La soldadura d'acer inoxidable requereix la selecció d'un gas protector per mantenir la seva composició metal·lúrgica i les propietats físiques i mecàniques associades. Els elements comuns del gas protector per a l'acer inoxidable inclouen argó, heli, oxigen, diòxid de carboni, nitrogen i hidrogen (vegeu la Figura 1). Aquests gasos es combinen en diferents proporcions per adaptar-se a les necessitats de diferents modes de subministrament, tipus de filferro, aliatges base, perfil de cordó desitjat i velocitat de desplaçament.
A causa de la baixa conductivitat tèrmica de l'acer inoxidable i la naturalesa relativament "freda" de la soldadura per arc metàl·lic amb gas de transferència de curtcircuit (GMAW), el procés requereix un gas "tri-mix" que consisteix en un 85% a un 90% d'heli (He), fins a un 10% d'argó (Ar) i un 2% a un 5% de diòxid de carboni (CO2). Una barreja triblend comuna conté un 90% d'He, un 7-1/2% d'Ar i un 2-1/2% de CO2. L'alt potencial d'ionització de l'heli promou la formació d'arcs després d'un curtcircuit; juntament amb la seva alta conductivitat tèrmica, l'ús d'He augmenta la fluïdesa del bany fos. El component Ar del Trimix proporciona un blindatge general del bassal de soldadura, mentre que el CO2 actua com a component reactiu per estabilitzar l'arc (vegeu la Figura 2 per veure com els diferents gasos de blindatge afecten el perfil del cordó de soldadura).
Algunes mescles ternàries poden utilitzar oxigen com a estabilitzador, mentre que d'altres utilitzen una mescla He/CO2/N2 per aconseguir el mateix efecte. Alguns distribuïdors de gas tenen mescles de gas patentades que proporcionen els beneficis promesos. Els distribuïdors també recomanen aquestes mescles per a altres modes de transmissió amb el mateix efecte.
L'error més gran que cometen els fabricants és intentar curtcircuitar l'acer inoxidable GMAW amb la mateixa barreja de gasos (75 Ar/25 CO2) que l'acer suau, generalment perquè no volen gestionar un cilindre addicional. Aquesta barreja conté massa carboni. De fet, qualsevol gas de protecció utilitzat per a filferro sòlid hauria de contenir un màxim de 5% de diòxid de carboni. L'ús de quantitats més grans resulta en una metal·lúrgia que ja no es considera un aliatge de grau L (el grau L té un contingut de carboni inferior al 0,03%). L'excés de carboni en el gas de protecció pot formar carburs de crom, que redueixen la resistència a la corrosió i les propietats mecàniques. També pot aparèixer sutge a la superfície de la soldadura.
Com a nota a part, a l'hora de seleccionar metalls per a curtcircuitar GMAW per als aliatges base de la sèrie 300 (308, 309, 316, 347), els fabricants han de seleccionar el grau LSi. Els farcits LSi tenen un baix contingut de carboni (0,02%) i, per tant, es recomanen especialment quan hi ha risc de corrosió intergranular. Un contingut més alt de silici millora les propietats de la soldadura, com ara la mullada, per ajudar a aplanar la corona de la soldadura i promoure la fusió a la punta.
Els fabricants han de tenir precaució quan utilitzen processos de transferència de curtcircuit. La fusió incompleta pot resultar a causa de l'extinció de l'arc, cosa que fa que el procés sigui inferior a l'esperat per a aplicacions crítiques. En situacions d'alt volum, si el material pot suportar la seva entrada de calor (≥ 1/16 de polzada és aproximadament el material més prim soldat amb el mode de polvorització per pols), una transferència de polvorització per pols serà una millor opció. Quan el gruix del material i la ubicació de la soldadura ho permeten, es prefereix la transferència de polvorització GMAW, ja que proporciona una fusió més consistent.
Aquests modes d'alta transferència de calor no requereixen gas protector He. Per a la soldadura per transferència per polvorització d'aliatges de la sèrie 300, una opció habitual és un 98% d'Ar i un 2% d'elements reactius com ara CO2 o O2. Algunes mescles de gasos també poden contenir petites quantitats de N2. El N2 té un potencial d'ionització i una conductivitat tèrmica més elevats, cosa que afavoreix la humectació i permet un desplaçament més ràpid o una millor permeabilitat; també redueix la distorsió.
Per a la transferència de polvorització pulsada GMAW, el 100% d'Ar pot ser una opció acceptable. Com que el corrent pulsat estabilitza l'arc, el gas no sempre requereix elements actius.
El bany fos és més lent per als acers inoxidables ferrítics i els acers inoxidables dúplex (proporció 50/50 de ferrita i austenita). Per a aquests aliatges, una barreja de gasos com ara ~70% Ar/~30% He/2% CO2 promourà una millor humectació i augmentarà la velocitat de desplaçament (vegeu la Figura 3). Es poden utilitzar mescles similars per soldar aliatges de níquel, però faran que es formin òxids de níquel a la superfície de la soldadura (per exemple, afegir un 2% de CO2 o O2 és suficient per augmentar el contingut d'òxid, per la qual cosa els fabricants les haurien d'evitar o estar preparats per dedicar-hi molt de temps). Abrasiu perquè aquests òxids són tan durs que un raspall de filferro normalment no els eliminarà).
Els fabricants utilitzen filferros d'acer inoxidable amb nucli de flux per a la soldadura fora del lloc perquè el sistema d'escòria d'aquests filferros proporciona una "prestació" que suporta el bany de soldadura a mesura que se solidifica. Com que la composició del flux mitiga els efectes del CO2, el filferro d'acer inoxidable amb nucli de flux està dissenyat per al seu ús amb mescles de gasos al 75% d'Ar/25% de CO2 i/o al 100% de CO2. Tot i que el filferro amb nucli de flux pot costar més per lliura, val la pena assenyalar que les velocitats de soldadura en totes les posicions i les taxes de deposició més altes poden reduir els costos generals de soldadura. A més, el filferro amb nucli de flux utilitza una sortida de CC de voltatge constant convencional, cosa que fa que el sistema de soldadura bàsic sigui menys costós i menys complex que els sistemes GMAW pulsats.
Per als aliatges de les sèries 300 i 400, el 100% d'Ar continua sent l'opció estàndard per a la soldadura per arc de tungstè amb gas (GTAW). Durant el GTAW d'alguns aliatges de níquel, especialment amb processos mecanitzats, es poden afegir petites quantitats d'hidrogen (fins a un 5%) per augmentar la velocitat de desplaçament (tingueu en compte que, a diferència dels acers al carboni, els aliatges de níquel no són propensos a l'esquerdament per hidrogen).
Per soldar acers inoxidables superdúplex i superdúplex, 98% Ar/2% N2 i 98% Ar/3% N2 són bones opcions, respectivament. També es pot afegir heli per millorar la humectabilitat en aproximadament un 30%. Quan es solden acers inoxidables superdúplex o superdúplex, l'objectiu és produir una unió amb una microestructura equilibrada d'aproximadament un 50% de ferrita i un 50% d'austenita. Com que la formació de la microestructura depèn de la velocitat de refredament i com que el bany de soldadura TIG es refreda ràpidament, l'excés de ferrita roman quan s'utilitza un 100% d'Ar. Quan s'utilitza una barreja de gasos que conté N2, el N2 s'incorpora al bany fos i promou la formació d'austenita.
L'acer inoxidable ha de protegir els dos costats de la unió per produir una soldadura acabada amb la màxima resistència a la corrosió. Si no es protegeix la part posterior, es pot produir una "sacarificació" o una oxidació extensa que pot provocar una fallada de la soldadura.
Els raccords a topall ajustats amb un ajust excel·lent consistent o una contenció hermètica a la part posterior del raccord poden no requerir gas de suport. Aquí, el problema principal és evitar una decoloració excessiva de la zona afectada per la calor a causa de l'acumulació d'òxid, que després requereix una eliminació mecànica. Tècnicament, si la temperatura de la part posterior supera els 500 graus Fahrenheit, es requereix un gas de protecció. Tanmateix, un enfocament més conservador és utilitzar 300 graus Fahrenheit com a llindar. Idealment, el suport hauria d'estar per sota de 30 PPM O2. L'excepció és si la part posterior de la soldadura es ranurarà, esmolarà i es soldarà per aconseguir una soldadura de penetració completa.
Els dos gasos de suport que s'escollien són N2 (el més barat) i Ar (més car). Per a conjunts petits o quan les fonts d'Ar estan fàcilment disponibles, pot ser més convenient utilitzar aquest gas i no val la pena l'estalvi de N2. Es pot afegir fins a un 5% d'hidrogen per reduir l'oxidació. Hi ha diverses opcions comercials disponibles, però els suports casolans i les preses de purificació són habituals.
L'addició d'un 10,5% o més de crom és el que dóna a l'acer inoxidable les seves propietats inoxidables. Mantenir aquestes propietats requereix una bona tècnica per seleccionar el gas de protecció de soldadura correcte i protegir la part posterior de la unió. L'acer inoxidable és car i hi ha bones raons per utilitzar-lo. No té sentit intentar estalviar diners quan es tracta de gas de protecció o triar metalls d'aportació per a això. Per tant, sempre té sentit treballar amb un distribuïdor de gas i un especialista en metall d'aportació experts a l'hora de triar un gas i un metall d'aportació per soldar acer inoxidable.
Estigueu al dia de les darreres notícies, esdeveniments i tecnologia sobre tots els metalls amb els nostres dos butlletins mensuals escrits exclusivament per a fabricants canadencs!
Ara, amb accés complet a l'edició digital de Canadian Metalworking, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.
Ara, amb accés complet a l'edició digital de Made in Canada i Welding, fàcil accés a recursos valuosos de la indústria.