Zavarivanje nehrđajućeg čelika zahtijeva odabir zaštitnog plina kako bi se održao njegov metalurški sastav i povezana fizička i mehanička svojstva. Uobičajeni elementi zaštitnog plina za nehrđajući čelik uključuju argon, helij, kisik, ugljikov dioksid, dušik i vodik (vidi Sliku 1). Ovi plinovi se kombiniraju u različitim omjerima kako bi odgovarali potrebama različitih načina isporuke, vrsta žice, osnovnih legura, željenog profila zavara i brzine zavarivanja.
Zbog slabe toplinske provodljivosti nehrđajućeg čelika i relativno "hladne" prirode elektrolučnog zavarivanja kratkim spojem (GMAW), proces zahtijeva "trostruku mješavinu" plina koja se sastoji od 85% do 90% helija (He), do 10% argona (Ar) i 2% do 5% ugljik-dioksida (CO2). Uobičajena trostruka mješavina sadrži 90% He, 7-1/2% Ar i 2-1/2% CO2. Visoki potencijal ionizacije helija potiče stvaranje luka nakon kratkog spoja; zajedno s njegovom visokom toplinskom provodljivošću, upotreba He povećava fluidnost rastopljenog kupatila. Ar komponenta Trimixa pruža opću zaštitu zavarivačke kade, dok CO2 djeluje kao reaktivna komponenta za stabilizaciju luka (pogledajte Sliku 2 za to kako različiti zaštitni plinovi utječu na profil zavara).
Neke ternarne smjese mogu koristiti kisik kao stabilizator, dok druge koriste smjesu He/CO2/N2 za postizanje istog efekta. Neki distributeri plina imaju vlastite mješavine plina koje pružaju obećane prednosti. Dileri također preporučuju ove mješavine za druge načine prijenosa s istim efektom.
Najveća greška koju proizvođači prave je pokušaj kratkog spoja GMAW nehrđajućeg čelika istom smjesom plina (75 Ar/25 CO2) kao i meki čelik, obično zato što ne žele koristiti dodatni cilindar. Ova smjesa sadrži previše ugljika. U stvari, svaki zaštitni plin koji se koristi za punu žicu trebao bi sadržavati maksimalno 5% ugljičnog dioksida. Korištenje većih količina rezultira metalurgijom koja se više ne smatra L-klasom legure (L-klasa ima sadržaj ugljika ispod 0,03%). Prekomjerni ugljik u zaštitnom plinu može formirati kromove karbide, koji smanjuju otpornost na koroziju i mehanička svojstva. Čađ se također može pojaviti na površini zavara.
Kao usputna napomena, prilikom odabira metala za kratko spajanje GMAW-om za bazne legure serije 300 (308, 309, 316, 347), proizvođači bi trebali odabrati klasu LSi. LSi punila imaju nizak sadržaj ugljika (0,02%) i stoga se posebno preporučuju kada postoji rizik od interkristalne korozije. Veći sadržaj silicija poboljšava svojstva zavara, kao što je kvašenje, kako bi se poravnao vrh zavara i potaknulo taljenje na vrhu.
Proizvođači bi trebali biti oprezni pri korištenju procesa kratkog spoja za prijenos. Nepotpuno stapanje može nastati zbog gašenja luka, što proces čini ispodprosječnim za kritične primjene. U situacijama s velikim volumenom, ako materijal može podnijeti unos topline (≥ 1/16 inča je približno najtanji materijal zavaren korištenjem pulsirajućeg prskanja), pulsirajući prskajući prijenos bit će bolji izbor. Tamo gdje debljina materijala i lokacija zavara to podržavaju, GMAW prskajući prijenos je poželjniji jer pruža konzistentniju fuziju.
Ovi načini rada s visokim prijenosom topline ne zahtijevaju zaštitni plin He. Za zavarivanje raspršivanjem legura serije 300, uobičajeni izbor je 98% Ar i 2% reaktivnih elemenata poput CO2 ili O2. Neke plinske smjese mogu sadržavati i male količine N2. N2 ima veći potencijal ionizacije i toplinsku provodljivost, što potiče vlaženje i omogućuje brže kretanje ili poboljšanu propusnost; također smanjuje distorziju.
Za GMAW zavarivanje pulsirajućim raspršivanjem, 100% Ar može biti prihvatljiv izbor. Budući da pulsirajuća struja stabilizira luk, plin ne zahtijeva uvijek aktivne elemente.
Rastaljeni bazen je sporiji kod feritnih nehrđajućih čelika i dupleks nehrđajućih čelika (omjer ferita i austenita 50/50). Za ove legure, mješavina plinova kao što je ~70% Ar/~30% He/2% CO2 će pospješiti bolje vlaženje i povećati brzinu zavarivanja (vidi Sliku 3). Slične mješavine mogu se koristiti za zavarivanje legura nikla, ali će uzrokovati stvaranje oksida nikla na površini zavara (npr. dodavanje 2% CO2 ili O2 je dovoljno da poveća sadržaj oksida, pa bi ih proizvođači trebali izbjegavati ili biti spremni potrošiti puno vremena na njih). Abrazivni jer su ovi oksidi toliko tvrdi da ih žičana četka obično neće ukloniti).
Proizvođači koriste žice od nehrđajućeg čelika s punjenom fluksom za zavarivanje izvan gradilišta jer sistem troske u ovim žicama pruža "policu" koja podržava zavarivački bazen dok se stvrdnjava. Budući da sastav fluksa ublažava efekte CO2, žica od nehrđajućeg čelika s punjenom fluksom je dizajnirana za upotrebu sa mješavinama plinova od 75% Ar/25% CO2 i/ili 100% CO2. Iako žica s punjenom fluksom može koštati više po funti, vrijedi napomenuti da veće brzine zavarivanja u svim položajima i stope taloženja mogu smanjiti ukupne troškove zavarivanja. Osim toga, žica s punjenom fluksom koristi konvencionalni konstantni napon istosmjerne struje, što osnovni sistem zavarivanja čini jeftinijim i manje složenim od pulsirajućih GMAW sistema.
Za legure serije 300 i 400, 100% Ar ostaje standardni izbor za plinsko elektrolučno zavarivanje volframovim elektrodom (GTAW). Tokom GTAW nekih nikl legura, posebno kod mehaniziranih procesa, mogu se dodati male količine vodika (do 5%) kako bi se povećala brzina zavarivanja (imajte na umu da, za razliku od ugljičnih čelika, nikl legure nisu sklone pucanju uslijed djelovanja vodika).
Za zavarivanje superdupleks i superdupleks nehrđajućih čelika, 98% Ar/2% N2 i 98% Ar/3% N2 su dobar izbor. Helij se također može dodati kako bi se poboljšala kvašivost za oko 30%. Prilikom zavarivanja super dupleks ili super dupleks nehrđajućih čelika, cilj je proizvesti spoj s uravnoteženom mikrostrukturom od približno 50% ferita i 50% austenita. Budući da formiranje mikrostrukture ovisi o brzini hlađenja i budući da se TIG zavarivačka kupka brzo hladi, višak ferita ostaje kada se koristi 100% Ar. Kada se koristi plinska smjesa koja sadrži N2, N2 se miješa u rastopljenu kupku i potiče stvaranje austenita.
Nehrđajući čelik treba zaštititi obje strane spoja kako bi se dobio zavareni spoj s maksimalnom otpornošću na koroziju. Neuspjeh u zaštiti stražnje strane može rezultirati "saharifikacijom" ili opsežnom oksidacijom koja može dovesti do kvara lema.
Čvrsti spojevi sa dosljedno odličnim prianjanjem ili čvrstim zatvaranjem na stražnjoj strani spoja možda neće zahtijevati pomoćni plin. Ovdje je glavni problem spriječiti prekomjerno mijenjanje boje zone utjecaja topline zbog nakupljanja oksida, što zatim zahtijeva mehaničko uklanjanje. Tehnički, ako temperatura stražnje strane prelazi 500 stepeni Fahrenheita, potreban je zaštitni plin. Međutim, konzervativniji pristup je korištenje 300 stepeni Fahrenheita kao praga. Idealno, podloga bi trebala biti ispod 30 PPM O2. Izuzetak je ako će stražnja strana zavara biti izdubljena, brušena i zavarena kako bi se postigao potpuni zavar.
Dva plina koja se mogu koristiti kao podrška su N2 (najjeftiniji) i Ar (skuplji). Za male sklopove ili kada su izvori Ar lako dostupni, korištenje ovog plina može biti praktičnije i ne isplati se ušteda na N2. Može se dodati do 5% vodika kako bi se smanjila oksidacija. Dostupne su razne komercijalne opcije, ali uobičajeni su domaći nosači i brane za pročišćavanje.
Dodatak od 10,5% ili više kroma daje nehrđajućem čeliku njegova svojstva nehrđajućeg čelika. Održavanje ovih svojstava zahtijeva dobru tehniku ​​odabira ispravnog zaštitnog plina za zavarivanje i zaštitu stražnje strane spoja. Nehrđajući čelik je skup i postoje dobri razlozi za njegovu upotrebu. Nema smisla pokušavati štedjeti kada je u pitanju zaštitni plin ili odabir dodatnih materijala za to. Stoga je uvijek razumno surađivati ​​sa stručnim distributerom plina i stručnjakom za dodatne materijale pri odabiru plina i dodatnog materijala za zavarivanje nehrđajućeg čelika.
Budite u toku s najnovijim vijestima, događajima i tehnologijama o svim metalima putem naših dva mjesečna biltena napisana isključivo za kanadske proizvođače!
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju Canadian Metalworking, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju časopisa Made in Canada i Welding, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.