Svařování nerezové oceli vyžaduje výběr ochranného plynu pro zachování jejího metalurgického složení a souvisejících fyzikálních a mechanických vlastností. Mezi běžné prvky ochranného plynu pro nerezovou ocel patří argon, hélium, kyslík, oxid uhličitý, dusík a vodík (viz obrázek 1). Tyto plyny se kombinují v různých poměrech, aby vyhovovaly potřebám různých způsobů podávání, typů drátů, základních slitin, požadovaného profilu housenky a rychlosti svařování.
Vzhledem ke špatné tepelné vodivosti nerezové oceli a relativně „studené“ povaze svařování kovem s přenosovým plynem (GMAW) vyžaduje tento proces „trojsměs“ plynu sestávající z 85 % až 90 % hélia (He), až 10 % argonu (Ar) a 2 % až 5 % oxidu uhličitého (CO2). Běžná trojsměs obsahuje 90 % He, 7,5 % Ar a 2,5 % CO2. Vysoký ionizační potenciál hélia podporuje vznik oblouku po zkratu; spolu s jeho vysokou tepelnou vodivostí zvyšuje použití He tekutost roztavené lázně. Složka Ar v Trimixu poskytuje obecné stínění svarové lázně, zatímco CO2 působí jako reaktivní složka pro stabilizaci oblouku (viz obrázek 2, jak různé ochranné plyny ovlivňují profil svarové housenky).
Některé ternární směsi mohou jako stabilizátor používat kyslík, zatímco jiné používají směs He/CO2/N2 k dosažení stejného účinku. Někteří distributoři plynu mají vlastní směsi plynů, které poskytují slibované výhody. Prodejci tyto směsi doporučují i ​​pro jiné režimy přenosu se stejným účinkem.
Největší chybou, které se výrobci dopouštějí, je pokus o zkratování nerezové oceli GMAW se stejnou směsí plynů (75 Ar/25 CO2) jako u nízkouhlíkové oceli, obvykle proto, že nechtějí používat další válec. Tato směs obsahuje příliš mnoho uhlíku. Ve skutečnosti by jakýkoli ochranný plyn používaný pro plný drát měl obsahovat maximálně 5 % oxidu uhličitého. Použití většího množství vede k metalurgii, která se již nepovažuje za slitinu třídy L (třída L má obsah uhlíku pod 0,03 %). Nadměrné množství uhlíku v ochranném plynu může tvořit karbidy chromu, které snižují odolnost proti korozi a mechanické vlastnosti. Na povrchu svaru se mohou také objevit saze.
Mimochodem, při výběru kovů pro zkratovací GMAW pro základní slitiny řady 300 (308, 309, 316, 347) by výrobci měli zvolit jakost LSi. Plniva LSi mají nízký obsah uhlíku (0,02 %), a proto se doporučují zejména tam, kde existuje riziko mezikrystalové koroze. Vyšší obsah křemíku zlepšuje vlastnosti svaru, jako je smáčení, a pomáhá zploštit vrchol svaru a podporuje tavení v oblasti paty.
Výrobci by měli být při používání procesů zkratového přenosu opatrní. V důsledku zhasnutí oblouku může dojít k neúplnému tavení, což by proces učinilo pro kritické aplikace podřadným. V situacích s velkým objemem, pokud materiál unese svůj tepelný příkon (≥ 1/16 palce je přibližně nejtenčí materiál svařovaný v režimu pulzního stříkání), bude pulzní stříkání lepší volbou. Tam, kde to tloušťka materiálu a umístění svaru umožňují, je vhodnější stříkání GMAW, protože zajišťuje konzistentnější tavení.
Tyto režimy s vysokým přenosem tepla nevyžadují ochranný plyn He. Pro svařování stříkáním slitin řady 300 se běžně volí 98 % Ar a 2 % reaktivních prvků, jako je CO2 nebo O2. Některé směsi plynů mohou také obsahovat malé množství N2. N2 má vyšší ionizační potenciál a tepelnou vodivost, což podporuje smáčení a umožňuje rychlejší přenos nebo lepší propustnost; také snižuje deformaci.
Pro pulzní nástřikové svařování GMAW může být přijatelnou volbou 100% Ar. Protože pulzní proud stabilizuje oblouk, plyn nemusí vždy vyžadovat aktivní prvky.
U feritických nerezových ocelí a duplexních nerezových ocelí (poměr feritu k austenitu 50/50) je tavná lázeň pomalejší. U těchto slitin podpoří směs plynů, jako je ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2, lepší smáčení a zvýší rychlost svařování (viz obrázek 3). Podobné směsi lze použít ke svařování niklových slitin, ale způsobí tvorbu oxidů niklu na povrchu svaru (např. přidání 2 % CO2 nebo O2 stačí ke zvýšení obsahu oxidů, takže by se jim výrobci měli vyhýbat nebo být připraveni strávit s nimi spoustu času). Abrazivní, protože tyto oxidy jsou tak tvrdé, že je drátěný kartáč obvykle neodstraní).
Výrobci používají plněné nerezové dráty pro svařování mimo pracoviště, protože struskový systém v těchto drátech vytváří „polici“, která podpírá svarovou lázeň při jejím tuhnutí. Protože složení tavidla zmírňuje účinky CO2, je plněný nerezový drát určen pro použití se směsmi plynů 75 % Ar/25 % CO2 a/nebo 100 % CO2. I když plněný drát může být na libru dražší, stojí za zmínku, že vyšší rychlosti svařování ve všech polohách a rychlosti natavení mohou snížit celkové náklady na svařování. Kromě toho plněný drát používá konvenční výstupní konstantní stejnosměrné napětí, díky čemuž je základní svařovací systém levnější a méně složitý než pulzní systémy GMAW.
Pro slitiny řady 300 a 400 zůstává 100% Ar standardní volbou pro svařování wolframovou elektrodou v plynu (GTAW). Během GTAW některých niklových slitin, zejména u mechanizovaných procesů, lze přidat malé množství vodíku (až 5 %) pro zvýšení rychlosti svařování (na rozdíl od uhlíkových ocelí nejsou niklové slitiny náchylné k vodíkovému praskání).
Pro svařování superduplexních a superduplexních nerezových ocelí je dobrou volbou 98 % Ar/2 % N2 a 98 % Ar/3 % N2. Pro zlepšení smáčivosti o přibližně 30 % lze také přidat hélium. Při svařování superduplexních nebo superduplexních nerezových ocelí je cílem vytvořit spoj s vyváženou mikrostrukturou přibližně 50 % feritu a 50 % austenitu. Protože tvorba mikrostruktury závisí na rychlosti ochlazování a protože tavná lázeň TIG se rychle ochlazuje, zůstává při použití 100 % Ar přebytečný ferit. Při použití plynné směsi obsahující N2 se N2 vmíchává do roztavené lázně a podporuje tvorbu austenitu.
Nerezová ocel musí chránit obě strany spoje, aby se vytvořil hotový svar s maximální odolností proti korozi. Pokud se zadní strana neochrání, může to vést k „cukernatění“ neboli rozsáhlé oxidaci, která může vést k selhání pájky.
Těsné tupé spoje s konzistentně vynikajícím uchycením nebo těsným utěsněním v zadní části spoje nemusí vyžadovat podpůrný plyn. Zde je hlavním problémem zabránit nadměrnému zabarvení tepelně ovlivněné zóny v důsledku hromadění oxidů, které pak vyžaduje mechanické odstranění. Technicky vzato, pokud teplota zadní strany přesáhne 500 stupňů Fahrenheita, je nutný ochranný plyn. Konzervativnějším přístupem je však použití 300 stupňů Fahrenheita jako prahové hodnoty. V ideálním případě by podkladová vrstva měla mít obsah O2 nižší než 30 ppm. Výjimkou je případ, kdy bude zadní strana svaru vydlabána, broušena a svařována, aby se dosáhlo plně průvarového svaru.
Dva volitelně dostupné nosné plyny jsou N2 (nejlevnější) a Ar (dražší). Pro malé sestavy nebo pokud jsou zdroje Ar snadno dostupné, může být pohodlnější použít tento plyn a nevyplatí se úspora N2. Pro snížení oxidace lze přidat až 5 % vodíku. K dispozici je řada komerčních možností, ale běžné jsou domácí nosné prvky a čisticí přehrady.
Přídavek 10,5 % nebo více chromu dodává nerezové oceli její nerezové vlastnosti. Udržení těchto vlastností vyžaduje dobrou techniku ​​při výběru správného ochranného plynu pro svařování a ochraně zadní strany spoje. Nerezová ocel je drahá a existují dobré důvody pro její použití. Nemá smysl se snažit šetřit, pokud jde o ochranný plyn nebo výběr přídavných materiálů. Proto je vždy rozumné spolupracovat se zkušeným distributorem plynů a specialistou na přídavné materiály při výběru plynu a přídavného materiálu pro svařování nerezové oceli.
Zůstaňte v obraze s nejnovějšími zprávami, událostmi a technologiemi ze všech kovů z našich dvou měsíčních newsletterů, které jsou psány exkluzivně pro kanadské výrobce!
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání časopisu Canadian Metalworking máte snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.
Nyní s plným přístupem k digitálnímu vydání časopisů Made in Canada a Welding máte snadný přístup k cenným průmyslovým zdrojům.