Stal nierdzewna to rozwiązanie materiałowe stosowane w szerokiej gamie zastosowań ze względu na jej naturalną odporność na korozję, odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze i wytrzymałość. Łączenie oddzielnych elementów ze stali nierdzewnej za pomocą procesu spawania o dużej mocy jest preferowane w porównaniu z innymi metodami spawania lub klejenia w wielu zastosowaniach motoryzacyjnych, medycznych, wojskowych i lotniczych (MIL/AERO), ponieważ złącza spawane laserowo zapewniają najwyższą wytrzymałość i wiele innych korzyści. Należą do nich:
Mały obszar HAZ:Połączenia ze stali nierdzewnej często muszą być nie tylko mocne, ale często także kosmetycznie czyste. Laser oferuje najmniejszą strefę wpływu ciepła, czyli „HAZ”. Dzięki temu spawanie laserowe jest idealne w przypadku produktów o skomplikowanych wzorach spawów lub tam, gdzie spawany obszar jest trudno dostępny. Ponieważ wiązka lasera może być tak precyzyjnie skupiona, prawdopodobieństwo uszkodzenia, wżerów lub deformacji otaczających powierzchni jest mniejsze.
Czysty proces:Ponieważ operacja spawania laserowego polega po prostu na stapianiu metali, (zazwyczaj) nie ma potrzeby stosowania materiałów wypełniających i nie ma dodatkowego ryzyka dla środowiska. To często sprawia, że spawanie laserowe jest najbardziej opłacalną i przyjazną dla środowiska opcją. Natomiast w przypadku produktów końcowych, takich jak rurki ze stali nierdzewnej stosowane w urządzeniach medycznych i zastosowaniach chirurgicznych, ogólna czystość lasera gwarantuje, że produkty dostarczane są wolne od zanieczyszczeń i zadziorów.
Mniej korozji:Podczas konwencjonalnego spawania TIG lub MIG elektroda używana do spawania zawiera śladowe ilości wilgoci. Ciepło spawania powoduje szybki rozkład wody, uwalniając przy tym wodór, który przedostaje się do metalu, powodując jego kruchość. Ponieważ spawanie laserowe nie polega na tym, że elektroda przewodzi ciepło, nie ma ryzyka samookaleczenia.
Precyzja:Moc wyjściową, rozmiar spoiny, głębokość spoiny, prędkość spoiny i ślad wiązki lasera na powierzchni stali nierdzewnej można w dużym stopniu kontrolować. Rezultatem jest bardzo precyzyjny spaw. Dzięki tej optymalnej kontroli najcieńsze arkusze stali nierdzewnej można również spawać laserowo.
Zmniejszone zniekształcenia termiczne:Dodatkową korzyścią wynikającą ze spawania laserowego stali nierdzewnej jest zmniejszenie odkształceń termicznych i naprężeń szczątkowych w porównaniu z konwencjonalnymi technikami spawania. Jest to szczególnie ważne w przypadku stali nierdzewnych, które mają o 50% większą rozszerzalność cieplną niż zwykłe stale węglowe.
Automatyzacja:Kolejną zaletą wysoce kontrolowanego procesu jest to, że spawanie laserowe jest wysoce programowalne i zrobotyzowane. Ponieważ łatwiej jest zautomatyzować spawanie w porównaniu ze spawaniem w gazie obojętnym metalem (MIG)* lub spawaniem w gazie obojętnym wolframu (TIG)*, można osiągnąć większą powtarzalność i większą wydajność.
Zrozumienie 4 rodzajów stali nierdzewnej
Stal nierdzewna jest opisana według właściwości materiału każdego typu. Oto uwagi i wymagania dotyczące spawania laserowego dla każdego z nich.
Austenityczne stale nierdzewne
Seria stali nierdzewnej 300 to austenityczne stale nierdzewne. Te stale nierdzewne są stosowane w zastosowaniach wymagających odporności na korozję i wytrzymałości, a także gdy rozważane są kwestie związane z odkształceniami termicznymi. Stale nierdzewne serii 300 można znaleźć w szerokim zakresie zastosowań w przemyśle naftowym, transporcie, chemicznym i energetyce. Te stale nierdzewne są szczególnie przydatne w środowiskach o wysokiej temperaturze. Ta seria stali nierdzewnej nadaje się zarówno do spawania laserowego pulsacyjnego, jak i ciągłego (CW). Spawanie laserowe stali nierdzewnej zapewnia nieco lepszą głębokość wtopienia spoiny i zwiększone prędkości spawania w porównaniu ze stalami niskowęglowymi ze względu na niższą przewodność cieplną większości austenitycznych stali nierdzewnych. Wyższe prędkości spawania laserowego są również korzystne ze względu na zmniejszenie podatności na korozję spowodowaną wytrącaniem się węglików chromu na granicach ziaren. Wytrącanie się węglików chromu może wystąpić, gdy dopływ ciepła jest zbyt wysoki podczas procesów spawania.
Ferrytyczne stale nierdzewne
Ferrytyczna stal nierdzewna serii 400 zazwyczaj nie zawiera niklu lub nie zawiera go wcale i nie charakteryzuje się tak dobrą spawalnością laserową w porównaniu z gatunkami austenitycznymi. Spawanie laserowe ferrytycznych stali nierdzewnych w niektórych przypadkach pogarsza wytrzymałość połączeń i odporność na korozję. Zmniejszenie ciągliwości jest częściowo spowodowane tworzeniem się gruboziarnistych ziaren w strefie wpływu ciepła oraz tworzeniem się martenzytu, które występuje w gatunkach o wyższej zawartości węgla. Strefa wpływu ciepła może mieć wyższą twardość ze względu na dużą szybkość chłodzenia, co zwiększa kruchość.
Martenzytyczne stale nierdzewne
The martensitic 400 series of stainless steel is more challenging to laser weld than the austenitic and ferritic grades. Laser welding high carbon martensitic grades (>{{0}},15% węgla) może powodować kruchość materiału w strefie wpływu ciepła. Jeśli ma być spawana martenzytyczna stal nierdzewna o zawartości węgla powyżej 0,1%, wówczas zastosowanie austenitycznego materiału wypełniającego ze stali nierdzewnej może poprawić wytrzymałość spoiny i zmniejszyć podatność na pękanie, ale nie może zmniejszyć kruchości w strefie wpływu ciepła. Wstępne podgrzanie materiału przed spawaniem lub odpuszczanie w temperaturze 650-750 po spawaniu laserowym pomoże zmniejszyć kruchość w strefie wpływu ciepła.
Stale nierdzewne typu duplex
Stale nierdzewne duplex to mieszanina stali nierdzewnych austenityczno-ferrytycznych. Te stale nierdzewne charakteryzują się dwufazową mikrostrukturą zawierającą austenit i ferryt. Udziały objętościowe austenitu i ferrytu są w przybliżeniu równe. Głównymi pierwiastkami stopowymi są chrom, nikiel i molibden. Stale nierdzewne typu duplex są zwykle również domieszkowane niewielkimi ilościami azotu. Materiał duplex jest ogólnie spawalny z dobrymi wynikami.