Zavarivanje nehrđajućeg čelika zahtijeva odabir zaštitnog plina kako bi se održao njegov metalurški sastav i povezana fizikalna 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 vodljivosti nehrđajućeg čelika i relativno "hladne" prirode zavarivanja metalom s kratkim spojem i prijenosnim plinom (GMAW), proces zahtijeva "trostruku mješavinu" plina koja se sastoji od 85% do 90% helija (He), do 10% argona (Ar) i 2% do 5% ugljikovog dioksida (CO2). Uobičajena trostruka mješavina sadrži 90% He, 7-1/2% Ar i 2-1/2% CO2. Visoki ionizacijski potencijal helija potiče stvaranje luka nakon kratkog spoja; zajedno s njegovom visokom toplinskom vodljivošću, upotreba He povećava fluidnost rastaljene kupke. Ar komponenta Trimixa pruža opću zaštitu zavarivačke kupke, dok CO2 djeluje kao reaktivna komponenta za stabilizaciju luka (vidi 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 učinka. Neki distributeri plina imaju vlastite mješavine plina koje pružaju obećane prednosti. Trgovci također preporučuju ove mješavine za druge načine prijenosa s istim učinkom.
Najveća greška koju proizvođači čine je pokušaj kratkog spoja nehrđajućeg čelika GMAW istom smjesom plinova (75 Ar/25 CO2) kao i mekog čelika, obično zato što ne žele koristiti dodatni cilindar. Ova smjesa sadrži previše ugljika. Zapravo, svaki zaštitni plin koji se koristi za punu žicu trebao bi sadržavati maksimalno 5% ugljikovog dioksida. Korištenje većih količina rezultira metalurškim proizvodom koji se više ne smatra legurom L-klase (L-klasa ima sadržaj ugljika ispod 0,03%). Prekomjerni ugljik u zaštitnom plinu može stvoriti kromove karbide, koji smanjuju otpornost na koroziju i mehanička svojstva. Čađa se također može pojaviti na površini zavara.
Kao usputna napomena, pri odabiru metala za kratko spajanje GMAW-om za bazne legure serije 300 (308, 309, 316, 347), proizvođači bi trebali odabrati LSi kvalitetu. LSi punila imaju nizak udio ugljika (0,02%) i stoga se posebno preporučuju kada postoji rizik od interkristalne korozije. Veći udio silicija poboljšava svojstva zavara, poput kvašenja, kako bi se izravnala gornja strana zavara i potaknulo taljenje na vrhu.
Proizvođači bi trebali biti oprezni pri korištenju procesa kratkog spoja. Nepotpuno taljenje 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 otprilike najtanji materijal zavaren pulsirajućim raspršivanjem), pulsirajući raspršivač bit će bolji izbor. Tamo gdje debljina materijala i mjesto zavara to podržavaju, poželjniji je raspršivački prijenos GMAW jer osigurava konzistentnije taljenje.
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 smjese plinova mogu sadržavati i male količine N2. N2 ima veći ionizacijski potencijal i toplinsku vodljivost, što potiče vlaženje i omogućuje brže zavarivanje ili poboljšanu propusnost; također smanjuje izobličenje.
Za GMAW zavarivanje pulsirajućim raspršivanjem, 100% Ar može biti prihvatljiv izbor. Budući da pulsirajuća struja stabilizira luk, plin ne zahtijeva uvijek aktivne elemente.
Rastaljena kupka je sporija kod feritnih nehrđajućih čelika i dupleks nehrđajućih čelika (omjer ferita i austenita 50/50). Za ove legure, smjesa plinova kao što je ~70% Ar/~30% He/2% CO2 poticat će bolje vlaženje i povećati brzinu zavarivanja (vidi sliku 3). Slične smjese mogu se koristiti za zavarivanje niklnih legura, ali će uzrokovati stvaranje niklnih oksida na površini zavara (npr. dodavanje 2% CO2 ili O2 dovoljno je za povećanje sadržaja oksida, pa bi ih proizvođači trebali izbjegavati ili biti spremni potrošiti puno vremena na njih). Abrazivno jer su ti oksidi toliko tvrdi da ih žičana četka obično neće ukloniti).
Proizvođači koriste žice od nehrđajućeg čelika s punjenom žicom za zavarivanje izvan mjesta zavarivanja jer sustav troske u tim žicama osigurava "policu" koja podupire zavarivačku kupku dok se skrućuje. Budući da sastav fluksa ublažava učinke CO2, žica od nehrđajućeg čelika s punjenom žicom dizajnirana je za upotrebu sa smjesama plinova 75% Ar/25% CO2 i/ili 100% CO2. Iako žica s punjenom žicom 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 žicom koristi konvencionalni konstantni istosmjerni izlaz, što osnovni sustav zavarivanja čini jeftinijim i manje složenim od pulsirajućih GMAW sustava.
Za legure serije 300 i 400, 100% Ar ostaje standardni izbor za plinsko elektrolučno zavarivanje volframovim elektrodom (GTAW). Tijekom GTAW-a nekih niklnih 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, niklne legure nisu sklone pucanju od 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 superdupleks ili superdupleks 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 rastaljenu kupku i potiče stvaranje austenita.
Nehrđajući čelik mora zaštititi obje strane spoja kako bi se dobio gotov zavar s maksimalnom otpornošću na koroziju. Neuspjeh u zaštiti stražnje strane može rezultirati "saharifikacijom" ili opsežnom oksidacijom koja može dovesti do kvara lema.
Čvrsti spojevi s dosljedno izvrsnim prianjanjem ili čvrstim zatvaranjem na stražnjoj strani spoja možda neće zahtijevati pomoćni plin. Ovdje je glavni problem spriječiti pretjerano mijenjanje boje zone utjecaja topline zbog nakupljanja oksida, što zatim zahtijeva mehaničko uklanjanje. Tehnički, ako temperatura stražnje strane prelazi 500 stupnjeva Fahrenheita, potreban je zaštitni plin. Međutim, konzervativniji pristup je korištenje 300 stupnjeva Fahrenheita kao praga. Idealno, podloga bi trebala biti ispod 30 PPM O2. Iznimka je ako će stražnja strana zavara biti izdubljena, brušena i zavarena kako bi se postigao potpuni zavar.
Dva odabrana pomoćna plina su N2 (najjeftiniji) i Ar (skuplji). Za male sklopove ili kada su izvori Ar lako dostupni, možda je prikladnije koristiti ovaj plin i ne isplati se ušteda 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 tih 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 ​​s iskusnim distributerom plina i stručnjakom za dodatne materijale pri odabiru plina i dodatnog materijala za zavarivanje nehrđajućeg čelika.
Budite u tijeku s najnovijim vijestima, događajima i tehnologijom o svim metalima iz naših dvaju mjesečnih biltena napisanih 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.