ריתוך פלדת אל-חלד דורש בחירת גז מגן כדי לשמור על ההרכב המתכתי שלה ועל התכונות הפיזיקליות והמכניות הנלוות. רכיבי גז מגן נפוצים לפלדת אל-חלד כוללים ארגון, הליום, חמצן, פחמן דו-חמצני, חנקן ומימן (ראה איור 1). גזים אלה משולבים ביחסים שונים כדי להתאים לצרכים של אופני אספקה ​​שונים, סוגי חוטים, סגסוגות בסיס, פרופיל חוט רצוי ומהירות תנועה.
בשל המוליכות התרמית הירודה של פלדת אל-חלד והאופי ה"קר" יחסית של ריתוך קשת מתכת באמצעות גז העברה קצר (GMAW), התהליך דורש גז "טרי-מיקס" המורכב מ-85% עד 90% הליום (He), עד 10% ארגון (Ar) ו-2% עד 5% פחמן דו-חמצני (CO2). תערובת טרי-מיקס נפוצה מכילה 90% He, 7-1/2% Ar ו-2-1/2% CO2. פוטנציאל היינון הגבוה של הליום מקדם היווצרות קשת לאחר קצר חשמלי; יחד עם המוליכות התרמית הגבוהה שלו, השימוש ב-He מגביר את נזילות הבריכה המותכת. רכיב ה-Ar של הטרי-מיקס מספק מיגון כללי של שלולית הריתוך, בעוד ש-CO2 משמש כרכיב ריאקטיבי לייצוב הקשת (ראה איור 2 כיצד גזי מיגון שונים משפיעים על פרופיל חרוזי הריתוך).
חלק מתערובות הטרנריות עשויות להשתמש בחמצן כמייצב, בעוד שאחרות משתמשות בתערובת He/CO2/N2 כדי להשיג את אותה השפעה. לחלק ממפיצי הגז יש תערובות גז קנייניות המספקות את היתרונות המובטחים. סוחרים ממליצים גם על תערובות אלו עבור מצבי העברה אחרים עם אותה השפעה.
הטעות הגדולה ביותר שעושים יצרנים היא ניסיון לקצר את פלדת אל-חלד GMAW עם אותה תערובת גז (75 Ar/25 CO2) כמו פלדה רכה, בדרך כלל משום שהם לא רוצים לנהל גליל נוסף. תערובת זו מכילה יותר מדי פחמן. למעשה, כל גז מגן המשמש לחוט מוצק צריך להכיל מקסימום 5% פחמן דו-חמצני. שימוש בכמויות גדולות יותר גורם למטלורגיה שכבר אינה נחשבת לסגסוגת L-grade (ל-L-grade יש תכולת פחמן מתחת ל-0.03%). עודף פחמן בגז המגן יכול ליצור קרבידים של כרום, אשר מפחיתים את עמידות הקורוזיה ואת התכונות המכניות. פיח יכול להופיע גם על פני השטח של הריתוך.
הערה קטנה, בעת בחירת מתכות לקיצור GMAW עבור סגסוגות בסיס מסדרה 300 (308, 309, 316, 347), על היצרנים לבחור בדרגת LSi. חומרי מילוי LSi בעלי תכולת פחמן נמוכה (0.02%) ולכן מומלצים במיוחד כאשר קיים סיכון לקורוזיה בין-גרגירית. תכולת סיליקון גבוהה יותר משפרת את תכונות הריתוך, כגון הרטבה, כדי לסייע בהשטחת ראש הריתוך ולקדם היתוך בקצה הקצה.
על יצרנים לנקוט משנה זהירות בעת שימוש בתהליכי ריתוך קצר חשמלי. היתוך לא שלם עלול להיגרם עקב כיבוי קשת, מה שהופך את התהליך לבלתי תקין עבור יישומים קריטיים. במצבים של נפח עבודה גבוה, אם החומר יכול לתמוך בקלט החום שלו (≥ 1/16 אינץ' הוא בערך החומר הדק ביותר המולחם במצב ריסוס פולסים), העברת ריסוס פולסים תהיה בחירה טובה יותר. כאשר עובי החומר ומיקום הריתוך תומכים בכך, העברת ריסוס GMAW עדיפה מכיוון שהיא מספקת היתוך עקבי יותר.
מצבי העברת חום גבוהים אלה אינם דורשים גז מגן He. עבור ריתוך בהעברה בהתזה של סגסוגות מסדרה 300, בחירה נפוצה היא 98% ארדן ו-2% יסודות ריאקטיביים כגון CO2 או O2. חלק מתערובות הגז עשויות להכיל גם כמויות קטנות של N2. ל-N2 פוטנציאל יינון ומוליכות תרמית גבוהים יותר, מה שמקדם הרטבה ומאפשר תנועה מהירה יותר או חדירות משופרת; הוא גם מפחית עיוות.
עבור GMAW עם העברת ריסוס פועמת, 100% ארדן עשוי להיות בחירה מקובלת. מכיוון שהזרם הפועם מייצב את הקשת, הגז לא תמיד דורש אלמנטים פעילים.
הבריכה המותכת איטית יותר עבור פלדות אל-חלד פריטיות ופלדות אל-חלד דופלקס (יחס של 50/50 של פריט לאוסטניט). עבור סגסוגות אלו, תערובת גז כגון ~70% Ar/~30% He/2% CO2 תקדם הרטבה טובה יותר ותגדיל את מהירות התנועה (ראה איור 3). ניתן להשתמש בתערובות דומות לריתוך סגסוגות ניקל, אך הן יגרמו להיווצרות תחמוצות ניקל על פני השטח של הריתוך (למשל, הוספת 2% CO2 או O2 מספיקה כדי להגדיל את תכולת התחמוצת, לכן על היצרנים להימנע מהן או להיות מוכנים להשקיע בהן זמן רב). חומרים שוחקים מכיוון שתחמוצות אלו כה קשות שמברשת תיל בדרך כלל לא תסיר אותן).
יצרנים משתמשים בחוטי פלדת אל-חלד עם ליבת שטף (flux) לריתוך מחוץ לאתר מכיוון שמערכת הסיגים בחוטים אלה מספקת "מדף" התומך בבריכת הריתוך כשהיא מתמצקת. מכיוון שהרכב השטף ממתן את השפעות ה-CO2, חוט פלדת אל-חלד עם ליבת שטף מיועד לשימוש עם תערובות גז של 75% Ar/25% CO2 ו/או 100% CO2. בעוד שחוט עם ליבת שטף עשוי לעלות יותר לפאונד, ראוי לציין שמהירויות ריתוך וקצבי שיקוע גבוהים יותר בכל המיקומים עשויים להפחית את עלויות הריתוך הכוללות. בנוסף, חוט עם ליבת שטף משתמש בפלט DC קונבנציונלי במתח קבוע, מה שהופך את מערכת הריתוך הבסיסית לזולה יותר ופחות מורכבת ממערכות GMAW פולסות.
עבור סגסוגות מסדרות 300 ו-400, 100% ארדן נשאר הבחירה הסטנדרטית לריתוך בקשת טונגסטן בגז (GTAW). במהלך ריתוך GTAW של חלק מסגסוגות הניקל, במיוחד בתהליכים ממוכנים, ניתן להוסיף כמויות קטנות של מימן (עד 5%) כדי להגביר את מהירות התנועה (שימו לב שבניגוד לפלדות פחמן, סגסוגות ניקל אינן נוטות לסדיקה במימן).
לריתוך פלדות אל-חלד סופר-דופלקס וסופר-דופלקס, 98% Ar/2% N2 ו-98% Ar/3% N2 הן אפשרויות טובות, בהתאמה. ניתן גם להוסיף הליום כדי לשפר את יכולת הרטיבות בכ-30%. בעת ריתוך פלדות אל-חלד סופר-דופלקס או סופר-דופלקס, המטרה היא לייצר חיבור עם מיקרו-מבנה מאוזן של כ-50% פריט ו-50% אוסטניט. מכיוון שהיווצרות המיקרו-מבנה תלויה בקצב הקירור, ומכיוון שבריכת הריתוך TIG מתקררת במהירות, עודף פריט נשאר כאשר משתמשים ב-100% Ar. כאשר משתמשים בתערובת גז המכילה N2, ה-N2 מתערבב בבריכת הריתוך המותכת ומקדם היווצרות אוסטניט.
יש צורך להגן על שני צידי החיבור על מנת לייצר ריתוך מוגמר עם עמידות מקסימלית בפני קורוזיה. אי הגנה על הצד האחורי עלולה לגרום ל"סכריפיקציה", או חמצון נרחב שעלול להוביל לכשל הלחמה.
אביזרי קצה צפופים עם התאמה מצוינת באופן עקבי או בלימה הדוקה בחלק האחורי של האביזר עשויים שלא לדרוש גז תמיכה. כאן, הבעיה העיקרית היא למנוע שינוי צבע מוגזם של האזור המושפע מחום עקב הצטברות תחמוצת, אשר לאחר מכן דורש הסרה מכנית. מבחינה טכנית, אם הטמפרטורה האחורית עולה על 500 מעלות פרנהייט, נדרש גז מגן. עם זאת, גישה שמרנית יותר היא להשתמש ב-300 מעלות פרנהייט כסף. באופן אידיאלי, הגיבוי צריך להיות מתחת ל-30 PPM O2. היוצא מן הכלל הוא אם גב הריתוך יחודר, יוחדר וירותך כדי להשיג ריתוך חדירה מלאה.
שני הגזים התומכים המועדפים הם N2 (הזול ביותר) ו-Ar (יקר יותר). עבור מכלולים קטנים או כאשר מקורות Ar זמינים בקלות, ייתכן שיהיה נוח יותר להשתמש בגז זה ולא שווה את החיסכון ב-N2. ניתן להוסיף עד 5% מימן כדי להפחית חמצון. מגוון אפשרויות מסחריות זמינות, אך תומכים וסכרי טיהור תוצרת בית נפוצים.
תוספת של 10.5% או יותר של כרום היא שמעניקה לפלדת אל-חלד את תכונותיה האל-חלד. שמירה על תכונות אלו דורשת טכניקה טובה בבחירת גז המגן הנכון לריתוך והגנה על הצד האחורי של החיבור. פלדת אל-חלד היא יקרה, ויש סיבות טובות להשתמש בה. אין טעם לנסות לקצר את הקצב בכל הנוגע לגז מגן או בחירת מתכות מילוי לכך. לכן, תמיד הגיוני לעבוד עם מפיץ גז ומומחה למתכות מילוי בעל ידע בעת בחירת גז ומתכת מילוי לריתוך פלדת אל-חלד.
הישארו מעודכנים בחדשות, אירועים וטכנולוגיה אחרונים בכל המתכות בעזרת שני הניוזלטרים החודשיים שלנו, שנכתבים בלעדית עבור יצרנים קנדיים!
כעת עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של Canadian Metalworking, גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
כעת עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של "תוצרת קנדה" ו"ריתוך", גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.