Svařovaní nerez oceli

Vše, co potřebujete vědět o svařování nerezové oceli pro dosažení maximálních výsledků

Je svařování nerezové oceli obtížné?

Ve druhém výukovém kurzu o svařovacích procesech a jejich použití náš instruktor svařování Tomáš provede našeho učně Pavla různými aspekty svařování nerezové oceli. Stejně jako s mnoha podobnými tématy jsou i s tímto tématem spojeny mýty, z nichž některé vycházejí čistě z neznalosti toho, co je to "nerezová ocel".

Lze svařovat nerezovou ocel?

Tomáš: Začněme od začátku. Myslíte si, že můžete obloukově svařovat nerezovou ocel? Pokud ano, jaké postupy podle Vás můžete použít?

Pavel: Vím, že z nerezové oceli se vyrábí například cisterny na mléko, které se svařují, takže ano, musíte ji umět obloukově svařovat. Co se týče postupů, řekl bych, že lze použít většinu, ne-li všechny běžné postupy obloukového svařování. Je třeba mít na paměti, že "nerezová ocel" není jen jeden "kov". Existují čtyři hlavní skupiny a každá má své specifické požadavky při výběru správného svařovacího plynu. Jsou to austenitické, feritické, martenzitické a duplexní. Z nich se nejčastěji používají austenitické korozivzdorné oceli, které tvoří přibližně 70 % všech vyráběných korozivzdorných ocelí, jejichž svařitelnost je dobrá. Feritické oceli se nepoužívají tak často, ale mají vysokou pevnost a dobré vysokoteplotní vlastnosti, takže se používají pro výfuky, katalyzátory atd. Martenzitické oceli se svařují mnohem obtížněji, ale mají vysokou pevnost a používají se na podvozky vozidel, železniční vagony atd. A konečně duplexní třídy nabízejí to nejlepší z austenitických i feritických tříd, kombinují vysokou pevnost a vysokou odolnost proti korozi a používají se v chemických provozech, kde je rozhodující integrita svaru.

Je svařování nerezové oceli nebezpečné?

Svařování v uzavřených prostorech

Pavel: Jednou z oblastí, kterou jsme se nezabývali, je bezpečnost a ochrana zdraví. Existují nějaké zásadní problémy při svařování nerezové oceli?

Tomáš: Určitě víte, na co se správně ptát! Problémy se v mnoha ohledech neliší od problémů při jakémkoli obloukovém svařování. Existují však některé specifické problémy. Při každém svařovacím procesu vzniká složitá směs kovového dýmu, částic a plynů. Svařování nerezové oceli je obzvláště znepokojivé kvůli vzniku dýmu obsahujícího mimo jiné nikl a šestimocný chrom - prokázaný astmagen. Z těchto důvodů HSE doporučuje při svařování nerezové oceli používat místní odsávací ventilaci (LEV). Výsledky jejich průzkumu však ukázaly, že značná část pracovišť sice má k dispozici odpovídající kontroly expozice, ale v praxi je nepoužívá. Mezi uváděné důvody patří neochota pravidelně měnit polohu kukly LEV v průběhu svařování a rozšířená mylná představa, že používání LEV ovlivňuje kvalitu svaru.
Je třeba poznamenat, že v mnoha případech se svařování nerezové oceli provádí v uzavřených prostorách, například v nádržích. Některé z používaných procesů jsou z hlediska účinnosti závislé na inertních plynech. Pokud však není úkol pečlivě naplánován, mohou svařovací plyny, jako je argon, oxid uhličitý, dusík a helium, vytěsnit vzduch uvnitř uzavřených prostor. Argon a oxid uhličitý jsou relativně "těžké" plyny. Mohou se shromažďovat v místech, kde se to běžně neočekává, například v kontrolních jámách vozidel.
Někdy se inertní plyny používají k záměrnému nahrazení vzduchu, aby se zabránilo oxidaci svarů nebo se snížilo riziko požáru. Plyny se také mohou hromadit při jejich používání během svařování. Pokud nedodržíte bezpečný systém práce a vstoupíte do prostoru, kde je velké množství inertního plynu, riskujete smrt udušením. Pokud je množství inertního plynu dostatečně vysoké, nebudete kašlat, prskat, dýchat nebo cítit dušnost, ale jednoduše omdlíte. Stane se to tak rychle, že se nebudete moci zachránit. Pokud inertní plyn nahradil vzduch jen částečně, můžete se cítit velmi slabí, unavení a zmatení. Pravděpodobně zjistíte, že nejste schopni vykonávat jednoduché úkony, včetně hledání cesty ven. Pokud nebudete zachráněni a nebudete dýchat normální vzduch během několika minut, pravděpodobně omdlíte a nakonec zemřete. Většina svářecích plynů, včetně všech inertních plynů, nemá žádný zápach.
Pavle, to, co jsem vám právě řekl, by Vás nemělo odradit. Stejně jako u každého výrobního procesu je heslem "PÉČE"; to znamená, že o sebe musíte neustále pečovat, abyste pracovali správně, starat se o své blaho a také o blaho lidí kolem sebe. Dělejte to a budete v bezpečí.

Jaký svařovací postup byste použili pro svařování nerezové oceli?

Tomáš: Lze použít všechny běžné obloukové svařovací postupy - MMA, MIG/MAG, TIG, plazma atd., ale zjistíte, že ve většině případů se obvykle volí svařování TIG.

A.  Svařování nerezové oceli metodou TIG

Tomáš: Nejčastěji používaným procesem je svařování wolframovým obloukem v plynu (GTAW) nebo svařování v inertním plynu - což jsou jednoduše dva různé názvy pro stejný proces. Podle průzkumu britského úřadu Health & Safety Executive (A small survey of exposure to stainless steel welding fume, Matt Coldwell & Chris Keen - Research Report RR770) svařování metodami TIG a MIG představuje přibližně 90 % svařování. Důvodem je univerzálnost a vysoká kvalita svarového spoje - nejen kvalita svaru, ale i jeho konečný vzhled. Jak jistě víte, při svařování metodou TIG se obvykle používá nižší proud, čímž se snižuje tepelný příkon základního kovu, spolu s možností přidávat do svarové lázně přídavný kov, to vše dohromady umožňuje svařování tenkých materiálů. Tento proces lze použít i k pokládání kořenových náběhů v mnohem silnějších materiálech. Ačkoli se obvykle přidává přídavný materiál, pro automatizované svařování trubek se často používá tzv. autogenní svařování, při kterém se přídavný materiál nepřidává.

B. Svařování nerezové oceli metodou MIG/MAG

Pavel: Co svařování metodou MIG?

Tomáš: Obloukové svařování v plynu (GMAW) neboli svařování v inertním plynu/aktivním kovovém plynu (MIG/MAG), které je poloautomatickým procesem, lze použít buď jako ruční nebo jako automatizovaný proces. Při tomto procesu se používá pevná drátová elektroda a ochranný plyn bohatý na argon, obvykle při vysoké produktivitě buď v režimu přenosu kovu krátkým okruhem pro tenké materiály, nebo v režimu stříkaného oblouku pro silnější aplikace. Pro polohové svařování nabízejí zdroje energie, které produkují pulzní proud, lepší kvalitu svarového kovu, zejména při polohovém svařování. Pro zlepšení stability oblouku byly vyvinuty směsi plynů, které zahrnují příměsi kyslíku, helia a oxidu uhličitého k základnímu argonu.

C.  Svařování korozivzdorných ocelí tavidlem

Pavel: Nepoužívají někteří svářeči tavné svařovací dráty? Pokud ano, jaké jsou jejich výhody?

Tomáš: Opět máte pravdu. Jedná se o verzi procesu MIG/MAG, kdy lze místo pevného drátu použít trubičkový drát plněný buď tavidlem (FCW) nebo kovovým práškem (MC) ve stejném svařovacím zařízení. Dodavatelé nabízejí dvě varianty - jednu pro celoplošné svařování a druhou pro svařování s vyššími úbytky, svařování směrem dolů. Získáte nejen vyšší rychlost depozice, ale také se výrazně sníží nároky na čištění po svařování. Zpráva HSE opět spočítala, že FCW představuje maximálně 5 % veškerého svařování nerezové oceli.

D. Svařování nerezové oceli metodou MMA

Tomáš: Snadno lze použít obloukové svařování v ochranné atmosféře (SMAW) nebo ruční obloukové svařování kovů (MMA). Široká škála povlaků elektrod totiž nabízí velkou flexibilitu při svařování různých druhů nerezové oceli ve stejně širokém spektru aplikací. Pokud se chystáte použít MMA, je třeba dbát zvýšené opatrnosti. Nejpoužívanější jsou elektrody s povlakem kyselého rutilu, protože vytvářejí obloukovou formu přenosu kovu, samovolně se uvolňující strusku a esteticky příjemný profil svaru. Obecně se používají v poloze rukou dolů. Pokud hledáte kvalitnější svary, měli byste přejít na základní obalené elektrody, ale jejich nevýhodou je, že mají struskové mikroinkluze a plynové póry, odstraňování strusky není tak snadné a profily svarů nejsou tak dobré.

Výsledky dokončovacích prací po svařování

Pavel: Nerezová ocel je z definice lesklý kov. Poškozuje svařování tuto povrchovou úpravu, a pokud ano, měla by se odstranit?

Tomáš: I když existuje spousta literatury o čištění nerezové oceli po výrobě a po svařování, existuje jedna otázka, která vyvolává otázky, a tou je "tepelné zabarvení". Jedná se o zesílení přirozeně se vyskytující vrstvy oxidu na povrchu nerezové oceli a jsou výsledkem interferenčních účinků světla. Ačkoli po určité době toto zabarvení splyne se zbytkem nerezové oceli, je životně důležité, aby tepelné zabarvení svaru bylo odstraněno, aby nebyla ovlivněna plná korozní odolnost hotového výrobku. Kodex inspekce pitné vody (Provozní pokyny a kodex praxe pro výrobky z nerezové oceli v zásobování pitnou vodou) skutečně uvádí, že "Aby se dosáhlo optimální korozní výkonnosti svarových spojů z nerezové oceli, musí být štěrbinové prvky, znečištění a alespoň všechny tepelné hroty svaru hlubší barvy než světle žluté odstraněny mechanickým obvařením a následným mořením svarového spoje kyselinou!".

Plyny pro svařování nerezové oceli metodou MIG/MAG

Pavel: Jaké jsou účinky různých svařovacích plynů?

Tomáš: Existuje mnoho mylných představ o úloze ochranných plynů při svařování. Mnoho lidí se domnívá, že výslednou kvalitu svaru ovlivňuje elektroda. To je do značné míry pravda, ale výběrem správného plynu lze dosáhnout významných výhod.
Vezmeme-li tento proces jako příklad, svařování nerezové oceli metodou MIG/MAG se obvykle provádí pomocí argonu nebo směsi na bázi argonu a helia. Tyto plyny obsahují malé množství oxidačního plynu, jako je kyslík nebo oxid uhličitý, který stabilizuje oblouk. Použití příliš velkého množství oxidu uhličitého však může způsobit problémy se zachycením uhlíku. Ochranným plynem pro všeobecné použití je směs argonu s 2,5 % oxidu uhličitého, protože nabízí dobré smáčecí účinky a vytváří hladký svar s malým nebo žádným rozstřikem. V případě svařování silnějších kusů nerezové oceli se používá třísložková směs obsahující argon, helium a oxid uhličitý. Výsledkem je svar s nízkou povrchovou oxidací, vynikající odolností proti korozi, dobrým natavením a nízkou úrovní zesílení, spojený s vysokou rychlostí svařování.

A konečně, protože svařování nerezové oceli pod tavidlem je stále populárnější, je obvykle zvolen jako hlavní plyn oxid uhličitý nebo směsný plyn obsahující až 20 % oxidu uhličitého.