Sveising av rustfritt stål krever valg av beskyttelsesgass for å opprettholde dens metallurgiske sammensetning og tilhørende fysiske og mekaniske egenskaper. Vanlige beskyttelsesgasselementer for rustfritt stål inkluderer argon, helium, oksygen, karbondioksid, nitrogen og hydrogen (se figur 1). Disse gassene kombineres i forskjellige forhold for å passe behovene til forskjellige leveringsmetoder, trådtyper, basislegeringer, ønsket perleprofil og bevegelseshastighet.
På grunn av den dårlige varmeledningsevnen til rustfritt stål og den relativt «kalde» naturen til kortslutningsgass-metallbuesveising (GMAW), krever prosessen en «tri-mix»-gass som består av 85 % til 90 % helium (He), opptil 10 % argon (Ar) og 2 % til 5 % karbondioksid (CO2). En vanlig tri-mix-blanding inneholder 90 % He, 7,5 % Ar og 2,5 % CO2. Det høye ioniseringspotensialet til helium fremmer lysbuedannelse etter en kortslutning; kombinert med den høye varmeledningsevnen øker bruken av He flyteevnen til smeltebadet. Ar-komponenten i Trimix gir generell skjerming av sveisebadet, mens CO2 fungerer som en reaktiv komponent for å stabilisere lysbuen (se figur 2 for hvordan forskjellige skjermingsgasser påvirker sveisestrengprofilen).
Noen ternære blandinger kan bruke oksygen som stabilisator, mens andre bruker en He/CO2/N2-blanding for å oppnå samme effekt. Noen gassdistributører har proprietære gassblandinger som gir de lovede fordelene. Forhandlere anbefaler også disse blandingene for andre transmisjonsmoduser med samme effekt.
Den største feilen produsenter gjør er å prøve å kortslutte GMAW rustfritt stål med samme gassblanding (75 Ar/25 CO2) som bløtt stål, vanligvis fordi de ikke ønsker å håndtere en ekstra sylinder. Denne blandingen inneholder for mye karbon. Faktisk bør all beskyttelsesgass som brukes til massiv tråd inneholde maksimalt 5 % karbondioksid. Bruk av større mengder resulterer i en metallurgi som ikke lenger regnes som en L-kvalitetslegering (L-kvalitet har et karboninnhold under 0,03 %). For mye karbon i beskyttelsesgassen kan danne kromkarbider, som reduserer korrosjonsmotstand og mekaniske egenskaper. Sot kan også oppstå på sveiseoverflaten.
Som en sidemerknad, når produsenter velger metaller for kortslutning av GMAW for 300-seriens basislegeringer (308, 309, 316, 347), bør de velge LSi-kvaliteten. LSi-fyllstoffer har et lavt karboninnhold (0,02 %) og anbefales derfor spesielt når det er risiko for intergranulær korrosjon. Høyere silisiuminnhold forbedrer sveiseegenskapene, som fukting, for å bidra til å flate ut kronen på sveisen og fremme sammensmelting ved tåen.
Produsenter bør utvise forsiktighet når de bruker kortslutningsoverføringsprosesser. Ufullstendig fusjon kan oppstå på grunn av lysbueslukking, noe som gjør prosessen under pari for kritiske applikasjoner. I situasjoner med høyt volum, hvis materialet kan tåle varmetilførselen (≥ 1/16 tomme er omtrent det tynneste materialet som sveises med pulssprøytemodus), vil en pulssprøyteoverføring være et bedre valg. Der materialtykkelse og sveiseplassering støtter det, foretrekkes sprøyteoverføring (GMAW), da det gir en mer konsistent fusjon.
Disse høye varmeoverføringsmodusene krever ikke He-beskyttelsesgass. For sprøytesveising av legeringer i 300-serien er et vanlig valg 98 % Ar og 2 % reaktive elementer som CO2 eller O2. Noen gassblandinger kan også inneholde små mengder N2. N2 har et høyere ioniseringspotensial og varmeledningsevne, noe som fremmer fukting og gir raskere bevegelse eller forbedret permeabilitet; det reduserer også forvrengning.
For pulserende sprøyteoverføring (GMAW) kan 100 % Ar være et akseptabelt valg. Fordi den pulserende strømmen stabiliserer lysbuen, krever ikke gassen alltid aktive elementer.
Smeltebadet er tregere for ferritiske rustfrie stål og duplekse rustfrie stål (50/50 forhold mellom ferritt og austenitt). For disse legeringene vil en gassblanding som ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2 fremme bedre fukting og øke bevegelseshastigheten (se figur 3). Lignende blandinger kan brukes til å sveise nikkellegeringer, men vil føre til at det dannes nikkeloksider på sveiseoverflaten (f.eks. er det nok å tilsette 2 % CO2 eller O2 for å øke oksidinnholdet, så produsenter bør unngå dem eller være forberedt på å bruke mye tid på dem). Slipende fordi disse oksidene er så harde at en stålbørste vanligvis ikke vil fjerne dem).
Produsenter bruker flussfylte rustfrie ståltråder for sveising utenfor stedet fordi slaggsystemet i disse trådene danner en "hylle" som støtter smeltebadet når det størkner. Fordi flussblandingen demper effekten av CO2, er flussfylt rustfri ståltråd designet for bruk med 75 % Ar/25 % CO2 og/eller 100 % CO2 gassblandinger. Selv om flussfylt ståltråd kan koste mer per pund, er det verdt å merke seg at høyere sveisehastigheter og avsetningshastigheter for alle posisjoner kan redusere de totale sveisekostnadene. I tillegg bruker flussfylt ståltråd en konvensjonell konstant spennings-DC-utgang, noe som gjør det grunnleggende sveisesystemet rimeligere og mindre komplekst enn pulserte GMAW-systemer.
For legeringer i 300- og 400-serien er 100 % Ar fortsatt standardvalget for gasswolframbuesveising (GTAW). Under GTAW av noen nikkellegeringer, spesielt med mekaniserte prosesser, kan små mengder hydrogen (opptil 5 %) tilsettes for å øke bevegelseshastigheten (merk at i motsetning til karbonstål er ikke nikkellegeringer utsatt for hydrogensprekker).
For sveising av superdupleks og superdupleks rustfritt stål er henholdsvis 98 % Ar/2 % N2 og 98 % Ar/3 % N2 gode valg. Helium kan også tilsettes for å forbedre fuktbarheten med omtrent 30 %. Ved sveising av superdupleks eller superdupleks rustfritt stål er målet å produsere en skjøt med en balansert mikrostruktur på omtrent 50 % ferritt og 50 % austenitt. Fordi dannelsen av mikrostrukturen avhenger av kjølehastigheten, og fordi TIG-sveisebadet avkjøles raskt, blir overflødig ferritt igjen når 100 % Ar brukes. Når en gassblanding som inneholder N2 brukes, røres N2 inn i smeltebadet og fremmer austenittdannelse.
Rustfritt stål må beskytte begge sider av skjøten for å produsere en ferdig sveis med maksimal korrosjonsbestandighet. Unnlatelse av å beskytte baksiden kan føre til «sakkarifisering», eller omfattende oksidasjon som kan føre til loddefeil.
Tette støtfittinger med gjennomgående utmerket passform eller tett inneslutning på baksiden av fittingen trenger kanskje ikke støttegass. Her er hovedproblemet å forhindre overdreven misfarging av den varmepåvirkede sonen på grunn av oksidoppbygging, som deretter krever mekanisk fjerning. Teknisk sett, hvis baksidetemperaturen overstiger 500 grader Fahrenheit, kreves det en beskyttelsesgass. Imidlertid er en mer konservativ tilnærming å bruke 300 grader Fahrenheit som terskel. Ideelt sett bør baksiden være under 30 PPM O2. Unntaket er hvis baksiden av sveisen skal hulles, slipes og sveises for å oppnå en full penetrasjonssveis.
De to foretrukne støttegassene er N2 (billigst) og Ar (dyrere). For små enheter eller når Ar-kilder er lett tilgjengelige, kan det være mer praktisk å bruke denne gassen og ikke verdt N2-besparelsene. Opptil 5 % hydrogen kan tilsettes for å redusere oksidasjon. En rekke kommersielle alternativer er tilgjengelige, men hjemmelagde støtter og rensedammer er vanlige.
Tilsetningen av 10,5 % eller mer krom er det som gir rustfritt stål dets rustfrie egenskaper. Å opprettholde disse egenskapene krever god teknikk for å velge riktig sveisebeskyttelsesgass og beskytte baksiden av skjøten. Rustfritt stål er dyrt, og det er gode grunner til å bruke det. Det er ingen vits i å prøve å ta snarveier når det gjelder beskyttelsesgass eller valg av tilsettmaterialer for dette. Derfor er det alltid fornuftig å samarbeide med en kunnskapsrik gassdistributør og tilsettmaterialespesialist når du velger en gass og tilsettmateriale for sveising av rustfritt stål.
Hold deg oppdatert på de siste nyhetene, arrangementene og teknologien om alle metaller fra våre to månedlige nyhetsbrev skrevet eksklusivt for kanadiske produsenter!
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av Canadian Metalworking, enkel tilgang til verdifulle bransjeressurser.
Nå med full tilgang til den digitale utgaven av Made in Canada and Welding, enkel tilgang til verdifulle bransjeressurser.