Заваряването на неръждаема стомана изисква избор на защитен газ, за ​​да се запази нейният металургичен състав и свързаните с него физични и механични свойства. Често срещани елементи на защитния газ за неръждаема стомана включват аргон, хелий, кислород, въглероден диоксид, азот и водород (вижте Фигура 1). Тези газове се комбинират в различни съотношения, за да отговарят на нуждите на различните начини на подаване, видове тел, основни сплави, желания профил на шева и скоростта на движение.
Поради лошата топлопроводимост на неръждаемата стомана и относително „студения“ характер на заваряването с метална дъга с късо съединение (GMAW), процесът изисква „трикомбиниран“ газ, състоящ се от 85% до 90% хелий (He), до 10% аргон (Ar) и 2% до 5% въглероден диоксид (CO2). Обичайната трикомпонентна смес съдържа 90% He, 7-1/2% Ar и 2-1/2% CO2. Високият йонизационен потенциал на хелия насърчава дъгата след късо съединение; в съчетание с високата му топлопроводимост, използването на He увеличава течливостта на разтопената вана. Ar компонентът на Trimix осигурява общо екраниране на заваръчната вана, докато CO2 действа като реактивен компонент за стабилизиране на дъгата (вижте Фигура 2 за това как различните защитни газове влияят върху профила на заваръчния шев).
Някои тройни смеси могат да използват кислород като стабилизатор, докато други използват смес He/CO2/N2, за да постигнат същия ефект. Някои дистрибутори на газ имат собствени газови смеси, които осигуряват обещаните предимства. Дилърите също препоръчват тези смеси за други режими на предаване със същия ефект.
Най-голямата грешка, която производителите правят, е опитът да дадат късо съединение на неръждаема стомана, заварена по метода GMAW, със същата газова смес (75 Ar/25 CO2), както при меката стомана, обикновено защото не искат да използват допълнителен цилиндър. Тази смес съдържа твърде много въглерод. Всъщност всеки защитен газ, използван за плътна тел, трябва да съдържа максимум 5% въглероден диоксид. Използването на по-големи количества води до металургия, която вече не се счита за сплав от клас L (клас L има съдържание на въглерод под 0,03%). Прекомерният въглерод в защитния газ може да образува хромови карбиди, които намаляват устойчивостта на корозия и механичните свойства. По повърхността на заваръчния шев могат да се появят и сажди.
Като странична бележка, когато избират метали за късо съединение GMAW за базовите сплави от серия 300 (308, 309, 316, 347), производителите трябва да изберат клас LSi. LSi пълнителите имат ниско съдържание на въглерод (0,02%) и затова са особено препоръчителни, когато има риск от междукристална корозия. По-високото съдържание на силиций подобрява заваръчните свойства, като например омокрянето, за да помогне за изравняване на короната на заваръчния шев и да насърчи сливането в долната част.
Производителите трябва да бъдат внимателни, когато използват процеси на късо съединение. Непълно сливане може да се получи поради гасене на дъгата, което прави процеса неподходящ за критични приложения. В ситуации с голям обем, ако материалът може да поддържа вложената топлина (≥ 1/16 инча е приблизително най-тънкият материал, заваряван с помощта на импулсен режим на пръскане), импулсният пръскащ трансфер ще бъде по-добър избор. Когато дебелината на материала и местоположението на заварката го позволяват, пръскащият трансфер GMAW е за предпочитане, тъй като осигурява по-последователно сливане.
Тези режими на висок топлопренос не изискват защитен газ He. За заваряване чрез пулверизиране на сплави от серия 300, често срещан избор е 98% Ar и 2% реактивни елементи като CO2 или O2. Някои газови смеси могат да съдържат и малки количества N2. N2 има по-висок йонизационен потенциал и топлопроводимост, което насърчава омокрянето и позволява по-бързо движение или подобрена пропускливост; също така намалява деформацията.
За импулсно струйно преносно GMAW заваряване, 100% Ar може да бъде приемлив избор. Тъй като импулсният ток стабилизира дъгата, газът не винаги изисква активни елементи.
Разтопената вана е по-бавна при феритни неръждаеми стомани и дуплексни неръждаеми стомани (съотношение 50/50 ферит към аустенит). За тези сплави, газова смес като ~70% Ar/~30% He/2% CO2 ще спомогне за по-добро омокряне и ще увеличи скоростта на движение (вижте Фигура 3). Подобни смеси могат да се използват за заваряване на никелови сплави, но ще доведат до образуване на никелови оксиди върху заваръчната повърхност (например, добавянето на 2% CO2 или O2 е достатъчно, за да увеличи съдържанието на оксид, така че производителите трябва да ги избягват или да са готови да отделят много време за тях). Абразивни, защото тези оксиди са толкова твърди, че телена четка обикновено не може да ги отстрани).
Производителите използват флюсови тръбни телове от неръждаема стомана за заваряване извън работно място, защото шлаковата система в тези телове осигурява „рафт“, който поддържа заваръчната вана, докато тя се втвърдява. Тъй като съставът на флюса смекчава ефектите на CO2, флюсовата тръбна тел от неръждаема стомана е предназначена за употреба със смеси от газове 75% Ar/25% CO2 и/или 100% CO2. Въпреки че флюсовата тръбна тел може да струва повече за килограм, заслужава да се отбележи, че по-високите скорости на заваряване във всички позиции и дебити на отлагане могат да намалят общите разходи за заваряване. Освен това, флюсовата тръбна тел използва конвенционален изход с постоянно напрежение DC, което прави основната заваръчна система по-евтина и по-малко сложна от импулсните GMAW системи.
За сплави от серия 300 и 400, 100% Ar остава стандартният избор за газово-волфрамово дъгово заваряване (GTAW). По време на GTAW на някои никелови сплави, особено при механизирани процеси, могат да се добавят малки количества водород (до 5%), за да се увеличи скоростта на движение (имайте предвид, че за разлика от въглеродните стомани, никеловите сплави не са склонни към водородно напукване).
За заваряване на супердуплексни и супердуплексни неръждаеми стомани, 98% Ar/2% N2 и 98% Ar/3% N2 са добър избор, съответно. Може да се добави и хелий, за да се подобри омокряемостта с около 30%. При заваряване на супердуплексни или супердуплексни неръждаеми стомани, целта е да се получи съединение с балансирана микроструктура от приблизително 50% ферит и 50% аустенит. Тъй като образуването на микроструктурата зависи от скоростта на охлаждане и тъй като TIG заваръчната вана се охлажда бързо, излишният ферит остава, когато се използва 100% Ar. Когато се използва газова смес, съдържаща N2, N2 се разбърква в разтопената вана и насърчава образуването на аустенит.
Неръждаемата стомана трябва да защити и двете страни на съединението, за да се получи завършена заварка с максимална устойчивост на корозия. Незащитата на задната страна може да доведе до „захаряване“ или обширно окисляване, което може да доведе до повреда на спойката.
Плътни челни фитинги с постоянно отлично прилягане или плътно задържане в задната част на фитинга може да не изискват поддържащ газ. Тук основният проблем е да се предотврати прекомерно обезцветяване на зоната, засегната от топлина, поради натрупване на оксид, което след това изисква механично отстраняване. Технически, ако температурата на задната страна надвиши 500 градуса по Фаренхайт, е необходим защитен газ. По-консервативен подход обаче е да се използва 300 градуса по Фаренхайт като праг. В идеалния случай, подложката трябва да е под 30 PPM O2. Изключение е, ако задната част на заваръчния шев ще бъде издълбана, шлайфана и заварена, за да се постигне пълно проникване на заварката.
Двата предпочитани поддържащи газа са N2 (най-евтиният) и Ar (по-скъпият). За малки сглобки или когато източниците на Ar са лесно достъпни, може да е по-удобно да се използва този газ и да не си струва спестяването на N2. Може да се добави до 5% водород, за да се намали окислението. Предлагат се различни търговски опции, но домашно приготвените опори и пречиствателните язовири са често срещани.
Добавянето на 10,5% или повече хром е това, което придава на неръждаемата стомана нейните свойства. Поддържането на тези свойства изисква добра техника при избора на правилния защитен газ за заваряване и защита на задната страна на съединението. Неръждаемата стомана е скъпа и има основателни причини да я използвате. Няма смисъл да се опитвате да спестявате, когато става въпрос за защитен газ или избор на добавъчни материали за това. Ето защо винаги е разумно да работите с компетентен дистрибутор на газове и специалист по добавъчни материали, когато избирате газ и добавъчен материал за заваряване на неръждаема стомана.
Бъдете в крак с най-новите новини, събития и технологии за всички метали от нашите два месечни бюлетини, написани ексклузивно за канадски производители!
Сега с пълен достъп до дигиталното издание на Canadian Metalworking, лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Сега с пълен достъп до дигиталното издание на „Произведено в Канада“ и „Заваряване“, лесен достъп до ценни индустриални ресурси.