Kimpalan keluli tahan karat memerlukan pemilihan gas pelindung untuk mengekalkan komposisi metalurgi dan sifat fizikal dan mekanikalnya yang berkaitan. Unsur gas pelindung biasa untuk keluli tahan karat termasuk argon, helium, oksigen, karbon dioksida, nitrogen dan hidrogen (lihat Rajah 1). Gas-gas ini digabungkan dalam nisbah yang berbeza untuk memenuhi keperluan mod penghantaran, jenis dawai, aloi asas, profil manik yang diingini dan kelajuan perjalanan yang berbeza.
Disebabkan kekonduksian terma keluli tahan karat yang lemah dan sifat kimpalan arka logam gas pemindahan litar pintas (GMAW) yang agak "sejuk", proses ini memerlukan gas "tri-campuran" yang terdiri daripada 85% hingga 90% helium (He), sehingga 10% Argon (Ar) dan 2% hingga 5% Karbon Dioksida (CO2). Campuran triblend biasa mengandungi 90% He, 7-1/2% Ar, dan 2-1/2% CO2. Potensi pengionan helium yang tinggi menggalakkan arka selepas litar pintas; digandingkan dengan kekonduksian terma yang tinggi, penggunaan He meningkatkan kebendairan kolam lebur. Komponen Ar Trimix menyediakan perisai umum pada lopak kimpal, manakala CO2 bertindak sebagai komponen reaktif untuk menstabilkan arka (lihat Rajah 2 untuk bagaimana gas perisai yang berbeza mempengaruhi profil manik kimpal).
Sesetengah campuran ternari mungkin menggunakan oksigen sebagai penstabil, manakala yang lain menggunakan campuran He/CO2/N2 untuk mencapai kesan yang sama. Sesetengah pengedar gas mempunyai campuran gas proprietari yang memberikan manfaat yang dijanjikan. Penjual juga mengesyorkan campuran ini untuk mod penghantaran lain dengan kesan yang sama.
Kesilapan terbesar yang dilakukan oleh pengeluar ialah cuba melitar pintas keluli tahan karat GMAW dengan campuran gas yang sama (75 Ar/25 CO2) seperti keluli lembut, biasanya kerana mereka tidak mahu menguruskan silinder tambahan. Campuran ini mengandungi terlalu banyak karbon. Malah, sebarang gas pelindung yang digunakan untuk dawai pepejal harus mengandungi maksimum 5% karbon dioksida. Menggunakan jumlah yang lebih besar menghasilkan metalurgi yang tidak lagi dianggap sebagai aloi gred L (gred L mempunyai kandungan karbon di bawah 0.03%). Karbon berlebihan dalam gas pelindung boleh membentuk kromium karbida, yang mengurangkan rintangan kakisan dan sifat mekanikal. Jelaga juga boleh muncul pada permukaan kimpalan.
Sebagai nota sampingan, apabila memilih logam untuk memendekkan GMAW bagi aloi asas siri 300 (308, 309, 316, 347), pengeluar harus memilih gred LSi. Pengisi LSi mempunyai kandungan karbon yang rendah (0.02%) dan oleh itu amat disyorkan apabila terdapat risiko kakisan antara butiran. Kandungan silikon yang lebih tinggi meningkatkan sifat kimpalan, seperti pembasahan, untuk membantu meratakan mahkota kimpalan dan menggalakkan pelakuran pada hujung kaki.
Pengilang harus berhati-hati semasa menggunakan proses pemindahan litar pintas. Pelakuran yang tidak lengkap boleh berlaku disebabkan oleh pemadaman arka, menjadikan proses tersebut kurang memuaskan untuk aplikasi kritikal. Dalam situasi isipadu tinggi, jika bahan tersebut dapat menyokong input habanya (≥ 1/16 inci adalah bahan paling nipis yang dikimpal menggunakan mod semburan denyut), pemindahan semburan denyut akan menjadi pilihan yang lebih baik. Jika ketebalan bahan dan lokasi kimpalan menyokongnya, pemindahan semburan GMAW lebih diutamakan kerana ia memberikan pelakuran yang lebih konsisten.
Mod pemindahan haba yang tinggi ini tidak memerlukan gas pelindung He. Bagi kimpalan pemindahan semburan aloi siri 300, pilihan biasa ialah 98% Ar dan 2% unsur reaktif seperti CO2 atau O2. Sesetengah campuran gas juga mungkin mengandungi sejumlah kecil N2.N2 mempunyai potensi pengionan dan kekonduksian terma yang lebih tinggi, yang menggalakkan pembasahan dan membolehkan perjalanan yang lebih pantas atau kebolehtelapan yang lebih baik; ia juga mengurangkan herotan.
Untuk pemindahan semburan berdenyut GMAW, 100% Ar mungkin merupakan pilihan yang boleh diterima. Oleh kerana arus berdenyut menstabilkan arka, gas tidak selalunya memerlukan elemen aktif.
Kolam lebur adalah lebih perlahan untuk keluli tahan karat ferit dan keluli tahan karat dupleks (nisbah 50/50 ferit kepada austenit). Bagi aloi ini, campuran gas seperti ~70% Ar/~30% He/2% CO2 akan menggalakkan pembasahan yang lebih baik dan meningkatkan kelajuan perjalanan (lihat Rajah 3). Campuran yang serupa boleh digunakan untuk mengimpal aloi nikel, tetapi akan menyebabkan oksida nikel terbentuk pada permukaan kimpalan (contohnya, menambah 2% CO2 atau O2 sudah cukup untuk meningkatkan kandungan oksida, jadi pengeluar harus mengelakkannya atau bersedia untuk menghabiskan banyak masa untuknya). Melelas kerana oksida ini sangat keras sehingga berus dawai biasanya tidak akan menanggalkannya.
Pengilang menggunakan wayar keluli tahan karat berteras fluks untuk kimpalan luar kerana sistem sanga dalam wayar ini menyediakan "rak" yang menyokong kolam kimpalan semasa ia memejal. Oleh kerana komposisi fluks mengurangkan kesan CO2, wayar keluli tahan karat berteras fluks direka bentuk untuk digunakan dengan campuran gas 75% Ar/25% CO2 dan/atau 100% CO2. Walaupun wayar berteras fluks mungkin lebih mahal setiap paun, perlu diingatkan bahawa kelajuan kimpalan semua kedudukan dan kadar pemendapan yang lebih tinggi boleh mengurangkan kos kimpalan keseluruhan. Di samping itu, wayar berteras fluks menggunakan output DC voltan malar konvensional, menjadikan sistem kimpalan asas lebih murah dan kurang kompleks daripada sistem GMAW berdenyut.
Bagi aloi siri 300 dan 400, 100% Ar kekal sebagai pilihan standard untuk kimpalan arka tungsten gas (GTAW). Semasa GTAW sesetengah aloi nikel, terutamanya dengan proses mekanikal, sejumlah kecil hidrogen (sehingga 5%) boleh ditambah untuk meningkatkan kelajuan perjalanan (perhatikan bahawa tidak seperti keluli karbon, aloi nikel tidak terdedah kepada keretakan hidrogen).
Untuk mengimpal keluli tahan karat superdupleks dan superdupleks, 98% Ar/2% N2 dan 98% Ar/3% N2 masing-masing adalah pilihan yang baik. Helium juga boleh ditambah untuk meningkatkan kebolehbasahan sebanyak kira-kira 30%. Apabila mengimpal keluli tahan karat superdupleks atau superdupleks, matlamatnya adalah untuk menghasilkan sambungan dengan mikrostruktur yang seimbang iaitu kira-kira 50% ferit dan 50% austenit. Oleh kerana pembentukan mikrostruktur bergantung pada kadar penyejukan, dan kerana kolam kimpalan TIG menyejuk dengan cepat, ferit berlebihan kekal apabila 100% Ar digunakan. Apabila campuran gas yang mengandungi N2 digunakan, N2 akan bercampur dengan kolam lebur dan menggalakkan pembentukan austenit.
Keluli tahan karat perlu melindungi kedua-dua belah sambungan untuk menghasilkan kimpalan siap dengan rintangan kakisan maksimum. Kegagalan untuk melindungi bahagian belakang boleh mengakibatkan "sakkarifikasi," atau pengoksidaan meluas yang boleh mengakibatkan kegagalan pateri.
Kelengkapan punggung ketat dengan padanan yang sangat baik secara konsisten atau pembendungan ketat di bahagian belakang kelengkapan mungkin tidak memerlukan gas sokongan. Di sini, isu utama adalah untuk mencegah perubahan warna yang berlebihan pada zon yang terjejas haba disebabkan oleh pembentukan oksida, yang kemudiannya memerlukan penyingkiran mekanikal. Secara teknikalnya, jika suhu bahagian belakang melebihi 500 darjah Fahrenheit, gas pelindung diperlukan. Walau bagaimanapun, pendekatan yang lebih konservatif adalah menggunakan 300 darjah Fahrenheit sebagai ambang. Sebaik-baiknya, bahagian belakang hendaklah di bawah 30 PPM O2. Pengecualian adalah jika bahagian belakang kimpalan akan dicungkil, dikisar dan dikimpal untuk mencapai kimpalan penembusan penuh.
Dua gas sokongan pilihan ialah N2 (paling murah) dan Ar (lebih mahal). Bagi pemasangan kecil atau apabila sumber Ar mudah didapati, mungkin lebih mudah untuk menggunakan gas ini dan tidak berbaloi dengan penjimatan N2. Sehingga 5% hidrogen boleh ditambah untuk mengurangkan pengoksidaan. Pelbagai pilihan komersial boleh didapati, tetapi sokongan buatan sendiri dan empangan penulenan adalah perkara biasa.
Penambahan 10.5% atau lebih kromium inilah yang memberikan sifat tahan karat kepada keluli tahan karat. Mengekalkan sifat-sifat ini memerlukan teknik yang baik dalam memilih gas pelindung kimpalan yang betul dan melindungi bahagian belakang sambungan. Keluli tahan karat adalah mahal, dan terdapat sebab-sebab yang baik untuk menggunakannya. Tidak ada gunanya cuba mengambil jalan pintas apabila melibatkan gas pelindung atau memilih logam pengisi untuk ini. Oleh itu, adalah masuk akal untuk bekerjasama dengan pengedar gas dan pakar logam pengisi yang berpengetahuan apabila memilih gas dan logam pengisi untuk mengimpal keluli tahan karat.
Ikuti perkembangan berita, acara dan teknologi terkini mengenai semua logam daripada dua surat berita bulanan kami yang ditulis khas untuk pengeluar Kanada!
Kini dengan akses penuh kepada edisi digital Canadian Metalworking, akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Kini dengan akses penuh kepada edisi digital Made in Canada and Welding, akses mudah kepada sumber industri yang berharga.