Svejsning af rustfrit stål kræver valg af beskyttelsesgas for at bevare dets metallurgiske sammensætning og tilhørende fysiske og mekaniske egenskaber. Almindelige beskyttelsesgaselementer til rustfrit stål omfatter argon, helium, ilt, kuldioxid, nitrogen og hydrogen (se figur 1). Disse gasser kombineres i forskellige forhold for at imødekomme behovene hos forskellige leveringsmetoder, trådtyper, basislegeringer, ønsket perleprofil og bevægelseshastighed.
På grund af rustfrit ståls dårlige varmeledningsevne og den relativt "kolde" karakter af kortslutningsgassvejsning (GMAW) kræver processen en "tri-mix"-gas bestående af 85% til 90% helium (He), op til 10% argon (Ar) og 2% til 5% kuldioxid (CO2). En almindelig triblend-blanding indeholder 90% He, 7-1/2% Ar og 2-1/2% CO2. Heliums høje ioniseringspotentiale fremmer lysbuedannelse efter en kortslutning; kombineret med dens høje varmeledningsevne øger brugen af ​​He smeltebadets flydeevne. Ar-komponenten i Trimix giver generel afskærmning af svejsebadet, mens CO2 fungerer som en reaktiv komponent for at stabilisere lysbuen (se figur 2 for, hvordan forskellige beskyttelsesgasser påvirker svejsevulstens profil).
Nogle ternære blandinger kan bruge ilt som stabilisator, mens andre bruger en He/CO2/N2-blanding for at opnå den samme effekt. Nogle gasdistributører har proprietære gasblandinger, der giver de lovede fordele. Forhandlere anbefaler også disse blandinger til andre transmissionstilstande med samme effekt.
Den største fejl producenter begår er at forsøge at kortslutte GMAW rustfrit stål med den samme gasblanding (75 Ar/25 CO2) som blødt stål, normalt fordi de ikke ønsker at håndtere en ekstra cylinder. Denne blanding indeholder for meget kulstof. Faktisk bør enhver beskyttelsesgas, der anvendes til massiv tråd, indeholde maksimalt 5% kuldioxid. Brug af større mængder resulterer i en metallurgi, der ikke længere betragtes som en L-kvalitetslegering (L-kvalitet har et kulstofindhold under 0,03%). For meget kulstof i beskyttelsesgassen kan danne kromkarbider, hvilket reducerer korrosionsbestandighed og mekaniske egenskaber. Sod kan også forekomme på svejseoverfladen.
Som en sidebemærkning bør producenterne vælge LSi-kvaliteten, når de vælger metaller til kortslutning af GMAW (Max Matrix Alloy Wire) for 300-seriens basislegeringer (308, 309, 316, 347). LSi-fyldstoffer har et lavt kulstofindhold (0,02%) og anbefales derfor især, når der er risiko for intergranulær korrosion. Højere siliciumindhold forbedrer svejseegenskaberne, såsom befugtning, for at hjælpe med at flade svejsekronen ud og fremme fusion ved tåen.
Producenter bør udvise forsigtighed, når de bruger kortslutningssvejseprocesser. Ufuldstændig svejsning kan forekomme på grund af lysbueslukning, hvilket gør processen under niveau for kritiske applikationer. I situationer med høj volumen, hvis materialet kan understøtte sin varmetilførsel (≥ 1/16 tomme er omtrent det tyndeste materiale, der svejses ved hjælp af pulssprøjtetilstand), vil en pulssprøjteoverførsel være et bedre valg. Hvor materialetykkelse og svejseplacering understøtter det, foretrækkes sprøjteoverførsel (GMAW), da det giver en mere ensartet svejsning.
Disse høje varmeoverføringstilstande kræver ikke He-beskyttelsesgas. Til sprøjtesvejsning af 300-serie legeringer er et almindeligt valg 98% Ar og 2% reaktive elementer såsom CO2 eller O2. Nogle gasblandinger kan også indeholde små mængder N2. N2 har et højere ioniseringspotentiale og varmeledningsevne, hvilket fremmer befugtning og muliggør hurtigere bevægelse eller forbedret permeabilitet; det reducerer også forvrængning.
Til pulserende sprøjteoverføring (GMAW) kan 100 % Ar være et acceptabelt valg. Fordi den pulserende strøm stabiliserer lysbuen, kræver gassen ikke altid aktive elementer.
Smeltebassinet er langsommere for ferritisk rustfrit stål og duplex rustfrit stål (50/50 forhold mellem ferrit og austenit). For disse legeringer vil en gasblanding som ~70% Ar/~30% He/2% CO2 fremme bedre befugtning og øge bevægelseshastigheden (se figur 3). Lignende blandinger kan bruges til at svejse nikkellegeringer, men vil forårsage dannelse af nikkeloxider på svejseoverfladen (f.eks. er tilsætning af 2% CO2 eller O2 nok til at øge oxidindholdet, så producenter bør undgå dem eller være forberedt på at bruge meget tid på dem). Slibende, fordi disse oxider er så hårde, at en stålbørste normalt ikke kan fjerne dem).
Producenter bruger fluxfyldte rustfri ståltråde til out-of-situ svejsning, fordi slaggesystemet i disse tråde danner en "hylde", der understøtter smeltebadet, når det størkner. Fordi fluxsammensætningen mindsker virkningerne af CO2, er fluxfyldt rustfri ståltråd designet til brug med 75% Ar/25% CO2 og/eller 100% CO2 gasblandinger. Selvom fluxfyldt tråd kan koste mere pr. pund, er det værd at bemærke, at højere svejsehastigheder i alle positioner og aflejringshastigheder kan reducere de samlede svejseomkostninger. Derudover bruger fluxfyldt tråd en konventionel konstant spændings-DC-udgang, hvilket gør det grundlæggende svejsesystem billigere og mindre komplekst end pulserede GMAW-systemer.
For legeringer i 300- og 400-serien er 100 % Ar stadig standardvalget til gaswolframbuesvejsning (GTAW). Under GTAW af nogle nikkellegeringer, især ved mekaniserede processer, kan små mængder hydrogen (op til 5 %) tilsættes for at øge bevægelseshastigheden (bemærk, at nikkellegeringer i modsætning til kulstofstål ikke er tilbøjelige til hydrogenrevnedannelse).
Til svejsning af superduplex og superduplex rustfrit stål er henholdsvis 98% Ar/2% N2 og 98% Ar/3% N2 gode valg. Helium kan også tilsættes for at forbedre befugtningsevnen med ca. 30%. Ved svejsning af superduplex eller superduplex rustfrit stål er målet at producere en samling med en afbalanceret mikrostruktur på ca. 50% ferrit og 50% austenit. Fordi dannelsen af ​​mikrostrukturen afhænger af afkølingshastigheden, og fordi TIG-svejsebadet afkøles hurtigt, forbliver overskydende ferrit, når der anvendes 100% Ar. Når der anvendes en gasblanding, der indeholder N2, omrøres N2 i smeltebadet og fremmer austenitdannelsen.
Rustfrit stål skal beskytte begge sider af samlingen for at producere en færdig svejsning med maksimal korrosionsbestandighed. Manglende beskyttelse af bagsiden kan resultere i "sukkarificering" eller omfattende oxidation, der kan føre til loddeskade.
Tætte stødfittings med ensartet fremragende pasform eller tæt indeslutning bag på fittingen kræver muligvis ikke støttegas. Her er hovedproblemet at forhindre overdreven misfarvning af den varmepåvirkede zone på grund af oxidopbygning, som derefter kræver mekanisk fjernelse. Teknisk set kræves en beskyttelsesgas, hvis bagsidetemperaturen overstiger 500 grader Fahrenheit. En mere konservativ tilgang er dog at bruge 300 grader Fahrenheit som tærskel. Ideelt set bør bagsiden være under 30 PPM O2. Undtagelsen er, hvis bagsiden af ​​svejsningen skal udhules, slebes og svejses for at opnå en fuld penetrationssvejsning.
De to foretrukne støttegasser er N2 (billigst) og Ar (dyrere). Til små samlinger eller når Ar-kilder er let tilgængelige, kan det være mere bekvemt at bruge denne gas og ikke værd at bruge N2-besparelserne på. Op til 5% hydrogen kan tilsættes for at reducere oxidation. En række kommercielle muligheder er tilgængelige, men hjemmelavede støtter og rensningsdæmninger er almindelige.
Tilsætningen af ​​10,5% eller mere krom er det, der giver rustfrit stål dets rustfrie egenskaber. At opretholde disse egenskaber kræver god teknik til at vælge den korrekte svejsebeskyttelsesgas og beskytte bagsiden af ​​samlingen. Rustfrit stål er dyrt, og der er gode grunde til at bruge det. Det er ikke værd at forsøge at gå på kompromis med beskyttelsesgas eller valg af tilsatsmaterialer til dette formål. Derfor giver det altid mening at samarbejde med en kyndig gasdistributør og specialist i tilsatsmaterialer, når man vælger en gas og et tilsatsmateriale til svejsning af rustfrit stål.
Hold dig opdateret med de seneste nyheder, begivenheder og teknologi om alle metaller fra vores to månedlige nyhedsbreve, der er skrevet eksklusivt til canadiske producenter!
Nu med fuld adgang til den digitale udgave af Canadian Metalworking, nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.
Nu med fuld adgang til den digitale udgave af Made in Canada og Welding, nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.