Spawanie nierdzewki (potocznie: spawanie kwasówki) jest jednym z najczęściej wykonywanych prac migomatem.
Stal nierdzewna bowiem należy do stali wysokostopowych o zawartości chromu od 12% do 20%, które są odporne na korozję. Do składu stali nierdzewnych są również wprowadzane stopy niklu, manganu, molibdenu, tytan, co poprawia jej właściwości antykorozyjne.
Stal nierdzewna z powodu swoich właściwości powinna być stosowana wszędzie tam, gdzie działanie korozji może być zagrożeniem dla właściwości produktu finalnego, bądź też istnieje ryzyko powstania wad wizualnych produktu. Stal nierdzewna jest więc stosowana wszędzie tam gdzie produkty narażone są na stały kontakt z cieczami bądź w trudnych warunkach atmosferycznych.
Obecnie szeroko stosowana jest metoda półautomatycznego spawania MIG stali nierdzewnej, ze względu na wysoką wydajność procesu, dobre topienie metalu, względnie niski koszt, wymaga mniej wykwalifikowanego spawacza w porównaniu do spawania TIG. Aby uzyskać połączenie o wysokiej jakości, konieczne jest staranne przygotowanie powierzchni materiału przed spawaniem (oczyszczenie metalu w celu połysku i odtłuszczenie specjalnymi rozpuszczalnikiem lub acetonem), wybór właściwego trybu spawania oraz drutu zgodnie z technologią. Zazwyczaj wybór drutu zależy od spawanego materiału i dobiera się go tak, aby był jak najbardziej zbliżony do składu chemicznego i właściwości fizycznych metalu spawanego, jeżeli nie ma innych wymagań jakościowych. Podczas spawania materiałów dwuimiennych dobiera się spoiwo do materiału o gorszych własnościach mechanicznych.
Podczas spawania metodą MIG zachodzą odmienne procesy przenoszenia ciekłego metalu. Rodzaj tego procesu zależy od prądu, mocy łuku, czy gazu osłonowego. Możemy wyróżnić następujące rodzaje łuków spawalniczych: zwarciowe (kropelkowe), przejściowe (mieszane), natryskowe (bezzwarciowe).
Podczas spawania łukiem zwarciowym ciekły metal przechodzi do jeziorka spawalniczego, gdy nastąpi zetknięcie się kropli metalu z powierzchnią jeziorka spawalniczego. Drut elektrodowy jest podłączony do bieguna dodatniego (strefa anody) i podawany w kierunku spawanych elementów podłączonych do bieguna ujemnego (strefa katody). Łuk zwarciowy jest stosowany najczęściej podczas spawania blach cienkich o grubości 1 ÷ 3 mm we wszystkich pozycjach, wykonując przy tym ściegi przetopowe. Jest to szczególnie korzystne jeśli prace spawalnicze odbywają się w pozycjach przymusowych ze względu na małe rozmiary powstającego w procesie spawania jeziorka spawalniczego. Spawanie łukiem zwarciowym, charakteryzuje się małym rozpryskiem i prawidłowym formowaniem spoiny a także zapobiega występowaniu nadmiernego przetopu.
Spawając łukiem przejściowym (mieszanym), ciekły metal z drutu elektrodowego przechodzi do jeziorka spawalniczego w formie mieszanej, tzn. kropelkowej i natryskowej. Tą metoda jest głównie stosowana do spawania materiałów o grubości 3 ÷ 6 mm we wszystkich pozycjach spawania, jak również nadaje się do wykonywania ściegów przetopowych. Charakterystyczne dla tej metody jest stosowanie wyższego natężenia prądu spawania niż przy spawaniu łukiem zwarciowym.
Podczas spawania łukiem natryskowym ciekły metal z drutu elektrodowego przechodzi do jeziorka spawalniczego w postaci strumienia bardzo drobnych kropelek. Do spawania łukiem natryskowym są stosowane wysokie natężenia prądu, 250 ÷ 500 A. Takie wartości natężenia prądu spawania powodują doprowadzenie dużej ilości ciepła do strefy spawania. Jeziorko spawalnicze przybiera wtedy znaczne rozmiary. Podczas tej metody występuje niekorzystne zjawisko, jakim jest silne przywieranie drobnych kropel do spawanych elementów, końcówki prądowej i dyszy gazowej uchwytu spawalniczego. Spawanie łukiem natryskowym stosowane jest do łączenia grubszych elementów.
Przy zastosowaniu nowoczesnych źródeł spawalniczych można stosować spawanie łukiem pulsującym co w metodzie MIG zapewnia, ciągłość nagrzewania drutu elektrodowego i materiału spawanego, stabilność przenoszenia stopiwa, sterowanie impulsami prądu który zapewnia stabilne przenoszenie ciekłego metalu do jeziorka spawalniczego. Największą zaleta tego procesu jest wprowadzenie mniejszej ilości ciepła do złącza spawanego.
Spawanie półautomatem stali nierdzewnej odbywa się zawsze przy wykorzystaniu prądu stałego na biegunie dodatnim. Charakterystyczna dla tej metody spawania jest duża gęstość prądu dzięki czemu osiągamy głęboki przetop metalu.
Podczas spawania stali nierdzewnej należy również wziąć pod uwagę, że jej przewodność cieplna jest około 1,5-2 razy mniejsza niż przewodność cieplna zwykłych stali węglowych, więc podczas spawania występuje wysoka koncentracja ciepła, co prowadzi do zwiększonego topienia metalu spawanego. Dlatego trzeba zmniejszyć wartość prądu spawalniczego o około 15-20% w porównaniu z prądem spawania stali węglowej o podobnej grubości. Duży współczynnik rozszerzalności liniowej wymaga odstępu między spawanymi częściami, aby uniknąć pęknięć po spawaniu i chłodzeniu. Trzeba również pamiętać, że stale nierdzewne o wysokiej zawartości chromu, w złym trybie termicznym, są w stanie utracić swoje właściwości antykorozyjne z powodu korozji międzykrystalicznej, która występuje, gdy metal jest podgrzewany powyżej 500 ° C, i wytwarzają się żelaza i węgliki chromu na granicach ziarna.
Bardzo ważny jest wybór gazu ochronnego, który chroni jeziorko spawalnicze od środowiska, właściwy wybór gazu ochronnego może zmniejszyć rozprysk metalu i pozwoli osiągnąć wysoką jakość spoiny.
Przy spawaniu półautomatem stali nierdzewnych stosuje się najczęściej: 98% Ar + 2% CO2 – zalecane do przemysłowego spawania stali nierdzewnej, zapewnia dobre rozprowadzenie stopionego metalu; 98% Ar + 2% O2 – stosuje się w celu uzyskania lepszej zwilżalności powierzchni krawędzi metalu spawanego.
Dodatkowo w metodzie MIG stosuje się mieszanki:
– mieszankę Ar + 75% He zaleca się do spawania zmechanizowanego aluminium o grubości powyżej 25 mm, a także miedzi, podczas łączenia której skłonność do porowatości również się zmniejsza.
– mieszanka 50% Ar + 50% He wykorzystywana do spawania zmechanizowanego z dużą prędkością, materiałów nieżelaznych o grubości do 18 mm.
– mieszanki Ar + 30% He z dodatkiem 1-2% N2 są zalecane do spawania metodą GMAW stali super duplex oraz austenitycznych stali nierdzewnych zawierających w swoim składzie azot.
Są to stale w których zawartość składników stopowych nie przekracza 2,5%. Składnikami stopowymi są: mangan (Mn), krzem (Si), chrom (Cr), nikiel (Ni), wanad (V), molibden (Mo) i inne. Podczas spawania należy pamiętać o starannie przygotowanych brzegach, spawaniu wielościegowym, krótkimi odcinkami, przed i po spawaniu podgrzewać łączone elementy.
Spawanie stali chromowych Ferrytycznych
Stale chromowe ferrytyczne posiadają w swoim składzie chemicznym 10,5-30% chromu i do 0,08% węgla. Dodatkowo mogą zawierać takie pierwiastki jak molibden, nikiel, aluminium które dodawane są w celu polepszenia wytrzymałości i plastyczności. Tytan, niob czy cyrkon są pierwiastkami których zadaniem jest stabilizacja mająca na celu zmniejszenie ryzyka wystąpienia korozji międzykrystalicznej. Stale o zawartości chromu powyżej 15% charakteryzują się ograniczoną spawalnością. Przy spawaniu stali ferrytycznych nierdzewnych należy zachować małą energię liniową. Do spawania tych stali zaleca się stosować spoiwa austenityczne, ponieważ powstające spoiny mają większą plastyczność niż te, które miałyby być wykonane spoiwem równoważnym z materiałem rodzimym. Jako gaz osłonowy należy stosować argon lub mieszanki na jego bazie. Po spawaniu zaleca się przeprowadzić wyżarzenie w temperaturze 700 – 800 °C.
Spawanie stali chromowo – niklowych austenitycznych
Stale austenityczne nierdzewne posiadają powyżej 16,5% chromu oraz ponad 8% niklu. Charakteryzują się bardzo dobrą spawalnością. Podczas spawania zaleca się wprowadzenie małej ilości ciepła i unikanie podgrzewania. Ma to zmniejszyć ryzyko pękania gorącego czy korozji międzykrystalicznej. Jako stopiwo, należy używać materiałów których skład chemiczny jest nieznacznie bogatszy niż skład materiału rodzimego .
Spawanie stali austenityczno ferrytycznych (Duplex)
Stal duplex zawierają w swoim składzie 21 – 28% chromu, 3,5 – 8% niklu, 0,1 – 4,5% molibdenu, 0,035 – 0,35% azotu, a niekiedy miedź i wolfram. Mają one wysoką odporność na korozje ogólną, międzykrystaliczną, naprężeniową i wżerową. Stale duplex są spawalne przy zastosowaniu spoiw niskowodorowych. Nie jest konieczne wstępne podgrzewanie. Aby uzyskać właściwą strukturę w spoinie należy stosować spoiwo o zwiększonej zawartości niklu lub azotu. Zalecanym gazem do spawania jest mieszanka argonu lub argonu z helem.
Spawanie metodą MIG pozwala nam na uzyskanie wysokiej wydajności, mamy możliwość spawania ręcznego jak i automatyzacji procesu. Łatwość obserwacji strefy spawania pozwala kontrolować kształt spoiny.
Dodatkowymi zaletami są: występowanie małej ilości żużla co niweluje konieczność obróbki po spawaniu, dobre wtopienie przy niewielkim nagrzaniu materiału spawanego oraz uniwersalność zastosowań i spawanie we wszystkich pozycjach. Niezależnie od spawanego materiału zawsze należy pamiętać o prawidłowym doborze parametrów spawania, wyborze odpowiedniego drutu spawalniczego który będzie odpowiedniej jakości, właściwego gazu spawalniczego oraz o właściwym przygotowaniu materiału przed spawaniem. Nie bez znaczenia będzie również jakość naszej spawarki.
