جوشکاری فولاد ضد زنگ نیاز به انتخاب گاز محافظ برای حفظ ترکیب متالورژیکی و خواص فیزیکی و مکانیکی مرتبط با آن دارد. عناصر گاز محافظ رایج برای فولاد ضد زنگ شامل آرگون، هلیوم، اکسیژن، دی اکسید کربن، نیتروژن و هیدروژن است (شکل 1 را ببینید). این گازها با نسبت‌های مختلفی ترکیب می‌شوند تا نیازهای روش‌های مختلف جوشکاری، انواع سیم، آلیاژهای پایه، پروفیل مهره جوش مورد نظر و سرعت حرکت را برآورده کنند.
با توجه به رسانایی حرارتی ضعیف فولاد ضد زنگ و ماهیت نسبتاً "سرد" جوشکاری قوس فلزی با گاز انتقالی اتصال کوتاه (GMAW)، این فرآیند به یک گاز "سه گانه" متشکل از 85٪ تا 90٪ هلیوم (He)، تا 10٪ آرگون (Ar) و 2٪ تا 5٪ دی اکسید کربن (CO2) نیاز دارد. یک مخلوط سه گانه رایج حاوی 90٪ هلیوم، 7.5٪ آرگون و 2.5٪ CO2 است. پتانسیل یونیزاسیون بالای هلیوم باعث ایجاد قوس پس از اتصال کوتاه می‌شود. همراه با رسانایی حرارتی بالای آن، استفاده از He سیالیت حوضچه مذاب را افزایش می‌دهد. جزء Ar در Trimix محافظت کلی از حوضچه جوش را فراهم می‌کند، در حالی که CO2 به عنوان یک جزء واکنشی برای تثبیت قوس عمل می‌کند (برای نحوه تأثیر گازهای محافظ مختلف بر پروفیل مهره جوش، به شکل 2 مراجعه کنید).
برخی از مخلوط‌های سه‌تایی ممکن است از اکسیژن به عنوان تثبیت‌کننده استفاده کنند، در حالی که برخی دیگر از مخلوط He/CO2/N2 برای دستیابی به همان اثر استفاده می‌کنند. برخی از توزیع‌کنندگان گاز، مخلوط‌های گازی اختصاصی دارند که مزایای وعده داده شده را ارائه می‌دهند. فروشندگان همچنین این مخلوط‌ها را برای سایر حالت‌های انتقال با همان اثر توصیه می‌کنند.
بزرگترین اشتباهی که تولیدکنندگان مرتکب می‌شوند، تلاش برای اتصال کوتاه فولاد ضد زنگ GMAW با همان مخلوط گازی (75 Ar/25 CO2) فولاد نرم است، معمولاً به این دلیل که نمی‌خواهند یک سیلندر اضافی را مدیریت کنند. این مخلوط حاوی کربن زیادی است. در واقع، هر گاز محافظی که برای سیم جامد استفاده می‌شود باید حداکثر 5٪ دی اکسید کربن داشته باشد. استفاده از مقادیر بیشتر منجر به متالورژی می‌شود که دیگر آلیاژ درجه L محسوب نمی‌شود (درجه L دارای محتوای کربن زیر 0.03٪ است). کربن بیش از حد در گاز محافظ می‌تواند کاربیدهای کروم تشکیل دهد که مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی را کاهش می‌دهد. دوده نیز می‌تواند روی سطح جوش ظاهر شود.
به عنوان یک نکته فرعی، هنگام انتخاب فلزات برای اتصال کوتاه GMAW برای آلیاژهای پایه سری 300 (308، 309، 316، 347)، تولیدکنندگان باید درجه LSi را انتخاب کنند. پرکننده‌های LSi دارای محتوای کربن کمی (0.02٪) هستند و بنابراین به ویژه در مواردی که خطر خوردگی بین دانه‌ای وجود دارد، توصیه می‌شوند. محتوای سیلیکون بالاتر، خواص جوش، مانند خیس شدن را بهبود می‌بخشد تا به صاف شدن تاج جوش و تقویت همجوشی در پنجه جوش کمک کند.
تولیدکنندگان باید هنگام استفاده از فرآیندهای انتقال اتصال کوتاه احتیاط کنند. ذوب ناقص می‌تواند به دلیل خاموش شدن قوس رخ دهد و این فرآیند را برای کاربردهای حیاتی نامناسب می‌کند. در شرایط حجم بالا، اگر ماده بتواند ورودی گرما را تحمل کند (تقریباً نازک‌ترین ماده‌ای که با استفاده از حالت پاشش پالسی جوش داده می‌شود، ≥ ۱/۱۶ اینچ است)، انتقال پاشش پالسی انتخاب بهتری خواهد بود. در مواردی که ضخامت ماده و محل جوش از آن پشتیبانی می‌کنند، GMAW انتقال پاشش ترجیح داده می‌شود زیرا ذوب یکنواخت‌تری را فراهم می‌کند.
این حالت‌های انتقال حرارت بالا نیازی به گاز محافظ He ندارند. برای جوشکاری انتقال اسپری آلیاژهای سری 300، انتخاب رایج 98٪ Ar و 2٪ عناصر واکنش‌پذیر مانند CO2 یا O2 است. برخی از مخلوط‌های گازی ممکن است حاوی مقادیر کمی N2 نیز باشند. N2 پتانسیل یونیزاسیون و رسانایی حرارتی بالاتری دارد که باعث افزایش ترشوندگی و امکان حرکت سریع‌تر یا بهبود نفوذپذیری می‌شود. همچنین اعوجاج را کاهش می‌دهد.
برای GMAW با انتقال پاششی پالسی، ۱۰۰٪ آرگون می‌تواند انتخاب قابل قبولی باشد. از آنجا که جریان پالسی قوس را تثبیت می‌کند، گاز همیشه به عناصر فعال نیاز ندارد.
حوضچه مذاب برای فولادهای زنگ نزن فریتی و فولادهای زنگ نزن دوپلکس (نسبت فریت به آستنیت 50/50) کندتر است. برای این آلیاژها، مخلوط گازی مانند ~70% Ar/~30% He/2% CO2 باعث ترشوندگی بهتر و افزایش سرعت حرکت می‌شود (شکل 3 را ببینید). مخلوط‌های مشابه را می‌توان برای جوشکاری آلیاژهای نیکل استفاده کرد، اما باعث تشکیل اکسیدهای نیکل روی سطح جوش می‌شوند (به عنوان مثال، افزودن 2% CO2 یا O2 برای افزایش محتوای اکسید کافی است، بنابراین تولیدکنندگان باید از آنها اجتناب کنند یا آماده باشند که زمان زیادی را صرف آنها کنند). ساینده است زیرا این اکسیدها آنقدر سخت هستند که معمولاً برس سیمی آنها را از بین نمی‌برد).
تولیدکنندگان از سیم‌های فولادی ضد زنگ با هسته شار برای جوشکاری خارج از محل استفاده می‌کنند، زیرا سیستم سرباره در این سیم‌ها یک "قفسه" ایجاد می‌کند که از حوضچه جوش در حین انجماد پشتیبانی می‌کند. از آنجا که ترکیب شار، اثرات CO2 را کاهش می‌دهد، سیم فولادی ضد زنگ با هسته شار برای استفاده با مخلوط‌های گازی 75% Ar/25% CO2 و/یا 100% CO2 طراحی شده است. اگرچه سیم با هسته شار ممکن است به ازای هر پوند هزینه بیشتری داشته باشد، شایان ذکر است که سرعت جوشکاری در همه موقعیت‌ها و نرخ رسوب بالاتر می‌تواند هزینه‌های کلی جوشکاری را کاهش دهد. علاوه بر این، سیم با هسته شار از یک خروجی DC با ولتاژ ثابت معمولی استفاده می‌کند که سیستم جوشکاری پایه را نسبت به سیستم‌های GMAW پالسی کم‌هزینه‌تر و ساده‌تر می‌کند.
برای آلیاژهای سری ۳۰۰ و ۴۰۰، ۱۰۰٪ آرگون همچنان انتخاب استاندارد برای جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ (GTAW) است. در طول GTAW برخی از آلیاژهای نیکل، به ویژه با فرآیندهای مکانیزه، ممکن است مقادیر کمی هیدروژن (تا ۵٪) برای افزایش سرعت حرکت اضافه شود (توجه داشته باشید که برخلاف فولادهای کربنی، آلیاژهای نیکل مستعد ترک خوردگی هیدروژنی نیستند).
برای جوشکاری فولادهای ضد زنگ سوپر دوپلکس و سوپر دوپلکس، به ترتیب ۹۸٪ Ar/۲٪ N۲ و ۹۸٪ Ar/۳٪ N۲ انتخاب‌های خوبی هستند. همچنین می‌توان هلیوم را برای بهبود ترشوندگی تا حدود ۳۰٪ اضافه کرد. هنگام جوشکاری فولادهای ضد زنگ سوپر دوپلکس یا سوپر دوپلکس، هدف تولید اتصالی با ریزساختار متعادل تقریباً ۵۰٪ فریت و ۵۰٪ آستنیت است. از آنجا که تشکیل ریزساختار به سرعت خنک شدن بستگی دارد و از آنجا که حوضچه جوش TIG به سرعت خنک می‌شود، هنگام استفاده از ۱۰۰٪ Ar، فریت اضافی باقی می‌ماند. هنگامی که از مخلوط گازی حاوی N۲ استفاده می‌شود، N۲ به حوضچه مذاب وارد شده و تشکیل آستنیت را افزایش می‌دهد.
فولاد ضد زنگ برای تولید جوشی با حداکثر مقاومت در برابر خوردگی، نیاز به محافظت از هر دو طرف اتصال دارد. عدم محافظت از پشت آن می‌تواند منجر به "قندی شدن" یا اکسیداسیون گسترده شود که می‌تواند منجر به خرابی لحیم شود.
اتصالات لب به لب سفت با تناسب عالی یا مهار محکم در پشت اتصال، ممکن است نیازی به گاز نگهدارنده نداشته باشند. در اینجا، مسئله اصلی جلوگیری از تغییر رنگ بیش از حد ناحیه تحت تأثیر حرارت به دلیل تجمع اکسید است که در این صورت نیاز به حذف مکانیکی دارد. از نظر فنی، اگر دمای پشت جوش از ۵۰۰ درجه فارنهایت بیشتر شود، به گاز محافظ نیاز است. با این حال، رویکرد محافظه‌کارانه‌تر استفاده از ۳۰۰ درجه فارنهایت به عنوان آستانه است. در حالت ایده‌آل، پشت جوش باید کمتر از ۳۰ PPM O2 باشد. استثنا زمانی است که پشت جوش شیاری، سنگ‌زنی و جوشکاری شود تا جوش با نفوذ کامل حاصل شود.
دو گاز پشتیبان مورد نظر N2 (ارزان‌ترین) و Ar (گران‌تر) هستند. برای مجموعه‌های کوچک یا زمانی که منابع Ar به راحتی در دسترس هستند، استفاده از این گاز ممکن است راحت‌تر باشد و ارزش صرفه‌جویی در N2 را نداشته باشد. می‌توان تا 5٪ هیدروژن برای کاهش اکسیداسیون اضافه کرد. گزینه‌های تجاری متنوعی در دسترس هستند، اما تکیه‌گاه‌های خانگی و سدهای تصفیه رایج هستند.
افزودن 10.5٪ یا بیشتر کروم چیزی است که به فولاد ضد زنگ خواص ضد زنگ می‌دهد. حفظ این خواص نیاز به تکنیک خوب در انتخاب گاز محافظ جوشکاری صحیح و محافظت از پشت اتصال دارد. فولاد ضد زنگ گران است و دلایل خوبی برای استفاده از آن وجود دارد. در مورد گاز محافظ یا انتخاب فلزات پرکننده برای این کار، هیچ دلیلی برای کوتاه آمدن وجود ندارد. بنابراین، همیشه منطقی است که هنگام انتخاب گاز و فلز پرکننده برای جوشکاری فولاد ضد زنگ، با یک توزیع کننده گاز آگاه و متخصص فلز پرکننده همکاری کنید.
با آخرین اخبار، رویدادها و فناوری‌های مربوط به تمام فلزات از طریق دو خبرنامه ماهانه ما که منحصراً برای تولیدکنندگان کانادایی نوشته می‌شوند، به‌روز باشید!
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال مجله فلزکاری کانادا، دسترسی آسان به منابع ارزشمند این صنعت فراهم شده است.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال «ساخت کانادا» و «جوشکاری»، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.