ABC instalacji wodociągowych. Spawanie „nierdzewki”

 w atmosferze powietrza, wody i roztworów wodnych. Nikiel w przypadku pierwszej grupy stali zapewnia jej wysoką plastyczność i poprawia spawalność poprzez nadanie jej odpowiedniej struktury.

Należy nadmienić, że nawet najdoskonalszą stal można w bardzo łatwy sposób zniszczyć poprzez nieprawidłową obróbkę mechaniczną, stosowanie niewłaściwych narzędzi czy dobór nieodpowiedniego materiału dodatkowego lub/oraz parametrów procesu spawania czy lutowania. Norma PN-EN 10088-1:2007 „Stale odporne na korozję – Część 1: Gatunki stali odpornych na korozję” klasyfikuje stale nierdzewne w oparciu o ich skład chemiczny. W tabeli 1 podano oznaczenia powszechnie stosowanych gatunków stali nierdzewnych.

Ogólnie spawalność stali austenitycznych chromowo-niklowych określana jest jako dobra i bardzo dobra, jednak niewłaściwe obchodzenie się z ww. stalą na każdym etapie wytwarzania może prowadzić do następujących problemów:

* Uwrażliwienie stali na korozję międzykrystaliczną polegającą na lokalnym zubożeniu materiału w chrom. Zapobiegać temu rodzajowi korozji można poprzez stosowanie do spawania stali o niskiej zawartości węgla (poniżej 0,03%) lub stali z dodatkami tzw. pierwiastków stabilizujących, wiążących węgiel w trwałe węgliki i uniemożliwiających tym samym wydzielanie się niepożądanego węglika chromu.

* Powstawanie pęknięć gorących (w temperaturze powyżej połowy temperatury topnienia stali), których główną przyczyną są zanieczyszczenia metalu spoiny siarką i krzemem. Dodatkowo wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej stali austenitycznych oraz niski współczynnik przewodzenia ciepła powodują powstawanie znacznych naprężeń w obszarach złącza spawanego, które sprzyjają powstawaniu ww. pęknięć. Coraz bardziej wyrafinowane metody wytapiania stali zapewniają ich coraz większą czystość, powodując, że problem pęknięć gorących jest obecnie zjawiskiem rzadkim.

* Silne utlenienie powierzchni stali będące przyczyną powstawania ognisk korozji. Nadmierne utlenienie powierzchni stali jest spowodowane stosowaniem zbyt wysokich parametrów procesu spawania i zbytnim przegrzaniem spawanych elementów. Dodatkowo niewłaściwa ochrona jeziorka ciekłego metalu nasila zjawiska utleniania.

Spawanie elektrodą otuloną, spawanie TIG oraz MIG/MAG są najczęściej stosowanymi metodami spawania. Najwyższą jakość i estetykę połączeń, kosztem niskiej wydajności, zapewnia metoda TIG. Dużo wydajniejszą metodą spawania, gwarantującą również wysoką jakość połączeń spawanych o nieco jednak gorszej estetyce, jest spawanie metodą MIG. Zdecydowanie najmniej estetyczne spoiny otrzymać można przez wykonanie ich elektrodą otuloną. Należy tu zwrócić uwagę na dostępność i niski koszt urządzeń do spawania tą metodą.

Dobór odpowiedniego gatunku materiału dodatkowego jest kluczowym parametrem wpływającym na odporność korozyjną złączy spawanych. Jest sprawą oczywistą, że odporność korozyjna spoiwa nie może być mniejsza od odporności materiału spawanego. Dlatego też w literaturze spotkać można wiele danych i tablic ułatwiających dobór odpowiedniego spoiwa dla spawanych stali. W tabeli 2 zestawiono spoiwa przeznaczone do spawania wybranych gatunków stali nierdzewnej elektrodą otuloną wg normy PN-EN 1600:2002 oraz do spawania metodami TIG i MIG wg normy PN-EN ISO 14343:2007.

W przypadku spawania metodą TIG i MIG/MAG materiałem dodatkowym jest również gaz osłonowy stosowany w trakcie procesu. O ile w przypadku metody TIG i MIG dobór odpowiedniego gazu jest sprawą prostą, a charakter samej metody nie daje wielu możliwości wyboru – będzie to prawie zawsze czysty argon (Ar), ewentualnie mieszanki argonu z niewielkim dodatkiem wodoru, azotu lub obu tych gazów – o tyle w przypadku metody MAG możliwości jest nieco więcej. Klasyfikacja mieszanek gazowych stosowanych w procesach spawalniczych ujmuje norma PN-EN ISO 14175:2009 „Materiały dodatkowe do spawania – Gazy i mieszaniny gazów do spawania i procesów pokrewnych”. W tabeli 3 przedstawiono kilka mieszanek gazowych wraz z ich oznaczeniami wg ww. normy, przeznaczonych do spawania stali nierdzewnej metodą TIG i MAG.

Już na etapie transportu, składowania i obróbki stali nierdzewnej należy zwracać szczególną uwagę na to, aby powierzchnia stali nie została uszkodzona. Zalecane jest unikanie kontaktu stali nierdzewnych z innymi materiałami, szczególnie stalami niestopowymi (tzw. czarnymi) oraz miedzią i jej stopami. Często zdarza się, że miejsce nawet delikatnego zarysowania powierzchni stali nierdzewnej stalą niestopową (czarną), np. podczas odbijania żużla młotkiem wykonanym ze stali niestopowej, staje się źródłem korozji. Dlatego też powierzchnie i urządzenia do przetwarzania stali nierdzewnej powinny być oddzielone od produkcji, w której przetwarzane są stale niestopowe, ołów, cynk, miedź oraz stopy miedzi.

Urządzenia służące do kształtowania (np. giętarki) powinny być każdorazowo oczyszczone, a wszelkie środki smarownicze użyte w trakcie operacji kształtowania powinny być usunięte z powierzchni stali nierdzewnej. Bezapelacyjnie dopuszczalne jest stosowanie tylko takich narzędzi, które przeznaczone są dla stali nierdzewnej. Mowa tu o tarczach ściernych, szczotkach drucianych, młotkach do odbijania żużla ze spoiny wykonanej elektrodą otuloną, numeratorach, o ile takowe są stosowane.

Odporność korozyjna spawanych elementów ze stali nierdzewnych jest silnie uzależniona od stanu ich powierzchni. Proces spawania wiąże się z oddziaływaniem ostrego cyklu cieplnego na mały obszar materiału spawanego w bezpośrednim otoczeniu krawędzi spawanych elementów. Obszar ten ulega silnemu utlenieniu. Czasami zastosowanie zbyt wysokich parametrów prądowo-napięciowych procesu prowadzi wręcz do zniszczenia stali w obszarze spoiny. Wówczas wypaleniu w nadmiernej ilości ulegają składniki stopowe nadające stali własności antykorozyjne (głównie chrom), a na powierzchni stali powstają wówczas tzw. wykwity. Stali takiej nie da się już przywrócić jej pierwotnych własności antykorozyjnych, a obszar spawania, do którego wprowadzono zbyt dużą ilość ciepła, z czasem będzie ulegał zjawiskom korozyjnym.

Powstałe podczas spawania na powierzchni stali tlenki, jak również żużle pochodzące od procesu spawania elektrodami otulonymi, powinny zostać bezwzględnie usunięte, jeżeli złącze będzie poddawane działaniu medium korozyjnego. Czyszczenie po spawaniu przeprowadza się różnymi sposobami, przy czym do najczęściej stosowanych w warunkach montażowych zalicza się szczotkowanie, szlifowanie lub trawienie. Metody te można stosować oddzielnie lub łącznie. Należy jednak pamiętać, że w przypadku szczotkowania stosować można jedynie specjalnie szczotki druciane z drutami ze stali nierdzewnej. Techniką tą zwykle trudno usuwać ściśle przylegające zanieczyszczenia, np. wysepki tlenków manganu i krzemu ściśle przylegające do lica spoiny wykonanej metodą MAG. Do szlifowania, podobnie jak szczotkowania, można stosować jedynie specjalnie przeznaczone do stali nierdzewnej tarcze, taśmy lub kamienie szlifierskie pozbawione żelaza. Podczas szlifowania trzeba uważać, aby nie doprowadzić do nadmiernego zmniejszenia grubości spawanego i obrabianego materiału. Szlifowanie ma na celu głównie usunięcie dużych zanieczyszczeń, wykonanie łagodnego przejścia spoiny w materiał spawany oraz ewentualne wycięcie obszarów spoin z niedopuszczalnymi niezgodnościami spawalniczymi. Trawienie polega na usuwaniu powierzchniowego utlenienia za pomocą reakcji chemicznej. Zwykle stosuje się kwaśny środek trawiący, którego skład chemiczny uzależniony jest od gatunku trawionej stali, temperatury oraz czasu trawienia. Wszystkie produkty trawienia należy bezwzględnie usunąć, gdyż ich pozostałości mają silne własności korozyjne. Często trawienie chemiczne przeprowadza się po szczotkowaniu lub szlifowaniu.

Maciej Różański
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

Rys. Schemat spawania: a – elektrodą otuloną, b – metodą TIG, c – metodą MIG/MAG.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij