Η συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα απαιτεί την επιλογή προστατευτικού αερίου για τη διατήρηση της μεταλλουργικής του σύνθεσης και των σχετικών φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων. Τα συνηθισμένα στοιχεία προστατευτικού αερίου για τον ανοξείδωτο χάλυβα περιλαμβάνουν αργόν, ήλιο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο και υδρογόνο (βλ. Σχήμα 1). Αυτά τα αέρια συνδυάζονται σε διαφορετικές αναλογίες για να ταιριάζουν στις ανάγκες διαφορετικών τρόπων παροχής, τύπων σύρματος, κραμάτων βάσης, επιθυμητού προφίλ σφαιριδίων και ταχύτητας κίνησης.
Λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας του ανοξείδωτου χάλυβα και της σχετικά «ψυχρής» φύσης της συγκόλλησης με τόξο μετάλλου με αέριο μεταφοράς βραχυκυκλώματος (GMAW), η διαδικασία απαιτεί ένα αέριο «τριπλού μείγματος» που αποτελείται από 85% έως 90% ήλιο (He), έως 10% αργό (Ar) και 2% έως 5% διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Ένα κοινό τριπλό μείγμα περιέχει 90% He, 7-1/2% Ar και 2-1/2% CO2. Το υψηλό δυναμικό ιονισμού του ηλίου προάγει το σχηματισμό τόξου μετά από βραχυκύκλωμα. Σε συνδυασμό με την υψηλή θερμική αγωγιμότητά του, η χρήση του He αυξάνει τη ρευστότητα της λιωμένης δεξαμενής. Το συστατικό Ar του Trimix παρέχει γενική θωράκιση της λακκούβας συγκόλλησης, ενώ το CO2 δρα ως αντιδραστικό συστατικό για τη σταθεροποίηση του τόξου (βλ. Σχήμα 2 για το πώς διαφορετικά αέρια θωράκισης επηρεάζουν το προφίλ της χάντρας συγκόλλησης).
Ορισμένα τριαδικά μείγματα μπορεί να χρησιμοποιούν οξυγόνο ως σταθεροποιητή, ενώ άλλα χρησιμοποιούν ένα μείγμα He/CO2/N2 για να επιτύχουν το ίδιο αποτέλεσμα. Ορισμένοι διανομείς αερίου διαθέτουν ιδιόκτητα μείγματα αερίων που παρέχουν τα υποσχόμενα οφέλη. Οι έμποροι συνιστούν επίσης αυτά τα μείγματα για άλλους τρόπους μετάδοσης με το ίδιο αποτέλεσμα.
Το μεγαλύτερο λάθος που κάνουν οι κατασκευαστές είναι η προσπάθεια βραχυκυκλώματος του ανοξείδωτου χάλυβα GMAW με το ίδιο μείγμα αερίων (75 Ar/25 CO2) όπως ο μαλακός χάλυβας, συνήθως επειδή δεν θέλουν να διαχειριστούν έναν επιπλέον κύλινδρο. Αυτό το μείγμα περιέχει υπερβολική ποσότητα άνθρακα. Στην πραγματικότητα, οποιοδήποτε αέριο θωράκισης που χρησιμοποιείται για συμπαγές σύρμα θα πρέπει να περιέχει το πολύ 5% διοξείδιο του άνθρακα. Η χρήση μεγαλύτερων ποσοτήτων έχει ως αποτέλεσμα μια μεταλλουργία που δεν θεωρείται πλέον κράμα κατηγορίας L (η κατηγορία L έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα κάτω από 0,03%). Η υπερβολική περιεκτικότητα σε άνθρακα στο αέριο θωράκισης μπορεί να σχηματίσει καρβίδια χρωμίου, τα οποία μειώνουν την αντοχή στη διάβρωση και τις μηχανικές ιδιότητες. Η αιθάλη μπορεί επίσης να εμφανιστεί στην επιφάνεια συγκόλλησης.
Ως παρένθεση, κατά την επιλογή μετάλλων για βραχυκύκλωμα GMAW για τα βασικά κράματα της σειράς 300 (308, 309, 316, 347), οι κατασκευαστές θα πρέπει να επιλέγουν την ποιότητα LSi. Τα πληρωτικά LSi έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (0,02%) και ως εκ τούτου συνιστώνται ιδιαίτερα όταν υπάρχει κίνδυνος ενδοκρυσταλλικής διάβρωσης. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε πυρίτιο βελτιώνει τις ιδιότητες συγκόλλησης, όπως η διαβροχή, για να βοηθήσει στην ισοπέδωση της κορυφής της συγκόλλησης και να προωθήσει τη σύντηξη στο δάχτυλο.
Οι κατασκευαστές θα πρέπει να είναι προσεκτικοί όταν χρησιμοποιούν διαδικασίες μεταφοράς βραχυκυκλώματος. Μπορεί να προκύψει ατελής σύντηξη λόγω κατάσβεσης με τόξο, καθιστώντας τη διαδικασία κατώτερη των απαιτήσεων για κρίσιμες εφαρμογές. Σε καταστάσεις μεγάλου όγκου, εάν το υλικό μπορεί να υποστηρίξει την εισροή θερμότητας (≥ 1/16 της ίντσας είναι περίπου το λεπτότερο υλικό που συγκολλάται χρησιμοποιώντας τη λειτουργία παλμικού ψεκασμού), η μεταφορά παλμικού ψεκασμού θα είναι μια καλύτερη επιλογή. Όπου το πάχος του υλικού και η θέση συγκόλλησης το υποστηρίζουν, προτιμάται η μεταφορά ψεκασμού GMAW, καθώς παρέχει μια πιο συνεπή σύντηξη.
Αυτές οι λειτουργίες υψηλής μεταφοράς θερμότητας δεν απαιτούν αέριο θωράκισης He. Για τη συγκόλληση με μεταφορά ψεκασμού κραμάτων σειράς 300, μια κοινή επιλογή είναι 98% Ar και 2% αντιδραστικά στοιχεία όπως CO2 ή O2. Ορισμένα μείγματα αερίων μπορεί επίσης να περιέχουν μικρές ποσότητες N2. Το N2 έχει υψηλότερο δυναμικό ιονισμού και θερμική αγωγιμότητα, γεγονός που προάγει την διαβροχή και επιτρέπει ταχύτερη διαδρομή ή βελτιωμένη διαπερατότητα. Επίσης, μειώνει την παραμόρφωση.
Για την GMAW μεταφοράς παλμικού ψεκασμού, το 100% Ar μπορεί να είναι μια αποδεκτή επιλογή. Επειδή το παλμικό ρεύμα σταθεροποιεί το τόξο, το αέριο δεν απαιτεί πάντα ενεργά στοιχεία.
Η λιωμένη δεξαμενή είναι πιο αργή για τους φερριτικούς ανοξείδωτους χάλυβες και τους διπλούς ανοξείδωτους χάλυβες (αναλογία φερρίτη προς ωστενίτη 50/50). Για αυτά τα κράματα, ένα μείγμα αερίων όπως ~70% Ar/~30% He/2% CO2 θα προωθήσει την καλύτερη διαβροχή και θα αυξήσει την ταχύτητα κίνησης (βλ. Σχήμα 3). Παρόμοια μείγματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκόλληση κραμάτων νικελίου, αλλά θα προκαλέσουν σχηματισμό οξειδίων του νικελίου στην επιφάνεια συγκόλλησης (π.χ., η προσθήκη 2% CO2 ή O2 είναι αρκετή για να αυξήσει την περιεκτικότητα σε οξείδια, επομένως οι κατασκευαστές θα πρέπει να τα αποφεύγουν ή να είναι προετοιμασμένοι να αφιερώσουν πολύ χρόνο σε αυτά). Λειαντικό επειδή αυτά τα οξείδια είναι τόσο σκληρά που μια συρμάτινη βούρτσα συνήθως δεν τα αφαιρεί).
Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν σύρματα από ανοξείδωτο χάλυβα με πυρήνα από flux για συγκόλληση εκτός τόπου, επειδή το σύστημα σκωρίας σε αυτά τα σύρματα παρέχει ένα "ράφι" που στηρίζει τη δεξαμενή συγκόλλησης καθώς στερεοποιείται. Επειδή η σύνθεση της ροής μετριάζει τις επιπτώσεις του CO2, το σύρμα από ανοξείδωτο χάλυβα με πυρήνα από flux έχει σχεδιαστεί για χρήση με μείγματα αερίων 75% Ar/25% CO2 ή/και 100% CO2. Ενώ το σύρμα με πυρήνα από flux μπορεί να κοστίζει περισσότερο ανά λίβρα, αξίζει να σημειωθεί ότι οι υψηλότερες ταχύτητες συγκόλλησης σε όλες τις θέσεις και οι ρυθμοί εναπόθεσης μπορούν να μειώσουν το συνολικό κόστος συγκόλλησης. Επιπλέον, το σύρμα με πυρήνα από flux χρησιμοποιεί μια συμβατική έξοδο συνεχούς ρεύματος σταθερής τάσης, καθιστώντας το βασικό σύστημα συγκόλλησης λιγότερο δαπανηρό και λιγότερο περίπλοκο από τα παλμικά συστήματα GMAW.
Για τα κράματα των σειρών 300 και 400, το 100% Ar παραμένει η τυπική επιλογή για τη συγκόλληση με τόξο αερίου βολφραμίου (GTAW). Κατά τη διάρκεια της GTAW ορισμένων κραμάτων νικελίου, ειδικά με μηχανοποιημένες διεργασίες, μπορούν να προστεθούν μικρές ποσότητες υδρογόνου (έως 5%) για την αύξηση της ταχύτητας κίνησης (σημειώστε ότι, σε αντίθεση με τους χάλυβες άνθρακα, τα κράματα νικελίου δεν είναι επιρρεπή σε ρωγμές υδρογόνου).
Για τη συγκόλληση ανοξείδωτων χαλύβων superduplex και superduplex, οι καλές επιλογές είναι 98% Ar/2% N2 και 98% Ar/3% N2, αντίστοιχα. Μπορεί επίσης να προστεθεί ήλιο για να βελτιωθεί η διαβρεξιμότητα κατά περίπου 30%. Κατά τη συγκόλληση ανοξείδωτων χαλύβων super duplex ή super duplex, ο στόχος είναι να δημιουργηθεί μια σύνδεση με ισορροπημένη μικροδομή περίπου 50% φερρίτη και 50% ωστενίτη. Επειδή ο σχηματισμός της μικροδομής εξαρτάται από τον ρυθμό ψύξης και επειδή η δεξαμενή συγκόλλησης TIG ψύχεται γρήγορα, παραμένει περίσσεια φερρίτη όταν χρησιμοποιείται 100% Ar. Όταν χρησιμοποιείται ένα μείγμα αερίου που περιέχει N2, το N2 αναμειγνύεται στη δεξαμενή τηγμένου υλικού και προάγει τον σχηματισμό ωστενίτη.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας πρέπει να προστατεύει και τις δύο πλευρές της σύνδεσης για να παράγει μια τελική συγκόλληση με μέγιστη αντοχή στη διάβρωση. Η μη προστασία της πίσω πλευράς μπορεί να οδηγήσει σε «σακχαροποίηση» ή εκτεταμένη οξείδωση που μπορεί να οδηγήσει σε αστοχία της συγκόλλησης.
Τα σφιχτά εξαρτήματα με σταθερά άριστη εφαρμογή ή σφιχτή συγκράτηση στο πίσω μέρος του εξαρτήματος ενδέχεται να μην απαιτούν αέριο υποστήριξης. Εδώ, το κύριο ζήτημα είναι να αποφευχθεί η υπερβολική αλλοίωση του χρώματος της ζώνης που επηρεάζεται από τη θερμότητα λόγω συσσώρευσης οξειδίων, η οποία στη συνέχεια απαιτεί μηχανική αφαίρεση. Τεχνικά, εάν η θερμοκρασία του πίσω μέρους υπερβαίνει τους 500 βαθμούς Φαρενάιτ, απαιτείται αέριο θωράκισης. Ωστόσο, μια πιο συντηρητική προσέγγιση είναι η χρήση των 300 βαθμών Φαρενάιτ ως κατώφλι. Ιδανικά, το υπόστρωμα πρέπει να είναι κάτω από 30 PPM O2. Η εξαίρεση είναι εάν το πίσω μέρος της συγκόλλησης πρόκειται να τρυπηθεί, να λειανθεί και να συγκολληθεί για να επιτευχθεί μια συγκόλληση πλήρους διείσδυσης.
Τα δύο επιλεγμένα υποστηρικτικά αέρια είναι το N2 (φθηνότερο) και το Ar (ακριβότερο). Για μικρές συναρμολογήσεις ή όταν οι πηγές Ar είναι άμεσα διαθέσιμες, μπορεί να είναι πιο βολικό να χρησιμοποιείται αυτό το αέριο και να μην αξίζει την εξοικονόμηση N2. Μπορεί να προστεθεί έως και 5% υδρογόνο για τη μείωση της οξείδωσης. Διατίθεται μια ποικιλία εμπορικών επιλογών, αλλά τα αυτοσχέδια στηρίγματα και τα φράγματα καθαρισμού είναι συνηθισμένα.
Η προσθήκη 10,5% ή περισσότερο χρωμίου είναι αυτό που δίνει στον ανοξείδωτο χάλυβα τις ανοξείδωτες ιδιότητές του. Η διατήρηση αυτών των ιδιοτήτων απαιτεί καλή τεχνική στην επιλογή του σωστού αερίου θωράκισης συγκόλλησης και στην προστασία του πίσω μέρους της σύνδεσης. Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι ακριβός και υπάρχουν βάσιμοι λόγοι για να τον χρησιμοποιήσετε. Δεν έχει νόημα να προσπαθείτε να κάνετε εκπτώσεις όσον αφορά το αέριο θωράκισης ή την επιλογή μετάλλων πλήρωσης για αυτό. Επομένως, είναι πάντα λογικό να συνεργάζεστε με έναν έμπειρο διανομέα αερίου και ειδικό σε μέταλλα πλήρωσης όταν επιλέγετε ένα αέριο και μέταλλο πλήρωσης για τη συγκόλληση ανοξείδωτου χάλυβα.
Μείνετε ενημερωμένοι για τα τελευταία νέα, εκδηλώσεις και τεχνολογία σε όλα τα μέταλλα από τα δύο μηνιαία ενημερωτικά δελτία μας, που γράφονται αποκλειστικά για Καναδούς κατασκευαστές!
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του Canadian Metalworking, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του Made in Canada και Welding, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.