Sveising i rustfritt stål

Sveising av rustfritt stål krever ekstra oppmerksomhet på materialegenskaper, varmekontroll og renslighet for å unngå defekter som forvrengning, sprekker og sensibilisering. Under sveisingen når temperaturen på det rustfrie stålet ved siden av sveisen nivåer der mikrostrukturelle transformasjoner skjer, og derfor er TIG-sveising den vanligste teknikken på grunn av dens presisjon og egnethet for rustfritt ståls egenskaper.

 

Beskrivelse

 

Rustfritt stål er kategorisert i forskjellige typer basert på mikrostruktur og sammensetning, som påvirker dets mekaniske egenskaper, korrosjonsbestandighet og sveisbarhet. Hovedtypene er austenittisk, ferritisk, martensittisk, dupleks og nedbør-herdende rustfritt stål, og hver type har spesifikke sveisehensyn og egnede sveiseteknikker på grunn av forskjeller i termisk ledningsevne, termisk ekspansjon og følsomhet for defekter som sprekker eller sensibilisering.

 

 

Rustfrie ståltyper og sveiseteknikker

 

Rustfritt stål er jern-baserte legeringer som inneholder 15 % eller mer krom sammen med en viss prosentandel nikkel, som kan gi ekstraordinære korrosjonsbestandige-egenskaper. Krominnholdet kan justeres sammen med andre legeringselementer for å møte spesifikke sluttbruks- eller produksjonskrav, og nedenfor er en oversikt over de vanligste typene av rustfritt stål.

 

• √Austenittisk rustfritt stål

Høyt krom (16-26%) og nikkel (6-22%), ofte med molybden (f.eks. 304, 316). Den er ikke-magnetisk, utmerket korrosjonsbestandighet og god formbarhet, og den er utsatt for sensibilisering (karbidutfelling) hvis den utsettes for 450-850 grader i lengre perioder, noe som fører til intergranulær korrosjon. I tillegg har den høy termisk ekspansjon og lav varmeledningsevne, noe som øker risikoen for forvrengning. Populære karakterer er 304, 304L (lavkarbon), 316, 316L (lavkarbon), 321 (stabilisert med titan). På grunn av deres gode korrosjonsbestandige egenskaper, er de mye brukt i matforedlingsutstyr, kjemikalietanker, rør, konstruksjon, infrastruktur, telekom og medisinsk industri.

Egnede sveiseteknikker

1. 1. TIG-sveising (GTAW) anbefales sterkt for tynne seksjoner og kritiske applikasjoner på grunn av presis varmekontroll, som minimerer sensibilisering og forvrengning. Bruk argon eller argon-helium dekkgass.
2. 2. MIG/MAG-sveising (GMAW) er mer egnet for tykkere seksjoner og raskere produksjon, ved å bruke en tri-blandingsgass (argon, helium, CO2) for å stabilisere lysbuen og det kan redusere sprut.
3. 3. Stavsveising (SMAW) brukes vanligvis til feltreparasjoner eller ikke-kritiske bruksområder med lav-karbonelektroder (f.eks. E308L for 304L).

•  
• √Ferritisk rustfritt stål

Høyt krom (10,5-30%), lite nikkel og lite karbon (f.eks. 430), det er magnetisk, moderat korrosjonsbestandighet og lavere pris enn austenittiske kvaliteter. I mellomtiden er den mindre utsatt for sensibilisering, men utsatt for kornvekst og sprøhet ved høye temperaturer, og den har lavere termisk ekspansjon enn austenittiske kvaliteter, noe som reduserer risikoen for forvrengning. De vanlige karakterene er 409, 430, 439, og denne typen ferritisk metall har blitt mye brukt til bileksossystemer, kjøkkenapparater og industrielt utstyr.

Egnede sveiseteknikker:

1. 1. TIG-sveising (GTAW) er egnet for tynne seksjoner og sveiser av høy-kvalitet, som kan gi god kontroll over varmetilførselen for å forhindre kornvekst.
2. 2. MIG/MAG-sveising (GMAW) effektiv for tykkere materialer og raskere sveising. Bruk argon-basert beskyttelsesgass med lav CO2 for å unngå overdreven oksidasjon.
3. 3. Stavsveising (SMAW) akseptabel for ikke-kritiske bruksområder med passende elektroder (f.eks. E430).

 

• √Martensittisk rustfritt stål

Høyt krom (11,5-18%), moderat karbon og lite nikkel (f.eks. 410), og det er magnetisk, høy styrke og hardhet, men lavere korrosjonsmotstand sammenlignet med andre typer. Derfor er den utsatt for hydrogen-fremkalt sprekkdannelse og krever forvarming og varmebehandling etter sveising for å unngå sprøhet. Den har høy varmeledningsevne og lavere termisk utvidelse. De vanlige karakterene er 410, 420, 440, og de er mye brukt til kirurgiske instrumenter og turbinblader.

Egnede sveiseteknikker:

1. 1. TIG-sveising (GTAW), egnet for presisjon og kontroll over varmetilførsel ved bruk av argon dekkgass.
2. 2. Stavsveising (SMAW), mye brukt til reparasjoner eller tykkere seksjoner med matchende elektroder (f.eks. E410).
3. 3. MIG/MAG-sveising (GMAW), mindre vanlig, men kan brukes til tykkere materialer med kontrollerte parametere.

 

• √Dupleks rustfritt stål

Balansert blanding av austenitt og ferritt med høy krom (20-30%), molybden og nitrogen (f.eks. 2205), og den kombinerer høy styrke og utmerket korrosjonsbestandighet, spesielt i kloridmiljøer. Mens den er utsatt for sigma-fasedannelse (sprø intermetallisk) hvis den er feil sveiset ved høye temperaturer. Den har moderat termisk ekspansjon og konduktivitet. De vanlige karakterene er 2205, 2507 osv., og de er mye brukt i olje- og gassrørledninger, kjemisk prosessering, marine miljøer.

Egnede sveiseteknikker:

1. 1. TIG-sveising (GTAW), ideell for sveiser av høy-kvalitet med kontrollert varmetilførsel for å unngå dannelse av sigmafase ved å bruke argon eller argon-nitrogen dekkgass.
2. 2. MIG/MAG-sveising (GMAW), egnet for tykkere seksjoner med riktig dekkgass (argon-heliumblanding med lavt CO2).
3. 3. Stavsveising (SMAW) for feltsveising med dupleks-spesifikke elektroder (f.eks. E2209).

 

• √Nedbør-Herding av rustfritt stål

Inneholder legeringselementer som aluminium, kobber eller niob for styrking gjennom varmebehandling (f.eks. 17-4 PH), og den har høy styrke og moderat korrosjonsmotstand, noe som krever kontrollert sveising for å unngå over-aldring eller tap av mekaniske egenskaper. De populære karakterene er 17-4 PH, 15-5 PH, og de er mye brukt for romfartskomponenter, atomreaktorer, festemidler med høy styrke.

Egnede sveiseteknikker:

1. 1. TIG-sveising (GTAW) for presisjon og minimal varmetilførsel for å bevare mekaniske egenskaper.
2. 2. MIG/MAG-sveising (GMAW), egnet for tykkere seksjoner med kontrollerte parametere.

 

 

Hensyn til sveising av rustfritt stål

 

Rustfritt stål har høy varmeledningsevne og lav termisk ekspansjon, noe som fører til høyere risiko for forvrengning og vridning under sveising. I tillegg er den utsatt for sensibilisering (tap av korrosjonsmotstand) hvis den utsettes for høye temperaturer for lenge, spesielt i austenittiske kvaliteter som 304 og 316. For å unngå disse sveisefeilene, må sveiseren ikke vurdere følgende aspekter:

 

• √Før-rengjøring

Rengjør sveiseskjøten fra forurensninger som maling, olje, fett, primere, skjæremasser og andre hydrokarboner. Slike forurensninger kan føre karbon inn i sveisen, svekke korrosjonsmotstanden og svekke skjøten. Veldig viktig merknad er at sveiseren må bruke en dedikert børste i rustfritt stål for å rengjøre skjøten, og sørg for at du ikke bruker børste, tidligere brukt på karbonstål fordi dette kan forurense arbeidsstykket i rustfritt stål.

• √Valg av fyllstoff

Velge passende fyllmateriale avhengig av omfanget av arbeidet, og det skal matche kvaliteten på rustfritt stål, og oppnå nesten de samme egenskapene.

• √Sveisefugedesign

Sveisefugedesignet utfyller sveisestrukturen, sveiseteknikken og materialet, og det er en av hovedfaktorene som vil bestemme styrken og kvaliteten på sveisene. Derfor er det kritisk å forstå kreftene som påføres sveisene, og å integrere dette i skjøtedesignet vil forhindre strukturell svikt.

• √Karaktervalg

Grade Selection, ulike kvaliteter (f.eks. austenittisk, ferritisk, martensittisk, dupleks) oppfører seg forskjellig, lav-karbonkvaliteter (f.eks. 304L, 316L) kan minimere risikoen for karbidutfelling og intergranulær korrosjon.

• √Varmeinngangskontroll

Heat Input Control, overdreven varme kan forårsake kornvekst, forvrengning og tap av korrosjonsmotstand, og det er lurt å bruke lav varmetilførsel og unngå langvarig eksponering for høye temperaturer. Generelt bør sveisestrømmen være ca. 20 % mindre enn for karbonstål for å forhindre korrosjon.

• √Beskyttelsesgass

Skjermgass, valget av beskyttelsesgass i prosesser som MIG- og TIG-sveising er avgjørende for å beskytte sveisebassenget mot forurensning. Riktig dekkgasssammensetning vil redusere risikoen for sveisedefekter og forbedre sveisens samlede resultat.

 

Derfor, for å lage god sveising, må en erfaren sveiser ta en omfattende parameter i betraktning, inkludert rustfritt stålkvalitet, sveiseteknikk, varmetilførsel, beskyttelsesgass, strømforsyning, brennervinkel, reisehastighet og avsetningshastighet. Bare ved å bruke disse sveiseparametrene effektivt, kan sveiseren oppnå høy og konsistent kvalitetssveiser.

 

Defekter og forebygginger

 

De vanligste sveisefeilene i rustfritt stål inkluderer sprekker, porøsitet, slagginneslutninger, mangel på sammensmelting, ufullstendig penetrering, underskjæringer, sprut og forvrengning, sammen med forurensning fra jernpartikler, varmefarger og sveiseforfall. Disse defektene reduserer sveisens mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstand og kan stamme fra feil rengjøring, feil elektrode/gassinnstillinger, overdreven varmetilførsel eller lav varmeledningsevne.

 

• √Vridning

Rustfritt stål har lav varmeledningsevne og høy termisk ekspansjon, noe som gjør det utsatt for vridning. Overdreven varmetilførsel under sveising eller en rask endring i temperaturen setter metallet under stress, noe som resulterer i forvrengning når det avkjøles. Den vanligste løsningen er å redusere varmetilførselen samtidig som man unngår dårlig sveisekvalitet på grunn av ufullstendig sammensmelting mellom arbeidsstykkene, og en annen løsning er å lage en kjøleribbe ved å klemme kobber eller messing bak eller ved siden av sveisesømmen, og absorbere unødvendig varme.

 

• √Sprekker

Sprekking kan oppstå under eller etter sveising og kan påvirkes av høy termisk spenning eller feil kjølehastighet.

Det er to hovedtyper av sprekking: varm cracking og kald cracking. Varme sprekker skjer under størkningen av sveiseprosessen på grunn av for store mengder urenheter som svovel eller fosfor i sveisen, noe som kan senke smeltepunktet til visse områder, og forårsake sprekker når metallet størkner. Det forekommer ofte i høye-temperatursoner i sveisen. Kaldsprekker oppstår etter at sveisen har kjølt seg ned i noen timer, fra noen timer til noen dager, og det er ofte forårsaket av restspenning i metallet etter sveising eller av hydrogen som blir absorbert i sveisen. For å forhindre sprekkdannelse er det lurt å bruke de riktige fyllmaterialene og kontrollere kjølehastigheten veldig nøye, mens forvarming av grunnmaterialet kan være en god måte å redusere termisk stress før sveising.

 

• √Porøsitet

Det er en defekt der gasslommer er fanget i sveisene, som fører til små hulrom eller hulrom, og det er ofte forårsaket av forurensninger som skitt, olje, rust, som kan introdusere gasser i sveising. Disse gassene blir deretter fanget i det smeltede sveisebassenget, og danner hulrom når metallet avkjøles. Bruk av feil dekkgass kan også forårsake porøsitet. Fuktighet og fuktighet på grunnmateriale eller fyllstoffer kan fordampe under sveising og skape gassbobler i sveisen. Derfor er det viktig å holde grunnmaterialet og fyllstavene rene og tørre, og bruke riktig dekkgass for å opprettholde en jevn flyt gjennom hele sveiseprosessen.

 

• √Dårlig Fusion

Dårlig sammensmelting oppstår når sveisemetallet ikke smelter ordentlig sammen med grunnmaterialet, og det skaper svake punkter i skjøten der de to materialene ikke er fullstendig sammenføyd. Dette kan i alvorlig grad redusere den totale styrken til sveisen og øker risikoen for feil. Denne feilen er ofte forårsaket av utilstrekkelig varme, feil sveisevinkel, høy reisehastighet.

 

• √Sveisesprut

De er små dråper av smeltet metall som presses ut av sveisebassenget under sveising, og de svekker egentlig ikke sveisen. Imidlertid påvirker de utseendet, noe som kan føre til unødvendig etterbehandlingsarbeid. Sprøytene er ofte forårsaket av høye strøminnstillinger som kan produsere for mye sprut ettersom det smeltede metallet kastes voldsomt ut fra sveisebassenget. Feil lysbuelengde og feil dekkgass kan også forårsake sprut under sveising av rustfritt stål. Derfor er det viktig å redusere sprut, justere gjeldende innstillinger og opprettholde en stabil lysbue mens du bruker riktig dekkgass med jevn strøm gjennom hele sveisen.

 

 

Sveising av rustfritt stål krever oppmerksomhet til mange parametere som materialegenskaper, beskyttelsesgass, fyllstoffer, varmetilførsel og renslighet for å unngå defekter som forvrengning, sprekker og sensibilisering. Fabmanns erfarne sveisere følger beste praksis for å stille inn maskinen med riktig spenning, strømstyrke, og de vet hvordan de skal sveise med riktig kjørehastighet basert på tykkelsen på det rustfrie stålmaterialet og typen rustfritt stål for å oppnå høykvalitets korrosjonsbestandige-sveiser. Fabmann leverer spesialtilpassede braketter i rustfritt stål av høy kvalitet til solenergiindustrien, maskindeler ogventilasjonsdekslerfor husbyggingssektoren.