Nerūsējošā tērauda metināšanai ir jāizvēlas aizsarggāze, lai saglabātu tā metalurģisko sastāvu un ar to saistītās fizikālās un mehāniskās īpašības. Bieži sastopamie aizsarggāzes elementi nerūsējošajam tēraudam ir argons, hēlijs, skābeklis, oglekļa dioksīds, slāpeklis un ūdeņradis (sk. 1. attēlu). Šīs gāzes tiek kombinētas dažādās attiecībās, lai tās atbilstu dažādu padeves režīmu, stieples veidu, pamatsakausējumu, vēlamā lodītes profila un padeves ātruma vajadzībām.
Nerūsējošā tērauda sliktās siltumvadītspējas un īsslēguma gāzes metāla loka metināšanas (GMAW) relatīvi “aukstā” rakstura dēļ procesam ir nepieciešama “trisajaukta” gāze, kas sastāv no 85–90 % hēlija (He), līdz 10 % argona (Ar) un 2–5 % oglekļa dioksīda (CO2). Parasts trīsjauktas gāzes maisījums satur 90 % He, 7–1/2 % Ar un 2–1/2 % CO2. Hēlija augstais jonizācijas potenciāls veicina loka veidošanos pēc īsslēguma; apvienojumā ar augsto siltumvadītspēju He izmantošana palielina izkausētās gāzes plūstamību. Trimix Ar komponents nodrošina metināšanas vietas vispārēju aizsardzību, savukārt CO2 darbojas kā reaģējoša sastāvdaļa, lai stabilizētu loku (skatiet 2. attēlu, lai uzzinātu, kā dažādas aizsarggāzes ietekmē metināšanas lodītes profilu).
Daži trīskāršie maisījumi var izmantot skābekli kā stabilizatoru, bet citi izmanto He/CO2/N2 maisījumu, lai panāktu tādu pašu efektu. Dažiem gāzes piegādātājiem ir patentēti gāzes maisījumi, kas nodrošina solītās priekšrocības. Dīleri iesaka šos maisījumus arī citiem transmisijas režīmiem ar tādu pašu efektu.
Lielākā kļūda, ko ražotāji pieļauj, ir mēģinājumi īsslēgt GMAW nerūsējošo tēraudu ar to pašu gāzes maisījumu (75 Ar/25 CO2) kā mīksto tēraudu, parasti tāpēc, ka viņi nevēlas pārvaldīt papildu cilindru. Šis maisījums satur pārāk daudz oglekļa. Faktiski jebkurai aizsarggāzei, ko izmanto cietai stieplei, vajadzētu saturēt ne vairāk kā 5% oglekļa dioksīda. Izmantojot lielāku daudzumu, iegūst metalurģiju, kas vairs netiek uzskatīta par L kategorijas sakausējumu (L kategorijas oglekļa saturs ir mazāks par 0,03%). Pārmērīgs oglekļa daudzums aizsarggāzē var veidot hroma karbīdus, kas samazina izturību pret koroziju un mehāniskās īpašības. Uz metinājuma virsmas var parādīties arī kvēpi.
Kā piezīme, izvēloties metālus īsošanai GMAW metināšanā 300. sērijas pamatsakausējumiem (308, 309, 316, 347), ražotājiem jāizvēlas LSi klase. LSi pildvielām ir zems oglekļa saturs (0,02%), tāpēc tās ir īpaši ieteicamas, ja pastāv starpkristālu korozijas risks. Augstāks silīcija saturs uzlabo metināšanas īpašības, piemēram, mitrināšanu, lai palīdzētu saplacināt metinājuma vainagu un veicinātu kušanu purngalā.
Ražotājiem jāievēro piesardzība, izmantojot īsslēguma pārneses procesus. Loka dzēšanas dēļ var rasties nepilnīga saplūšana, padarot procesu nepietiekamu kritiskiem lietojumiem. Liela apjoma situācijās, ja materiāls var izturēt savu siltuma ievadi (≥ 1/16 collas ir aptuveni plānākais materiāls, kas tiek metināts, izmantojot impulsa izsmidzināšanas režīmu), labāka izvēle būs impulsa izsmidzināšanas pārnešana. Ja materiāla biezums un metināšanas vieta to atbalsta, priekšroka tiek dota izsmidzināšanas pārneses GMAW metodei, jo tā nodrošina vienmērīgāku saplūšanu.
Šiem augstas siltuma pārneses režīmiem nav nepieciešama He aizsarggāze. 300. sērijas sakausējumu izsmidzināšanas metināšanai bieži tiek izvēlēts 98 % Ar un 2 % reaktīvo elementu, piemēram, CO2 vai O2. Daži gāzu maisījumi var saturēt arī nelielu daudzumu N2. N2 ir augstāks jonizācijas potenciāls un siltumvadītspēja, kas veicina mitrināšanu un nodrošina ātrāku pārvietošanos vai uzlabotu caurlaidību; tas arī samazina deformāciju.
Impulsējošas izsmidzināšanas pārneses GMAW metināšanai 100 % Ar var būt pieņemama izvēle. Tā kā impulsa strāva stabilizē loku, gāzei ne vienmēr ir nepieciešami aktīvi elementi.
Ferīta nerūsējošajiem tēraudiem un dupleksa nerūsējošajiem tēraudiem (ferīta un austenīta attiecība 50/50) kausējuma vanna ir lēnāka. Šiem sakausējumiem gāzes maisījums, piemēram, ~70% Ar/~30% He/2% CO2, veicinās labāku mitrināšanu un palielinās metināšanas ātrumu (sk. 3. attēlu). Līdzīgus maisījumus var izmantot niķeļa sakausējumu metināšanai, taču tie izraisīs niķeļa oksīdu veidošanos uz metinājuma virsmas (piemēram, 2% CO2 vai O2 pievienošana ir pietiekama, lai palielinātu oksīda saturu, tāpēc ražotājiem vajadzētu no tiem izvairīties vai būt gataviem veltīt tiem daudz laika). Abrazīvi, jo šie oksīdi ir tik cieti, ka stiepļu birste tos parasti nevar noņemt).
Ražotāji ārpusvietas metināšanai izmanto nerūsējošā tērauda stieples ar fluksa serdi, jo šo stiepļu izdedžu sistēma nodrošina "plauktu", kas atbalsta metināšanas vanniņu, kamēr tā sacietē. Tā kā fluksa sastāvs mazina CO2 ietekmi, nerūsējošā tērauda stieple ar fluksa serdi ir paredzēta lietošanai ar 75% Ar/25% CO2 un/vai 100% CO2 gāzu maisījumiem. Lai gan stieple ar fluksa serdi var maksāt vairāk par mārciņu, ir vērts atzīmēt, ka lielāks metināšanas ātrums un nogulsnēšanas ātrums visās pozīcijās var samazināt kopējās metināšanas izmaksas. Turklāt stieple ar fluksa serdi izmanto parasto nemainīga sprieguma līdzstrāvas izeju, padarot pamata metināšanas sistēmu lētāku un mazāk sarežģītu nekā impulsa GMAW sistēmas.
300. un 400. sērijas sakausējumiem 100 % Ar joprojām ir standarta izvēle gāzes volframa loka metināšanai (GTAW). Dažu niķeļa sakausējumu GTAW laikā, īpaši mehanizētos procesos, var pievienot nelielu daudzumu ūdeņraža (līdz 5 %), lai palielinātu kustības ātrumu (ņemiet vērā, ka atšķirībā no oglekļa tēraudiem niķeļa sakausējumi nav pakļauti ūdeņraža plaisāšanai).
Superdupleksa un superdupleksa nerūsējošā tērauda metināšanai laba izvēle ir attiecīgi 98 % Ar/2 % N2 un 98 % Ar/3 % N2. Var pievienot arī hēliju, lai uzlabotu mitrināmību par aptuveni 30 %. Metinot superdupleksa vai superdupleksa nerūsējošo tēraudu, mērķis ir izveidot savienojumu ar līdzsvarotu mikrostruktūru, kurā ir aptuveni 50 % ferīta un 50 % austenīta. Tā kā mikrostruktūras veidošanās ir atkarīga no dzesēšanas ātruma un TIG metināšanas vanna ātri atdziest, izmantojot 100 % Ar, paliek liekais ferīts. Izmantojot gāzes maisījumu, kas satur N2, N2 iemaisās izkausētajā vannā un veicina austenīta veidošanos.
Lai iegūtu gatavu metinājumu ar maksimālu izturību pret koroziju, nerūsējošajam tēraudam ir jāaizsargā abas savienojuma puses. Ja aizmugurējā puse netiek aizsargāta, var rasties "saharifikācija" jeb plaša oksidēšanās, kas var izraisīt lodēšanas atteici.
Cieši pieguļošiem savienojumiem ar nemainīgi lielisku piegulšanu vai ciešu norobežojumu savienojuma aizmugurē, iespējams, nav nepieciešama atbalsta gāze. Šeit galvenais uzdevums ir novērst pārmērīgu karstuma ietekmētās zonas krāsas maiņu oksīda uzkrāšanās dēļ, kas pēc tam ir jānoņem mehāniski. Tehniski, ja aizmugurējās puses temperatūra pārsniedz 500 grādus pēc Fārenheita, ir nepieciešama aizsarggāze. Tomēr konservatīvāka pieeja ir izmantot 300 grādus pēc Fārenheita kā robežvērtību. Ideālā gadījumā pamatnes O2 saturam jābūt zem 30 PPM. Izņēmums ir gadījumi, kad metinājuma aizmugure tiks izgrebta, slīpēta un metināta, lai panāktu pilnīgu iespiešanos.
Divas izvēlētās palīggāzes ir N2 (lētākā) un Ar (dārgāka). Mazām konstrukcijām vai tad, ja Ar avoti ir viegli pieejami, var būt ērtāk izmantot šo gāzi, un tas nav N2 ietaupījuma vērts. Lai samazinātu oksidēšanos, var pievienot līdz 5% ūdeņraža. Ir pieejamas dažādas komerciālas iespējas, taču bieži vien ir gatavoti palīglīdzekļi un attīrīšanas aizsprosti.
Nerūsējošā tērauda nerūsējošā tērauda īpašības iegūst 10,5 % vai vairāk hroma pievienošana. Lai saglabātu šīs īpašības, ir nepieciešama laba tehnika pareizās metināšanas aizsarggāzes izvēlē un savienojuma aizmugures aizsardzībā. Nerūsējošais tērauds ir dārgs, un ir labi iemesli to izmantot. Nav jēgas mēģināt ietaupīt, ja runa ir par aizsarggāzi vai pildvielu izvēli. Tāpēc, izvēloties gāzi un pildvielu nerūsējošā tērauda metināšanai, vienmēr ir lietderīgi sadarboties ar zinošu gāzes izplatītāju un pildvielu speciālistu.
Esiet lietas kursā par jaunākajām ziņām, notikumiem un tehnoloģijām par visiem metāliem, izmantojot mūsu divus ikmēneša informatīvos biļetenus, kas rakstīti tikai Kanādas ražotājiem!
Tagad ar pilnu piekļuvi Canadian Metalworking digitālajam izdevumam, ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.
Tagad ar pilnu piekļuvi žurnālu “Ražots Kanādā” un “Metināšana” digitālajam izdevumam, ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.