Wraz z szybkim rozwojem technologii przemysłowej stal nierdzewna jest szeroko stosowana jako materiał odporny na korozję, o wysokiej wytrzymałości i estetyczny w różnych zastosowaniach, takich jak budownictwo, motoryzacja, lotnictwo i przetwórstwo spożywcze. Jednakże, ze względu na swoje unikalne właściwości fizyczne i chemiczne, proces spawania stali nierdzewnej napotyka szereg wyzwań. W tym artykule szczegółowo omówimy wyzwania związane ze spawaniem stali nierdzewnej, powszechne metody spawania i najlepsze praktyki, które pomogą specjalistom w branży poprawić jakość i wydajność spawania.

Wyzwania związane ze spawaniem stali nierdzewnej

1. Utlenianie i odbarwienie w wysokiej temperaturze

Stal nierdzewna w procesie spawania w wysokiej temperaturze powierzchnia jest podatna na utlenianie, tworzenie się filmu tlenkowego, czego skutkiem są zmiany koloru w spoinie i strefie wpływu ciepła. Wpływa to nie tylko na estetykę, ale także osłabia odporność materiału na korozję. Aby temu zapobiec, zwykle po spawaniu konieczne jest zastosowanie gazu ochronnego lub trawienie i pasywacja.

2. Wrażliwość na pękanie termiczne

Zwłaszcza austenityczna stal nierdzewna jest podatna na pękanie termiczne podczas procesu chłodzenia podczas spawania ze względu na wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i niską przewodność cieplną. Pękanie termiczne zwykle występuje w metalu spoiny lub w strefie wpływu ciepła, co w ciężkich przypadkach może prowadzić do uszkodzenia konstrukcji spawanej. Aby zminimalizować ryzyko pęknięć termicznych należy ściśle kontrolować parametry procesu spawania i dobierać odpowiednie materiały spawalnicze.

3. Odkształcenie spawalnicze

Ponieważ stal nierdzewna ma wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, proces spawania będzie powodował duże naprężenia termiczne, powodując deformację konstrukcji spawanej. Jest to szczególnie widoczne w przypadku dużych konstrukcji lub części cienkościennych, które mogą mieć wpływ na dokładność wymiarową i jakość wyglądu produktu. Aby kontrolować odkształcenia spawalnicze, należy zastosować rozsądne środki zaciskające i zapobiegające odkształceniom.

4. Wytrącanie azotków i węglików
W procesie spawania w wysokiej temperaturze azot i węgiel w stali nierdzewnej mogą reagować z chromem, tworząc azotki i węgliki. Wydzielenia te zmniejszą odporność na korozję i wytrzymałość materiału. Kontrola dopływu ciepła spawania, dobór odpowiednich materiałów spawalniczych i późniejsza obróbka cieplna jest kluczem do zapobiegania temu zjawisku.

5.Odpryski i zanieczyszczenia spawalnicze

Odpryski i zanieczyszczenia powstałe w procesie spawania mogą przylegać do powierzchni spoiny i materiału podstawowego, wpływając na jakość i wygląd spoiny. Wymaga to stosowania odpowiednich procesów spawalniczych oraz środków ochronnych, takich jak stosowanie prądu spawania o niskiej zawartości odprysków oraz gazu osłonowego.

Metody spawania stali nierdzewnej

1. Spawanie łukiem wolframowo-argonowym (TIG)
Spawanie metodą TIGto metoda spawania wykorzystująca nietopliwą elektrodę wolframową i ochronę przed gazem obojętnym (np. argonem), szczególnie odpowiednia do spawania cienkościennych stali nierdzewnych. Spawanie TIG zapewnia wysoką jakość, gładką spoinę i jest powszechnie stosowane w obszary, w których wymagane jest spawanie o wysokiej precyzji, takie jak sprzęt lotniczy i medyczny. Aby poprawić wydajność spawania, można zastosować technologię spawania pulsacyjnego TIG, aby jeszcze bardziej zmniejszyć dopływ ciepła i odkształcenia.

2. Spawanie stopioną elektrodą w osłonie gazu (MIG).
Spawanie MIG wykorzystuje stopioną elektrodę i ochronę przed gazem obojętnym, odpowiednie do spawania blach nierdzewnych o średniej grubości, z dużą wydajnością. Dostosowując prąd, napięcie i prędkość spawania, można skutecznie kontrolować odpryski spawalnicze i kształt jeziorka. W celu poprawy jakości spawania można zastosować ochronę mieszaną gazową, np. mieszaninę argonu i dwutlenku węgla.

3. Spawanie łukiem plazmowym (PAW)
Spawanie łukiem plazmowym(PAW) to precyzyjna technologia spawania, która wykorzystuje łuk plazmowy jako źródło ciepła w celu zapewnienia skoncentrowanego i stabilnego ciepła spawania. PAW nadaje się do zastosowań spawalniczych wymagającychwysoka jakość i niskie zniekształcenia, takich jak produkcja precyzyjnych instrumentów i sprzętu wysokiej klasy. W porównaniu do spawania TIG, PAW oferuje większe prędkości spawania i mniejszą strefę wpływu ciepła.

4. Spawanie laserowe
Spawanie laserowewykorzystuje jako źródło ciepła wiązkę lasera o dużej gęstości energii, która ma zalety dużej prędkości spawania, małych odkształceń i małej strefy wpływu ciepła i jest szczególnie odpowiednia do zastosowań wymagających wysokiej precyzji i wydajności spawania.Spawanie laserowenadaje się do spawania cienkościennych i skomplikowanych części konstrukcyjnych, takich jak komponenty elektroniczne i części samochodowe.

5. Zgrzewanie punktowe oporowe
Zgrzewanie punktowe oporowe wykorzystuje ciepło wytwarzane przez prąd elektryczny przepływający przez punkt styku do spawania, powszechnie stosowane w cienkich połączeniach ze stali nierdzewnej, takich jak produkcja karoserii samochodowych i obudów urządzeń. Metoda zapewnia szybkie, małe złącza spawane i nadaje się do produkcji masowej.

Najlepsze praktyki spawania stali nierdzewnej

Aby zapewnić wysoką jakość spoiny ze stali nierdzewnej, poniżej przedstawiono kilka powszechnie uznanych najlepszych praktyk w branży:

1. Czyszczenie powierzchni
Przed spawaniem powierzchnie stali nierdzewnej należy dokładnie oczyścić, aby usunąć tłuszcz, tlenki i inne zanieczyszczenia, aby zapobiec wadom spawalniczym. Czyszczenie można przeprowadzić za pomocą chemicznych środków czyszczących lub mechanicznych narzędzi szlifierskich.

2. Kontrola dopływu ciepła
Kontroluj dopływ ciepła poprzez regulację prądu spawania, napięcia i prędkości spawania, aby uniknąć nadmiernego doprowadzenia ciepła prowadzącego do przegrzania metalu spoiny, co z kolei zmniejsza ryzyko pęknięć termicznych i odkształceń spawania.

3. Stosowanie gazu osłonowego
Podczas spawania należy stosować odpowiedni gaz osłonowy (np. czysty argon lub hel), aby zapobiec kontaktowi obszaru spawania z powietrzem oraz uniknąć utleniania i azotowania. W przypadku materiałów grubościennych można zastosować podwójną warstwę gazu ochronnego w celu poprawy efektu ochronnego.

4. Podgrzewanie i obróbka cieplna
W przypadku grubościennej stali nierdzewnej lub stali nierdzewnej wysokowęglowej wstępne podgrzewanie przed spawaniem i obróbka cieplna po spawaniu może zmniejszyć naprężenia termiczne i pęknięcia. Temperaturę podgrzewania wstępnego i temperaturę obróbki cieplnej należy dobrać odpowiednio do rodzaju materiału i procesu spawania.

5. Wybór odpowiedniego materiału spawalniczego
Używaj materiałów spawalniczych pasujących do materiału podstawowego, aby upewnić się, że metal spoiny i materiał podstawowy mają podobny skład chemiczny i właściwości mechaniczne, aby zapewnić wytrzymałość i odporność na korozję złącza spawanego.

6. Badanie jakości spawania
Po zakończeniu spawania należy przeprowadzić kontrolę jakości spawania, taką jak kontrola rentgenowska, kontrola ultradźwiękowa i kontrola penetracji barwnika, aby upewnić się, że złącza spawane są wolne od wad, takich jak pęknięcia, porowatość i uwięzienie żużla.

Perspektywy na przyszłość

Wraz z postępem nauki i technologii technologia spawania stali nierdzewnej będzie nadal rozwijać się w kierunku wysokiej wydajności, inteligencji i ekologii. W przyszłości zautomatyzowane roboty spawalnicze i inteligentne systemy sterowania spawaniem jeszcze bardziej poprawią wydajność i jakość spawania. Jednocześnie badania i rozwój technologii spawania przyjaznego dla środowiska staną się również ważnym kierunkiem ograniczania emisji szkodliwych gazów i odpadów materiałowych w procesie spawania.