Paslanmaz çeliğin kaynaklanması, metalurjik bileşimini ve buna bağlı fiziksel ve mekanik özelliklerini korumak için koruyucu gaz seçimini gerektirir. Paslanmaz çelik için yaygın olarak kullanılan koruyucu gaz elementleri arasında argon, helyum, oksijen, karbondioksit, azot ve hidrojen bulunur (Şekil 1'e bakınız). Bu gazlar, farklı kaynak yöntemlerine, tel tiplerine, ana alaşımlara, istenen kaynak profiline ve ilerleme hızına uygun olarak farklı oranlarda birleştirilir.
Paslanmaz çeliğin düşük ısı iletkenliği ve kısa devre transferli gaz metal ark kaynağının (GMAW) nispeten "soğuk" doğası nedeniyle, işlem %85 ila %90 helyum (He), %10'a kadar argon (Ar) ve %2 ila %5 karbondioksit (CO2) içeren bir "üçlü karışım" gazı gerektirir. Yaygın bir üçlü karışım %90 He, %7,5 Ar ve %2,5 CO2 içerir. Helyumun yüksek iyonlaşma potansiyeli, kısa devreden sonra ark oluşumunu destekler; yüksek ısı iletkenliğiyle birlikte He kullanımı, erimiş havuzun akışkanlığını artırır. Trimix'in Ar bileşeni, kaynak havuzunun genel korumasını sağlarken, CO2 arkı stabilize etmek için reaktif bir bileşen görevi görür (farklı koruyucu gazların kaynak dikişi profilini nasıl etkilediği için Şekil 2'ye bakınız).
Bazı üçlü karışımlar stabilizatör olarak oksijen kullanırken, diğerleri aynı etkiyi elde etmek için He/CO2/N2 karışımı kullanır. Bazı gaz dağıtımcıları, vaat edilen faydaları sağlayan özel gaz karışımlarına sahiptir. Bayiler ayrıca bu karışımları aynı etkiye sahip diğer iletim modları için de önermektedir.
Üreticilerin yaptığı en büyük hata, genellikle ekstra bir tüp kullanmak istemedikleri için, GMAW paslanmaz çeliği yumuşak çelikle aynı gaz karışımıyla (75 Ar/25 CO2) kaynaklamaya çalışmaktır. Bu karışım çok fazla karbon içerir. Aslında, katı tel için kullanılan herhangi bir koruyucu gazın maksimum %5 karbondioksit içermesi gerekir. Daha büyük miktarlar kullanmak, artık L sınıfı alaşım olarak kabul edilmeyen bir metalurjiye yol açar (L sınıfı, %0,03'ün altında karbon içeriğine sahiptir). Koruyucu gazdaki aşırı karbon, korozyon direncini ve mekanik özellikleri azaltan krom karbürler oluşturabilir. Ayrıca kaynak yüzeyinde kurum da oluşabilir.
Ek bir not olarak, 300 serisi ana alaşımlar (308, 309, 316, 347) için GMAW kaynağında kullanılacak metaller seçilirken, üreticilerin LSi kalitesini tercih etmeleri önerilir. LSi dolgu telleri düşük karbon içeriğine (%0,02) sahiptir ve bu nedenle özellikle taneler arası korozyon riski olduğunda tavsiye edilir. Daha yüksek silikon içeriği, kaynak yüzeyinin düzleşmesine ve kaynak ucunda kaynaşmanın sağlanmasına yardımcı olmak için ıslatma gibi kaynak özelliklerini iyileştirir.
Üreticiler, kısa devre transfer işlemlerini kullanırken dikkatli olmalıdır. Ark sönmesi nedeniyle eksik kaynaşma meydana gelebilir ve bu da işlemi kritik uygulamalar için yetersiz hale getirir. Yüksek hacimli durumlarda, malzeme ısı girdisini kaldırabiliyorsa (≥ 1/16 inç, darbeli püskürtme modu kullanılarak kaynak yapılan en ince malzemedir), darbeli püskürtme transferi daha iyi bir seçim olacaktır. Malzeme kalınlığı ve kaynak yeri uygunsa, daha tutarlı bir kaynaşma sağladığı için püskürtme transferli GMAW tercih edilir.
Bu yüksek ısı transfer modları, He koruyucu gazı gerektirmez. 300 serisi alaşımların püskürtme transfer kaynağı için yaygın bir seçim, %98 Ar ve %2 CO2 veya O2 gibi reaktif elementlerdir. Bazı gaz karışımları az miktarda N2 de içerebilir. N2, daha yüksek iyonlaşma potansiyeline ve termal iletkenliğe sahiptir, bu da ıslanmayı teşvik eder ve daha hızlı ilerleme veya gelişmiş geçirgenlik sağlar; ayrıca deformasyonu azaltır.
Darbeli püskürtme transferli GMAW için %100 Ar kabul edilebilir bir seçim olabilir. Darbeli akım arkı stabilize ettiği için, gaz her zaman aktif elemanlar gerektirmez.
Ferritik paslanmaz çelikler ve dubleks paslanmaz çelikler (ferrit ve östenit oranı 50/50) için erimiş havuz daha yavaştır. Bu alaşımlar için, ~%70 Ar/~%30 He/%2 CO2 gibi bir gaz karışımı daha iyi ıslanmayı teşvik eder ve ilerleme hızını artırır (Şekil 3'e bakınız). Benzer karışımlar nikel alaşımlarını kaynaklamak için de kullanılabilir, ancak kaynak yüzeyinde nikel oksitlerin oluşmasına neden olur (örneğin, %2 CO2 veya O2 eklemek oksit içeriğini artırmak için yeterlidir, bu nedenle üreticiler bunlardan kaçınmalı veya bunlarla uğraşmak için çok zaman harcamaya hazır olmalıdır). Bu oksitler o kadar serttir ki, tel fırça genellikle bunları çıkaramaz.
Üreticiler, kaynak havuzunun katılaşırken desteklenmesini sağlayan cüruf sistemi nedeniyle, kaynak dışı kaynak için özlü paslanmaz çelik teller kullanırlar. Özlü bileşim CO2'nin etkilerini azalttığı için, özlü paslanmaz çelik tel %75 Ar/%25 CO2 ve/veya %100 CO2 gaz karışımlarıyla kullanım için tasarlanmıştır. Özlü telin kilogram başına maliyeti daha yüksek olsa da, daha yüksek tüm pozisyon kaynak hızları ve biriktirme oranlarının genel kaynak maliyetlerini düşürebileceğini belirtmekte fayda var. Ayrıca, özlü tel geleneksel sabit voltajlı DC çıkışı kullanır, bu da temel kaynak sistemini darbeli GMAW sistemlerine göre daha az maliyetli ve daha az karmaşık hale getirir.
300 ve 400 serisi alaşımlar için, gaz tungsten ark kaynağı (GTAW) için standart tercih %100 Ar'dır. Bazı nikel alaşımlarının GTAW'si sırasında, özellikle mekanize işlemlerde, ilerleme hızını artırmak için az miktarda hidrojen (%5'e kadar) eklenebilir (karbon çeliklerinin aksine, nikel alaşımlarının hidrojen çatlamasına yatkın olmadığını unutmayın).
Süper dubleks ve süper dubleks paslanmaz çeliklerin kaynaklanması için sırasıyla %98 Ar/%2 N2 ve %98 Ar/%3 N2 iyi seçeneklerdir. Islanabilirliği yaklaşık %30 oranında artırmak için helyum da eklenebilir. Süper dubleks veya süper dubleks paslanmaz çeliklerin kaynaklanmasında amaç, yaklaşık %50 ferrit ve %50 östenitten oluşan dengeli bir mikroyapıya sahip bir birleşim elde etmektir. Mikroyapının oluşumu soğutma hızına bağlı olduğundan ve TIG kaynak havuzu hızlı soğuduğundan, %100 Ar kullanıldığında fazla ferrit kalır. N2 içeren bir gaz karışımı kullanıldığında, N2 erimiş havuza karışır ve östenit oluşumunu teşvik eder.
Paslanmaz çelik, maksimum korozyon direncine sahip bir kaynak elde etmek için bağlantı yerinin her iki tarafını da korumalıdır. Arka tarafın korunmaması, lehimin bozulmasına yol açabilecek "şekerleşme" veya aşırı oksidasyona neden olabilir.
Sıkı geçmeli ve sürekli olarak mükemmel uyum sağlayan veya bağlantının arka tarafında sıkı bir muhafaza bulunan bağlantılarda destek gazına gerek olmayabilir. Burada asıl sorun, oksit birikimi nedeniyle ısıdan etkilenen bölgenin aşırı renk değişimini önlemektir; bu durum daha sonra mekanik olarak uzaklaştırılmasını gerektirir. Teknik olarak, arka taraf sıcaklığı 500 derece Fahrenheit'i aşarsa, koruyucu gaz gereklidir. Bununla birlikte, daha muhafazakar bir yaklaşım, eşik olarak 300 derece Fahrenheit kullanmaktır. İdeal olarak, destek 30 PPM O2'nin altında olmalıdır. İstisna, kaynağın arka tarafının oyulup, taşlanıp ve tam penetrasyonlu bir kaynak elde etmek için kaynaklanacağı durumdur.
Tercih edilen iki destekleyici gaz N2 (en ucuz) ve Ar'dır (daha pahalı). Küçük düzenekler için veya Ar kaynakları kolayca bulunabildiğinde, bu gazı kullanmak daha uygun olabilir ve N2'nin sağladığı tasarrufa değmeyebilir. Oksidasyonu azaltmak için %5'e kadar hidrojen eklenebilir. Çeşitli ticari seçenekler mevcuttur, ancak ev yapımı destekler ve arıtma bariyerleri yaygındır.
Paslanmaz çeliğe paslanmazlık özelliğini veren şey, %10,5 veya daha fazla krom ilavesidir. Bu özellikleri korumak, doğru kaynak koruyucu gazını seçme ve kaynak yerinin arka tarafını koruma konusunda iyi bir teknik gerektirir. Paslanmaz çelik pahalıdır ve kullanılmasının geçerli nedenleri vardır. Koruyucu gaz veya dolgu metalleri seçerken tasarruf etmeye çalışmanın bir anlamı yoktur. Bu nedenle, paslanmaz çelik kaynağı için gaz ve dolgu metali seçerken her zaman bilgili bir gaz dağıtımcısı ve dolgu metali uzmanıyla çalışmak mantıklıdır.
Kanadalı üreticiler için özel olarak hazırlanan iki aylık bültenimizle tüm metallerle ilgili en son haberleri, etkinlikleri ve teknolojileri takip edin!
Artık Canadian Metalworking'in dijital baskısına tam erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca ulaşabilirsiniz.
Made in Canada and Welding'in dijital baskısına tam erişim sayesinde, değerli sektör kaynaklarına kolayca ulaşabilirsiniz.