A rozsdamentes acél mechanikai tulajdonságai kiválóak, ezért előszeretettel alkalmazza a gépipar és az építőipar is. Ráadásul a kiváló tulajdonságait magasabb hőmérsékleten is megtartja, ezért speciális felhasználásokra, például erőművi környezetben. Értelemszerűen elsődleges választás élelmiszer- és vegyipari eszközök és berendezések készítésekor. És végül ott van az a tényező, hogy a rozsdamentes acél az egyik legszebb küllemű anyag, ezért az iparművészi igényű felhasználás is képbe jön.
Azt viszont tudni kell, hogy ha nem is annyira nehéz feladat, mint az alumínium hegesztés, de a rozsdamentes acélok is nagyobb kihívás elé állítják a hegesztőt, mint a szerkezeti acél. Nem kell azonban kétségbe esni, néhány alapvető törvényszerűség megértése és szem előtt tartása sokat segít abban, hogy rövid időn belül jó eredményeket érjünk el.
Hogy működik a rozsdamentes acél?
A rozsdamentes acél legfőbb ötvözője a króm, amit 16-21%-ban tartalmaz ehhez hasonló nagyságrendben, de általában kisebb mennyiségben tartalmaz nikkelt (6-26%), 1-2%-ban rezet alumíniumot, titánt és egyéb ötvözőket. A széntartalma 0,1% alatti. A rozsdamentes test a felszínén nagy mennyiségű króm króm-oxidot képez, ami elzárja a testet a légköri oxidatív anyagoktól, így nem tud vas-oxid képződni a felszínen.
1. A rozsadmentes anyag felszínén króm-oxid réteg képződik
2. Az anyag felszínén sérülés keletkezik 3. A króm-oxid a sérülés felszínét is bevonja
Jelmagyaraázat: a) rozsdamantes acél test b) króm-oxid réteg c) felszíni sérülés
Ennek a speciális ötvözetnek azonban vannak olyan tulajdonságai, amik megnehezítik a hegesztését. Az rozsdamentes acél több hőt nyel el, viszont rosszabb a hővezetése és 50%-kal nagyobb a hőtágulása. Ennek egyenes következménye, hogy egyrészt a hegesztett rozsdamentes szerkezet erősen hajlamos a deformálódásra. Másrészt a hőnek kitett zóna (heat affected zone, HAZ) nehezen tudja átadni a hőt az anyagnak. A hegesztés végén az ív kioltása után nagyon látványos, hogy a varrat még sokáig izzásban marad. Ezzel pedig az a probléma, hogy kellően sok idő van arra, hogy végbemenjen a karbid-kiválás jelensége. Kb. a 400-750°C hőmérsékleti tartományban a króm és a jelen lévő szén króm-karbidot képeznek. A nem teljesen kikristályosodott anyagban a krómatomok eldiffundálnak, így az anyag egyes részei védtelenek maradnak a korrózióval szemben.
Karbidosodás és krómszegény zóna kialaulása a szemcsehatárok mentén
Ez túl azon, hogy az értékes anyag pazarlása, kristályközi korróziót okoz, ami gyengíti a nagy hőhatásnak kitett anyagrészt. A túlmelegített rozsdamentes anyagon elég nagy valószínűséggel gyenge varratunk lesz.
Hogy ismerjük fel a túlmelegített rozsdamentes anyagot?
A hőnek kitett anyagrész sötét lila vagy fekete színt vesz fel, ha túlmelegítik. A megfeketedett rozsdamentes anyag menthetetlenül átesett a karbidosodáson, és javításra szorul. Ha viszont a varrat és környéke halvány sárga vagy világoskék nyugodt lehet afelől hogy nem történt karbid-kiválás.
Rozsdamentes acélok típusai
A rozsdamentes acélok fő típusai a következők:
- ausztenites: a 300-as jelzésű acélok, leginkább 304 és 316 között. Ez az anyagcsoport kimagaslóan a legjobban hegeszthető minden rozsdamentes acélok között. Amikor rozsdamentes anyagok hegesztéséről beszélünk, döntő többségében erről az anyagról van szó. Ha az anyagról nem ejtünk külön szót, akkor minden esetben.
- Ferrites: a 400-as jelű anyagok, leginkább 430 és 434 között. Az ausztenites anyagokkal szemben a ferritesek mágnesezhetők és kevesebb nikkelt tartalmaznak, ezért rosszabbul hegeszthetők.
- Martenzites: A 420-as jelű sorozat, leggyakrabban 420. A húzószilárdsága kiemelkedő, de ritkán használják.
- Duplex: Az ausztenites és ferrites anyag közti állapot. Csőgyártásban előszeretettel alkalmazzák, mert mind a szilárdsági mutatói, mind a korrózióállósága kiemelkedő.
MIG hegesztés – felszerelésigény
A rozsdamentes acél hegesztése során a felszerelés kulcsfontosságú. Egy-egy rosszul megválasztott felszerelési elem durva hibákhoz vezethet.
Védőgáz
Kézi MIG hegesztéshez a legjobb védőgáz a tri-mix (90% hélium, 7,5% argon és 2,5% szén-dioxid). Ez szép varratképet eredményez, de még elég alacsony a szén-dioxid szint ahhoz, hogy a korrózióállóság rovására menjen. Ennél nagyobb szén-dioxid tartalom már egyértelműen rontja a korrózióállóságot. A szerkezeti acélok hegesztéséhez használt kevert gázok már nem használható, mint ahogy a tiszta szén-dioxid is rossz varratokat eredményez.
Az argon-oxigén keverék (2% alatti oxigénnel) javítja az ívstabilitás, de az azonnali korróziós jelenségek kockázatát hordozza. A hélium viszont szélesebb sávban elősegíti a beolvadást, az argon és a szén-dioxid pedig az ívstabilitást javítják fel nagy mértékben.
Polaritás
Mint a legtöbb MIG-hegesztésnél, itt is elektróda pozitív (DCEP) polaritással dolgozunk, ami azt jelenti, hogy a testkábel kerül a negatív pólusra. A MIG hegesztőgépünk alapbeállítását nem szükséges módosítani
Huzal elektróda választás
Az elektródát mindig a hegesztendő anyaghoz igazítjuk. A legelterjedtebb elektródák az ER308 és az ER316 jelűek. Élelmiszeripari felhasználásra a 316-os jelűeket választjuk. A hegesztendő anyag számánál nagyobb számú elektródát választhatunk, kisebb számjelű elektródát választva viszont a tervezett korrózióállóságot nem fogjuk elérni.
A hegesztőáram beállítása
Ennek a megtanulása igényel némi kísérletezést. Acéloknál az az ökölszabály, hogy 1 mm anyag átolvasztásához 40 A hegesztőáramot kalkulálunk. Mivel a rozsdamentes anyag több hőt tart a varrat környékén az esetek döntő többségében kisebb áramot kell beállítani, mint azonos méretű szerkezeti acélnál. A védőgáz, a megcélzott beolvadási jellemzők, varratképzési sebesség stb. mind befolyásolják a hegesztőáramot. Fontos szót ejteni az induktancia beállításáról is. A rozsdamentes acél hegfürdő felületi feszültsége nagyobb, mint a lágyacélé, ezért kevésbé engedi a hegfürdőt szétterülni. Az induktanciát növelve ezen is sokat tudunk javítani.
A rozsdamentes anyag felületelőkészítése
A rozsdamentes hegesztés egyik legfontosabb tényezője, hogy a munkadarabot meg kell tisztítani MINDEN szennyeződéstől. Festékmaradványoktól, olajos, zsíros szennyeződésektől, fröcskölés védő bevonatoktól, de még a jelölőfilcek és tisztítószerek maradványaitól is. Ezek bármelyikének a széntartalma beindíthatja a karbonátosodást, ami - mint már tudjuk – a varratgyengeségéhez és rozsdafoltok kialakulásához vezet.
A tisztításhoz külön rozsdamentes anyaghoz használatos drótkefét kell használnunk, és minden eszközt (drótkefék, vágó- és csiszolótárcsák stb.) elkülönítve tároljunk olyan felszerelésektől, amiket korábban szénacélokkal való munkára használtunk. Értelemszerűen más anyagokhoz már használt vágó- és csiszolóeszközöket ne használjunk rozsdamentes munkánkhoz, mert a szénacél szemcsék ugyanúgy beszennyezik a felületet, és az egyéb széntartalmú anyagoktól való szennyeződés következményeit hordozzák magukban.
Arra is figyeljünk oda, hogy csak akkor dolgozzunk rozsdamentes anyaggal, ha nincs szénacélból származó szálló por a levegőben. Pl. ha a szomszéd álláson valaki lágyacélt darabol, a szálló törmelék ugyanúgy beszennyezheti a rozsdamentes anyagunkat, mint bármilyen más széntartalmú anyag.
Rozsdamentes hegesztés előtt cseréljük ki huzalvezetőt és az áramátadót a hegesztőpisztolyunkban olyan darabokra, amiket szénacélhoz még nem használtunk. Rozsdamentes huzalhoz teflon huzalvezetőt célszerű választani.
A rozsdamentes MIG hegesztés technikája
Hő és deformáció
Mivel a rozsdamentes anyagok sok hőt tárolnak, hőtágulásuk pedig nagy, a munkadarab elég könnyen meggyűrődik, vagy egyéb torzulásokat szenved el, különösen ha kis vastagságú anyagokról van szó.
Célszerű a kívánt szilárdság eléréséhez szükséges legkisebb varrathosszt alkalmazni. A munkadarabokat megfelelően kell rögzíteni, és a különböző oldali illesztéseken ugyanakkora varrathosszt kell hegeszteni.
Az alumíniumhoz hasonlóan a rozsdamentes anyagok hegesztésekor is sokat segítenek a hőelvonó testek. Arra figyelni kell ezek nikkel bevonatúak legyenek, mert a rézzel történő esetleges szennyeződés törékennyé teheti a szerkezetet.
Tisztítás
A legmagasabb igényű rozsdamentes hegesztés során a varrat tisztaságát aktív módszerekkel is biztostani kell. A varrat gyökoldalát védőgáz biztosításával szintén el kell zárni a légkörtől.
A rozsdamentes acél felhevült állapotban sok oxigént vesz fel, ami rossz hatással van a hegesztés minőségére. A tisztítás különösen lényeges csövek hegesztésénél, ahol a belső oldalon fellépő korrózió különösen nagy kárt okoz.
A tisztítás – bár van hozzá professzionális felszerelés is – egyszerűen kivitelezhető. A hegesztett csőszerkezet végeit letapasztjuk, majd az egyik tapasztáson vágunk két lyukat, Az egyiken argont vezetünk be, a másikon távozhat a levegő. Ehhez még csak tri-mixet sem kell használnunk – a gyököldalon az ívstabilitásról nincs értelme beszélni, az oxigén kizárását az argon is elvégzi.
Hegesztési sebesség, és hegesztőpisztoly tartása.
Ahhoz, hogy a túlzott hőkoncentrációt elkerüljük, a hegesztőpisztolyt mozgassuk minél gyorsabban. Ha túl lassan vezetjük a hegesztőpisztolyt, túlhevítjük a munkadarabot, ha túlgyorsan, nem lesz megfelelő a beolvadás. Az ideális tempót, ahol már jó a varrat minősége, de még nem lép fel karbidizálódás, ki kell kísérletezni.
A varratot ne húzzuk, hanem tolással építsük fel, mert úgy esztétikusabb varratot készíthetünk, és a hegfürdő terülése is jobb. Rozsdamentes acélhegesztésekor kerüljük a hullámzó elektródavezetést, törekedjünk az egyenes vezetésre, mert az jóval kisebb lehetőséget hagy a karbidosodásra.
Gáz utánfúvás
A gáz utánfúvás különösen fontos, hogy a légköri oxigént minél tovább elzárjuk a felhevült anyagtól. A hegesztőpisztolyt soha ne emeljük el azonnal a munkadarabtól, mindig tartsuk ott kb. 3 másodpercig. Ha a hegesztőgépünkön van rá mód, állítsuk a gáz utánfúvást a legnagyobbra.
Konklúzió
Bár a rozsdamentes hegesztés nehezebb feladat, mint a szénacélok hegesztése, de ha odafigyelünk a túlhevülés elkerülésére és a felhevült fém védelmére, jó eredményt fogunk elérni. A legfontosabb az alapos munkadarab-előkészítés, a jó hegesztési paraméterek kikísérletezése és a varrat védelme.
És bár a megfelelő beállítások megtalálása kísérletezést és tanulást igényel, megéri a befektetett fáradságot, mert a rozsdamentes acél kiváló tulajdonságai révén új dimenziók nyílhatnak meg előttünk a hegesztésben.