Dzięki szybkiemu rozwojowi 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 żywności. Jednak 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, aby pomóc osobom w branży poprawić jakość i wydajność spawania.

Wyzwania związane ze spawaniem stali nierdzewnej

1. Utlenianie w wysokiej temperaturze i odbarwienie

Stal nierdzewna w procesie spawania w wysokiej temperaturze, powierzchnia jest podatna na utlenianie, tworzenie się warstwy tlenkowej, co powoduje zmiany koloru w spoinie i strefie wpływu ciepła. To nie tylko wpływa na estetykę, ale również osłabia odporność materiału na korozję. Aby temu zapobiec, zwykle konieczne jest zastosowanie gazu ochronnego lub trawienia i pasywacji po spawaniu.

2. Wrażliwość na pęknięcia termiczne

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

3. Deformacja spawalnicza

Ponieważ stal nierdzewna ma wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, proces spawania będzie generował duże naprężenia cieplne, co spowoduje odkształcenie spoiny. Jest to szczególnie widoczne w przypadku dużych konstrukcji lub części cienkościennych, co może mieć wpływ na dokładność wymiarową i jakość wyglądu produktu. Należy stosować rozsądne środki zaciskowe i zapobiegające odkształceniom, aby kontrolować odkształcenia spoin.

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, te osady zmniejszą odporność na korozję i wytrzymałość materiału. Kontrola ciepła doprowadzonego podczas spawania, dobór odpowiednich materiałów spawalniczych i późniejsza obróbka cieplna są kluczem do zapobiegania temu zjawisku.

5.Odpryski i zanieczyszczenia spawalnicze

Odpryski i zanieczyszczenia powstające podczas procesu spawania mogą przywierać do powierzchni spoiny i materiału bazowego, wpływając na jakość i wygląd spoiny. Wymaga to stosowania odpowiednich procesów spawania i środków ochronnych, takich jak stosowanie prądu spawania o niskim natężeniu odprysków i gazu osłonowego do spawania.

Metody spawania stali nierdzewnej

1. Spawanie łukiem elektrycznym w osłonie argonu i wolframu (TIG)
Spawanie metodą TIGjest metodą spawania wykorzystującą nietopliwą elektrodę wolframową i osłonę gazem obojętnym (np. argonem), która jest szczególnie odpowiednia do spawania cienkościennych stali nierdzewnych. Spawanie TIG zapewnia wysokiej jakości, gładkie spoiny i jest powszechnie stosowane w obszarach, w których wymagane jest spawanie o wysokiej precyzji, takich jak sprzęt lotniczy i medyczny. Aby zwiększyć wydajność spawania, można zastosować technologię spawania impulsowego TIG w celu dalszego zmniejszenia dopływu ciepła i odkształceń.

2. Spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazu (MIG)
Spawanie metodą MIG wykorzystuje stopioną elektrodę i osłonę gazową, odpowiednie do spawania blach ze stali nierdzewnej o średniej grubości, z wysoką wydajnością. Regulując prąd, napięcie i prędkość spawania, można skutecznie kontrolować odpryski spawalnicze i kształt jeziorka stopionego materiału. Aby poprawić jakość spawania, można użyć ochrony gazowej mieszanej, takiej jak mieszanka argonu i dwutlenku węgla.

3. Spawanie łukiem plazmowym (PAW)
Spawanie łukiem plazmowym(PAW) to technologia spawania o wysokiej precyzji, w której łuk plazmowy jest wykorzystywany jako źródło ciepła w celu zapewnienia skoncentrowanego i stabilnego ciepła spawalniczego. Metoda 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 szybsze prędkości spawania i mniejszą strefę wpływu ciepła.

4. Spawanie laserowe
Spawanie laserowewykorzystuje wiązkę lasera o wysokiej gęstości energii jako źródło ciepła, co zapewnia dużą prędkość spawania, małe odkształcenia i małą strefę wpływu ciepła, dzięki czemu jest szczególnie przydatna w przypadku spawania wymagającego wysokiej precyzji i wydajności.Spawanie laserowenadaje się do spawania cienkościennych i skomplikowanych elementów konstrukcyjnych, np. przy produkcji podzespołów elektronicznych i części samochodowych.

5. Zgrzewanie punktowe oporowe
Spawanie punktowe oporowe wykorzystuje ciepło generowane przez prąd elektryczny przechodzący przez punkt styku do spawania, powszechnie stosowane w cienkich połączeniach ze stali nierdzewnej, takich jak produkcja nadwozi samochodowych i obudów urządzeń. Metoda jest szybka, małe spoiny i nadaje się do masowej produkcji.

Najlepsze praktyki spawania stali nierdzewnej

Aby zapewnić wysoką jakość spoin stali nierdzewnej, należy stosować się do poniższych, powszechnie uznawanych w branży, najlepszych praktyk:

1. Czyszczenie powierzchni
Przed spawaniem powierzchnie ze stali nierdzewnej należy dokładnie oczyścić, aby usunąć smar, tlenki i inne zanieczyszczenia, zapobiegając w ten sposób powstawaniu wad spawalniczych. Czyszczenie można wykonać za pomocą środków chemicznych lub mechanicznych narzędzi szlifierskich.

2. Kontrola dopływu ciepła
Kontroluj ilość wprowadzanego ciepła, regulując prąd spawania, napięcie i prędkość spawania, aby uniknąć nadmiernej ilości wprowadzanego ciepła, co może skutkować przegrzaniem spoiny, a to z kolei zmniejsza ryzyko pęknięć termicznych i odkształceń spoiny.

3. Zastosowanie gazu osłonowego
Podczas spawania należy stosować odpowiedni gaz osłonowy (np. czysty argon lub hel), aby zapobiec kontaktowi obszaru spoiny z powietrzem oraz uniknąć utleniania i azotowania. W przypadku materiałów o grubych ściankach można zastosować podwójną warstwę gazu ochronnego, aby poprawić efekt ochronny.

4. Podgrzewanie wstępne i obróbka cieplna końcowa
W przypadku grubościennej stali nierdzewnej lub stali nierdzewnej o wysokiej zawartości węgla, wstępne podgrzewanie przed spawaniem i obróbka cieplna po spawaniu mogą zmniejszyć naprężenia cieplne i pęknięcia. Temperaturę wstępnego podgrzewania i temperaturę obróbki cieplnej należy dobrać zgodnie z rodzajem materiału i procesem spawania.

5. Wybór odpowiedniego materiału spawalniczego
Należy używać materiałów spawalniczych dobranych do materiału bazowego, aby mieć pewność, że metal spoiny i materiał bazowy mają podobny skład chemiczny i właściwości mechaniczne, co gwarantuje wytrzymałość i odporność na korozję złącza spawanego.

6. Badanie jakości spawania
Po zakończeniu spawania należy przeprowadzić kontrolę jakości spawania, np. za pomocą promieni rentgenowskich, ultradźwięków i penetracji barwnika, aby upewnić się, że spoiny nie mają wad, takich jak pęknięcia, porowatość czy uwięziony żużel.

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 przyjaznej dla środowiska technologii spawania staną się również ważnym kierunkiem redukcji szkodliwych emisji gazów i odpadów materiałowych w procesie spawania.