La saldatura dell'acciaio inossidabile richiede la selezione del gas di protezione per mantenerne la composizione metallurgica e le proprietà fisiche e meccaniche associate. Gli elementi gassosi comuni per l'acciaio inossidabile includono argon, elio, ossigeno, anidride carbonica, azoto e idrogeno (vedere Figura 1). Questi gas vengono combinati in rapporti diversi per soddisfare le esigenze di diverse modalità di erogazione, tipi di filo, leghe di base, profilo del cordone desiderato e velocità di avanzamento.
A causa della scarsa conduttività termica dell'acciaio inossidabile e della natura relativamente "fredda" della saldatura ad arco con trasferimento di gas a cortocircuito (GMAW), il processo richiede un gas "tri-mix" composto dall'85% al ​​90% di elio (He), fino al 10% di argon (Ar) e dal 2% al 5% di anidride carbonica (CO2). Una comune miscela tri-blend contiene il 90% di He, il 7-1/2% di Ar e il 2-1/2% di CO2. L'elevato potenziale di ionizzazione dell'elio favorisce la formazione di archi dopo un cortocircuito; abbinato alla sua elevata conduttività termica, l'uso di He aumenta la fluidità del bagno fuso. La componente Ar di Trimix fornisce una schermatura generale del bagno di saldatura, mentre la CO2 agisce come componente reattivo per stabilizzare l'arco (vedere la Figura 2 per come diversi gas di protezione influenzano il profilo del cordone di saldatura).
Alcune miscele ternarie possono utilizzare l'ossigeno come stabilizzatore, mentre altre utilizzano una miscela He/CO2/N2 per ottenere lo stesso effetto. Alcuni distributori di gas dispongono di miscele di gas proprietarie che forniscono i benefici promessi. I rivenditori consigliano queste miscele anche per altre modalità di trasmissione con lo stesso effetto.
L'errore più grande che commettono i produttori è cercare di cortocircuitare l'acciaio inossidabile GMAW con la stessa miscela di gas (75 Ar/25 CO2) dell'acciaio dolce, solitamente perché non vogliono gestire una bombola extra. Questa miscela contiene troppo carbonio. Infatti, qualsiasi gas di protezione utilizzato per fili pieni dovrebbe contenere al massimo il 5% di anidride carbonica. L'utilizzo di quantità maggiori produce una metallurgia che non è più considerata una lega di grado L (il grado L ha un contenuto di carbonio inferiore allo 0,03%). Un eccesso di carbonio nel gas di protezione può formare carburi di cromo, che riducono la resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche. Sulla superficie della saldatura può anche formarsi della fuliggine.
Come nota a margine, quando si selezionano i metalli per la tecnica GMAW shorting per le leghe di base della serie 300 (308, 309, 316, 347), i produttori dovrebbero selezionare il grado LSi. I riempitivi LSi hanno un basso contenuto di carbonio (0,02%) e sono quindi particolarmente consigliati quando c'è il rischio di corrosione intergranulare. Un contenuto di silicio più elevato migliora le proprietà della saldatura, come la bagnatura, per aiutare ad appiattire la corona della saldatura e favorire la fusione alla punta.
I produttori devono prestare attenzione quando utilizzano processi di trasferimento a cortocircuito. Può verificarsi una fusione incompleta a causa dell'estinzione dell'arco, rendendo il processo non idoneo per applicazioni critiche. In situazioni di grandi volumi, se il materiale può supportare il suo apporto di calore (≥ 1/16 di pollice è approssimativamente il materiale più sottile saldato utilizzando la modalità di spruzzatura a impulsi), un trasferimento a spruzzatura a impulsi sarà una scelta migliore. Quando lo spessore del materiale e la posizione della saldatura lo supportano, è preferibile il trasferimento a spruzzatura GMAW poiché fornisce una fusione più uniforme.
Queste modalità di elevato trasferimento di calore non richiedono gas di protezione He. Per la saldatura a trasferimento a spruzzo di leghe della serie 300, una scelta comune è il 98% di Ar e il 2% di elementi reattivi come CO2 o O2. Alcune miscele di gas possono anche contenere piccole quantità di N2. N2 ha un potenziale di ionizzazione e una conduttività termica più elevati, che favoriscono la bagnatura e consentono uno spostamento più rapido o una migliore permeabilità; riduce anche la distorsione.
Per il trasferimento a spruzzo pulsato GMAW, il 100% di Ar può essere una scelta accettabile. Poiché la corrente pulsata stabilizza l'arco, il gas non richiede sempre elementi attivi.
Il bagno di fusione è più lento per gli acciai inossidabili ferritici e duplex (rapporto ferrite/austenite 50/50). Per queste leghe, una miscela di gas come ~70% Ar/~30% He/2% CO2 favorirà una migliore bagnatura e aumenterà la velocità di avanzamento (vedere Figura 3). Miscele simili possono essere utilizzate per saldare leghe di nichel, ma causeranno la formazione di ossidi di nichel sulla superficie di saldatura (ad esempio, l'aggiunta del 2% di CO2 o O2 è sufficiente per aumentare il contenuto di ossido, quindi i produttori dovrebbero evitarle o prepararsi a dedicare molto tempo a tale operazione). Abrasivi perché questi ossidi sono così duri che una spazzola metallica di solito non riesce a rimuoverli).
I produttori utilizzano fili in acciaio inossidabile animati per la saldatura fuori sede perché il sistema di scorie in questi fili fornisce una "mensola" che sostiene il bagno di saldatura durante la solidificazione. Poiché la composizione del flusso mitiga gli effetti della CO2, il filo in acciaio inossidabile animato è progettato per l'uso con miscele di gas 75% Ar/25% CO2 e/o 100% CO2. Sebbene il filo animato possa costare di più al chilo, vale la pena notare che velocità di saldatura in tutte le posizioni e tassi di deposizione più elevati possono ridurre i costi complessivi di saldatura. Inoltre, il filo animato utilizza un'uscita CC a tensione costante convenzionale, rendendo il sistema di saldatura di base meno costoso e meno complesso rispetto ai sistemi GMAW pulsati.
Per le leghe delle serie 300 e 400, il 100% di Ar rimane la scelta standard per la saldatura ad arco con gas di tungsteno (GTAW). Durante la GTAW di alcune leghe di nichel, soprattutto con processi meccanizzati, possono essere aggiunte piccole quantità di idrogeno (fino al 5%) per aumentare la velocità di avanzamento (si noti che, a differenza degli acciai al carbonio, le leghe di nichel non sono soggette a cricche da idrogeno).
Per la saldatura di acciai superduplex e acciai inossidabili superduplex, rispettivamente il 98% di Ar/2% di N2 e il 98% di Ar/3% di N2 sono buone scelte. È anche possibile aggiungere elio per migliorare la bagnabilità di circa il 30%. Quando si saldano acciai superduplex o acciai inossidabili superduplex, l'obiettivo è produrre un giunto con una microstruttura bilanciata di circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite. Poiché la formazione della microstruttura dipende dalla velocità di raffreddamento e poiché il bagno di saldatura TIG si raffredda rapidamente, quando si utilizza il 100% di Ar rimane della ferrite in eccesso. Quando si utilizza una miscela di gas contenente N2, l'N2 si mescola nel bagno fuso e favorisce la formazione di austenite.
L'acciaio inossidabile deve proteggere entrambi i lati del giunto per produrre una saldatura finita con la massima resistenza alla corrosione. La mancata protezione del lato posteriore può causare "saccarificazione", ovvero un'ossidazione estesa che può portare alla rottura della saldatura.
I raccordi a testa stretti con una tenuta costantemente eccellente o un contenimento ermetico nella parte posteriore del raccordo potrebbero non richiedere gas di supporto. In questo caso, il problema principale è impedire un'eccessiva decolorazione della zona termicamente alterata dovuta all'accumulo di ossido, che richiede quindi la rimozione meccanica. Tecnicamente, se la temperatura sul retro supera i 500 gradi Fahrenheit, è necessario un gas di protezione. Tuttavia, un approccio più conservativo consiste nell'utilizzare 300 gradi Fahrenheit come soglia. Idealmente, il supporto dovrebbe essere inferiore a 30 PPM di O2. L'eccezione è se il retro della saldatura verrà scanalato, rettificato e saldato per ottenere una saldatura a penetrazione completa.
I due gas di supporto preferiti sono N2 (il più economico) e Ar (il più costoso). Per piccoli assemblaggi o quando sono facilmente reperibili fonti di Ar, potrebbe essere più comodo usare questo gas, ma non vale la pena risparmiare N2. Per ridurre l'ossidazione è possibile aggiungere fino al 5% di idrogeno. Sono disponibili diverse opzioni commerciali, ma sono comuni anche supporti e dighe di purificazione fatti in casa.
L'aggiunta del 10,5% o più di cromo è ciò che conferisce all'acciaio inossidabile le sue proprietà inossidabili. Per mantenere queste proprietà è necessaria una buona tecnica nella selezione del gas di protezione per la saldatura corretto e nella protezione del retro del giunto. L'acciaio inossidabile è costoso e ci sono buone ragioni per utilizzarlo. Non ha senso cercare di risparmiare quando si tratta di gas di protezione o di scegliere metalli d'apporto per questo scopo. Pertanto, quando si sceglie un gas e un metallo d'apporto per la saldatura dell'acciaio inossidabile, è sempre sensato collaborare con un distributore di gas competente e uno specialista in metalli d'apporto.
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