Stal nierdzewna nie jest trudna w obróbce, ale jej spawanie wymaga starannej dbałości o szczegóły. Nie rozprasza ciepła tak jak stal miękka czy aluminium i może stracić część odporności na korozję, jeśli podda się ją zbyt dużej temperaturze. Najlepsze praktyki pomagają utrzymać jej odporność na korozję. Zdjęcie: Miller Electric
Odporność stali nierdzewnej na korozję sprawia, że ​​jest ona atrakcyjnym wyborem w przypadku wielu zastosowań związanych z rurami o krytycznym znaczeniu, w tym w przemyśle spożywczym i napojowym o wysokiej czystości, farmaceutycznym, w zbiornikach ciśnieniowych i w przemyśle petrochemicznym. Materiał ten nie odprowadza jednak ciepła tak jak stal miękka czy aluminium, a nieprawidłowe spawanie może zmniejszyć jego odporność na korozję. Dwoma przyczynami są: zbyt duża ilość ciepła i użycie niewłaściwego spoiwa.
Stosowanie się do najlepszych praktyk spawania stali nierdzewnej może pomóc w uzyskaniu lepszych wyników i zapewnieniu odporności metalu na korozję. Ponadto udoskonalenie procesu spawania może przynieść korzyści w zakresie wydajności bez uszczerbku dla jakości.
W spawaniu stali nierdzewnej dobór spoiwa ma kluczowe znaczenie dla kontrolowania zawartości węgla. Spoiwa używane do spawania rur ze stali nierdzewnej powinny poprawiać wydajność spoiny i spełniać wymagania danego zastosowania.
Szukaj spoiw oznaczonych literą „L”, takich jak ER308L, ponieważ zapewniają one niższą maksymalną zawartość węgla, co pomaga utrzymać odporność na korozję stopów stali nierdzewnej o niskiej zawartości węgla. Spawanie metalu bazowego o niskiej zawartości węgla ze standardowymi spoiwami zwiększa zawartość węgla w spoinie, co zwiększa ryzyko korozji. Unikaj spoiw oznaczonych literą „H”, ponieważ zapewniają one wyższą zawartość węgla i są przeznaczone do zastosowań wymagających większej wytrzymałości w podwyższonych temperaturach.
Podczas spawania stali nierdzewnej ważny jest także wybór spoiwa z niską zawartością śladowych pierwiastków (znanych również jako zanieczyszczenia). Są to pierwiastki resztkowe w surowcach stosowanych do produkcji spoiw, w tym antymon, arsen, fosfor i siarka. Mogą one znacząco wpływać na odporność materiału na korozję.
Ponieważ stal nierdzewna jest bardzo wrażliwa na dopływ ciepła, przygotowanie połączeń i prawidłowy montaż odgrywają kluczową rolę w kontrolowaniu ciepła i zachowaniu właściwości materiału. Ze względu na przerwy między częściami lub nierówne dopasowanie palnik musi pozostać w jednym miejscu dłużej, a do wypełnienia tych szczelin potrzeba więcej spoiwa. Może to spowodować gromadzenie się ciepła w danym obszarze, co może przegrzać część. Niewłaściwe dopasowanie może również utrudnić wypełnienie szczeliny i uzyskanie niezbędnej penetracji spoiny. Należy zadbać o to, aby części pasowały do ​​stali nierdzewnej tak idealnie, jak to możliwe.
Czystość tego materiału jest również bardzo ważna. Nawet niewielkie ilości zanieczyszczeń lub brudu w spoinach mogą powodować wady, które zmniejszają wytrzymałość i odporność na korozję produktu końcowego. Aby oczyścić podłoże przed spawaniem, należy użyć specjalnej szczotki ze stali nierdzewnej, która nie była używana do stali węglowej lub aluminium.
W przypadku stali nierdzewnej główną przyczyną utraty odporności na korozję jest uczulenie. Może się to zdarzyć, gdy temperatura spawania i szybkość chłodzenia ulegają zbyt dużym wahaniom, zmieniając mikrostrukturę materiału.
Ta spoina zewnętrzna rury ze stali nierdzewnej, spawana metodą GMAW z regulowanym osadzaniem metalu (RMD) bez płukania wstecznego warstwy graniowej, jest podobna pod względem wyglądu i jakości do spoin wykonanych metodą GTAW z płukaniem wstecznym.
Kluczowym elementem zapewniającym odporność stali nierdzewnej na korozję jest tlenek chromu. Jeśli jednak zawartość węgla w spoinie jest zbyt wysoka, tworzy się węglik chromu. Wiąże on chrom i zapobiega tworzeniu się pożądanego tlenku chromu, który nadaje stali nierdzewnej odporność na korozję. Jeśli tlenku chromu jest za mało, materiał nie będzie miał pożądanych właściwości i wystąpi korozja.
Zapobieganie uczuleniu sprowadza się do właściwego doboru spoiwa i kontroli wprowadzanego ciepła. Jak wspomniano wcześniej, do spawania stali nierdzewnej ważne jest wybranie spoiwa o niskiej zawartości węgla. Czasami jednak węgiel jest wymagany, aby zapewnić wytrzymałość w niektórych zastosowaniach. Kontrola ciepła jest szczególnie ważna, gdy nie można zastosować spoiwa o niskiej zawartości węgla.
Zminimalizuj czas, w którym spoina i strefa wpływu ciepła pozostają w podwyższonej temperaturze — zwykle od 500 do 800 stopni Celsjusza (od 950 do 1500 stopni Fahrenheita). Im krócej lutowanie odbywa się w tym zakresie, tym mniej ciepła jest generowane. Zawsze sprawdzaj i obserwuj temperaturę międzywarstwową w procedurze lutowania.
Inną opcją jest wykorzystanie spoiw zawierających składniki stopowe, takie jak tytan i niob, aby zapobiec tworzeniu się węglika chromu. Ponieważ składniki te wpływają również na wytrzymałość i twardość, spoiw tych nie można stosować we wszystkich zastosowaniach.
Spawanie łukiem elektrycznym elektrodą wolframową w osłonie gazu obojętnego (GTAW) jest tradycyjną metodą spawania rur ze stali nierdzewnej. Zazwyczaj wymaga ona płukania wstecznego argonem, aby zapobiec utlenianiu tylnej strony spoiny. Jednak spawanie drutem rur ze stali nierdzewnej staje się coraz powszechniejsze. W tego typu zastosowaniach ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób różne gazy osłonowe wpływają na odporność materiału na korozję.
Podczas spawania stali nierdzewnej metodą spawania łukowego elektrodą metalową w osłonie gazów (GMAW) tradycyjnie stosuje się argon i dwutlenek węgla, mieszankę argonu i tlenu lub mieszankę trzech gazów (hel, argon i dwutlenek węgla). Zazwyczaj mieszanki te zawierają głównie argon lub hel i mniej niż 5% dwutlenku węgla, ponieważ dwutlenek węgla dostarcza węgiel do jeziorka spawalniczego i zwiększa ryzyko uczulenia. Do spawania stali nierdzewnej metodą GMAW nie zaleca się stosowania czystego argonu.
Drut rdzeniowy z topnikiem do spawania stali nierdzewnej jest przeznaczony do pracy z tradycyjną mieszanką składającą się w 75% z argonu i w 25% z dwutlenku węgla. Topnik zawiera składniki zapobiegające zanieczyszczeniu spoiny węglem z gazu osłonowego.
W miarę rozwoju procesów GMAW spawanie rur i przewodów ze stali nierdzewnej stało się prostsze. Podczas gdy w niektórych zastosowaniach nadal wymagane mogą być procesy GTAW, zaawansowane procesy z wykorzystaniem drutu mogą zapewnić podobną jakość i wyższą wydajność w wielu zastosowaniach ze stali nierdzewnej.
Spoiny wewnętrzne stali nierdzewnej wykonane metodą GMAW RMD są podobne pod względem jakości i wyglądu do odpowiadających im spoin zewnętrznych.
Warstwa graniowa wykonana przy użyciu zmodyfikowanego procesu GMAW ze zwarciem, takiego jak Regulated Metal Deposition (RMD) Millera, eliminuje cofanie się cieczy w niektórych zastosowaniach ze stali nierdzewnej austenitycznej. Po warstwie graniowej RMD można zastosować warstwy wypełniające i licowe spawania impulsowego GMAW lub spawania łukiem elektrycznym z rdzeniem topnikowym — zmiana ta pozwala zaoszczędzić czas i pieniądze w porównaniu do stosowania metody GTAW z przepłukiwaniem wstecznym, szczególnie w przypadku większych rur.
RMD wykorzystuje precyzyjnie kontrolowany zwarciowy transfer metalu, aby uzyskać spokojny, stabilny łuk i jeziorko spawalnicze. Dzięki temu zmniejsza się ryzyko wystąpienia zimnych zakładek lub braku połączenia, powstaje mniej odprysków, a warstwa wierzchnia rury jest lepszej jakości. Precyzyjnie kontrolowany transfer metalu zapewnia również równomierne osadzanie kropli i łatwiejszą kontrolę jeziorka spawalniczego, a tym samym dopływu ciepła i prędkości spawania.
Niekonwencjonalne procesy mogą zwiększyć wydajność spawania. Podczas stosowania RMD prędkość spawania może wynosić od 6 do 12 cali/min. Ponieważ proces ten zwiększa wydajność bez dodatkowego nagrzewania części, pomaga zachować właściwości i odporność na korozję stali nierdzewnej. Zmniejszone ciepło wprowadzane w procesie pomaga również kontrolować odkształcenia podłoża.
Ten proces spawania impulsowego GMAW zapewnia krótsze długości łuku, węższe stożki łuku i mniej ciepła wprowadzanego niż konwencjonalne natryskiwanie impulsowe. Ponieważ proces jest zamknięty, dryft łuku i różnice w odległości między końcówką a przedmiotem obrabianym są praktycznie wyeliminowane. Zapewnia to łatwiejszą kontrolę jeziorka spawalniczego podczas spawania na miejscu i poza miejscem. Wreszcie, połączenie spawania impulsowego GMAW dla ściegu wypełniającego i wierzchniego z RMD dla ściegu graniowego umożliwia wykonanie procedury spawania przy użyciu jednego drutu i jednego gazu, co eliminuje czas zmiany procesu.
W 1990 roku czasopismo Tube & Pipe Journal stało się pierwszym magazynem poświęconym branży rur metalowych. Obecnie jest to jedyne czasopismo w Ameryce Północnej poświęcone tej branży i najbardziej wiarygodne źródło informacji dla specjalistów zajmujących się rurami.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The FABRICATOR, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Cyfrowa edycja czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępna, umożliwiając łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Ciesz się pełnym dostępem do cyfrowej wersji czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze osiągnięcia technologiczne, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe dla rynku tłoczenia metali.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The Fabricator w języku hiszpańskim, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.