Spawanie stali nierdzewnej wymaga doboru gazu osłonowego w celu zachowania jego składu metalurgicznego oraz związanych z nim właściwości fizycznych i mechanicznych. Typowe gazy osłonowe stosowane w przypadku stali nierdzewnej to argon, hel, tlen, dwutlenek węgla, azot i wodór (patrz rysunek 1). Gazy te są łączone w różnych proporcjach w celu dostosowania do potrzeb różnych sposobów podawania, rodzajów drutu, stopów bazowych, pożądanego profilu ściegu i prędkości posuwu.
Ze względu na słabą przewodność cieplną stali nierdzewnej i względnie „zimny” charakter spawania łukiem elektrycznym w osłonie gazów zwarciowych (GMAW), proces ten wymaga gazu „tri-mix” składającego się z 85% do 90% helu (He), do 10% argonu (Ar) i od 2% do 5% dwutlenku węgla (CO2). potencjał jonizacyjny helu sprzyja iskrzeniu po zwarciu;w połączeniu z wysoką przewodnością cieplną He zwiększa płynność jeziorka spawalniczego. Składnik Ar w Trimixie zapewnia ogólną osłonę jeziorka spawalniczego, podczas gdy CO2 działa jako składnik reaktywny stabilizujący łuk (zobacz rysunek 2, jak różne gazy osłonowe wpływają na profil ściegu spoiny).
Niektóre mieszaniny trójskładnikowe mogą wykorzystywać tlen jako stabilizator, podczas gdy inne wykorzystują mieszaninę He/CO2/N2, aby osiągnąć ten sam efekt. Niektórzy dystrybutorzy gazu mają zastrzeżone mieszanki gazów, które zapewniają obiecane korzyści. Dealerzy zalecają również te mieszanki do innych trybów transmisji z tym samym skutkiem.
Największym błędem popełnianym przez producentów jest próba zwarcia stali nierdzewnej GMAW z tą samą mieszanką gazów (75 Ar/25 CO2) co stal miękka, zwykle dlatego, że nie chcą zarządzać dodatkową butlą. Ta mieszanka zawiera zbyt dużo węgla. W rzeczywistości każdy gaz osłonowy stosowany do drutu litego powinien zawierać maksymalnie 5% dwutlenku węgla. Użycie większych ilości skutkuje metalurgią, która nie jest już uważana za stop klasy L (gatunek L ma zawartość węgla poniżej 0,03%). gaz osłonowy może tworzyć węgliki chromu, które zmniejszają odporność na korozję i właściwości mechaniczne. Na powierzchni spoiny może również pojawić się sadza.
Na marginesie, wybierając metale do zwarć metodą GMAW dla stopów bazowych serii 300 (308, 309, 316, 347), producenci powinni wybrać gatunek LSi. Wypełniacze LSi mają niską zawartość węgla (0,02%) i dlatego są szczególnie zalecane, gdy istnieje ryzyko korozji międzykrystalicznej. Wyższa zawartość krzemu poprawia właściwości spoiny, takie jak zwilżanie, pomagając spłaszczyć wierzchołek spoiny i sprzyjać wtopieniu na krawędzi.
Producenci powinni zachować ostrożność podczas stosowania procesów zwarciowych. Zgaśnięcie łuku może spowodować niepełne stopienie, co sprawi, że proces będzie poniżej normy w krytycznych zastosowaniach. W sytuacjach o dużej objętości, jeśli materiał może wytrzymać wprowadzane ciepło (≥ 1/16 cala to w przybliżeniu najcieńszy materiał spawany w trybie natryskiwania impulsowego), lepszym wyborem będzie transfer natryskowy impulsowy. Tam, gdzie pozwala na to grubość materiału i miejsce spoiny, preferowany jest transfer natryskowy GMAW, ponieważ zapewnia bardziej spójne wtopienie.
Te tryby przenoszenia ciepła nie wymagają helu jako gazu osłonowego. Do spawania natryskowego stopów serii 300 często wybiera się 98% Ar i 2% pierwiastków reaktywnych, takich jak CO2 lub O2. Niektóre mieszanki gazowe mogą również zawierać niewielkie ilości N2. N2 ma wyższy potencjał jonizacji i przewodność cieplną, co sprzyja zwilżaniu i umożliwia szybszą drogę lub lepszą przepuszczalność;zmniejsza również zniekształcenia.
W przypadku pulsacyjnego transferu natryskowego GMAW akceptowalnym wyborem może być 100% Ar. Ponieważ prąd pulsacyjny stabilizuje łuk, gaz nie zawsze wymaga elementów aktywnych.
Stopione jeziorko jest wolniejsze w przypadku ferrytycznych stali nierdzewnych i stali typu duplex (stosunek ferrytu do austenitu 50/50). W przypadku tych stopów mieszanina gazów, taka jak ~70% Ar/~30% He/2% CO2, będzie sprzyjać lepszemu zwilżaniu i zwiększeniu prędkości posuwu (patrz rysunek 3). Podobne mieszanki można stosować do spawania stopów niklu, ale spowodują one tworzenie się tlenków niklu na powierzchni spoiny (np. wystarczy, aby zwiększyć zawartość tlenków, więc producenci powinni ich unikać lub być przygotowanym na spędzenie nad nimi dużo czasu).Ścierne, ponieważ te tlenki są tak twarde, że szczotka druciana zwykle ich nie usuwa).
Producenci używają drutów proszkowych ze stali nierdzewnej do spawania poza miejscem instalacji, ponieważ system żużlu w tych drutach zapewnia „półkę”, która podtrzymuje jeziorko spawalnicze podczas jego krzepnięcia. Ponieważ skład topnika łagodzi wpływ CO2, drut proszkowy ze stali nierdzewnej jest przeznaczony do stosowania z mieszankami gazowymi 75% Ar/25% CO2 i/lub 100% CO2. Chociaż drut proszkowy może kosztować więcej za funt, warto zauważyć, że wyższe prędkości spawania we wszystkich pozycjach i współczynniki stapiania mogą obniżyć całkowite koszty spawania. Ponadto drut proszkowy wykorzystuje konwencjonalne wyjście prądu stałego o stałym napięciu, dzięki czemu podstawowy system spawania jest mniej kosztowny i mniej skomplikowany niż systemy pulsacyjne GMAW.
W przypadku stopów serii 300 i 400, 100% Ar pozostaje standardowym wyborem do spawania łukiem wolframowym w gazie (GTAW). Podczas GTAW niektórych stopów niklu, zwłaszcza w procesach zmechanizowanych, można dodać niewielkie ilości wodoru (do 5%) w celu zwiększenia prędkości posuwu (należy pamiętać, że w przeciwieństwie do stali węglowych stopy niklu nie są podatne na pękanie wodorowe).
Do spawania stali nierdzewnych superduplex i superdupleks dobrym wyborem jest odpowiednio 98% Ar/2% N2 i 98% Ar/3% N2. Można również dodać hel, aby poprawić zwilżalność o około 30%. Podczas spawania stali nierdzewnych super duplex lub super duplex celem jest uzyskanie spoiny o zrównoważonej mikrostrukturze, składającej się w przybliżeniu z 50% ferrytu i 50% austenitu. Ponieważ tworzenie się mikrostruktury zależy od szybkości chłodzenia, a spawanie metodą TIG jeziorko szybko się ochładza, nadmiar ferrytu pozostaje, gdy stosuje się 100% Ar. Kiedy używana jest mieszanina gazów zawierająca N2, N2 miesza się ze stopionym jeziorkiem i sprzyja tworzeniu się austenitu.
Stal nierdzewna musi chronić obie strony złącza, aby uzyskać gotową spoinę o maksymalnej odporności na korozję. Brak ochrony tylnej strony może spowodować „scukrzanie” lub nadmierne utlenianie, które może prowadzić do uszkodzenia lutu.
Ciasne złączki doczołowe o niezmiennie doskonałym dopasowaniu lub szczelnym zamknięciu z tyłu złączki mogą nie wymagać gazu pomocniczego. W tym przypadku głównym problemem jest zapobieganie nadmiernemu odbarwieniu strefy wpływu ciepła z powodu gromadzenia się tlenków, co następnie wymaga mechanicznego usunięcia. Z technicznego punktu widzenia, jeśli temperatura tylnej części przekracza 500 stopni Fahrenheita, wymagany jest gaz osłonowy. Jednak bardziej konserwatywnym podejściem jest użycie 300 stopni Fahrenheita jako progu. być poniżej 30 PPM O2. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy tylna część spoiny będzie żłobiona, szlifowana i spawana w celu uzyskania spoiny z pełnym przetopem.
Dwa gazy wspomagające do wyboru to N2 (najtańszy) i Ar (droższy). W przypadku małych zespołów lub gdy źródła Ar są łatwo dostępne, użycie tego gazu może być wygodniejsze i nie warte oszczędności N2. Można dodać do 5% wodoru, aby zmniejszyć utlenianie. Dostępnych jest wiele opcji komercyjnych, ale powszechne są domowe wsporniki i zapory oczyszczające.
Dodatek 10,5% lub więcej chromu nadaje stali nierdzewnej jej właściwości nierdzewne. Utrzymanie tych właściwości wymaga dobrej techniki w doborze właściwego gazu osłonowego i ochrony tylnej części złącza. Stal nierdzewna jest droga i istnieją dobre powody, aby jej używać. Nie ma sensu iść na skróty, jeśli chodzi o gaz osłonowy lub dobór spoiwa. stal.
Bądź na bieżąco z najnowszymi wiadomościami, wydarzeniami i technologiami dotyczącymi wszystkich metali z naszych dwóch comiesięcznych biuletynów napisanych wyłącznie dla kanadyjskich producentów!
Teraz z pełnym dostępem do cyfrowej edycji Canadian Metalworking, łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Teraz z pełnym dostępem do cyfrowej edycji Made in Canada i Welding, łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.