Sudarea oțelului inoxidabil necesită selectarea gazului de protecție pentru a-i menține compoziția metalurgică și proprietățile fizice și mecanice asociate. Elementele comune ale gazului de protecție pentru oțelul inoxidabil includ argon, heliu, oxigen, dioxid de carbon, azot și hidrogen (vezi Figura 1). Aceste gaze sunt combinate în diferite proporții pentru a se potrivi nevoilor diferitelor moduri de livrare, tipuri de sârmă, aliaje de bază, profilul dorit al cordonului de sudură și viteza de deplasare.
Datorită conductivității termice slabe a oțelului inoxidabil și naturii relativ „reci” a sudării cu arc metalic cu gaz de transfer în scurtcircuit (GMAW), procesul necesită un gaz „tri-mix” format din 85% până la 90% heliu (He), până la 10% argon (Ar) și 2% până la 5% dioxid de carbon (CO2). Un amestec tri-mix obișnuit conține 90% He, 7-1/2% Ar și 2-1/2% CO2. Potențialul ridicat de ionizare al heliului promovează formarea arcului după un scurtcircuit; împreună cu conductivitatea sa termică ridicată, utilizarea He crește fluiditatea băii topite. Componenta Ar a Trimix oferă o ecranare generală a băii de sudură, în timp ce CO2 acționează ca o componentă reactivă pentru a stabiliza arcul (vezi Figura 2 pentru modul în care diferite gaze de protecție afectează profilul cordonului de sudură).
Unele amestecuri ternare pot folosi oxigenul ca stabilizator, în timp ce altele folosesc un amestec He/CO2/N2 pentru a obține același efect. Unii distribuitori de gaze au amestecuri de gaze brevetate care oferă beneficiile promise. Dealerii recomandă, de asemenea, aceste amestecuri pentru alte moduri de transmisie cu același efect.
Cea mai mare greșeală pe care o fac producătorii este încercarea de a scurtcircuita oțelul inoxidabil GMAW cu același amestec de gaze (75 Ar/25 CO2) ca și oțelul moale, de obicei pentru că nu vor să gestioneze un cilindru suplimentar. Acest amestec conține prea mult carbon. De fapt, orice gaz de protecție utilizat pentru sârmă solidă ar trebui să conțină maximum 5% dioxid de carbon. Utilizarea unor cantități mai mari are ca rezultat o metalurgie care nu mai este considerată un aliaj de grad L (gradul L are un conținut de carbon sub 0,03%). Excesul de carbon din gazul de protecție poate forma carburi de crom, care reduc rezistența la coroziune și proprietățile mecanice. De asemenea, poate apărea funingine pe suprafața sudurii.
Ca o notă suplimentară, atunci când se selectează metale pentru scurtcircuitarea GMAW pentru aliajele de bază din seria 300 (308, 309, 316, 347), producătorii ar trebui să selecteze gradul LSi. Materialele de umplutură LSi au un conținut scăzut de carbon (0,02%) și, prin urmare, sunt recomandate în special atunci când există riscul de coroziune intergranulară. Conținutul mai mare de siliciu îmbunătățește proprietățile sudurii, cum ar fi umectarea, pentru a ajuta la aplatizarea coroanei sudurii și a promova fuziunea la vârf.
Producătorii ar trebui să fie precauți atunci când utilizează procese de transfer prin scurtcircuit. Fuziunea incompletă poate rezulta din cauza stingerii arcului, ceea ce face ca procesul să fie sub medie pentru aplicațiile critice. În situații de volum mare, dacă materialul își poate suporta aportul de căldură (≥ 1/16 inch este aproximativ cel mai subțire material sudat folosind modul de pulverizare prin impulsuri), un transfer prin pulverizare prin impulsuri va fi o alegere mai bună. Acolo unde grosimea materialului și locația sudurii o permit, se preferă transferul prin pulverizare GMAW, deoarece oferă o fuziune mai consistentă.
Aceste moduri de transfer termic ridicat nu necesită gaz protector He. Pentru sudarea prin transfer prin pulverizare a aliajelor din seria 300, o alegere obișnuită este 98% Ar și 2% elemente reactive, cum ar fi CO2 sau O2. Unele amestecuri de gaze pot conține, de asemenea, cantități mici de N2. N2 are un potențial de ionizare și o conductivitate termică mai mari, ceea ce promovează umectarea și permite o deplasare mai rapidă sau o permeabilitate îmbunătățită; de asemenea, reduce distorsiunea.
Pentru GMAW cu transfer prin pulverizare pulsată, 100% Ar poate fi o alegere acceptabilă. Deoarece curentul pulsat stabilizează arcul, gazul nu necesită întotdeauna elemente active.
Baia topită este mai lentă pentru oțelurile inoxidabile feritice și oțelurile inoxidabile duplex (raport 50/50 ferită/austenită). Pentru aceste aliaje, un amestec de gaze, cum ar fi ~70% Ar/~30% He/2% CO2, va favoriza o umectare mai bună și va crește viteza de deplasare (vezi Figura 3). Amestecuri similare pot fi utilizate pentru sudarea aliajelor de nichel, dar vor provoca formarea de oxizi de nichel pe suprafața sudurii (de exemplu, adăugarea de 2% CO2 sau O2 este suficientă pentru a crește conținutul de oxid, așa că producătorii ar trebui să le evite sau să fie pregătiți să petreacă mult timp cu ele). Abraziv deoarece acești oxizi sunt atât de duri încât o perie de sârmă de obicei nu îi va îndepărta).
Producătorii utilizează sârmă din oțel inoxidabil cu miez de flux pentru sudarea out-of-situ, deoarece sistemul de zgură din aceste sârme oferă un „raft” care susține baia de sudură pe măsură ce se solidifică. Deoarece compoziția fluxului atenuează efectele CO2, sârma din oțel inoxidabil cu miez de flux este concepută pentru a fi utilizată cu amestecuri de gaze 75% Ar/25% CO2 și/sau 100% CO2. Deși sârma cu miez de flux poate costa mai mult pe kilogram, este demn de remarcat faptul că vitezele de sudare în toate pozițiile și ratele de depunere mai mari pot reduce costurile generale de sudare. În plus, sârma cu miez de flux utilizează o ieșire convențională de tensiune constantă de curent continuu, ceea ce face ca sistemul de sudare de bază să fie mai puțin costisitor și mai puțin complex decât sistemele GMAW pulsate.
Pentru aliajele din seriile 300 și 400, 100% Ar rămâne alegerea standard pentru sudarea cu arc cu tungsten gazos (GTAW). În timpul GTAW a unor aliaje de nichel, în special în cazul proceselor mecanizate, se pot adăuga cantități mici de hidrogen (până la 5%) pentru a crește viteza de deplasare (rețineți că, spre deosebire de oțelurile carbon, aliajele de nichel nu sunt predispuse la fisurare prin hidrogen).
Pentru sudarea oțelurilor inoxidabile superduplex și superduplex, amestecurile 98% Ar/2% N2 și, respectiv, 98% Ar/3% N2 sunt alegeri bune. De asemenea, se poate adăuga heliu pentru a îmbunătăți umectabilitatea cu aproximativ 30%. La sudarea oțelurilor inoxidabile super duplex sau super duplex, obiectivul este de a produce o îmbinare cu o microstructură echilibrată de aproximativ 50% ferită și 50% austenită. Deoarece formarea microstructurii depinde de viteza de răcire și deoarece baia de sudură TIG se răcește rapid, excesul de ferită rămâne atunci când se utilizează 100% Ar. Când se utilizează un amestec de gaze care conține N2, N2 se amestecă în baia topită și promovează formarea austenitei.
Oțelul inoxidabil trebuie să protejeze ambele părți ale îmbinării pentru a produce o sudură finisată cu rezistență maximă la coroziune. Neprotejarea părții posterioare poate duce la „zaharificare” sau oxidare extinsă, care poate duce la defectarea lipiturii.
Fitingurile etanșe, cu o potrivire excelentă constantă sau o fixare strânsă în partea din spate a fitingului, pot să nu necesite gaz de susținere. Aici, principala problemă este de a preveni decolorarea excesivă a zonei afectate termic din cauza acumulării de oxid, care necesită apoi îndepărtare mecanică. Din punct de vedere tehnic, dacă temperatura din spate depășește 500 de grade Fahrenheit, este necesar un gaz de protecție. Cu toate acestea, o abordare mai conservatoare este de a utiliza 300 de grade Fahrenheit ca prag. În mod ideal, suportul ar trebui să fie sub 30 PPM O2. Excepția este dacă spatele sudurii va fi crăițuit, șlefuit și sudat pentru a obține o sudură cu penetrare completă.
Cele două gaze de susținere preferate sunt N2 (cel mai ieftin) și Ar (mai scump). Pentru ansambluri mici sau când sursele de Ar sunt ușor disponibile, poate fi mai convenabil să se utilizeze acest gaz și nu merită economiile de N2. Se poate adăuga până la 5% hidrogen pentru a reduce oxidarea. Sunt disponibile o varietate de opțiuni comerciale, dar suporturile și barajele de purificare artizanale sunt comune.
Adăugarea a 10,5% sau mai mult de crom este ceea ce conferă oțelului inoxidabil proprietățile sale de inoxidabilitate. Menținerea acestor proprietăți necesită o tehnică bună în selectarea gazului de protecție pentru sudură corect și protejarea părții din spate a îmbinării. Oțelul inoxidabil este scump și există motive întemeiate pentru a-l utiliza. Nu are rost să încercați să faceți economii când vine vorba de gazul de protecție sau de alegerea metalelor de adaos pentru acesta. Prin urmare, este întotdeauna logic să lucrați cu un distribuitor de gaze și un specialist în metal de adaos cu experiență atunci când alegeți un gaz și un metal de adaos pentru sudarea oțelului inoxidabil.
Fiți la curent cu cele mai recente știri, evenimente și tehnologii despre toate metalele, accesând cele două buletine informative lunare scrise exclusiv pentru producătorii canadieni!
Acum, cu acces complet la ediția digitală a revistei Canadian Metalworking, acces facil la resurse valoroase din industrie.
Acum, cu acces complet la ediția digitală a revistei Made in Canada și Welding, acces facil la resurse valoroase din industrie.