàn — nguyên nhân số 1 gây lỗi nứt khi hàn thép carbon.
- Giảm tốc độ làm nguội: Nhiệt độ nền cao giúp mối hàn nguội chậm hơn, ngăn hình thành pha martensite giòn trong HAZ và duy trì độ dẻo dai của mối nối.
- Khuếch tán hydro: Tốc độ nguội chậm tạo đủ thời gian để hydro dư khuếch tán ra khỏi mối hàn trước khi kim loại đông đặc hoàn toàn.
- Giảm ứng suất dư và biến dạng: Giảm chênh lệch nhiệt độ cục bộ giữa vũng hàn và kim loại cơ bản, hạn chế co ngót và cong vênh sau hàn.
Bảng nhiệt độ preheat theo AWS D1.1 — tra cứu nhanh
AWS D1.1 (Structural Welding Code — Steel) là tiêu chuẩn hàn kết cấu thép của Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ, áp dụng rộng rãi tại Việt Nam cho cầu, nhà xưởng và kết cấu thép công nghiệp. Nhiệt độ preheat tối thiểu theo AWS D1.1 phụ thuộc vào chiều dày vật liệu và chỉ số Carbon Equivalent (CE).
| Nhóm thép (AWS D1.1) | Carbon Equivalent (CE) | Dày ≤ 20mm | Dày 20–38mm | Dày 38–65mm | Dày > 65mm | Tempilstik® Part No. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Nhóm I — thép thấp carbon SS400, A36, SM400 |
CE ≤ 0.40 | Không yêu cầu* | Không yêu cầu* | 66°C (150°F) | 110°C (230°F) | #28006 / #28312 |
| Nhóm II — thép carbon trung bình SM490, A572 Gr.50 |
CE 0.41–0.45 | Không yêu cầu* | 66°C (150°F) | 110°C (230°F) | 150°C (302°F) | #28006 / #28312 / #28318 |
| Nhóm III — thép thấp hợp kim SM520, A572 Gr.65 |
CE 0.46–0.60 | 66°C (150°F) | 110°C (230°F) | 150°C (302°F) | 200°C (392°F) | #28006 / #28312 / #28318 / #28327 |
| Nhóm IV — thép hợp kim cao HY-80 và tương đương |
CE > 0.60 | 110°C (230°F) | 150°C (302°F) | 200°C (392°F) | 230°C (446°F) | #28312 / #28318 / #28327 / #28332 |
* Không yêu cầu theo tiêu chuẩn — nhưng nên gia nhiệt tối thiểu 10°C khi nhiệt độ môi trường dưới 5°C.
Công thức tính Carbon Equivalent (CE):
Ví dụ: Thép SS400 — C=0.18, Mn=1.2, các nguyên tố hợp kim = 0
CE = 0.18 + 1.2/6 = 0.38 → Nhóm I → Preheat theo chiều dày
Các giá trị thành phần hóa học tra trực tiếp trong Mill Test Certificate (chứng chỉ vật liệu) của lô thép. Với thép SS400 (tương đương A36), CE thường nằm ở mức 0.38–0.42, thuộc Nhóm I hoặc II tùy lô hàng.
Bảng nhiệt độ preheat theo ASME B31.3 (ống áp lực)
ASME B31.3 áp dụng cho hệ thống ống công nghệ (process piping) tại nhà máy điện, lọc dầu và hóa chất. Khác với AWS, ASME B31.3 phân loại vật liệu theo hệ thống P-Number — tra trong WPS được phê duyệt hoặc Mill Certificate đi kèm ống thép.
| P-Number (ASME B31.3) | Loại thép điển hình | Chiều dày < 25mm | Chiều dày ≥ 25mm | Tempilstik® Part No. |
|---|---|---|---|---|
| P-No.1 (Gr.1,2,3) | Carbon steel: A106 Gr.B, A53, A333 Gr.6 | 10°C (50°F) | 79°C (175°F) | #28009 |
| P-No.1 (Gr.4,5) | High-carbon steel: A106 Gr.C | 79°C (175°F) | 79°C (175°F) | #28009 |
| P-No.3 | Alloy steel: A335 P1, A335 P2 | 79°C (175°F) | 79°C (175°F) | #28009 |
| P-No.4 | 1.25Cr–0.5Mo: A335 P11, P12 | 150°C (302°F) | 150°C (302°F) | #28318 |
| P-No.5A | 2.25Cr–1Mo: A335 P22 | 200°C (392°F) | 200°C (392°F) | #28327 |
| P-No.15E | 9Cr–1Mo-V: A335 P91 | 200°C (392°F) | 200°C (392°F) | #28327 |
Cách kiểm tra nhiệt độ preheat đúng cách trên công trường
Súng đo nhiệt hồng ngoại (IR) thường cho kết quả sai lệch trên bề mặt thép nung nóng vì hệ số phát xạ (emissivity) thay đổi liên tục theo nhiệt độ, cộng thêm ảnh hưởng từ gỉ sét, bụi bẩn và xỉ hàn. Phương pháp đo vật lý bằng que chỉ thị nhiệt (temperature indicator stick) mang lại độ tin cậy tuyệt đối hơn trong môi trường công trường.
Que Tempilstik® hoạt động theo nguyên lý đơn giản: chạm que vào bề mặt thép — nếu que tan chảy ngay lập tức thành chất lỏng trong suốt, bề mặt đã đạt hoặc vượt nhiệt độ đó. Nếu vệt phấn vẫn rắn, khu vực đó chưa đủ nhiệt. Không cần hiệu chuẩn, không bị ảnh hưởng bởi emissivity, đọc kết quả tức thời.
Tempilstik® (Made in USA) đáp ứng yêu cầu của AWS D1.1, ASME Code Sec. I, III, VIII, ANSI/ASME B31.1 và B31.3 với sai số ±1% Fahrenheit (±3% Celsius).
Chọn part number theo nhiệt độ yêu cầu trong WPS:
| Nhiệt độ | Part Number | Ứng dụng preheat phổ biến |
|---|---|---|
| 66°C / 150°F | #28006 | AWS Nhóm I thép dày, Nhóm II thép mỏng — mã bán chạy nhất |
| 79°C / 175°F | #28009 | ASME P-No.1 ống dày ≥ 25mm |
| 110°C / 230°F | #28312 | AWS Nhóm I rất dày, Nhóm II–III thép dày |
| 150°C / 302°F | #28318 | AWS Nhóm III–IV thép dày, ASME P-No.4 (P11) |
| 200°C / 392°F | #28327 | AWS Nhóm IV, ASME P-No.5A (P22), P91 |
Ví dụ áp dụng: hàn tấm thép SM490 (Nhóm II) dày 30mm → AWS D1.1 yêu cầu 66°C → dùng Tempilstik® #28006. Khi que tan chảy ngay khi chạm bề mặt, có thể bắt đầu hàn.
Sai lầm phổ biến khi thực hiện preheat
- Chỉ đo một điểm: Tiêu chuẩn yêu cầu kiểm tra toàn bộ vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ), mở rộng tối thiểu 75mm mỗi phía của đường hàn — không chỉ đo cục bộ một điểm gần nhất.
- Đo ngay tại đầu mỏ gia nhiệt: Khoảng cách đo đúng là cách mép hàn 50–75mm, đảm bảo nhiệt đã thẩm thấu xuyên suốt chiều dày mặt cắt — không chỉ là nhiệt bề mặt tức thời.
- Bỏ qua preheat vì trời nóng: Nhiệt độ môi trường 35–40°C không thay thế được preheat. Yêu cầu preheat là giới hạn luyện kim, không phụ thuộc cảm giác thời tiết.
- Không kiểm soát interpass temperature: Sau lớp hàn đầu, phải duy trì đúng interpass temperature (nhiệt độ giữa các lớp hàn) — bỏ qua bước này có thể phá vỡ cấu trúc vi mô kim loại đã đắp.
- Không ngậm nhiệt đủ thời gian (soaking time): Với tấm thép dày, bề mặt vừa chạm ngưỡng nhiệt không có nghĩa phần lõi đã đủ. Bắt đầu hàn quá sớm khiến lõi lạnh rút nhiệt ngược, triệt tiêu tác dụng preheat.
Câu hỏi thường gặp
Nếu không có tiêu chuẩn quy định, nhiệt độ preheat tối thiểu là bao nhiêu?
Khi bản vẽ hoặc đặc tính kỹ thuật không chỉ định, thực hành phổ biến trong ngành là dùng 50–65°C làm ngưỡng tối thiểu cho thép carbon thấp trong điều kiện bình thường. Mức này đủ để loại bỏ độ ẩm bề mặt và giảm sốc nhiệt ban đầu cho hồ quang, và thường được đưa vào WPS tự xây dựng của nhà thầu.
Que chỉ thị nhiệt Tempilstik® có đáp ứng yêu cầu của AWS D1.1 không?
Có. Phương pháp đo bằng que chỉ thị nhiệt được AWS và ASME công nhận là phương pháp xác định nhiệt độ tiếp xúc trực tiếp hợp lệ. Tempilstik® đạt dung sai ±1% Fahrenheit, không cần hiệu chuẩn định kỳ, và đáp ứng AWS D1.1, ASME Code Sec. I, III, VIII, B31.1, B31.3.
Preheat và PWHT (post-weld heat treatment) khác nhau như thế nào?
Preheat thực hiện trước khi hàn ở mức 60–250°C để ngăn nứt nguội. PWHT (xử lý nhiệt sau hàn) thực hiện sau khi hàn ở mức 600–750°C để khử ứng suất dư. Hai bước hoàn toàn độc lập — thực hiện preheat không thay thế được PWHT và ngược lại.
Cần tư vấn chọn đúng part number Tempilstik® cho quy trình hàn của bạn? tempil.vn là nhà phân phối chính hãng tại Việt Nam — có C/O, C/Q và hóa đơn VAT đầy đủ.
Yêu cầu báo giá 0938 888 958