การเชื่อมเหล็กสเตนเลสต้องเลือกก๊าซป้องกันเพื่อรักษาองค์ประกอบทางโลหะวิทยาและคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่เกี่ยวข้อง ก๊าซป้องกันทั่วไปสำหรับเหล็กสเตนเลส ได้แก่ อาร์กอน ฮีเลียม ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และไฮโดรเจน (ดูรูปที่ 1) ก๊าซเหล่านี้ถูกผสมกันในอัตราส่วนต่างๆ เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของโหมดการส่งมอบ ประเภทลวด โลหะผสมฐาน โปรไฟล์ลูกปัดที่ต้องการ และความเร็วในการเดินทางที่แตกต่างกัน
เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิมมีสภาพนำความร้อนต่ำ และการเชื่อมด้วยอาร์กโลหะด้วยก๊าซถ่ายเทไฟฟ้าลัดวงจร (GMAW) มีลักษณะ "เย็น" ค่อนข้างมาก กระบวนการนี้จึงต้องใช้ก๊าซ "ไตรมิกซ์" ที่ประกอบด้วยฮีเลียม (He) 85% ถึง 90% อาร์กอน (Ar) สูงสุด 10% และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) 2% ถึง 5% ส่วนผสมไตรมิกซ์ทั่วไปประกอบด้วยฮีเลียม 90% อาร์กอน 7-1/2% และ CO2 2-1/2% ศักย์ไอออไนเซชันสูงของฮีเลียมจะส่งเสริมให้เกิดการอาร์กหลังจากไฟฟ้าลัดวงจร เมื่อรวมกับสภาพนำความร้อนสูง การใช้ฮีเลียมจะเพิ่มความลื่นไหลของแอ่งที่หลอมละลายได้ ส่วนประกอบอาร์กอนของ Trimix ช่วยป้องกันแอ่งเชื่อมโดยทั่วไป ในขณะที่ CO2 ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบที่มีปฏิกิริยาเพื่อทำให้อาร์กมีเสถียรภาพ (ดูรูปที่ 2 เพื่อดูว่าก๊าซป้องกันต่างๆ ส่งผลต่อโปรไฟล์ของรอยเชื่อมอย่างไร)
ส่วนผสมสามชนิดอาจใช้ออกซิเจนเป็นสารทำให้คงตัว ในขณะที่บางชนิดใช้ส่วนผสมของฮีเลียม/CO2/N2 เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เช่นเดียวกัน ผู้จัดจำหน่ายก๊าซบางรายมีส่วนผสมก๊าซที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งให้ผลประโยชน์ตามที่สัญญาไว้ ตัวแทนจำหน่ายยังแนะนำส่วนผสมเหล่านี้สำหรับโหมดการส่งสัญญาณอื่นๆ ที่ให้ผลลัพธ์เดียวกันอีกด้วย
ความผิดพลาดใหญ่ที่สุดที่ผู้ผลิตทำคือการพยายามทำให้สแตนเลส GMAW เกิดไฟฟ้าลัดวงจรด้วยส่วนผสมก๊าซเดียวกัน (75 Ar/25 CO2) กับเหล็กอ่อน โดยปกติแล้วเป็นเพราะพวกเขาไม่ต้องการจัดการกระบอกสูบพิเศษ ส่วนผสมนี้มีคาร์บอนมากเกินไป ในความเป็นจริง ก๊าซป้องกันใดๆ ที่ใช้กับลวดแข็งควรมีคาร์บอนไดออกไซด์สูงสุด 5% การใช้ปริมาณมากขึ้นจะส่งผลให้โลหะวิทยาไม่ถือเป็นโลหะผสมเกรด L อีกต่อไป (เกรด L มีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า 0.03%) คาร์บอนที่มากเกินไปในก๊าซป้องกันสามารถสร้างคาร์ไบด์โครเมียม ซึ่งจะลดความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติเชิงกล เขม่ายังสามารถปรากฏบนพื้นผิวเชื่อมได้อีกด้วย
หมายเหตุข้างต้น เมื่อเลือกโลหะสำหรับการลัดวงจร GMAW สำหรับโลหะผสมพื้นฐานซีรีส์ 300 (308, 309, 316, 347) ผู้ผลิตควรเลือกเกรด LSi ฟิลเลอร์ LSi มีปริมาณคาร์บอนต่ำ (0.02%) ดังนั้นจึงแนะนำเป็นพิเศษเมื่อมีความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน ปริมาณซิลิกอนที่สูงขึ้นจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติของรอยเชื่อม เช่น การทำให้เปียก เพื่อช่วยให้ส่วนบนของรอยเชื่อมแบนราบและส่งเสริมการหลอมรวมที่ปลายเชื่อม
ผู้ผลิตควรใช้ความระมัดระวังในการใช้กระบวนการถ่ายโอนไฟฟ้าลัดวงจร การหลอมรวมที่ไม่สมบูรณ์อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากอาร์กดับ ทำให้กระบวนการนี้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่สำคัญ ในสถานการณ์ที่มีปริมาณมาก หากวัสดุสามารถรองรับปริมาณความร้อนได้ (≥ 1/16 นิ้ว เป็นวัสดุที่บางที่สุดโดยประมาณที่เชื่อมโดยใช้โหมดพ่นพัลส์) การถ่ายเทแบบพ่นพัลส์จะเป็นทางเลือกที่ดีกว่า ในกรณีที่ความหนาของวัสดุและตำแหน่งเชื่อมรองรับ การถ่ายเทแบบพ่น GMAW จะเป็นที่ต้องการ เนื่องจากให้การหลอมรวมที่สม่ำเสมอกว่า
โหมดการถ่ายเทความร้อนสูงเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซป้องกันฮีเลียม สำหรับการเชื่อมด้วยการพ่นถ่ายเทโลหะผสมซีรีส์ 300 ทางเลือกทั่วไปคือ Ar 98% และธาตุที่มีปฏิกิริยา 2% เช่น CO2 หรือ O2 ส่วนผสมของก๊าซบางชนิดอาจมี N2 ในปริมาณเล็กน้อยด้วย N2 มีศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนและสภาพนำความร้อนที่สูงกว่า ซึ่งส่งเสริมการเปียกและช่วยให้เดินทางได้เร็วขึ้นหรือมีการซึมผ่านที่ดีขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยลดการบิดเบือนอีกด้วย
สำหรับการถ่ายเทสเปรย์แบบพัลส์ GMAW อาร์กอน 100% อาจเป็นตัวเลือกที่ยอมรับได้ เนื่องจากกระแสพัลส์ช่วยทำให้ส่วนโค้งมีเสถียรภาพ ก๊าซจึงไม่จำเป็นต้องใช้องค์ประกอบที่ทำงานอยู่เสมอไป
แอ่งหลอมเหลวจะช้ากว่าสำหรับสเตนเลสเฟอร์ริติกและสเตนเลสดูเพล็กซ์ (อัตราส่วนเฟอร์ไรต์ต่อออสเทไนต์ 50/50) สำหรับโลหะผสมเหล่านี้ ส่วนผสมของก๊าซ เช่น อาร์กอน 70%/ฮีเลียม 30%/คาร์บอนไดออกไซด์ 2% จะส่งเสริมการเปียกที่ดีขึ้นและเพิ่มความเร็วในการเดินทาง (ดูรูปที่ 3) สามารถใช้ส่วนผสมที่คล้ายคลึงกันในการเชื่อมโลหะผสมนิกเกิลได้ แต่จะทำให้เกิดออกไซด์ของนิกเกิลบนพื้นผิวเชื่อม (เช่น การเติมคาร์บอนไดออกไซด์หรือออกซิเจน 2% ก็เพียงพอที่จะเพิ่มปริมาณออกไซด์ ดังนั้นผู้ผลิตจึงควรหลีกเลี่ยงหรือเตรียมที่จะใช้เวลานานกับออกไซด์เหล่านี้) มีฤทธิ์กัดกร่อนเนื่องจากออกไซด์เหล่านี้แข็งมากจนโดยปกติแล้วแปรงลวดไม่สามารถขจัดออกได้
ผู้ผลิตใช้ลวดเหล็กกล้าไร้สนิมแบบมีแกนฟลักซ์สำหรับการเชื่อมนอกตำแหน่ง เนื่องจากระบบตะกรันในลวดเหล็กกล้าไร้สนิมเหล่านี้มี "ชั้นวาง" ที่รองรับแอ่งเชื่อมขณะที่แข็งตัว เนื่องจากส่วนผสมของฟลักซ์ช่วยลดผลกระทบของ CO2 ลวดเหล็กกล้าไร้สนิมแบบมีแกนฟลักซ์จึงได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้กับก๊าซผสม Ar 75% CO2 25% และ/หรือ CO2 100% แม้ว่าลวดเหล็กกล้าไร้สนิมแบบมีแกนฟลักซ์อาจมีราคาต่อปอนด์ที่สูงกว่า แต่ควรสังเกตว่าความเร็วในการเชื่อมและอัตราการเคลือบที่สูงกว่าในทุกตำแหน่งอาจช่วยลดต้นทุนการเชื่อมโดยรวมได้ นอกจากนี้ ลวดเหล็กกล้าไร้สนิมแบบมีแกนฟลักซ์ยังใช้เอาต์พุต DC แรงดันคงที่แบบเดิม ทำให้ระบบเชื่อมพื้นฐานมีต้นทุนน้อยลงและซับซ้อนน้อยลงเมื่อเทียบกับระบบ GMAW แบบพัลส์
สำหรับโลหะผสมซีรีส์ 300 และ 400 อาร์กอน 100% ยังคงเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการเชื่อมด้วยอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW) ในระหว่างการ GTAW ของโลหะผสมนิกเกิลบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับกระบวนการทางกล อาจมีการเติมไฮโดรเจนจำนวนเล็กน้อย (ไม่เกิน 5%) เพื่อเพิ่มความเร็วในการเดินทาง (โปรดทราบว่าโลหะผสมนิกเกิลไม่เกิดการแตกร้าวเนื่องจากไฮโดรเจนเหมือนกับเหล็กกล้าคาร์บอน)
ในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมแบบซูเปอร์ดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์นั้น Ar 98%/N2 2% และ Ar 98%/N2 3% ถือเป็นตัวเลือกที่ดีตามลำดับ นอกจากนี้ยังสามารถเติมฮีเลียมลงไปเพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปียกได้ประมาณ 30% อีกด้วย เมื่อทำการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมแบบซูเปอร์ดูเพล็กซ์หรือซูเปอร์ดูเพล็กซ์ เป้าหมายคือการผลิตข้อต่อที่มีโครงสร้างจุลภาคที่สมดุลโดยมีเฟอร์ไรต์ประมาณ 50% และออสเทไนต์ 50% เนื่องจากการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคขึ้นอยู่กับอัตราการเย็นตัว และเนื่องจากแอ่งเชื่อม TIG เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว เฟอร์ไรต์ส่วนเกินจึงยังคงอยู่เมื่อใช้ Ar 100% เมื่อใช้ส่วนผสมของก๊าซที่มี N2 N2 จะผสมเข้าไปในแอ่งที่หลอมละลายและส่งเสริมการก่อตัวของออสเทไนต์
สแตนเลสต้องปกป้องทั้งสองด้านของรอยต่อเพื่อให้ได้รอยเชื่อมที่เสร็จสมบูรณ์พร้อมความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงสุด หากไม่สามารถปกป้องด้านหลังได้ อาจส่งผลให้เกิด "การแซคคาริฟิเคชัน" หรือออกซิเดชันในปริมาณมาก ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวในการบัดกรี
ข้อต่อที่แน่นหนาพร้อมความพอดีที่ยอดเยี่ยมอย่างสม่ำเสมอหรือการกักเก็บที่แน่นหนาที่ด้านหลังของข้อต่ออาจไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซรองรับ ในที่นี้ ปัญหาหลักคือการป้องกันไม่ให้เกิดการเปลี่ยนสีมากเกินไปของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเนื่องจากการสะสมของออกไซด์ ซึ่งจะต้องมีการกำจัดทางกล ในทางเทคนิคแล้ว หากอุณหภูมิด้านหลังเกิน 500 องศาฟาเรนไฮต์ จะจำเป็นต้องใช้ก๊าซป้องกัน อย่างไรก็ตาม แนวทางที่อนุรักษ์นิยมมากกว่าคือการใช้ 300 องศาฟาเรนไฮต์เป็นเกณฑ์ ตามหลักการแล้ว การสนับสนุนควรต่ำกว่า 30 PPM O2 ข้อยกเว้นคือหากด้านหลังของรอยเชื่อมจะถูกเจาะ ขัด และเชื่อมเพื่อให้ได้รอยเชื่อมที่มีการเจาะทะลุเต็มที่
ก๊าซสนับสนุนสองชนิดที่เลือกใช้คือ N2 (ราคาถูกที่สุด) และ Ar (แพงกว่า) สำหรับการประกอบชิ้นส่วนขนาดเล็กหรือเมื่อแหล่ง Ar หาได้ง่าย อาจจะสะดวกกว่าในการใช้ก๊าซชนิดนี้และไม่คุ้มกับการประหยัด N2 สามารถเติมไฮโดรเจนได้มากถึง 5% เพื่อลดการเกิดออกซิเดชัน มีตัวเลือกเชิงพาณิชย์ให้เลือกใช้มากมาย แต่ตัวรองรับและเขื่อนฟอกอากาศแบบทำเองเป็นเรื่องปกติ
การเติมโครเมียม 10.5% หรือมากกว่านั้นเป็นสิ่งที่ทำให้สเตนเลสมีคุณสมบัติสเตนเลส การรักษาคุณสมบัติเหล่านี้ต้องอาศัยเทคนิคที่ดีในการเลือกก๊าซป้องกันการเชื่อมที่ถูกต้องและการปกป้องด้านหลังของรอยต่อ สเตนเลสมีราคาแพง และมีเหตุผลที่ดีในการใช้สเตนเลส ไม่มีประโยชน์ในการพยายามตัดมุมเมื่อต้องใช้ก๊าซป้องกันหรือเลือกโลหะเติมสำหรับการเชื่อมสเตนเลส ดังนั้น การทำงานร่วมกับผู้จัดจำหน่ายก๊าซที่มีความรู้และผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะเติมจึงเป็นเรื่องสมเหตุสมผลเสมอเมื่อเลือกก๊าซและโลหะเติมสำหรับการเชื่อมสเตนเลส
ติดตามข่าวสาร กิจกรรม และเทคโนโลยีล่าสุดเกี่ยวกับโลหะทุกชนิดจากจดหมายข่าวรายเดือนสองฉบับของเราที่เขียนขึ้นสำหรับผู้ผลิตในแคนาดาโดยเฉพาะ!
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ Canadian Metalworking ได้เต็มรูปแบบแล้ว เข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย
ขณะนี้สามารถเข้าถึง Made in Canada และ Welding ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ ทำให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีคุณค่าได้อย่างง่ายดาย