Das Schweißen von rostfreiem Stahl erfordert die Auswahl eines Schutzgases, um seine metallurgische Zusammensetzung und die damit verbundenen physikalischen und mechanischen Eigenschaften beizubehalten. Zu den üblichen Schutzgaselementen für rostfreien Stahl gehören Argon, Helium, Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserstoff (siehe Abbildung 1). Diese Gase werden in unterschiedlichen Verhältnissen kombiniert, um den Anforderungen verschiedener Förderarten, Drahttypen, Basislegierungen, gewünschtem Schweißraupenprofil und Bewegungsgeschwindigkeit gerecht zu werden.
Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl und der relativ „kalten“ Natur des Kurzschluss-Transfergas-Metalllichtbogenschweißens (GMAW) erfordert der Prozess ein „Tri-Mix“-Gas bestehend aus 85 % bis 90 % Helium (He), bis zu 10 % Argon (Ar) und 2 % bis 5 % Kohlendioxid (CO2). Eine übliche Triblend-Mischung enthält 90 % He, 7 1/2 % Ar und 2 1/2 % CO2 Helium fördert die Lichtbogenbildung nach einem Kurzschluss;In Verbindung mit seiner hohen Wärmeleitfähigkeit erhöht die Verwendung von He die Fließfähigkeit des Schmelzbades. Die Ar-Komponente von Trimix sorgt für eine allgemeine Abschirmung der Schweißpfütze, während CO2 als reaktive Komponente zur Stabilisierung des Lichtbogens fungiert (siehe Abbildung 2, wie sich verschiedene Schutzgase auf das Schweißraupenprofil auswirken).
Einige ternäre Mischungen verwenden möglicherweise Sauerstoff als Stabilisator, während andere eine He/CO2/N2-Mischung verwenden, um den gleichen Effekt zu erzielen. Einige Gasverteiler verfügen über proprietäre Gasmischungen, die die versprochenen Vorteile bieten. Händler empfehlen diese Mischungen auch für andere Übertragungsmodi mit der gleichen Wirkung.
Der größte Fehler, den die Hersteller machen, ist der Versuch, MSG-Edelstahl mit der gleichen Gasmischung (75 Ar/25 CO2) wie Baustahl kurzzuschließen, meist weil sie keinen zusätzlichen Zylinder benötigen Gas kann Chromkarbide bilden, die die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften verringern. Außerdem kann sich Ruß auf der Schweißoberfläche bilden.
Als Randbemerkung: Bei der Auswahl von Metallen zum Kurzschließen von GMAW für die Basislegierungen der Serie 300 (308, 309, 316, 347) sollten Hersteller die LSi-Qualität wählen. LSi-Füllstoffe haben einen niedrigen Kohlenstoffgehalt (0,02 %) und werden daher besonders empfohlen, wenn die Gefahr einer interkristallinen Korrosion besteht. Ein höherer Siliziumgehalt verbessert die Schweißeigenschaften, wie z.
Beim Einsatz von Kurzschlussübertragungsverfahren sollten Hersteller Vorsicht walten lassen. Aufgrund der Lichtbogenlöschung kann es zu einer unvollständigen Verschmelzung kommen, was den Prozess für kritische Anwendungen ungeeignet macht. In Situationen mit hohem Volumen ist, wenn das Material seinen Wärmeeintrag aushält (≥ 1/16 Zoll ist ungefähr das dünnste Material, das im Impulssprühmodus geschweißt wird), eine Impulssprühübertragung die bessere Wahl. Wenn Materialdicke und Schweißstelle dies unterstützen, wird GMAW mit Sprühübertragung bevorzugt, da es eine gleichmäßigere Verschmelzung ermöglicht.
Für diese Hochwärmeübertragungsmodi ist kein He-Schutzgas erforderlich. Beim Sprühtransferschweißen von Legierungen der Serie 300 werden üblicherweise 98 % Ar und 2 % reaktive Elemente wie CO2 oder O2 gewählt. Einige Gasmischungen können auch geringe Mengen N2 enthalten. N2 hat ein höheres Ionisierungspotential und eine höhere Wärmeleitfähigkeit, was die Benetzung fördert und eine schnellere Bewegung oder eine verbesserte Permeabilität ermöglicht;es reduziert auch Verzerrungen.
Für die gepulste Sprühübertragung im GMAW kann 100 % Ar eine akzeptable Wahl sein. Da der gepulste Strom den Lichtbogen stabilisiert, sind für das Gas nicht immer aktive Elemente erforderlich.
Bei ferritischen Edelstählen und Duplex-Edelstählen ist das Schmelzbad langsamer (50/50-Verhältnis von Ferrit zu Austenit). Bei diesen Legierungen fördert eine Gasmischung wie ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2 eine bessere Benetzung und erhöht die Bewegungsgeschwindigkeit (siehe Abbildung 3). Ähnliche Mischungen können zum Schweißen von Nickellegierungen verwendet werden, führen jedoch zur Bildung von Nickeloxiden auf der Schweißoberfläche (z. B. reicht die Zugabe von 2 % CO2 oder O2 aus, um den Oxidgehalt zu erhöhen). Daher sollten Hersteller sie meiden oder bereit sein, viel Zeit damit zu verbringen.Abrasiv, weil diese Oxide so hart sind, dass eine Drahtbürste sie normalerweise nicht entfernen kann.
Hersteller verwenden Edelstahldrähte mit Flussmittelseele für das Schweißen außerhalb der Stelle, da das Schlackesystem in diesen Drähten eine „Ablage“ bildet, die das Schweißbad beim Erstarren stützt. Da die Zusammensetzung des Flussmittels die Wirkung von CO2 abschwächt, ist Draht mit Flussmittelseele für die Verwendung mit Gasmischungen aus 75 % Ar/25 % CO2 und/oder 100 % CO2 konzipiert. Während Flussmitteldraht möglicherweise mehr pro Pfund kostet, ist es erwähnenswert, dass das Schweißen in allen Positionen höher ist Geschwindigkeiten und Abschmelzraten können die Gesamtschweißkosten senken. Darüber hinaus verwendet der Fülldraht einen herkömmlichen Gleichspannungsausgang mit konstanter Spannung, wodurch das Basisschweißsystem kostengünstiger und weniger komplex ist als gepulste GMAW-Systeme.
Bei Legierungen der Serien 300 und 400 bleibt 100 % Ar die Standardwahl für das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW). Beim GTAW einiger Nickellegierungen, insbesondere bei mechanisierten Verfahren, können kleine Mengen Wasserstoff (bis zu 5 %) zugesetzt werden, um die Schweißgeschwindigkeit zu erhöhen (beachten Sie, dass Nickellegierungen im Gegensatz zu Kohlenstoffstählen nicht zur Wasserstoffrissbildung neigen).
Zum Schweißen von Superduplex- und Superduplex-Edelstählen sind 98 % Ar/2 % N2 bzw. 98 % Ar/3 % N2 eine gute Wahl. Helium kann ebenfalls hinzugefügt werden, um die Benetzbarkeit um etwa 30 % zu verbessern. Beim Schweißen von Superduplex- oder Superduplex-Edelstählen besteht das Ziel darin, eine Verbindung mit einer ausgewogenen Mikrostruktur aus etwa 50 % Ferrit und 50 % Austenit herzustellen. Da die Bildung der Mikrostruktur von der Abkühlgeschwindigkeit und vom WIG-Schweißbad abhängt kühlt schnell ab, bei Verwendung von 100 % Ar verbleibt überschüssiges Ferrit. Bei Verwendung einer N2-haltigen Gasmischung rührt sich das N2 in das Schmelzbad und fördert die Austenitbildung.
Edelstahl muss beide Seiten der Verbindung schützen, um eine fertige Schweißnaht mit maximaler Korrosionsbeständigkeit zu erzeugen. Wenn die Rückseite nicht geschützt wird, kann es zu „Verzuckerung“ oder starker Oxidation kommen, die zum Versagen des Lötmittels führen kann.
Für dichte Stumpfverbindungen mit durchgängig hervorragender Passform oder dichtem Einschluss an der Rückseite der Armatur ist möglicherweise kein Stützgas erforderlich. Hier geht es vor allem darum, eine übermäßige Verfärbung der Wärmeeinflusszone aufgrund von Oxidablagerungen zu verhindern, die dann mechanisch entfernt werden müssen. Technisch gesehen ist ein Schutzgas erforderlich, wenn die Rückseitentemperatur 500 Grad Fahrenheit übersteigt. Ein konservativerer Ansatz besteht jedoch darin, 300 Grad Fahrenheit als Schwellenwert zu verwenden. Idealerweise sollte die Rückseite unter 30 PPM O2 liegen .Die Ausnahme besteht, wenn die Rückseite der Schweißnaht ausgehobelt, geschliffen und geschweißt wird, um eine vollständige Durchschweißung zu erreichen.
Die beiden unterstützenden Gase der Wahl sind N2 (billigstes) und Ar (teurer). Bei kleinen Baugruppen oder wenn Ar-Quellen leicht verfügbar sind, kann es bequemer sein, dieses Gas zu verwenden, da sich die N2-Einsparungen nicht lohnen. Bis zu 5 % Wasserstoff können hinzugefügt werden, um die Oxidation zu reduzieren. Es stehen verschiedene kommerzielle Optionen zur Verfügung, aber selbstgebaute Träger und Reinigungsdämme sind üblich.
Die Zugabe von 10,5% oder mehr Chrom verleiht Edelstahl ihre Edelstahleigenschaften. Die Ausweitung dieser Eigenschaften erfordert eine gute Technik bei der Auswahl des richtigen Schweißschellgases und des Schutzes der Rückseite des Gelenks. Stallstahl ist teuer, und es gibt gute Gründe, es zu verwenden. und Füllmetallspezialist bei der Auswahl eines Gas- und Füllstoffmetalls zum Schweißen aus Edelstahl.
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