Zváranie nehrdzavejúcej ocele si vyžaduje výber ochranného plynu na zachovanie jej metalurgického zloženia a súvisiacich fyzikálnych a mechanických vlastností. Medzi bežné prvky ochranného plynu pre nehrdzavejúcu oceľ patrí argón, hélium, kyslík, oxid uhličitý, dusík a vodík (pozri obrázok 1). Tieto plyny sa kombinujú v rôznych pomeroch, aby vyhovovali potrebám rôznych spôsobov dodávania, typov drôtov, základných zliatin, požadovaného profilu zvarovej húsenice a rýchlosti zvárania.
Vzhľadom na nízku tepelnú vodivosť nehrdzavejúcej ocele a relatívne „studenú“ povahu zvárania kovom s prenosovým plynom v skratovom plyne (GMAW) vyžaduje proces „trojzmesový“ plyn pozostávajúci z 85 % až 90 % hélia (He), až 10 % argónu (Ar) a 2 % až 5 % oxidu uhličitého (CO2). Bežná trojzmesová zmes obsahuje 90 % He, 7,5 % Ar a 2,5 % CO2. Vysoký ionizačný potenciál hélia podporuje vznik oblúka po skrate; v spojení s jeho vysokou tepelnou vodivosťou zvyšuje použitie He tekutosť roztaveného kúpeľa. Zložka Ar v Trimixe poskytuje všeobecné tienenie zvarového kúpeľa, zatiaľ čo CO2 pôsobí ako reaktívna zložka na stabilizáciu oblúka (pozri obrázok 2, ako rôzne ochranné plyny ovplyvňujú profil zvarovej húsenice).
Niektoré ternárne zmesi môžu ako stabilizátor používať kyslík, zatiaľ čo iné používajú zmes He/CO2/N2 na dosiahnutie rovnakého účinku. Niektorí distribútori plynu majú vlastné zmesi plynov, ktoré poskytujú sľubované výhody. Predajcovia tiež odporúčajú tieto zmesi pre iné režimy prenosu s rovnakým účinkom.
Najväčšou chybou, ktorú výrobcovia robia, je snaha skratovať nehrdzavejúcu oceľ GMAW s rovnakou zmesou plynov (75 Ar/25 CO2) ako mäkkú oceľ, zvyčajne preto, že nechcú používať ďalšiu fľašu. Táto zmes obsahuje príliš veľa uhlíka. V skutočnosti by akýkoľvek ochranný plyn používaný pre plný drôt mal obsahovať maximálne 5 % oxidu uhličitého. Použitie väčšieho množstva vedie k metalurgii, ktorá sa už nepovažuje za zliatinu triedy L (trieda L má obsah uhlíka pod 0,03 %). Nadmerné množstvo uhlíka v ochrannom plyne môže tvoriť karbidy chrómu, ktoré znižujú odolnosť proti korózii a mechanické vlastnosti. Na povrchu zvaru sa môžu objaviť aj sadze.
Mimochodom, pri výbere kovov na skratovanie GMAW pre základné zliatiny série 300 (308, 309, 316, 347) by si výrobcovia mali vybrať triedu LSi. Plnivá LSi majú nízky obsah uhlíka (0,02 %), a preto sa odporúčajú najmä tam, kde existuje riziko medzikryštalickej korózie. Vyšší obsah kremíka zlepšuje vlastnosti zvaru, ako je zmáčanie, pomáha sploštiť vrchol zvaru a podporuje tavbu v oblasti špičky.
Výrobcovia by mali byť opatrní pri používaní procesov prenosu skratom. Neúplné tavenie môže byť spôsobené zhasnutím oblúka, čo robí proces pre kritické aplikácie podpriemerným. Vo veľkých objemoch, ak materiál dokáže uniesť svoj tepelný vstup (≥ 1/16 palca je približne najtenší materiál zváraný pomocou pulzného striekania), bude pulzný striekací prenos lepšou voľbou. Tam, kde to hrúbka materiálu a umiestnenie zvaru umožňujú, sa uprednostňuje striekací prenos GMAW, pretože poskytuje konzistentnejšie tavenie.
Tieto režimy s vysokým prenosom tepla nevyžadujú ochranný plyn He. Pre striekacie zváranie zliatin série 300 sa bežne používa zmes 98 % Ar a 2 % reaktívnych prvkov, ako je CO2 alebo O2. Niektoré zmesi plynov môžu obsahovať aj malé množstvá N2. N2 má vyšší ionizačný potenciál a tepelnú vodivosť, čo podporuje zmáčanie a umožňuje rýchlejší prenos alebo zlepšenú priepustnosť; tiež znižuje deformáciu.
Pre pulzné striekacie zváranie GMAW môže byť prijateľnou voľbou 100 % Ar. Pretože pulzný prúd stabilizuje oblúk, plyn nie vždy vyžaduje aktívne prvky.
Roztavený kúpeľ je pomalší pri feritických nehrdzavejúcich oceliach a duplexných nehrdzavejúcich oceliach (pomer feritu k austenitu 50/50). Pri týchto zliatinách zmes plynov, ako napríklad ~70 % Ar/~30 % He/2 % CO2, podporí lepšie zmáčanie a zvýši rýchlosť posunu (pozri obrázok 3). Podobné zmesi sa môžu použiť na zváranie niklových zliatin, ale spôsobia tvorbu oxidov niklu na zvarovom povrchu (napr. pridanie 2 % CO2 alebo O2 stačí na zvýšenie obsahu oxidov, takže by sa im výrobcovia mali vyhýbať alebo byť pripravení stráviť s nimi veľa času). Abrazívne, pretože tieto oxidy sú také tvrdé, že ich drôtená kefa zvyčajne neodstráni).
Výrobcovia používajú drôty z nehrdzavejúcej ocele s tavidlom na zváranie mimo miesta, pretože troskový systém v týchto drôtoch poskytuje „policu“, ktorá podopiera zvarový kúpeľ počas jeho tuhnutia. Keďže zloženie tavidla zmierňuje účinky CO2, drôt z nehrdzavejúcej ocele s tavidlom je určený na použitie so zmesami plynov 75 % Ar/25 % CO2 a/alebo 100 % CO2. Hoci drôt s tavidlom môže stáť viac na libru, stojí za zmienku, že vyššie rýchlosti zvárania vo všetkých polohách a rýchlosti odtavovania môžu znížiť celkové náklady na zváranie. Okrem toho drôt s tavidlom používa konvenčný výstup konštantného jednosmerného napätia, vďaka čomu je základný zvárací systém menej nákladný a menej zložitý ako pulzné systémy GMAW.
Pre zliatiny série 300 a 400 zostáva 100 % Ar štandardnou voľbou pre zváranie volfrámovým oblúkom v plyne (GTAW). Počas GTAW niektorých niklových zliatin, najmä pri mechanizovaných procesoch, sa môže pridať malé množstvo vodíka (do 5 %) na zvýšenie rýchlosti posuvu (treba poznamenať, že na rozdiel od uhlíkových ocelí nie sú niklové zliatiny náchylné na praskanie spôsobené vodíkom).
Na zváranie superduplexných a superduplexných nehrdzavejúcich ocelí sú dobrou voľbou 98 % Ar/2 % N2 a 98 % Ar/3 % N2. Na zlepšenie zmáčavosti o približne 30 % je možné pridať aj hélium. Pri zváraní superduplexných alebo superduplexných nehrdzavejúcich ocelí je cieľom vytvoriť spoj s vyváženou mikroštruktúrou približne 50 % feritu a 50 % austenitu. Pretože tvorba mikroštruktúry závisí od rýchlosti chladenia a pretože zvarový kúpeľ TIG sa rýchlo chladne, pri použití 100 % Ar zostáva prebytočný ferit. Pri použití plynnej zmesi obsahujúcej N2 sa N2 vmieša do roztaveného kúpeľa a podporuje tvorbu austenitu.
Nerezová oceľ musí chrániť obe strany spoja, aby sa dosiahol hotový zvar s maximálnou odolnosťou proti korózii. Ak sa zadná strana nechráni, môže to viesť k „cukrovaniu“ alebo rozsiahlej oxidácii, ktorá môže viesť k zlyhaniu spájkovania.
Tesné tupé spoje s konzistentne vynikajúcim uchytením alebo tesným utesnením v zadnej časti spoja nemusia vyžadovať podporný plyn. Hlavným problémom je tu zabrániť nadmernému zafarbeniu tepelne ovplyvnenej zóny v dôsledku hromadenia oxidu, ktoré si potom vyžaduje mechanické odstránenie. Technicky vzaté, ak teplota zadnej strany prekročí 500 stupňov Fahrenheita, je potrebný ochranný plyn. Konzervatívnejším prístupom je však použiť 300 stupňov Fahrenheita ako prahovú hodnotu. V ideálnom prípade by podkladová vrstva mala mať obsah O2 nižší ako 30 ppm. Výnimkou je prípad, ak bude zadná strana zvaru vydlabaná, brúsená a zváraná, aby sa dosiahol zvar s plným prevarením.
Dva podporné plyny, ktoré si môžete vybrať, sú N2 (najlacnejší) a Ar (drahší). Pre malé zostavy alebo keď sú zdroje Ar ľahko dostupné, môže byť pohodlnejšie použiť tento plyn a neoplatí sa ušetriť N2. Na zníženie oxidácie je možné pridať až 5 % vodíka. K dispozícii je množstvo komerčných možností, ale bežné sú domáce podpery a čistiace priehrady.
Pridanie 10,5 % alebo viac chrómu dodáva nehrdzavejúcej oceli jej nehrdzavejúce vlastnosti. Udržanie týchto vlastností si vyžaduje dobrú techniku ​​pri výbere správneho ochranného plynu na zváranie a ochranu zadnej strany spoja. Nehrdzavejúca oceľ je drahá a existujú dobré dôvody na jej použitie. Nemá zmysel šetriť na ochrannom plyne alebo pri výbere prídavných materiálov. Preto je vždy rozumné spolupracovať so skúseným distribútorom plynov a špecialistom na prídavné materiály pri výbere plynu a prídavného materiálu na zváranie nehrdzavejúcej ocele.
Zostaňte v obraze s najnovšími správami, udalosťami a technológiami v oblasti všetkých kovov vďaka našim dvom mesačným newsletterom, ktoré sú písané exkluzívne pre kanadských výrobcov!
Teraz s plným prístupom k digitálnemu vydaniu Canadian Metalworking, jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.
Teraz s plným prístupom k digitálnemu vydaniu časopisov Made in Canada a Welding máte jednoduchý prístup k cenným priemyselným zdrojom.