Varför rostfritt stål behöver en egen skyddsgas
Därför att kol och syre från gasen sänker fogens korrosionsbeständighet. Vid MAG-svetsning av rostfria stål används därför argon med bara några få procent CO₂ eller O₂, inte den vanliga blandgasen för olegerat stål.
Helt utan aktiva komponenter fungerar MAG-svetsning dock inte heller: lite CO₂ eller O₂ stabiliserar bågen och förbättrar smältbadets flytförmåga. Gränserna är snäva:
- CO₂ avger kol till svetsgodset. Upp till cirka 3 % anser DVS 0931 detta i regel vara okritiskt. Mer CO₂ kan göra svetsgodset känsligt för interkristallin korrosion, särskilt vid L-sorter, se Vad som gör stålet rostfritt.
- Syre för inte in kol men oxiderar fogen. Högre halter som 8 % är metallurgiskt ofarliga men lämnar en kraftigt oxiderad yta som måste efterbearbetas.
- Båda förskjuter mikrostrukturen mot austenit: O₂ genom avbränning av krom, CO₂ genom kol. Det sänker ferrithalten, se Mikrostruktur, deltaferrit och varmsprickor.
Gasgrupperna enligt ISO 14175
I ISO 14175 delas skyddsgaser in i grupper efter sina komponenter. För rostfria stål är de viktigaste de inerta gaserna (I), de svagt oxiderande blandgaserna i grupp M1, de reducerande Ar-H₂-blandningarna (R) och de kvävehaltiga gaserna (N).
| Grupp | Sammansättning | Användning vid rostfritt stål |
|---|---|---|
| I1 | Argon | TIG, plasma, rotskydd; alla material |
| I3 | Argon + 0,5 till 95 % helium | TIG, MIG; mer energi och inträngning |
| M12 | Argon + 0,5 till 5 % CO₂ | MAG med massiv tråd och metallpulverfylld rörtråd |
| M13 | Argon + 0,5 till 3 % O₂ | MAG med massiv tråd och metallpulverfylld rörtråd |
| M11, M14 | som M12, dessutom H₂ (M11) eller O₂ (M14) | MAG, specialblandningar |
| M21 | Argon + 15 till 25 % CO₂ | slaggbildande rörtråd |
| R1 | Argon + 0,5 till 15 % H₂ | TIG och plasma på austenitiska sorter, rotskydd |
| N2 | Argon + 0,5 till 5 % N₂ | TIG på duplex, rotskydd |
| N5 | Kväve + 0,5 till 50 % H₂ (”formeringsgas”) | rotskydd |
Grupper enligt ISO 14175:2008, tabell 2. I M-grupperna får argon helt eller delvis ersättas med helium. Vid besiktningspliktiga svetsningar måste kombinationen av tråd och gas vara godkänd.
MAG med massiv tråd och metallpulverfylld rörtråd
Gaser i grupp M1 har visat sig fungera bra: argon med 1 till 3 % O₂ (M13) eller med upp till 2,5 % CO₂ (M12), även som trekomponentsgas med båda (M14). Metallpulverfylld rörtråd behöver samma gaser som massiv tråd.
- Helium i stället för en del av argonet gör smältbadet mer lättflytande och förbättrar inträngningen. Det hjälper vid tjockare plåtar och högre hastigheter.
- Väte i små mängder (M11) kommer bara i fråga för austenitiska stål, aldrig för ferritiska stål och duplexstål.
- För tillsatsmaterial på nickelbas används inerta gaser eller flerkomponentsgaser med helium eller väte, delvis med bara cirka 0,05 % CO₂ för stabilisering. Här gäller tillverkarnas rekommendationer.
Slaggbildande rörtråd: vanlig blandgas
Slaggbildande rörtrådar för rostfritt stål svetsas med samma gaser som rörtråd för olegerat stål, helst med argon och 15 till 25 % CO₂ (M21), även med ren CO₂.
Fyllningen är sammansatt så att svetsgodset inte tar upp skadligt kol ens vid höga CO₂-halter. Det är skillnaden mot massiv tråd, för vilken dessa gaser är olämpliga.
TIG och plasma: argon, helium, väte, kväve
Standard vid TIG-svetsning är rent argon. Helium och väte för in mer energi i arbetsstycket; enligt ett forskningsprojekt vid TU Dresden kan svetshastigheten därmed fördubblas eller tredubblas jämfört med rent argon.
- Argon-helium (I3): bredare, varmare båge, mer inträngning. Vid lång båge sjunker bågtrycket, vilket hjälper vid lättflytande smältbad.
- Argon-väte (R1): sammansnörd, varm båge, snabbare, och vätet binder syre, så att fogen förblir blankare. Endast för austenitiska stål, framför allt vid mekaniserad svetsning. Olämpligt för ferritiska stål och duplexstål, eftersom väte kan försköra dem.
- Argon-kväve (N2): nästan ingen inverkan på processen, men metallurgiskt viktigt: 1 till 3 % kväve säkerställer tillräckligt med austenit i duplexsvetsgodset. För mycket kväve ger porer och kromnitrider.
Vid plasmasvetsning används argon som plasmagas, för austenitiska sorter med lite väte. Som yttre skyddsgas används oftast argon-väte.
Enligt samma studie utgör gaskostnaderna bara 1 till 2 % av kostnaderna för en fog. En dyrare blandning som svetsar snabbare lönar sig därför ofta.
Vilken gas för vilket material?
Översikten sammanfattar rekommendationerna från DVS 0931, DVS 0946 och DVS 0937. Grundregel: väte bara för austenitiska stål, kväve för duplex, och för ferritiska stål bara argonbaserade gaser utan någotdera.
| Material | MAG | TIG | Rotskydd |
|---|---|---|---|
| Austenitiska (1.4301, 1.4404 …) | M12 eller M13, även med helium | argon, Ar-He, Ar-H₂ | argon, Ar-H₂, formeringsgas, kväve; inget N₂ för Ti-stabiliserade stål |
| Ferritiska (1.4016, 1.4512 …) | M12 eller M13 | argon, Ar-He | argon |
| Duplex, superduplex | M12, även med helium och 1 till 3 % N₂; inget H₂ | argon, Ar-He, vardera med 1 till 3 % N₂; inget H₂ | argon, kväve, Ar-N₂; H₂ endast med begränsningar |
| Helaustenitiska, nickelbas | Ar-He-blandningar, delvis med lite H₂ eller CO₂ | argon, Ar-He, Ar-H₂ | argon, Ar-H₂, formeringsgas |
Förenklad översikt. För duplexstål gäller DVS 0946, för rotskydd DVS 0937. Kväve i rotgasen ger guldgula beläggningar av titannitrid på titanstabiliserade stål som 1.4571.
Detaljer om formering: Rotskydd och formering, om duplex: Duplex och superduplex.
Bra gasskydd i praktiken
Den bästa gasen hjälper inte om luft kommer in i gasskyddet. Vid rostfritt stål syns dåligt gasskydd genast som anlöpningsfärger, oxid eller porer.
- Kort båge: en lång båge drar in luft. Kvävet sänker ferrithalten, syret oxiderar.
- Undvik drag, håll gaskåpan ren och fri från sprut, och anpassa gasflödet till kåpan. För mycket gas skapar turbulens och drar också in luft.
- Täta, torra gasledningar: PVC-slangar tar upp fukt och avger den till gasen under lång tid. För höga krav finns specialslangar med låg diffusion; fasta ledningar av rostfritt rör är ännu bättre. Undvik om möjligt snabbkopplingar i tilledningen.
- Släpgasskydd skyddar den svalnande fogen bakom smältbadet. De kan kraftigt minska eller helt undvika anlöpningsfärger på ovansidan, och betning eller slipning behövs ofta inte längre.
Vad man gör åt anlöpningsfärger förklaras i Anlöpningsfärger, betning, passivering.
Vanliga frågor
Kan jag svetsa rostfritt stål med argon/CO₂ 82/18?
Inte med massiv tråd: den höga CO₂-halten uppkolar svetsgodset och sänker korrosionsbeständigheten. Med slaggbildande rörtråd är den här gasen däremot vanlig.
Kan jag använda rent argon för MIG-svetsning av rostfritt stål?
Inte att rekommendera med massiv tråd. Utan en liten aktiv komponent brinner bågen ostadigt och smältbadet flyter dåligt. Rent argon är gasen för TIG, plasma och rotskydd.
O₂ eller CO₂ i MAG-gasen?
Båda är vanliga. Med CO₂ upp till cirka 3 % oxideras ytan mindre; med O₂ sker inget kolupptag. För de flesta tillämpningar är båda varianterna likvärdiga.
Lönar sig helium?
Ofta vid tjockare plåtar, högre hastigheter och vid mekaniserad svetsning. Gasen är dyrare men utgör bara en liten del av fogkostnaderna.
Läs vidare: artiklar om svetsning av rostfritt stål
Serien går från materialet via process, gas och rotskydd till den provade fogen. En översikt finns på Svetsning av rostfritt stål.
- Vad som gör stålet rostfritt
- Mikrostruktur, deltaferrit och varmsprickor
- Välja tillsatsmaterial
- Processerna i översikt
- Värmetillförsel och mellansträngstemperatur
- Fogberedning och häftsvetsning
- Rotskydd och formering
- Anlöpningsfärger, betning, passivering
- Duplex och superduplex
- Foga rostfritt med olegerat stål
- Svetsfel och korrosionsskador
- Provning och arbetsskydd
Om författaren
Robert Lahnsteiner, Ing., är internationell svetsingenjör (IWE) och verkställande direktör för MIGAL.CO GmbH. Efter utbildning i telekommunikation och elektronik vid HTL Braunau arbetade han från 1983 i arton år med svetsteknik hos Fronius. Sedan 2001 leder han tillsammans med Martin Erl MIGAL.CO, tillverkaren av svetstråd i aluminium i Landau an der Isar. Hans fokusområden är tillsatsmaterial för aluminium, trådtillverkning och trådmatning samt övervakning av svetsprocesser. Inom DVS har han i omkring 30 år arbetat i den tekniska kommittén FA03 ”Bågsvetsning” och är ordförande för arbetsgruppen 2.4.4 ”MIG-svetsning av aluminium”.