Ruostumattoman teräksen hitsauksessa on valittava suojakaasu sen metallurgisen koostumuksen ja siihen liittyvien fysikaalisten ja mekaanisten ominaisuuksien säilyttämiseksi. Yleisiä ruostumattoman teräksen suojakaasuelementtejä ovat argon, helium, happi, hiilidioksidi, typpi ja vety (katso kuva 1). Näitä kaasuja yhdistetään eri suhteissa erilaisten syöttötapojen, lankatyyppien, perusseosten, halutun hitsauspalon profiilin ja hitsausnopeuden tarpeiden mukaan.
Ruostumattoman teräksen heikon lämmönjohtavuuden ja oikosulkuhitsauksen (GMAW) suhteellisen "kylmän" luonteen vuoksi prosessi vaatii "tri-mix"-kaasua, joka koostuu 85–90 % heliumista (He), jopa 10 % argonista (Ar) ja 2–5 % hiilidioksidista (CO2). Tavallinen tri-blend-seos sisältää 90 % heliumia, 7-1/2 % argonia ja 2-1/2 % CO2:ta. Heliumin korkea ionisaatiopotentiaali edistää valokaaren muodostumista oikosulun jälkeen; yhdistettynä sen korkeaan lämmönjohtavuuteen heliumin käyttö lisää sulan juoksevuutta. Trimixin Ar-komponentti suojaa hitsaussulkaa yleisesti, kun taas CO2 toimii reaktiivisena komponenttina valokaaren vakauttamiseksi (katso kuva 2, miten eri suojakaasut vaikuttavat hitsauspalon profiiliin).
Joissakin kolmikomponenttisissa seoksissa voidaan käyttää happea stabilointiaineena, kun taas toiset käyttävät He/CO2/N2-seosta saman vaikutuksen saavuttamiseksi. Joillakin kaasunjakelijoilla on omia kaasuseoksia, jotka tarjoavat luvatut hyödyt. Jälleenmyyjät suosittelevat näitä sekoituksia myös muihin saman vaikutuksen omaaviin vaihteistomuotoihin.
Valmistajien suurin virhe on yrittää oikosulkea GMAW-ruostumatonta terästä samalla kaasuseoksella (75 Ar/25 CO2) kuin pehmeää terästä, yleensä siksi, että he eivät halua hallita ylimääräistä sylinteriä. Tämä seos sisältää liikaa hiiltä. Itse asiassa minkä tahansa umpilangalle käytettävän suojakaasun tulisi sisältää enintään 5 % hiilidioksidia. Suurempien määrien käyttö johtaa metallurgiaan, jota ei enää pidetä L-luokan seoksena (L-luokan hiilipitoisuus on alle 0,03 %). Liiallinen hiili suojakaasussa voi muodostaa kromikarbideja, jotka heikentävät korroosionkestävyyttä ja mekaanisia ominaisuuksia. Myös nokea voi esiintyä hitsauspinnalla.
Sivuhuomautuksena, valittaessa metalleja oikosulkuun GMAW-hitsauksessa 300-sarjan perusseoksille (308, 309, 316, 347), valmistajien tulisi valita LSi-laatu. LSi-täyteaineilla on alhainen hiilipitoisuus (0,02 %), ja niitä suositellaan siksi erityisesti silloin, kun on olemassa raerajakorroosion riski. Korkeampi piipitoisuus parantaa hitsausominaisuuksia, kuten kostutuskykyä, auttaen litistämään hitsin kruunua ja edistäen sulamista kärjessä.
Valmistajien tulisi noudattaa varovaisuutta oikosulkusiirtoprosesseja käyttäessään. Valokaaren sammuminen voi aiheuttaa epätäydellisen sulamisen, mikä tekee prosessista vajaalaatuisen kriittisissä sovelluksissa. Suurissa tuotantomäärissä, jos materiaali kestää lämmöntuontinsa (≥ 1/16 tuumaa on suunnilleen ohuin pulssiruiskutustilassa hitsattu materiaali), pulssiruiskutussiirto on parempi vaihtoehto. Jos materiaalin paksuus ja hitsauskohta tukevat sitä, ruiskutussiirto-GMAW on parempi vaihtoehto, koska se tarjoaa tasaisemman sulamisen.
Nämä korkean lämmönsiirtokyvyn moodit eivät vaadi He-suojakaasua. 300-sarjan seosten ruiskutushitsauksessa yleinen valinta on 98 % Ar ja 2 % reaktiivisia alkuaineita, kuten CO2:ta tai O2:ta. Jotkut kaasuseokset voivat sisältää myös pieniä määriä N2:ta. N2:lla on korkeampi ionisaatiopotentiaali ja lämmönjohtavuus, mikä edistää kostutusta ja mahdollistaa nopeamman kulkua tai paremman läpäisevyyden; se myös vähentää vääntymistä.
Pulssimaisessa ruiskutussiirto-GMAW-hitsauksessa 100 % Ar voi olla hyväksyttävä valinta. Koska pulssivirta vakauttaa valokaarta, kaasu ei aina vaadi aktiivisia elementtejä.
Sula allas on hitaampi ferriittisillä ruostumattomilla teräksillä ja duplex-ruostumattomilla teräksillä (ferriitin ja austeniitin suhde 50/50). Näille seoksille kaasuseos, kuten ~70 % Ar / ~30 % He / 2 % CO2, edistää parempaa kostutusta ja lisää hitsausnopeutta (katso kuva 3). Samanlaisia ​​seoksia voidaan käyttää nikkeliseosten hitsaukseen, mutta ne aiheuttavat nikkelioksidien muodostumista hitsauspinnalle (esim. 2 % CO2:n tai O2:n lisääminen riittää lisäämään oksidipitoisuutta, joten valmistajien tulisi välttää niitä tai olla valmiita käyttämään paljon aikaa niiden hitsaukseen). Hioma-aineet, koska nämä oksidit ovat niin kovia, että teräsharja ei yleensä poista niitä).
Valmistajat käyttävät täytelankoja ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin materiaaleihin tehtaan ulkopuolisessa hitsauksessa, koska näiden lankojen kuonajärjestelmä tarjoaa "hyllyn", joka tukee hitsisulan jähmettyessä. Koska täytelankakoostumus lieventää CO2:n vaikutuksia, täytelanka on suunniteltu käytettäväksi 75 % Ar/25 % CO2- ja/tai 100 % CO2-kaasuseosten kanssa. Vaikka täytelanka voi maksaa enemmän paunaa kohden, on syytä huomata, että suuremmat hitsausnopeudet ja -määrät kaikissa asennoissa voivat alentaa hitsauksen kokonaiskustannuksia. Lisäksi täytelanka käyttää tavanomaista vakiojännitteistä tasavirtalähtöä, mikä tekee perushitsausjärjestelmästä edullisemman ja vähemmän monimutkaisen kuin pulssihitsausjärjestelmät.
300- ja 400-sarjan seoksille 100 % Ar on edelleen vakiovalinta kaasukaarihitsauksessa (GTAW). Joidenkin nikkeliseosten GTAW-hitsauksessa, erityisesti mekanisoiduissa prosesseissa, voidaan lisätä pieniä määriä vetyä (enintään 5 %) hitsausnopeuden lisäämiseksi (huomaa, että toisin kuin hiiliteräkset, nikkeliseokset eivät ole alttiita vetyhalkeilulle).
Superduplex- ja superduplex-ruostumattomien terästen hitsaukseen hyviä valintoja ovat 98 % Ar/2 % N2 ja 98 % Ar/3 % N2. Heliumia voidaan lisätä myös kostuvuuden parantamiseksi noin 30 %. Superduplex- tai superduplex-ruostumattomien terästen hitsauksessa tavoitteena on tuottaa liitos, jonka tasapainoinen mikrorakenne on noin 50 % ferriittiä ja 50 % austeniittia. Koska mikrorakenteen muodostuminen riippuu jäähdytysnopeudesta ja koska TIG-hitsaussulan jäähtyminen on nopeaa, ylimääräistä ferriittiä jää jäljelle, kun käytetään 100 % Ar:ia. Kun käytetään N2:ta sisältävää kaasuseosta, N2 sekoittuu hitsisulaan ja edistää austeniitin muodostumista.
Ruostumattoman teräksen on suojattava liitoksen molemmat puolet, jotta saadaan aikaan viimeistelty hitsi, jolla on maksimaalinen korroosionkestävyys. Takapuolen suojaamatta jättäminen voi johtaa "sakkaroitumiseen" eli laajaan hapettumiseen, joka voi johtaa juotoksen pettämiseen.
Tiukat liitokset, joissa on jatkuvasti erinomainen istuvuus tai tiivis suojaus liittimen takaosassa, eivät välttämättä vaadi tukikaasua. Tässä tärkeintä on estää lämpövaikutusalueen liiallinen värjäytyminen oksidin kertymisen vuoksi, joka sitten vaatii mekaanisen poiston. Teknisesti ottaen, jos takapinnan lämpötila ylittää 500 Fahrenheit-astetta, tarvitaan suojakaasua. Konservatiivisempi lähestymistapa on kuitenkin käyttää 300 Fahrenheit-astetta kynnysarvona. Ihannetapauksessa taustan tulisi olla alle 30 PPM O2. Poikkeuksena on, jos hitsin takaosa koverretaan, hiotaan ja hitsataan täyden tunkeutumishitsin saavuttamiseksi.
Kaksi valittavaa tukikaasua ovat N2 (halvin) ja Ar (kalliimpi). Pienissä kokoonpanoissa tai kun Ar-lähteitä on helposti saatavilla, tämän kaasun käyttö voi olla kätevämpää eikä N2-säästöjen arvoista. Hapettumisen vähentämiseksi voidaan lisätä jopa 5 % vetyä. Saatavilla on useita kaupallisia vaihtoehtoja, mutta itse tehdyt tukikaasut ja puhdistuspadot ovat yleisiä.
Ruostumattoman teräksen ruostumattomat ominaisuudet johtuvat siitä, että siihen lisätään 10,5 % tai enemmän kromia. Näiden ominaisuuksien ylläpitäminen vaatii hyvää tekniikkaa oikean hitsaussuojakaasun valinnassa ja liitoksen takapuolen suojaamisessa. Ruostumaton teräs on kallista, ja sen käytölle on hyviä syitä. Ei ole mitään järkeä yrittää oikaista suojakaasun tai lisäaineiden valinnassa. Siksi on aina järkevää tehdä yhteistyötä asiantuntevan kaasunjakelijan ja lisäaineasiantuntijan kanssa valittaessa kaasua ja lisäainetta ruostumattoman teräksen hitsaukseen.
Pysy ajan tasalla uusimmista uutisista, tapahtumista ja teknologiasta kaikista metalleista kahdesta kuukausittaisesta uutiskirjeestämme, jotka on kirjoitettu yksinomaan kanadalaisille valmistajille!
Nyt täydellä pääsyllä Canadian Metalworkingin digitaaliseen versioon, helppo pääsy arvokkaisiin alan resursseihin.
Nyt täydellä pääsyllä Made in Canada and Welding -lehden digitaaliseen versioon, helppo pääsy arvokkaisiin alan resursseihin.