Pengelasan baja tahan karat memerlukan pemilihan gas pelindung untuk mempertahankan komposisi metalurgi dan sifat fisik serta mekanis terkait. Unsur gas pelindung umum untuk baja tahan karat meliputi argon, helium, oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan hidrogen (lihat Gambar 1). Gas-gas ini dikombinasikan dalam rasio berbeda untuk memenuhi kebutuhan berbagai moda pengiriman, jenis kawat, paduan dasar, profil manik yang diinginkan, dan kecepatan perjalanan.
Karena konduktivitas termal baja tahan karat yang buruk dan sifat pengelasan busur logam gas transfer hubung singkat (GMAW) yang relatif "dingin", proses ini memerlukan gas "tri-mix" yang terdiri dari 85% hingga 90% helium (He), hingga 10% Argon (Ar) dan 2% hingga 5% Karbon Dioksida (CO2). Campuran triblend yang umum mengandung 90% He, 7-1/2% Ar, dan 2-1/2% CO2. Potensi ionisasi helium yang tinggi mendorong lengkung setelah hubung singkat; ditambah dengan konduktivitas termalnya yang tinggi, penggunaan He meningkatkan fluiditas kolam cair. Komponen Ar dari Trimix memberikan perisai umum pada genangan las, sementara CO2 bertindak sebagai komponen reaktif untuk menstabilkan busur (lihat Gambar 2 untuk mengetahui bagaimana gas pelindung yang berbeda memengaruhi profil manik las).
Beberapa campuran terner mungkin menggunakan oksigen sebagai penstabil, sementara yang lain menggunakan campuran He/CO2/N2 untuk mencapai efek yang sama. Beberapa distributor gas memiliki campuran gas hak milik yang memberikan manfaat yang dijanjikan. Dealer juga merekomendasikan campuran ini untuk moda transmisi lain dengan efek yang sama.
Kesalahan terbesar yang dilakukan produsen adalah mencoba melakukan hubungan arus pendek pada baja tahan karat GMAW dengan campuran gas yang sama (75 Ar/25 CO2) seperti pada baja ringan, biasanya karena mereka tidak ingin mengelola tabung tambahan. Campuran ini mengandung terlalu banyak karbon. Faktanya, gas pelindung apa pun yang digunakan untuk kawat padat harus mengandung maksimal 5% karbon dioksida. Penggunaan dalam jumlah yang lebih besar menghasilkan metalurgi yang tidak lagi dianggap sebagai paduan mutu L (mutu L memiliki kandungan karbon di bawah 0,03%). Karbon yang berlebihan dalam gas pelindung dapat membentuk karbida kromium, yang mengurangi ketahanan terhadap korosi dan sifat mekanis. Jelaga juga dapat muncul pada permukaan las.
Sebagai catatan sampingan, saat memilih logam untuk hubung singkat GMAW untuk paduan dasar seri 300 (308, 309, 316, 347), produsen harus memilih mutu LSi. Pengisi LSi memiliki kandungan karbon rendah (0,02%) dan oleh karena itu terutama direkomendasikan saat terdapat risiko korosi intergranular. Kandungan silikon yang lebih tinggi memperbaiki sifat las, seperti pembasahan, untuk membantu meratakan mahkota las dan mendorong fusi di ujung las.
Produsen harus berhati-hati saat menggunakan proses pemindahan hubung singkat. Fusi yang tidak tuntas dapat terjadi akibat pemadaman busur listrik, yang membuat proses ini kurang optimal untuk aplikasi kritis. Dalam situasi volume tinggi, jika material dapat mendukung masukan panasnya (≥ 1/16 inci kira-kira merupakan material tertipis yang dilas menggunakan mode semprotan pulsa), pemindahan semprotan pulsa akan menjadi pilihan yang lebih baik. Jika ketebalan material dan lokasi las mendukungnya, pemindahan semprotan GMAW lebih disukai karena memberikan fusi yang lebih konsisten.
Mode perpindahan panas tinggi ini tidak memerlukan gas pelindung He. Untuk pengelasan transfer semprot paduan seri 300, pilihan umum adalah 98% Ar dan 2% elemen reaktif seperti CO2 atau O2. Beberapa campuran gas juga dapat mengandung sejumlah kecil N2. N2 memiliki potensi ionisasi dan konduktivitas termal yang lebih tinggi, yang meningkatkan pembasahan dan memungkinkan perjalanan yang lebih cepat atau permeabilitas yang lebih baik; juga mengurangi distorsi.
Untuk transfer semprotan berdenyut GMAW, 100% Ar mungkin merupakan pilihan yang dapat diterima. Karena arus berdenyut menstabilkan busur, gas tidak selalu memerlukan elemen aktif.
Kolam cair lebih lambat untuk baja tahan karat feritik dan baja tahan karat dupleks (rasio ferit terhadap austenit 50/50). Untuk paduan ini, campuran gas seperti ~70% Ar/~30% He/2% CO2 akan meningkatkan pembasahan yang lebih baik dan meningkatkan kecepatan perjalanan (lihat Gambar 3). Campuran serupa dapat digunakan untuk mengelas paduan nikel, tetapi akan menyebabkan oksida nikel terbentuk pada permukaan las (misalnya, menambahkan 2% CO2 atau O2 sudah cukup untuk meningkatkan kandungan oksida, jadi produsen harus menghindarinya atau bersiap untuk menghabiskan banyak waktu untuk itu). Abrasif karena oksida ini sangat keras sehingga sikat kawat biasanya tidak akan menghilangkannya).
Produsen menggunakan kawat baja tahan karat berinti fluks untuk pengelasan di luar tempat karena sistem terak dalam kawat ini menyediakan "rak" yang menopang kolam las saat mengeras. Karena komposisi fluks mengurangi efek CO2, kawat baja tahan karat berinti fluks dirancang untuk digunakan dengan campuran gas 75% Ar/25% CO2 dan/atau 100% CO2. Meskipun kawat berinti fluks mungkin lebih mahal per pon, perlu dicatat bahwa kecepatan pengelasan semua posisi dan laju pengendapan yang lebih tinggi dapat mengurangi biaya pengelasan keseluruhan. Selain itu, kawat berinti fluks menggunakan keluaran DC tegangan konstan konvensional, membuat sistem pengelasan dasar lebih murah dan kurang rumit daripada sistem GMAW berdenyut.
Untuk paduan seri 300 dan 400, 100% Ar tetap menjadi pilihan standar untuk pengelasan busur tungsten gas (GTAW). Selama GTAW beberapa paduan nikel, terutama dengan proses mekanis, sejumlah kecil hidrogen (hingga 5%) dapat ditambahkan untuk meningkatkan kecepatan perjalanan (perhatikan bahwa tidak seperti baja karbon, paduan nikel tidak rentan terhadap retak hidrogen).
Untuk pengelasan baja tahan karat superdupleks dan superdupleks, 98% Ar/2% N2 dan 98% Ar/3% N2 masing-masing merupakan pilihan yang baik. Helium juga dapat ditambahkan untuk meningkatkan keterbasahan sekitar 30%. Saat mengelas baja tahan karat super dupleks atau super dupleks, tujuannya adalah untuk menghasilkan sambungan dengan mikrostruktur seimbang sekitar 50% ferit dan 50% austenit. Karena pembentukan mikrostruktur bergantung pada laju pendinginan, dan karena kolam las TIG mendingin dengan cepat, ferit berlebih tetap ada saat 100% Ar digunakan. Saat campuran gas yang mengandung N2 digunakan, N2 teraduk ke dalam kolam cair dan meningkatkan pembentukan austenit.
Baja tahan karat perlu melindungi kedua sisi sambungan untuk menghasilkan las akhir dengan ketahanan korosi yang maksimal. Kegagalan melindungi sisi belakang dapat mengakibatkan "sakarifikasi," atau oksidasi ekstensif yang dapat mengakibatkan kegagalan penyolderan.
Sambungan pantat rapat dengan kecocokan yang sangat baik secara konsisten atau penahanan rapat di bagian belakang sambungan mungkin tidak memerlukan gas pendukung. Di sini, masalah utamanya adalah mencegah perubahan warna berlebihan pada zona yang terpengaruh panas karena penumpukan oksida, yang kemudian memerlukan penghilangan mekanis. Secara teknis, jika suhu sisi belakang melebihi 500 derajat Fahrenheit, diperlukan gas pelindung. Namun, pendekatan yang lebih konservatif adalah menggunakan 300 derajat Fahrenheit sebagai ambang batas. Idealnya, bagian belakang harus di bawah 30 PPM O2. Pengecualiannya adalah jika bagian belakang las akan dipahat, digiling, dan dilas untuk mencapai las penetrasi penuh.
Dua gas pendukung pilihan adalah N2 (paling murah) dan Ar (lebih mahal). Untuk perakitan kecil atau ketika sumber Ar mudah didapat, mungkin lebih mudah menggunakan gas ini dan tidak sebanding dengan penghematan N2. Hingga 5% hidrogen dapat ditambahkan untuk mengurangi oksidasi. Berbagai pilihan komersial tersedia, tetapi penyangga dan bendungan pemurnian buatan sendiri adalah yang umum.
Penambahan 10,5% atau lebih kromiumlah yang memberikan sifat antikarat pada baja tahan karat. Untuk mempertahankan sifat-sifat ini diperlukan teknik yang baik dalam memilih gas pelindung las yang tepat dan melindungi sisi belakang sambungan. Baja tahan karat mahal harganya, dan ada banyak alasan untuk menggunakannya. Tidak ada gunanya mencoba mengambil jalan pintas dalam hal gas pelindung atau memilih logam pengisi untuk ini. Oleh karena itu, sebaiknya Anda bekerja sama dengan distributor gas dan spesialis logam pengisi yang berpengetahuan luas saat memilih gas dan logam pengisi untuk pengelasan baja tahan karat.
Terus ikuti berita, acara, dan teknologi terkini pada semua logam melalui dua buletin bulanan kami yang ditulis khusus untuk produsen Kanada!
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital Canadian Metalworking, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.
Sekarang dengan akses penuh ke edisi digital Made in Canada dan Welding, akses mudah ke sumber daya industri yang berharga.