Svetsning av rostfritt stål

Svetsning av rostfritt stål kräver extra uppmärksamhet på materialegenskaper, värmekontroll och renhet för att undvika defekter som förvrängning, sprickor och sensibilisering. Under svetsningen når temperaturerna på det rostfria stålet intill svetsen nivåer där mikrostrukturella transformationer sker, och därför är TIG-svetsning den vanligaste tekniken på grund av dess precision och lämplighet för rostfritt ståls egenskaper.

 

Beskrivning

 

Rostfritt stål delas in i olika typer baserat på dess mikrostruktur och sammansättning, vilket påverkar dess mekaniska egenskaper, korrosionsbeständighet och svetsbarhet. Huvudtyperna är austenitiska, ferritiska, martensitiska, duplexa och utfällningshärdande- rostfria stål, och varje typ har specifika svetsöverväganden och lämpliga svetstekniker på grund av skillnader i värmeledningsförmåga, termisk expansion och känslighet för defekter som sprickbildning eller sensibilisering.

 

 

Typer av rostfritt stål och svetstekniker

 

Rostfria stål är järnbaslegeringar- som innehåller 15 % eller mer krom tillsammans med en viss procentandel nickel, vilket kan ge extraordinära korrosionsbeständiga-egenskaper. Kromhalten kan justeras tillsammans med andra legeringselement för att möta specifika slutanvändnings- eller tillverkningskrav, och nedan följer en översikt över de vanligaste typerna av rostfritt stål.

 

• √Austenitiskt rostfritt stål

Högt krom (16-26%) och nickel (6-22%), ofta med molybden (t.ex. 304, 316). Det är omagnetiskt, utmärkt korrosionsbeständighet och god formbarhet, och det är benäget att sensibiliseras (karbidutfällning) om det utsätts för 450-850 grader under längre perioder, vilket leder till intergranulär korrosion. Dessutom har den hög värmeutvidgning och låg värmeledningsförmåga, vilket ökar risken för distorsion. Populär kvalitet är 304, 304L (lågt kol), 316, 316L (lågt kol), 321 (stabiliserat med titan). På grund av deras goda korrosionsbeständiga egenskaper används de i stor utsträckning inom livsmedelsutrustning, kemikalietankar, rörledningar, konstruktion, infrastruktur, telekom och medicinsk industri.

Lämpliga svetstekniker

1. 1. TIG-svetsning (GTAW) rekommenderas starkt för tunna sektioner och kritiska applikationer på grund av exakt värmekontroll, vilket minimerar sensibilisering och distorsion. Använd argon eller argon-heliumskyddsgas.
2. 2. MIG/MAG-svetsning (GMAW) är mer lämplig för tjockare sektioner och snabbare produktion, med hjälp av en tri-blandningsgas (argon, helium, CO2) för att stabilisera ljusbågen och det kan minska stänk.
3. 3. Sticksvetsning (SMAW) används normalt för fältreparationer eller icke-kritiska tillämpningar med elektroder med låg-kolhalt (t.ex. E308L för 304L).

•  
• √Ferritiskt rostfritt stål

Högt krom (10,5-30%), lågt nickel och lågt kol (t.ex. 430), det är magnetiskt, måttligt korrosionsbeständighet och lägre kostnad än austenitiska kvaliteter. Samtidigt är den mindre benägen för sensibilisering men mottaglig för korntillväxt och sprödhet vid höga temperaturer, och den har lägre termisk expansion än austenitiska kvaliteter, vilket minskar risken för distorsion. De vanliga kvaliteterna är 409, 430, 439, och denna typ av ferritisk metall har använts i stor utsträckning för bilavgassystem, köksapparater och industriell utrustning.

Lämpliga svetstekniker:

1. 1. TIG-svetsning (GTAW) är lämplig för tunna sektioner och svetsar av hög-kvalitet, vilket kan ge bra kontroll över värmetillförseln för att förhindra korntillväxt.
2. 2. MIG/MAG-svetsning (GMAW) effektiv för tjockare material och snabbare svetsning. Använd argon-baserad skyddsgas med låg CO2 för att undvika överdriven oxidation.
3. 3. Sticksvetsning (SMAW) acceptabel för icke-kritiska tillämpningar med lämpliga elektroder (t.ex. E430).

 

• √Martensitisk rostfritt stål

Högt krom (11,5-18%), måttligt kol och lågt nickel (t.ex. 410), och det är magnetiskt, hög hållfasthet och hårdhet men lägre korrosionsbeständighet jämfört med andra typer. Därför är den känslig för väte-inducerad sprickbildning och kräver förvärmning och eftersvetsvärmebehandling för att undvika sprödhet. Den har hög värmeledningsförmåga och lägre värmeutvidgning. De vanliga kvaliteterna är 410, 420, 440, och de används ofta för kirurgiska instrument och turbinblad.

Lämpliga svetstekniker:

1. 1. TIG-svetsning (GTAW), lämplig för precision och kontroll över värmetillförsel genom att använda argonskyddsgas.
2. 2. Sticksvetsning (SMAW), används ofta för reparationer eller tjockare sektioner med matchande elektroder (t.ex. E410).
3. 3. MIG/MAG-svetsning (GMAW), mindre vanlig men kan användas för tjockare material med kontrollerade parametrar.

 

• √Duplex rostfritt stål

Balanserad blandning av austenit och ferrit med hög krom (20-30%), molybden och kväve (t.ex. 2205), och den kombinerar hög hållfasthet och utmärkt korrosionsbeständighet, särskilt i kloridmiljöer. Även om den är känslig för sigma-fasbildning (spröd intermetallisk) om den svetsas på felaktigt sätt vid höga temperaturer. Den har måttlig värmeutvidgning och konduktivitet. De vanliga kvaliteterna är 2205, 2507 etc, och de används ofta i olje- och gasledningar, kemisk bearbetning, marina miljöer.

Lämpliga svetstekniker:

1. 1. TIG-svetsning (GTAW), idealisk för hög-kvalitetssvetsar med kontrollerad värmetillförsel för att undvika sigma-fasbildning genom att använda argon eller argon-kväveskyddsgas.
2. 2. MIG/MAG-svetsning (GMAW), lämplig för tjockare sektioner med lämplig skyddsgas (argon-heliumblandning med låg CO2).
3. 3. Sticksvetsning (SMAW) för fältsvetsning med duplex-specifika elektroder (t.ex. E2209).

 

• √Nederbörd-Härdning av rostfritt stål

Innehåller legeringselement som aluminium, koppar eller niob för förstärkning genom värmebehandling (t.ex. 17-4 PH), och den har hög hållfasthet och måttlig korrosionsbeständighet, vilket kräver kontrollerad svetsning för att undvika över-åldring eller förlust av mekaniska egenskaper. De populära kvaliteterna är 17-4 PH, 15-5 PH, och de används ofta för flygkomponenter, kärnreaktorer, höghållfasta fästelement.

Lämpliga svetstekniker:

1. 1. TIG-svetsning (GTAW) för precision och minimal värmetillförsel för att bevara mekaniska egenskaper.
2. 2. MIG/MAG-svetsning (GMAW), lämplig för tjockare sektioner med kontrollerade parametrar.

 

 

Överväganden för svetsning av rostfritt stål

 

Rostfritt stål har hög värmeledningsförmåga och låg värmeutvidgning, vilket leder till en högre risk för distorsion och skevhet under svetsning. Dessutom är den utsatt för sensibilisering (förlust av korrosionsbeständighet) om den utsätts för höga temperaturer för länge, särskilt i austenitiska kvaliteter som 304 och 316. För att undvika dessa svetsdefekter behöver svetsaren inte överväga följande aspekter:

 

• √För-rengöring

Rengör svetsfogen från föroreningar som färg, olja, fett, primers, skärmassa och andra kolväten. Sådana föroreningar kan införa kol i svetsen, försämra korrosionsbeständigheten och försvaga fogen. Mycket viktigt notering är att svetsaren behöver använda en dedikerad rostfri stålborste för att rengöra fogen, och se till att inte använda borste, som tidigare använts på kolstål eftersom detta kan förorena arbetsstycket av rostfritt stål.

• √Val av fyllmedel

Att välja lämpligt tillsatsmaterial beroende på arbetets omfattning, och det ska matcha kvaliteten på det rostfria stålet och uppnå nästan samma egenskaper.

• √Design av svetsfog

Svetsfogens design kompletterar svetsstrukturen, svetstekniken och materialet, och det är en av huvudfaktorerna som kommer att avgöra svetsarnas styrka och kvalitet. Därför är det viktigt att förstå de krafter som appliceras på svetsarna, och att integrera detta i fogdesignen kommer att förhindra strukturella fel.

• √Betygsurval

Grade Selection, olika kvaliteter (t.ex. austenitisk, ferritisk, martensitisk, duplex) beter sig olika, låga-kolhalter (t.ex. 304L, 316L) kan minimera risken för karbidutfällning och intergranulär korrosion.

• √Värmeinmatningskontroll

Heat Input Control, överdriven värme kan orsaka korntillväxt, distorsion och förlust av korrosionsbeständighet, och det är klokt att använda låg värmetillförsel och undvika långvarig exponering för höga temperaturer. I allmänhet bör svetsströmmen vara cirka 20 % mindre än för kolstål för att förhindra korrosion.

• √Skyddsgas

Skyddsgas, valet av skyddsgas i processer som MIG- och TIG-svetsning är avgörande för att skydda svetsbadet från kontaminering. Rätt skyddsgassammansättning minskar risken för svetsfel och förbättrar svetsens totala resultat.

 

Därför måste en erfaren svetsare ta hänsyn till en omfattande parameter för att göra bra svetsning, inklusive rostfritt stål, svetsteknik, värmetillförsel, skyddsgas, strömförsörjning, brännarvinkel, färdhastighet och avsättningshastighet. Endast genom att effektivt använda dessa svetsparametrar kan svetsaren uppnå svetsarna med hög och jämn kvalitet.

 

Defekter och förebyggande åtgärder

 

De vanligaste svetsdefekterna i rostfritt stål inkluderar sprickor, porositet, slagginneslutningar, bristande smältning, ofullständig penetrering, underskärningar, stänk och förvrängning, tillsammans med föroreningar från järnpartiklar, värmetoner och svetsnedbrytning. Dessa defekter minskar svetsens mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet och kan bero på felaktig rengöring, felaktiga elektrod-/gasinställningar, överdriven värmetillförsel eller låg värmeledningsförmåga.

 

• √Förhalning

Rostfritt stål har låg värmeledningsförmåga och hög värmeutvidgning, vilket gör det känsligt för skevhet. Överdriven värmetillförsel under svetsning eller en snabb förändring av temperaturen sätter metallen under stress, vilket resulterar i förvrängning när den kyls ner. Den vanligaste lösningen är att minska värmetillförseln samtidigt som man undviker dålig svetskvalitet på grund av ofullständig sammansmältning mellan arbetsstyckena, och en annan lösning är att skapa en kylfläns genom att klämma fast koppar eller mässing bakom eller bredvid svetssömmen och absorbera onödig värme.

 

• √Krackning

Sprickbildning kan uppstå under eller efter svetsning och kan påverkas av hög termisk stress eller felaktig kylhastighet.

Det finns två huvudtyper av sprickbildning: varm sprickbildning och kall sprickbildning. Hetsprickbildning sker under stelningen av svetsningsprocessen på grund av för stora mängder föroreningar som svavel eller fosfor i svetsen, vilket kan sänka smältpunkten för vissa områden, vilket orsakar sprickor att bildas när metallen stelnar. Det förekommer ofta i svetszoner med hög-temperatur. Kallsprickor uppstår efter att svetsen har svalnat under en tid, från några timmar till några dagar, och det är ofta orsakat av restspänningar kvar i metallen efter svetsning eller av väte som absorberas i svetsen. För att förhindra sprickbildning är det klokt att använda rätt tillsatsmaterial och kontrollera kylningshastigheten mycket noggrant, samtidigt som förvärmning av basmaterialet kan vara ett bra sätt att minska termisk stress före svetsning.

 

• √Porositet

Det är en defekt där gasfickor fastnar i svetsarna, vilket leder till små hålrum eller hålrum, och det är ofta orsakat av föroreningar som smuts, olja, rost, som kan föra in gaser i svetsning. Dessa gaser fångas sedan i den smälta svetsbassängen och bildar tomrum när metallen svalnar. Användning av felaktig skyddsgas kan också orsaka porositet. Fukt och fukt på basmaterial eller fyllmedel kan förångas under svetsning, vilket skapar gasbubblor i svetsen. Därför är det viktigt att hålla basmaterialet och tillsatsstavarna rena och torra och använda rätt skyddsgas för att upprätthålla ett konsekvent flöde under hela svetsprocessen.

 

• √Dålig Fusion

Dålig sammansmältning inträffar när svetsmetallen inte smälter ihop ordentligt med basmaterialet och det skapar svaga punkter i fogen där de två materialen inte är helt sammanfogade. Detta kan allvarligt minska svetsens totala hållfasthet och ökar risken för brott. Denna defekt orsakas ofta av otillräcklig värme, felaktig svetsvinkel, snabb körhastighet.

 

• √Svetsstänk

De är små droppar av smält metall som trycks ut ur svetsbadet under svetsning, och de försvagar inte riktigt svetsen. Men de påverkar utseendet, vilket kan leda till onödigt efterbehandlingsarbete. Stänken orsakas ofta av höga ströminställningar som kan producera för mycket stänk när den smälta metallen sprutas ut ur svetsbadet. Felaktig båglängd och felaktig skyddsgas kan också orsaka stänk under svetsning av rostfritt stål. Därför är det viktigt att minska stänk, justera de aktuella inställningarna och bibehålla en stabil båge samtidigt som man använder rätt skyddsgas med jämnt flöde genom svetsen.

 

 

Svetsning av rostfritt stål kräver uppmärksamhet på många parametrar som materialegenskaper, skyddsgas, fyllmedel, värmetillförsel och renhet för att undvika defekter som förvrängning, sprickbildning och sensibilisering. Fabmanns erfarna svetsare följer bästa praxis för att ställa in maskinen med rätt spänning, strömstyrka, och de vet hur man svetsar med korrekt körhastighet baserat på tjockleken på det rostfria stålmaterialet och typen av rostfritt stål för att uppnå korrosionsbeständiga svetsar av hög kvalitet.- Fabmann levererar specialbeslag i rostfritt stål av hög kvalitet för solenergiindustrin, maskindelar ochventilationsskyddför husbyggnadssektorn.