Spawanie stali nierdzewnej

Spawanie stali nierdzewnej wymaga szczególnej uwagi na właściwości materiału, kontrolę ciepła i czystość, aby uniknąć defektów, takich jak zniekształcenia, pękanie i uczulenie. Podczas spawania temperatury stali nierdzewnej sąsiadującej ze spoiną osiągają poziomy, przy których zachodzą przemiany mikrostrukturalne, dlatego spawanie TIG jest najpowszechniejszą techniką ze względu na jej precyzję i dopasowanie do właściwości stali nierdzewnej.

 

Opis

 

Stal nierdzewną dzieli się na różne typy w oparciu o jej mikrostrukturę i skład, które wpływają na jej właściwości mechaniczne, odporność na korozję i spawalność. Główne typy to stale nierdzewne austenityczne, ferrytyczne, martenzytyczne, duplex i utwardzane wydzieleniowo-, a przy każdym typie obowiązują specyficzne wymagania dotyczące spawania i odpowiednie techniki spawania ze względu na różnice w przewodności cieplnej, rozszerzalności cieplnej i podatności na defekty, takie jak pękanie lub uczulenie.

 

 

Rodzaje stali nierdzewnej i techniki spawania

 

Stale nierdzewne to stopy na bazie żelaza-zawierające 15% lub więcej chromu wraz z pewną zawartością procentową niklu, które mogą zapewnić wyjątkową-odporność na korozję. Zawartość chromu można dostosować razem z innymi pierwiastkami stopowymi, aby spełnić określone wymagania dotyczące zastosowania końcowego lub produkcji. Poniżej znajduje się przegląd najpopularniejszych rodzajów stali nierdzewnej.

 

• √Austenityczna stal nierdzewna

Wysoka zawartość chromu (16-26%) i niklu (6-22%), często z dodatkiem molibdenu (np. 304, 316). Jest niemagnetyczny, ma doskonałą odporność na korozję i dobrą odkształcalność, a także jest podatny na uczulenie (wytrącanie się węglików), jeśli jest wystawiony na działanie temperatury 450-850 stopni przez dłuższy czas, co prowadzi do korozji międzykrystalicznej. Ponadto ma wysoką rozszerzalność cieplną i niską przewodność cieplną, co zwiększa ryzyko odkształcenia. Popularne gatunki to 304, 304L (niskowęglowy), 316, 316L (niskowęglowy), 321 (stabilizowany tytanem). Ze względu na dobrą odporność na korozję są szeroko stosowane w sprzęcie do przetwarzania żywności, zbiornikach chemicznych, rurociągach, budownictwie, infrastrukturze, telekomunikacji i przemyśle medycznym.

Odpowiednie techniki spawania

1. 1. Spawanie TIG (GTAW) jest wysoce zalecane w przypadku cienkich przekrojów i zastosowań krytycznych ze względu na precyzyjną kontrolę ciepła, minimalizującą uczulenie i odkształcenia. Użyj argonu lub argonu-helu jako gazu osłonowego.
2. 2. Spawanie MIG/MAG (GMAW) jest bardziej odpowiednie w przypadku grubszych przekrojów i szybszej produkcji, ponieważ wykorzystuje-mieszankę gazów (argon, hel, CO2) do stabilizacji łuku i może zmniejszyć odpryski.
3. 3. Spawanie otulone (SMAW) jest zwykle używane do napraw w terenie lub-niekrytycznych zastosowań z użyciem elektrod nisko-węglowych (np. E308L w przypadku 304L).

•  
• √Ferrytyczna stal nierdzewna

Wysoka zawartość chromu (10,5-30%), niska zawartość niklu i niska zawartość węgla (np. 430), jest magnetyczna, umiarkowana odporność na korozję i niższy koszt niż gatunki austenityczne. Tymczasem jest mniej podatny na uczulenie, ale podatny na wzrost ziaren i kruchość w wysokich temperaturach, a także ma mniejszą rozszerzalność cieplną niż gatunki austenityczne, co zmniejsza ryzyko odkształcenia. Typowymi gatunkami są 409, 430, 439, a ten rodzaj metalu ferrytycznego jest szeroko stosowany w samochodowych układach wydechowych, urządzeniach kuchennych i sprzęcie przemysłowym.

Odpowiednie techniki spawania:

1. 1. Spawanie TIG (GTAW) nadaje się do cienkich przekrojów i spoin-o wysokiej jakości, co pozwala zapewnić dobrą kontrolę nad doprowadzanym ciepłem i zapobiegać wzrostowi ziaren.
2. 2. Spawanie MIG/MAG (GMAW) skuteczne w przypadku grubszych materiałów i szybszego spawania. Aby uniknąć nadmiernego utleniania, stosuj gaz osłonowy na bazie argonu-o niskiej zawartości CO2.
3. 3. Spawanie otulone (SMAW) dopuszczalne w-zastosowaniach krytycznych przy użyciu odpowiednich elektrod (np. E430).

 

• √Martenzytyczna stal nierdzewna

Wysoka zawartość chromu (11,5-18%), umiarkowana zawartość węgla i niska zawartość niklu (np. 410), a także właściwości magnetyczne, wysoka wytrzymałość i twardość, ale niższa odporność na korozję w porównaniu do innych typów. Dlatego jest podatny na pękanie-wywołane wodorem i wymaga podgrzewania wstępnego oraz obróbki cieplnej po spawaniu, aby uniknąć kruchości. Ma wysoką przewodność cieplną i mniejszą rozszerzalność cieplną. Typowymi gatunkami są 410, 420, 440 i są one szeroko stosowane w instrumentach chirurgicznych i łopatkach turbin.

Odpowiednie techniki spawania:

1. 1. Spawanie TIG (GTAW), zapewniające precyzję i kontrolę dopływu ciepła przy użyciu gazu osłonowego argonem.
2. 2. Spawanie elektrodami otulonymi (SMAW), szeroko stosowane przy naprawach lub grubszych przekrojach za pomocą pasujących elektrod (np. E410).
3. 3. Spawanie MIG/MAG (GMAW), mniej popularne, ale można je stosować do grubszych materiałów o kontrolowanych parametrach.

 

• √Dwustronna stal nierdzewna

Zrównoważona mieszanka austenitu i ferrytu z dużą zawartością chromu (20-30%), molibdenu i azotu (np. 2205), łączy w sobie wysoką wytrzymałość i doskonałą odporność na korozję, szczególnie w środowiskach chlorkowych. Chociaż jest podatny na tworzenie się fazy sigma (kruchej substancji międzymetalicznej), jeśli jest nieprawidłowo spawany w wysokich temperaturach. Ma umiarkowaną rozszerzalność cieplną i przewodność. Typowymi gatunkami są 2205, 2507 itp. i są one szeroko stosowane w rurociągach naftowych i gazowych, przetwórstwie chemicznym i środowiskach morskich.

Odpowiednie techniki spawania:

1. 1. Spawanie TIG (GTAW), idealne do-spoin o wysokiej jakości z kontrolowanym dopływem ciepła, aby uniknąć tworzenia się fazy sigma przy użyciu argonu lub gazu osłonowego-azonu argonowego.
2. 2. Spawanie MIG/MAG (GMAW), odpowiednie do grubszych odcinków przy użyciu odpowiedniego gazu osłonowego (mieszanka argonu-helu z niską zawartością CO2).
3. 3. Spawanie otulone (SMAW) do spawania w terenie za pomocą elektrod-duplex (np. E2209).

 

• √Opady-Hartowanie stali nierdzewnej

Zawiera pierwiastki stopowe, takie jak aluminium, miedź lub niob, do wzmocnienia poprzez obróbkę cieplną (np. 17-4 PH), ma wysoką wytrzymałość i umiarkowaną odporność na korozję, co wymaga kontrolowanego spawania, aby uniknąć nadmiernego-starzenia lub utraty właściwości mechanicznych. Popularne gatunki to 17-4 PH, 15-5 PH i są one szeroko stosowane w komponentach lotniczych, reaktorach jądrowych i elementach złącznych o wysokiej wytrzymałości.

Odpowiednie techniki spawania:

1. 1. Spawanie TIG (GTAW) zapewniające precyzję i minimalne wprowadzanie ciepła w celu zachowania właściwości mechanicznych.
2. 2. Spawanie MIG/MAG (GMAW), odpowiednie do stosowania w przypadku grubszych profili o kontrolowanych parametrach.

 

 

Uwagi dotyczące spawania stali nierdzewnej

 

Stal nierdzewna ma wysoką przewodność cieplną i niską rozszerzalność cieplną, co prowadzi do większego ryzyka odkształcenia i wypaczenia podczas spawania. Ponadto jest podatny na uczulenie (utratę odporności na korozję), jeśli jest wystawiony na działanie wysokich temperatur przez zbyt długi czas, szczególnie w przypadku gatunków austenitycznych, takich jak 304 i 316. Aby uniknąć tych wad spawalniczych, spawacz musi wziąć pod uwagę następujące aspekty:

 

• √Wstępne-czyszczenie

Oczyść złącze spawane z zanieczyszczeń, takich jak farby, oleje, smary, podkłady, środki tnące i inne węglowodory. Takie zanieczyszczenia mogą wprowadzić węgiel do spoiny, pogorszyć odporność na korozję i osłabić złącze. Bardzo ważną rzeczą jest to, że spawacz musi używać specjalnej szczotki ze stali nierdzewnej do czyszczenia złącza i upewnić się, że nie używa szczotki używanej wcześniej do stali węglowej, ponieważ może to spowodować zanieczyszczenie przedmiotu obrabianego ze stali nierdzewnej.

• √Wybór wypełniacza

Dobór odpowiedniego materiału wypełniającego w zależności od zakresu prac, powinien być dostosowany do gatunku stali nierdzewnej, osiągając niemal takie same właściwości.

• √Projekt złącza spawanego

Projekt złącza spawanego uzupełnia konstrukcję spoiny, technikę spawania i materiał i jest jednym z głównych czynników determinujących wytrzymałość i jakość konstrukcji spawanych. Dlatego niezwykle ważne jest zrozumienie sił działających na spoiny, a uwzględnienie ich w projekcie złącza zapobiegnie uszkodzeniom konstrukcyjnym.

• √Wybór klasy

Wybór gatunku, różne gatunki (np. austenityczny, ferrytyczny, martenzytyczny, duplex) zachowują się odmiennie, gatunki nisko-węglowe (np. 304L, 316L) mogą zminimalizować ryzyko wytrącania się węglików i korozji międzykrystalicznej.

• √Kontrola dopływu ciepła

Kontrola dopływu ciepła, nadmierne ciepło może powodować wzrost ziaren, odkształcenia i utratę odporności na korozję, dlatego mądrze jest stosować niskie dopływ ciepła i unikać długotrwałego narażenia na wysokie temperatury. Ogólnie rzecz biorąc, prąd spawania powinien być o około 20% mniejszy niż w przypadku stali węglowej, aby zapobiec korozji.

• √Gaz osłonowy

Gaz osłonowy. Wybór gazu osłonowego w procesach takich jak spawanie MIG i TIG ma kluczowe znaczenie dla ochrony jeziorka spawalniczego przed zanieczyszczeniem. Właściwy skład gazu osłonowego zmniejszy ryzyko wad spoiny i poprawi ogólny wynik spoiny.

 

Dlatego też, aby wykonać solidne spawanie, doświadczony spawacz musi wziąć pod uwagę kompleksowe parametry, w tym gatunek stali nierdzewnej, technikę spawania, ciepło wprowadzone, gaz osłonowy, zasilanie, kąt palnika, prędkość przesuwu i szybkość stapiania. Tylko efektywnie wykorzystując te parametry spawania, spawacz może uzyskać spoiny o wysokiej i stałej jakości.

 

Wady i zapobieganie

 

Do najczęstszych wad spawalniczych stali nierdzewnej należą pęknięcia, porowatość, wtrącenia żużla, brak wtopienia, niepełna penetracja, podcięcia, odpryski i zniekształcenia, a także zanieczyszczenia cząstkami żelaza, przebarwienia cieplne i zanik spoiny. Wady te zmniejszają właściwości mechaniczne spoiny i odporność na korozję i mogą wynikać z nieprawidłowego czyszczenia, nieprawidłowych ustawień elektrody/gazu, nadmiernego dopływu ciepła lub niskiej przewodności cieplnej.

 

• √Wypaczenie

Stal nierdzewna ma niską przewodność cieplną i dużą rozszerzalność cieplną, przez co jest podatna na wypaczenia. Nadmierne ciepło doprowadzone podczas spawania lub gwałtowne zmiany temperatury powodują naprężenia metalu, co powoduje odkształcenia podczas stygnięcia. Najczęstszym rozwiązaniem jest zmniejszenie dopływu ciepła przy jednoczesnym uniknięciu złej jakości spoiny na skutek niepełnego stopienia pomiędzy elementami obrabianymi, a innym rozwiązaniem jest utworzenie radiatora poprzez zaciśnięcie miedzi lub mosiądzu za lub obok szwu spawalniczego, pochłaniając niepotrzebne ciepło.

 

• √Wyśmienity

Pękanie może wystąpić podczas lub po spawaniu i może mieć na nie wpływ wysokie naprężenia termiczne lub niewłaściwa szybkość chłodzenia.

Istnieją dwa główne rodzaje pękania: pękanie na gorąco i pękanie na zimno. Pękanie na gorąco ma miejsce podczas krzepnięcia procesu spawania z powodu nadmiernej ilości zanieczyszczeń, takich jak siarka lub fosfor w spoinie, które mogą obniżyć temperaturę topnienia w niektórych obszarach, powodując powstawanie pęknięć w miarę krzepnięcia metalu. Często występuje w-strefach spoiny o wysokiej temperaturze. Pękanie na zimno pojawia się po ostygnięciu spoiny przez pewien czas, od kilku godzin do kilku dni, i często jest spowodowane naprężeniami szczątkowymi pozostawionymi w metalu po spawaniu lub wodorem wchłanianym przez spoinę. Aby zapobiec pękaniu, mądrze jest używać odpowiednich materiałów wypełniających i bardzo uważnie kontrolować szybkość chłodzenia. W międzyczasie wstępne podgrzewanie materiału podstawowego może być dobrym sposobem na zmniejszenie naprężeń termicznych przed spawaniem.

 

• √Porowatość

Jest to wada polegająca na tym, że w spoinach gromadzą się pęcherze gazowe, prowadzące do powstania małych pustych przestrzeni lub ubytków. Często jest ona spowodowana zanieczyszczeniami, takimi jak brud, olej, rdza, które mogą wprowadzać gazy do spawania. Gazy te są następnie zatrzymywane w roztopionym jeziorku spawalniczym, tworząc puste przestrzenie podczas stygnięcia metalu. Stosowanie niewłaściwego gazu osłonowego może również powodować porowatość. Wilgoć i wilgoć na materiale podstawowym lub wypełniaczach mogą odparować podczas spawania, tworząc pęcherzyki gazu w spoinie. Dlatego ważne jest, aby materiał podstawowy i pręty dodatkowe były czyste i suche oraz aby stosować odpowiedni gaz osłonowy, aby utrzymać stały przepływ przez cały proces spawania.

 

• √Biedna fuzja

Słabe stopienie ma miejsce, gdy metal spoiny nie łączy się prawidłowo z materiałem podstawowym i tworzy słabe punkty w połączeniu, w których oba materiały nie są w pełni połączone. Może to poważnie zmniejszyć ogólną wytrzymałość spoiny i zwiększyć ryzyko awarii. Wada ta często jest spowodowana niewystarczającą temperaturą, nieprawidłowym kątem spawania, dużą prędkością przesuwu.

 

• √Odpryski spawalnicze

Są to małe kropelki stopionego metalu wypychane z jeziorka spawalniczego podczas spawania i tak naprawdę nie osłabiają spoiny. Jednakże wpływają one na wygląd, co może prowadzić do niepotrzebnych prac po zabiegu. Odpryski są często powodowane przez ustawienia wysokiego prądu, które mogą powodować nadmierne odpryski, gdy stopiony metal jest gwałtownie wyrzucany z jeziorka spawalniczego. Nieprawidłowa długość łuku i niewłaściwy gaz osłonowy mogą również powodować odpryski podczas spawania stali nierdzewnej. Dlatego ważne jest, aby ograniczyć odpryski, dostosować ustawienia prądu i utrzymać stabilny łuk, jednocześnie stosując odpowiedni gaz osłonowy o stałym przepływie przez całą spoinę.

 

 

Spawanie stali nierdzewnej wymaga zwrócenia uwagi na wiele parametrów, takich jak właściwości materiału, gaz osłonowy, wypełniacze, doprowadzone ciepło i czystość, aby uniknąć defektów, takich jak odkształcenia, pękanie i uczulenie. Doświadczeni spawacze firmy Fabmann postępują zgodnie z najlepszymi praktykami, ustawiając w urządzeniu prawidłowe napięcie i natężenie prądu, a także wiedzą, jak spawać z prawidłową prędkością przesuwu w zależności od grubości materiału ze stali nierdzewnej i rodzaju stali nierdzewnej, aby uzyskać spoiny wysokiej jakości-odporne na korozję. Firma Fabmann dostarcza wysokiej jakości niestandardowe wsporniki ze stali nierdzewnej dla przemysłu energii słonecznej, części maszyn iosłony wentylacyjnedla branży budownictwa mieszkaniowego.