Зварювання нержавіючої сталі вимагає вибору захисного газу для збереження її металургійного складу та пов'язаних з ним фізичних і механічних властивостей. До поширених елементів захисного газу для нержавіючої сталі належать аргон, гелій, кисень, вуглекислий газ, азот і водень (див. Рисунок 1). Ці гази поєднуються в різних співвідношеннях, щоб задовольнити потреби різних способів подачі, типів дроту, основних сплавів, бажаного профілю валика та швидкості зварювання.
Через низьку теплопровідність нержавіючої сталі та відносно «холодний» характер дугового зварювання з коротким замиканням у газовому середовищі (GMAW), процес вимагає «трикомбінованого» газу, що складається з 85% до 90% гелію (He), до 10% аргону (Ar) та від 2% до 5% вуглекислого газу (CO2). Звичайна трикомбінована суміш містить 90% He, 7-1/2% Ar та 2-1/2% CO2. Високий іонізаційний потенціал гелію сприяє утворенню дуги після короткого замикання; у поєднанні з його високою теплопровідністю, використання He збільшує плинність розплавленої ванни. Ar-компонент Trimix забезпечує загальний захист зварювальної ванни, тоді як CO2 діє як реактивний компонент для стабілізації дуги (див. Рисунок 2, щоб дізнатися, як різні захисні гази впливають на профіль зварного шва).
Деякі потрійні суміші можуть використовувати кисень як стабілізатор, тоді як інші використовують суміш He/CO2/N2 для досягнення того ж ефекту. Деякі газорозподільники мають власні газові суміші, які забезпечують обіцяні переваги. Дилери також рекомендують ці суміші для інших режимів передачі з таким самим ефектом.
Найбільша помилка виробників полягає в спробі замкнути нержавіючу сталь, зварену методом GMAW, тією ж газовою сумішшю (75 Ar/25 CO2), що й низьковуглецеву сталь, зазвичай тому, що вони не хочуть використовувати додатковий балон. Ця суміш містить забагато вуглецю. Фактично, будь-який захисний газ, що використовується для суцільного дроту, повинен містити максимум 5% вуглекислого газу. Використання більшої кількості призводить до отримання металургії, яка більше не вважається сплавом марки L (марка L має вміст вуглецю нижче 0,03%). Надмірна кількість вуглецю в захисному газі може утворювати карбіди хрому, які знижують корозійну стійкість та механічні властивості. На поверхні зварного шва також може з'являтися сажа.
До речі, під час вибору металів для короткозамикаючого зварювання методом GMAW для базових сплавів серії 300 (308, 309, 316, 347) виробникам слід вибирати марку LSi. Наповнювачі LSi мають низький вміст вуглецю (0,02%) і тому особливо рекомендуються, коли існує ризик міжкристалічної корозії. Вищий вміст кремнію покращує властивості зварювання, такі як змочування, допомагаючи вирівняти верхівку шва та сприяти сплавленню в області носка.
Виробникам слід бути обережними, використовуючи процеси короткозамикання з переносом. Неповне зварювання може статися через гасіння дуги, що робить процес неякісним для критичних застосувань. У ситуаціях з великим обсягом зварювання, якщо матеріал може витримувати підведене тепло (≥ ​​1/16 дюйма - це приблизно найтонший матеріал, зварений в режимі імпульсного напилення), імпульсне напилення буде кращим вибором. Там, де товщина матеріалу та розташування зварювання дозволяють це, перевага надається напиленню GMAW, оскільки воно забезпечує більш рівномірне зварювання.
Ці режими високої теплопередачі не потребують захисного газу He. Для зварювання розпиленням сплавів серії 300 поширеним вибором є 98% Ar та 2% реакційних елементів, таких як CO2 або O2. Деякі газові суміші можуть також містити невелику кількість N2. N2 має вищий потенціал іонізації та теплопровідність, що сприяє змочуванню та забезпечує швидший рух або покращену проникність; це також зменшує деформацію.
Для імпульсного розпилювального зварювання в газовій грі з переносом газу (GMAW) 100% аргон може бути прийнятним вибором. Оскільки імпульсний струм стабілізує дугу, газ не завжди потребує активних елементів.
Розплавлена ​​ванна утворюється повільніше для феритних нержавіючих сталей та дуплексних нержавіючих сталей (співвідношення фериту до аустеніту 50/50). Для цих сплавів газова суміш, така як ~70% Ar/~30% He/2% CO2, сприятиме кращому змочуванню та збільшить швидкість переміщення (див. Рисунок 3). Подібні суміші можна використовувати для зварювання нікелевих сплавів, але вони призведуть до утворення оксидів нікелю на поверхні зварювання (наприклад, додавання 2% CO2 або O2 достатньо для збільшення вмісту оксиду, тому виробникам слід уникати їх або бути готовими витрачати на них багато часу). Абразивні, оскільки ці оксиди настільки тверді, що дротяна щітка зазвичай їх не видаляє).
Виробники використовують порошкові дроти з нержавіючої сталі для зварювання поза місцем розташування, оскільки шлакова система в цих дротах забезпечує «полицю», яка підтримує зварювальну ванну під час її затвердіння. Оскільки склад флюсу пом'якшує вплив CO2, порошковий дріт з нержавіючої сталі призначений для використання з газовими сумішами 75% Ar/25% CO2 та/або 100% CO2. Хоча порошковий дріт може коштувати дорожче за фунт, варто зазначити, що вищі швидкості зварювання у всіх положеннях та швидкості наплавлення можуть знизити загальні витрати на зварювання. Крім того, порошковий дріт використовує звичайний вихід постійної напруги постійного струму, що робить базову зварювальну систему менш дорогою та менш складною, ніж імпульсні системи GMAW.
Для сплавів серій 300 та 400 100% Ar залишається стандартним вибором для дугового зварювання вольфрамовими електродами в газовому середовищі (GTAW). Під час GTAW деяких нікелевих сплавів, особливо при механізованих процесах, може бути додана невелика кількість водню (до 5%) для збільшення швидкості зварювання (зауважте, що на відміну від вуглецевих сталей, нікелеві сплави не схильні до водневого розтріскування).
Для зварювання супердуплексних та супердуплексних нержавіючих сталей гарним вибором є 98% Ar/2% N2 та 98% Ar/3% N2 відповідно. Гелій також можна додавати для покращення змочуваності приблизно на 30%. Під час зварювання супердуплексних або супердуплексних нержавіючих сталей метою є створення з'єднання зі збалансованою мікроструктурою приблизно з 50% фериту та 50% аустеніту. Оскільки формування мікроструктури залежить від швидкості охолодження, а зварювальна ванна TIG швидко охолоджується, надлишок фериту залишається при використанні 100% Ar. Коли використовується газова суміш, що містить N2, N2 перемішується в розплавлену ванну та сприяє утворенню аустеніту.
Нержавіюча сталь повинна захищати обидві сторони з'єднання, щоб отримати готовий зварний шов з максимальною стійкістю до корозії. Незахист зворотної сторони може призвести до «оцукрювання» або значного окислення, що може призвести до руйнування паяння.
Щільні стикові фітинги з постійно відмінним приляганням або герметичним утриманням у задній частині фітинга можуть не потребувати допоміжного газу. Тут головне питання полягає в запобіганні надмірному знебарвленню зони термічного впливу через накопичення оксиду, що потім вимагає механічного видалення. Технічно, якщо температура задньої сторони перевищує 500 градусів за Фаренгейтом, потрібен захисний газ. Однак більш консервативний підхід полягає у використанні 300 градусів за Фаренгейтом як порогу. В ідеалі, підкладка повинна мати вміст O2 нижче 30 ppm. Винятком є ​​випадок, коли задня частина зварного шва буде строгатися, шліфуватися та зварюватися для досягнення повного проплавлення.
Два варіанти допоміжних газів – це N2 (найдешевший) та Ar (дорожчий). Для невеликих збірок або коли джерела Ar легкодоступні, може бути зручніше використовувати цей газ, і це не виправдовує економії на N2. Для зменшення окислення можна додавати до 5% водню. Доступні різні комерційні варіанти, але поширеними є саморобні опори та очисні дамби.
Додавання 10,5% або більше хрому надає нержавіючій сталі її властивостей нержавіючої сталі. Підтримка цих властивостей вимагає належної техніки вибору правильного захисного газу для зварювання та захисту задньої сторони з'єднання. Нержавіюча сталь дорога, і є вагомі причини для її використання. Немає сенсу намагатися економити на захисному газі або вибирати присадні метали для цього. Тому завжди має сенс співпрацювати з досвідченим дистриб'ютором газу та фахівцем з присадних металів, вибираючи газ та присадний метал для зварювання нержавіючої сталі.
Будьте в курсі останніх новин, подій та технологій з усіх металів за допомогою наших двох щомісячних інформаційних бюлетенів, написаних виключно для канадських виробників!
Тепер, маючи повний доступ до цифрового видання Canadian Metalworking, ви отримуєте легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Тепер, маючи повний доступ до цифрового видання журналів «Зроблено в Канаді» та «Зварювання», ви отримуєте легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.