Varjenje nerjavnega jekla

Varjenje nerjavnega jekla zahteva posebno pozornost lastnostim materiala, nadzoru toplote in čistoči, da se izognemo napakam, kot so deformacije, razpoke in občutljivost. Med varjenjem temperature nerjavečega jekla ob zvaru dosežejo ravni, pri katerih pride do mikrostrukturnih transformacij, zato je TIG varjenje zaradi svoje natančnosti in primernosti lastnostim nerjavnega jekla najpogostejša tehnika.

 

Opis

 

Nerjavno jeklo je razvrščeno v različne vrste glede na mikrostrukturo in sestavo, ki vpliva na njegove mehanske lastnosti, odpornost proti koroziji in varivost. Glavne vrste so avstenitna, feritna, martenzitna, dupleksna in izločevalno{1}}nerjavna jekla, za vsako vrsto pa so značilni posebni vidiki varjenja in primerne varilne tehnike zaradi razlik v toplotni prevodnosti, toplotnem raztezanju in dovzetnosti za napake, kot so razpoke ali preobčutljivost.

 

 

Vrste nerjavnega jekla in tehnike varjenja

 

Nerjavna jekla so železove-zlitine, ki vsebujejo 15 % ali več kroma skupaj z določenim odstotkom niklja, kar lahko zagotovi izredne korozijsko-odporne lastnosti. Vsebnost kroma se lahko prilagodi skupaj z drugimi legirnimi elementi, da se izpolni posebna končna uporaba ali proizvodne zahteve, spodaj pa je pregled najpogostejših vrst nerjavnega jekla.

 

• √Avstenitno nerjaveče jeklo

Visoka vsebnost kroma (16-26 %) in niklja (6-22 %), pogosto z molibdenom (npr. 304, 316). Je nemagneten, ima odlično odpornost proti koroziji in se dobro oblikuje ter je nagnjen k preobčutljivosti (obarjanju karbida), če je dalj časa izpostavljen 450-850 stopinjam, kar povzroči interkristalno korozijo. Poleg tega ima visoko toplotno razteznost in nizko toplotno prevodnost, kar poveča tveganje za popačenje. Priljubljeni razredi so 304, 304L (nizkoogljični), 316, 316L (nizkoogljični), 321 (stabiliziran s titanom). Zaradi dobre odpornosti proti koroziji se pogosto uporabljajo v opremi za predelavo hrane, kemičnih rezervoarjih, cevovodih, gradbeništvu, infrastrukturi, telekomunikacijski in medicinski industriji.

Primerne tehnike varjenja

1. 1. Varjenje TIG (GTAW) je zelo priporočljivo za tanke dele in kritične aplikacije zaradi natančnega nadzora toplote, kar zmanjšuje preobčutljivost in popačenje. Uporabite zaščitni plin argon ali argon-helij.
2. 2. Varjenje MIG/MAG (GMAW) je bolj primerno za debelejše dele in hitrejšo proizvodnjo z uporabo tri-mešanice plinov (argon, helij, CO2) za stabilizacijo obloka in lahko zmanjša brizganje.
3. 3. Palično varjenje (SMAW) se običajno uporablja za popravila na terenu ali ne-kritične aplikacije z nizko{2}}ogljičnimi elektrodami (npr. E308L za 304L).

•  
• √Feritno nerjaveče jeklo

Visoka vsebnost kroma (10,5–30 %), nizka vsebnost niklja in nizka vsebnost ogljika (npr. 430), je magnetna, zmerna odpornost proti koroziji in nižja cena kot avstenitne stopnje. Medtem je manj nagnjen k preobčutljivosti, vendar dovzeten za rast zrn in krhkost pri visokih temperaturah ter ima nižjo toplotno razteznost kot avstenitni razredi, kar zmanjšuje tveganje za popačenje. Običajne stopnje so 409, 430, 439 in ta vrsta feritne kovine se pogosto uporablja za avtomobilske izpušne sisteme, kuhinjske aparate in industrijsko opremo.

Primerne tehnike varjenja:

1. 1. Varjenje TIG (GTAW) je primerno za tanke dele in visoko{1}}kakovostne zvare, ki lahko zagotovijo dober nadzor nad vnosom toplote, da se prepreči rast zrn.
2. 2. MIG/MAG varjenje (GMAW) učinkovito za debelejše materiale in hitrejše varjenje. Uporabite zaščitni plin-na osnovi argona z nizko vsebnostjo CO2, da preprečite čezmerno oksidacijo.
3. 3. Palično varjenje (SMAW), sprejemljivo za ne-kritične aplikacije z ustreznimi elektrodami (npr. E430).

 

• √Martenzitno nerjaveče jeklo

Visoka vsebnost kroma (11,5-18 %), zmerna vsebnost ogljika in nizka vsebnost niklja (npr. 410) ter je magnetna, ima visoko trdnost in trdoto, vendar manjšo odpornost proti koroziji v primerjavi z drugimi vrstami. Zato je dovzeten za razpoke,-ki jih povzroča vodik, ter zahteva predgretje in toplotno obdelavo po varjenju, da preprečimo krhkost. Ima visoko toplotno prevodnost in nizko toplotno razteznost. Običajne stopnje so 410, 420, 440 in se pogosto uporabljajo za kirurške instrumente in turbinske lopatice.

Primerne tehnike varjenja:

1. 1. TIG varjenje (GTAW), primerno za natančnost in nadzor vnosa toplote z uporabo zaščitnega plina argona.
2. 2. Palično varjenje (SMAW), ki se pogosto uporablja za popravila ali debelejše odseke z ustreznimi elektrodami (npr. E410).
3. 3. MIG/MAG varjenje (GMAW), manj pogosto, vendar se lahko uporablja za debelejše materiale z nadzorovanimi parametri.

 

• √Dvostransko nerjaveče jeklo

Uravnotežena mešanica avstenita in ferita z visoko vsebnostjo kroma (20-30 %), molibdena in dušika (npr. 2205) ter združuje visoko trdnost in odlično odpornost proti koroziji, zlasti v kloridnih okoljih. Ob nepravilnem varjenju pri visokih temperaturah je dovzeten za nastanek sigma faze (krhkega intermetala). Ima zmerno toplotno razteznost in prevodnost. Skupni razredi so 2205, 2507 itd., in se pogosto uporabljajo v naftovodih in plinovodih, kemični obdelavi, morskih okoljih.

Primerne tehnike varjenja:

1. 1. Varjenje TIG (GTAW), idealno za visoko{1}}kakovostne zvare z nadzorovanim vnosom toplote, da se prepreči tvorba sigma faze z uporabo argona ali argon-dušikovega zaščitnega plina.
2. 2. MIG/MAG varjenje (GMAW), primerno za debelejše dele z ustreznim zaščitnim plinom (mešanica argona-helija z nizkim CO2).
3. 3. Palično varjenje (SMAW) za varjenje na terenu s specifičnimi dupleks-elektrodami (npr. E2209).

 

• √Nerjavno jeklo, ki se-kadi zaradi padavin

Vsebuje legirne elemente, kot so aluminij, baker ali niobij za ojačitev s toplotno obdelavo (npr. 17-4 PH), ima visoko trdnost in zmerno odpornost proti koroziji, kar zahteva nadzorovano varjenje, da se prepreči prekomerno-staranje ali izguba mehanskih lastnosti. Priljubljeni razredi so 17-4 PH, 15-5 PH in se pogosto uporabljajo za letalske in vesoljske komponente, jedrske reaktorje, pritrdilne elemente visoke trdnosti.

Primerne tehnike varjenja:

1. 1. TIG varjenje (GTAW) za natančnost in minimalen vnos toplote za ohranitev mehanskih lastnosti.
2. 2. MIG/MAG varjenje (GMAW), primerno za debelejše dele z nadzorovanimi parametri.

 

 

Premisleki za varjenje nerjavečega jekla

 

Nerjaveče jeklo ima visoko toplotno prevodnost in majhno toplotno raztezanje, kar vodi do večjega tveganja deformacije in zvijanja med varjenjem. Poleg tega je nagnjen k preobčutljivosti (izguba odpornosti proti koroziji), če je predolgo izpostavljen visokim temperaturam, zlasti v avstenitnih razredih, kot sta 304 in 316. Da bi se izognil tem napakam pri varjenju, varilec ne sme upoštevati naslednjih vidikov:

 

• √Pred-čiščenje

Očistite varilni spoj kontaminantov, kot so barve, olje, mast, temeljni premazi, rezalne spojine in drugi ogljikovodiki. Takšni onesnaževalci lahko vnesejo ogljik v zvar, zmanjšajo odpornost proti koroziji in oslabijo spoj. Zelo pomembna opomba je, da mora varilec za čiščenje spoja uporabiti namensko krtačo iz nerjavečega jekla in se prepričajte, da ne uporablja krtače, ki je bila prej uporabljena za ogljikovo jeklo, ker bi to lahko onesnažilo obdelovanec iz nerjavečega jekla.

• √Izbira polnila

Izbira ustreznega polnilnega materiala glede na obseg dela, ki mora ustrezati razredu nerjavečega jekla in dosegati skoraj enake lastnosti.

• √Oblikovanje zvarnega spoja

Zasnova zvarnega spoja dopolnjuje strukturo zvara, varilno tehniko in material ter je eden glavnih dejavnikov, ki določajo trdnost in kakovost zvarov. Zato je ključnega pomena razumevanje sil, ki delujejo na zvare, in vključitev tega v zasnovo spoja bo preprečila strukturno okvaro.

• √Izbira ocene

Izbira stopnje, različne stopnje (npr. avstenitne, feritne, martenzitne, dupleksne) se obnašajo različno, nizko-ogljične stopnje (npr. 304L, 316L) lahko zmanjšajo tveganje za obarjanje karbida in interkristalno korozijo.

• √Nadzor vnosa toplote

Nadzor vnosa toplote, prekomerna toplota lahko povzroči rast zrn, popačenje in izgubo odpornosti proti koroziji, zato je pametno uporabiti nizek vnos toplote in se izogibati dolgotrajni izpostavljenosti visokim temperaturam. Na splošno mora biti varilni tok približno 20 % manjši kot pri ogljikovem jeklu, da se prepreči korozija.

• √Zaščitni plin

Zaščitni plin, izbira zaščitnega plina pri postopkih, kot sta varjenje MIG in TIG, je ključnega pomena pri zaščiti zvarnega bazena pred kontaminacijo. Pravilna sestava zaščitnega plina bo zmanjšala tveganje napak pri zvaru in izboljšala splošni rezultat zvara.

 

Zato mora izkušeni varilec za zanesljivo varjenje upoštevati obsežen parameter, vključno z razredom nerjavečega jekla, varilno tehniko, vnosom toplote, zaščitnim plinom, napajanjem, kotom gorilnika, hitrostjo potovanja in stopnjo nanašanja. Samo z učinkovito uporabo teh varilnih parametrov lahko varilec doseže visoko in konstantno kakovost zvarov.

 

Napake in preventive

 

Najpogostejše napake pri varjenju nerjavnega jekla vključujejo razpoke, poroznost, vključke žlindre, pomanjkanje taljenja, nepopolno penetracijo, spodrezovanje, brizganje in popačenje, skupaj s kontaminacijo zaradi delcev železa, vročih odtenkov in razpadanja zvara. Te napake zmanjšajo mehanske lastnosti zvara in odpornost proti koroziji ter so lahko posledica neustreznega čiščenja, nepravilnih nastavitev elektrode/plina, prekomernega vnosa toplote ali nizke toplotne prevodnosti.

 

• √Zvijanje

Nerjaveče jeklo ima nizko toplotno prevodnost in visoko toplotno razteznost, zaradi česar je dovzetno za upogibanje. Prevelik vnos toplote med varjenjem ali hitra sprememba temperature povzroči obremenitev kovine, kar povzroči deformacijo, ko se ohlaja. Najpogostejša rešitev je zmanjšati vnos toplote, hkrati pa se izogniti slabi kakovosti zvara zaradi nepopolnega zlitja med obdelovanci, druga rešitev pa je ustvariti hladilno telo z vpetjem bakra ali medenine za ali poleg varilnega šiva, ki absorbira nepotrebno toploto.

 

• √Pokanje

Med varjenjem ali po njem lahko pride do razpok, nanje pa lahko vpliva visoka toplotna obremenitev ali neustrezna hitrost hlajenja.

Obstajata dve glavni vrsti krekinga: vroče kreking in hladno kreking. Vroče razpoke se zgodijo med strjevanjem pri varjenju zaradi prevelike količine nečistoč, kot sta žveplo ali fosfor v zvaru, kar lahko zniža tališče določenih območij, kar povzroči nastanek razpok, ko se kovina strdi. Pogosto se pojavi v visoko{2}}temperaturnih območjih zvara. Hladne razpoke se pojavijo po tem, ko se zvar nekaj časa ohlaja, od nekaj ur do nekaj dni, in ga pogosto povzroči preostala napetost, ki ostane v kovini po varjenju, ali vodik, ki se absorbira v zvar. Da bi preprečili razpoke, je pametno uporabiti prave polnilne materiale in zelo skrbno nadzorovati hitrost ohlajanja, medtem ko je predgrevanje osnovnega materiala lahko dober način za zmanjšanje toplotne obremenitve pred varjenjem.

 

• √Poroznost

Gre za napako, pri kateri se plinski žepki ujamejo v zvare, kar povzroči majhne praznine ali votline, pogosto pa jo povzročijo onesnaževalci, kot so umazanija, olje, rja, ki lahko vnesejo pline v varjenje. Ti plini se nato ujamejo v staljeno zvarno bazo in tvorijo praznine, ko se kovina ohlaja. Uporaba neustreznega zaščitnega plina lahko povzroči tudi poroznost. Vlaga in vlaga na osnovnem materialu ali polnilih lahko med varjenjem izhlapita in ustvarita plinske mehurčke v zvaru. Zato je pomembno, da osnovni material in polnilne palice ohranjate čiste in suhe ter da uporabljate ustrezen zaščitni plin, da ohranite dosleden pretok skozi ves postopek varjenja.

 

• √Slaba fuzija

Slabo taljenje se zgodi, ko se kovina zvara ne spoji pravilno z osnovnim materialom in ustvari šibke točke v spoju, kjer oba materiala nista popolnoma spojena. To lahko resno zmanjša celotno trdnost zvara in poveča tveganje za okvaro. Ta napaka je pogosto posledica nezadostne toplote, nepravilnega kota varjenja, velike hitrosti vožnje.

 

• √Varilne brizganke

So majhne kapljice staljene kovine, ki se med varjenjem potisnejo iz zvarnega bazena in v resnici ne oslabijo zvara. Vendar vplivajo na videz, kar lahko povzroči nepotrebno naknadno zdravljenje. Brizge pogosto povzročajo nastavitve visokega toka, ki lahko povzročijo prekomerno brizganje, saj se staljena kovina naglo izvrže iz zvarnega bazena. Nepravilna dolžina obloka in neustrezen zaščitni plin lahko povzročita tudi brizganje med varjenjem nerjavnega jekla. Zato je pomembno, da zmanjšate brizganje, prilagodite trenutne nastavitve in vzdržujete stabilen oblok, pri tem pa uporabljate pravilen zaščitni plin z enakomernim pretokom po celotnem zvaru.

 

 

Varjenje nerjavnega jekla zahteva pozornost številnim parametrom, kot so lastnosti materiala, zaščitni plin, polnila, vnos toplote in čistoča, da se izognemo napakam, kot so deformacije, razpoke in občutljivost. Fabmannovi izkušeni varilci sledijo najboljši praksi za nastavitev stroja s pravilno napetostjo, amperažo in vedo, kako variti s pravilno hitrostjo premikanja glede na debelino materiala iz nerjavečega jekla in vrsto nerjavečega jekla, da dosežejo visokokakovostne -odporne zvare. Fabmann dobavlja visokokakovostne nosilce iz nerjavečega jekla po meri za industrijo sončne energije, dele strojev inventilacijski pokroviza sektor gradnje hiš.