Сварка нержавеющей стали требует выбора защитного газа, чтобы сохранить его металлургический состав и связанные с ним физические и механические свойства. Обычные элементы защитного газа для нержавеющей стали включают аргон, гелий, кислород, углекислый газ, азот и водород (см. рис. 1). Эти газы комбинируются в различных соотношениях, чтобы удовлетворить потребности различных способов подачи, типов проволоки, основных сплавов, желаемого профиля валика и скорости перемещения.
Из-за плохой теплопроводности нержавеющей стали и относительно «холодного» характера дуговой сварки металлическим электродом с переносом короткого замыкания (GMAW) для процесса требуется «три смеси» газов, состоящих из 85-90% гелия (He), до 10% аргона (Ar) и от 2% до 5% углекислого газа (CO2). Обычная трехкомпонентная смесь содержит 90% He, 7-1/2% Ar и 2-1/2% CO2. Высокая ионизация потенциал гелия способствует возникновению дуги после короткого замыкания;в сочетании с его высокой теплопроводностью использование He увеличивает текучесть расплавленной ванны. Компонент Trimix Ar обеспечивает общую защиту сварочной ванны, в то время как CO2 действует как реактивный компонент для стабилизации дуги (см. рис. 2, где показано, как различные защитные газы влияют на профиль сварочного валика).
В некоторых трехкомпонентных смесях в качестве стабилизатора может использоваться кислород, в то время как в других для достижения того же эффекта используется смесь He/CO2/N2. Некоторые газораспределители имеют запатентованные газовые смеси, обеспечивающие обещанные преимущества. Дилеры также рекомендуют эти смеси для других режимов трансмиссии с таким же эффектом.
Самая большая ошибка производителей состоит в том, что они пытаются закоротить нержавеющую сталь GMAW той же газовой смесью (75 Ar/25 CO2), что и мягкую сталь, обычно потому, что они не хотят управлять дополнительным баллоном. Эта смесь содержит слишком много углерода. Фактически, любой защитный газ, используемый для сплошной проволоки, должен содержать не более 5% углекислого газа. газ может образовывать карбиды хрома, которые снижают коррозионную стойкость и механические свойства. Копоть также может появляться на поверхности сварного шва.
В качестве примечания: при выборе металлов для короткого замыкания GMAW для базовых сплавов серии 300 (308, 309, 316, 347) производителям следует выбирать марку LSi. Наполнители LSi имеют низкое содержание углерода (0,02 %) и поэтому особенно рекомендуются при наличии риска межкристаллитной коррозии. Более высокое содержание кремния улучшает свойства сварного шва, такие как смачивание, помогая сгладить вершину шва и способствуя сплавлению на носке.
Производителям следует проявлять осторожность при использовании процессов переноса с коротким замыканием. Из-за гашения дуги может произойти неполное проплавление, что делает процесс неподходящим для критических применений. В ситуациях с большими объемами, если материал может выдержать подводимое тепло (примерно ≥ 1/16 дюйма — это самый тонкий материал, свариваемый с использованием режима импульсного напыления), перенос с импульсным напылением будет лучшим выбором.
Эти режимы высокой теплопередачи не требуют защитного газа He. Для сварки струйным переносом сплавов серии 300 обычно выбирают 98% Ar и 2% реактивных элементов, таких как CO2 или O2. Некоторые газовые смеси могут также содержать небольшое количество N2. N2 имеет более высокий потенциал ионизации и теплопроводность, что способствует смачиванию и обеспечивает более быстрое перемещение или улучшенную проницаемость;это также уменьшает искажения.
Для переноса импульсного распыления GMAW приемлемым выбором может быть 100% Ar. Поскольку импульсный ток стабилизирует дугу, для газа не всегда требуются активные элементы.
Ванна расплава медленнее для ферритных нержавеющих сталей и дуплексных нержавеющих сталей (отношение феррита к аустениту 50/50). Для этих сплавов газовая смесь, такая как ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2, будет способствовать лучшему смачиванию и увеличению скорости перемещения (см. увеличить содержание оксидов, поэтому производители должны избегать их или быть готовыми потратить на них много времени).Абразивный, потому что эти оксиды настолько твердые, что проволочная щетка обычно не удаляет их).
Производители используют порошковую проволоку из нержавеющей стали для сварки вне места сварки, потому что шлаковая система в этих проволоках обеспечивает «полку», которая поддерживает сварочную ванну по мере ее затвердевания. Поскольку состав флюса смягчает воздействие CO2, порошковая проволока из нержавеющей стали предназначена для использования со смесями газов 75% Ar/25% CO2 и/или 100% CO2. что более высокие скорости сварки во всех положениях и скорость наплавки могут снизить общие затраты на сварку. Кроме того, порошковая проволока использует обычный выход постоянного напряжения постоянного напряжения, что делает базовую сварочную систему менее дорогостоящей и менее сложной, чем импульсные системы GMAW.
Для сплавов серий 300 и 400 100% Ar остается стандартным выбором для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа (GTAW). Во время GTAW некоторых никелевых сплавов, особенно при механизированных процессах, может быть добавлено небольшое количество водорода (до 5%) для увеличения скорости перемещения (обратите внимание, что в отличие от углеродистых сталей никелевые сплавы не склонны к водородному растрескиванию).
Для сварки супердуплексных и супердуплексных нержавеющих сталей хорошим выбором являются смеси 98% Ar/2% N2 и 98% Ar/3% N2 соответственно. Для улучшения смачиваемости примерно на 30% можно добавить гелий. сварочная ванна быстро остывает, при использовании 100% Ar остается избыток феррита. Когда используется газовая смесь, содержащая N2, N2 перемешивается с расплавленной ванной и способствует образованию аустенита.
Нержавеющая сталь должна защищать обе стороны соединения, чтобы получить законченный сварной шов с максимальной коррозионной стойкостью. Отсутствие защиты обратной стороны может привести к «засахариванию» или сильному окислению, что может привести к выходу из строя пайки.
Для тугих стыковых фитингов с постоянно превосходной посадкой или плотным уплотнением в задней части фитинга может не потребоваться поддерживающий газ. Здесь основная проблема заключается в предотвращении чрезмерного обесцвечивания зоны термического влияния из-за накопления оксида, который затем требует механического удаления. Технически, если температура задней стороны превышает 500 градусов по Фаренгейту, требуется защитный газ. Однако более консервативный подход заключается в использовании 300 градусов по Фаренгейту в качестве порога. ниже 30 частей на миллион O2. Исключением является случай, когда задняя часть сварного шва будет выдолблена, отшлифована и сварена для достижения полного проплавления сварного шва.
Двумя предпочтительными вспомогательными газами являются N2 (самый дешевый) и Ar (более дорогой). Для небольших сборок или когда источники аргона легко доступны, может быть более удобным использовать этот газ и не стоит экономить N2. Можно добавить до 5% водорода для уменьшения окисления. Доступны различные коммерческие варианты, но распространены самодельные опоры и очистные плотины.
Добавление 10,5% или более хрома — это то, что придает нержавеющей стали свойства нержавеющей стали. Поддержание этих свойств требует правильной техники выбора правильного сварочного защитного газа и защиты обратной стороны соединения. Нержавеющая сталь стоит дорого, и есть веские причины для ее использования. нержавеющая сталь.
Будьте в курсе последних новостей, событий и технологий по всем металлам из наших двух ежемесячных информационных бюллетеней, написанных исключительно для канадских производителей!
Теперь с полным доступом к цифровому изданию Canadian Metalworking, легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь с полным доступом к цифровому изданию «Сделано в Канаде» и «Сварка» вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.