Odporność stali nierdzewnej na korozję w świetle obróbki spawaniem TIG
Proces spawania stali wiąże się między innymi z negatywnymi skutkami, takimi jak podatność na korozję czy też odbarwienia. Jakie metody pozwalają zatem im zaradzić?
Z artykułu dowiesz się:
- jakie negatywne efekty łączą się ze spawaniem stali metodą TIG,
- jakie są metody niwelowania przebarwień po spawaniu,
- jak działają urządzenia do oczyszczania stali.
Odporność na korozję stali nierdzewnej wynika z istnienia pasywnej warstwy na powierzchni metalu, bogatej w tlenek chromu. Warstwa ta, choć bardzo cienka, zawierająca się w granicach 5 nm-10 nm, jest bardzo stabilna chemicznie. Silnie przylega do pozostałej części materiału. Badania z zastosowaniem metody spektroskopii Ramana warstw pasywnych wytworzonych na próbkach przemysłowej stali z gatunku 304L i 316L pozwoliły na dokładne scharakteryzowanie składu tych warstw. Określono, że warstwa pasywna składa się z dwóch rodzajów tlenków. Jest to głównie Fe2O3 jak również kompleks Fe-Cr w postaci chemicznej Fe(II)[Cr(III)xFe(III)(1-x)]2O4. Stal 316L zawiera więcej chromu niż stal 304L [1].
Efekty procesu spawania stali
Radykalne metody obróbki metalu, do których należy także spawanie, prowadzą do zniszczenia tlenkowej warstwy ochronnej. To następnie umożliwia procesy korozji w obszarze poddanym tej obróbce.
Podczas tworzenia się spoiny spawanej następuje proces przemieszczania się jonów chromu w stronę spawu. To pogrubia w samej spoinie warstwę bogatą w tlenki chromu, ale zubaża przez to obszary bezpośrednio do niej przylegające. W tych obszarach następuje zanik pasywnej warstwy ochronnej, który prowadzi do podatności na korozję. Poza procesem dyfuzji chromu zachodzi drugi proces widoczny gołym okiem. W wyniku silnego nagrzewania obszaru spawanego następuje powstawanie na powierzchni przedmiotu poddawanego spawaniu rozwój charakterystycznego zabarwienia. Kolorystyka zabarwienia zależy od przebiegu procedury spawania, a także użytych gazów towarzyszących. Obniża to estetykę obrabianego elementu i z reguły, z uwagi na zastosowania obrabianych detali, powstałe przebarwienia muszą być usuwane.
Tworzenie się przebarwień: podstawy i skutki
Fizyczną podstawą obserwowanego zabarwienia są procesy absorpcji, jak również odbicia światła padającego na powierzchnię metalu, na którym uformowana została warstwa tlenków o różnej grubości. Zjawisko to jest dobrze znane i opisane, a kolorystykę powierzchni stali różnych gatunków podają podręczniki z zakresu metalurgii. Dla przykładu stal z gatunku 304 wygrzewana w powietrzu w czasie 1 h przyjmuje kolory od jasnosłomkowego, uzyskiwanego w temperaturze 290°C, przez niebieski, uzyskany w temperaturze 540°C, aż po ciemnoniebieski, a także czarny w temperaturze 600°C [2].
Obszary dotknięte przebarwieniami są nieodporne na korozję, ponieważ warstwa tlenków jest bardzo nierówna i porowata oraz ma różnorodną strukturę chemiczną. Wpływ czynników atmosferycznych może spowodować w obszarach zubożonych w jony chromu inicjację korozji. Mamy zatem dwa współistniejące problemy. Po pierwsze, przebarwienia z reguły nie są akceptowalne ze względów estetycznych. Po drugie, detale z przebarwieniami utraciły własność odporności na rdzewienie.
Usuwanie przebarwień
Usuwanie przebarwień jest ważną czynnością w obróbce wykańczającej. Można je przeprowadzić na wiele sposobów, włączając obróbkę mechaniczną, jak również obróbkę chemiczną. Metody mechaniczne polegające na szlifowaniu lub też piaskowaniu pozwalają na usunięcie warstw tlenków i odsłonięcie metalu, którego powierzchnia jest uboga w jony chromu. Dlatego trzeba je uzupełnić o procedurę przyspieszającą wytworzenie się warstwy pasywnej. Dodatkowo metody te wymagają stosowania wysokich standardów czystości oraz specjalnych ścierniw, stąd są one w praktyce problematyczne.
Częściej stosowanymi metodami usuwania przebarwień są metody chemiczne. Wymagają one stosowania agresywnych substancji, niebezpiecznych dla pracowników a także wytwarzających opary. Stąd konieczność stosowania środków ochrony skóry, oczu jak również dróg oddechowych. Polegają one na zanurzaniu mniejszych elementów lub też nanoszeniu na ich powierzchnię kwasów, które powodują usunięcie niechcianych warstw. Stosowane do tego środki mają różny skład. Jednak z reguły jest to mieszanina kwasu azotowego (HNO3) w ilości około 10-30% oraz kwasu fluorowodorowego (HF) w ilości 1-2%. Taka mieszanina jest bardzo reaktywna i przy przekroczeniu pewnej temperatury może nawet prowadzić do podtrawiania obrabianych detali.
Względy bezpieczeństwa
Ze względów praktycznych trawienia w kąpieli o podanym składzie z reguły nie można prowadzić w zakładzie, w którym prowadzono obróbkę mechaniczną i spawalniczą. Wymaga to odpowiedniego wyposażenia, zachowania norm dotyczących BHP oraz związanych z utylizacją odpadów. Dlatego też procesy te prowadzają wyspecjalizowane firmy. Wiąże się to z koniecznością transportu detali do takiego zakładu, oczekiwania na usługę i stratami czasu związanymi z transportem. W handlu dostępne są również pasty i żele o mniej agresywnym składzie, nakładane za pomocą pędzli na obrabiane materiały. Można je stosować przy zachowaniu pewnych wytycznych BHP bezpośrednio w zakładzie produkującym detale. Nie jest to jednak proste. Po nałożeniu preparatu i odczekaniu odpowiedniego czasu powierzchnię trzeba spłukać za pomocą płynu neutralizującego, a także wysuszyć. Zdecydowany minus metod chemicznych to ich kłopotliwość w stosowaniu, jak również zwiększone zagrożenie dla personelu.
Alternatywą jest zastosowanie techniki elektrochemicznej. W tej technice stosuje się znacznie mniej agresywne środki, głównie na bazie około 30-proc. kwasu ortofosforowego (tego samego co w popularnym napoju gazowanym) z ewentualnymi dodatkami wpływającymi na lepkość elektrolitu i ewentualnie tworzenie piany. Właściwy proces zachodzi dzięki temu, że przez powierzchnię obrabianą przepływa prąd elektryczny płynący od detalu obrabianego przez elektrolit drugiej elektrody, którą stanowi najczęściej pędzel z włókna węglowego.
Galeria
Mogą zainteresować Cię również

Innowacyjne rozwiązania dla przemysłu – zapraszamy na nasze stoisko podczas targów STOM 2025!
Już niebawem spotkamy się na jednym z najważniejszych wydarzeń branży obróbki metalu – targach STOM w Kielcach. To wyjątkowa okazja, by w jednym miejscu zobaczyć najnowsze technologie, sprawdzić innowacyjne maszyny w akcji i porozmawiać z ekspertami, którzy na co dzień wspiera...
Transformacja polskiego przemysłu stalowego na europejskim rynku stali. Długofalowe zmiany rynkowe w ujęciu historycznym, cz. II
Z artykułu dowiesz się: czy jest szansa na obniżenie energochłonności w hutach w Polsce; czy przemysł hutniczy inwestuje w innowacyjne rozwiązania;

Innowacje w sercu targów Fastener Fair Global 2025
25-27 marca specjaliści z branży spotkają się w Stuttgarcie na 10. edycji targów Fastener Fair Global – międzynarodowego flagowego wydarzenia dla światowej branży elementów złącznych i mocowań. Po rekordowej frekwencji w 2023 roku, odwiedzający mogą sp...
Wpływ promieniowania na mikrostrukturę i właściwości materiałów
Jakie materiały są stosowane w lekkowodnych reaktorach jądrowych? Artykuł przedstawia wpływ promieniowania na zmianę struktury i właściwości tych materiałów.

Województwo zachodniopomorskie –hub logistyczny z potencjałem wzrostu
W 2024 r. całkowity wolumen aktywności najemców wyniósł 174 tys. mkw. (-23% r/r), co przy braku oddanych w ostatnich 12 miesiącach nowych inwestycji obniżyło współczynnik powierzchni niewynajętej do 2,8%. Polska firma doradcza na rynku nieruchomości komercyjnych prezentuje rap...
Jakość procesu cięcia laserowego blach stalowych – wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowych
Przeprowadzono analizę czynników i parametrów decydujących o jakości procesu cięcia laserowego. Zestawiono blachy stalowe o gwarantowanej przez producentów jakości cięcia laserowego laser grade steels. Opisano wpływ zawartości krzemu i innych pierwiastków stopowy...

Prasy krawędziowe TruBend 1000. Połączenie prostoty obsługi i wysokiej wydajności
Firma TRUMPF, znany i ceniony producent maszyn do obróbki blach (m.in.: wykrawanie, gięcie, cięcie i spawanie laserowe), już od 1989 roku jest dostawcą technologii gięcia z wykorzystaniem nowoczesnych pras krawędziowych.

Wpływ chłodziwa i oprawki narzędziowej na chropowatość powierzchni obrabianej w procesie frezowania stali Vanadis 4
Artykuł prezentuje wyniki badań eksperymentalnych procesu frezowania stali Vanadis 4 Extra w rożnych warunkach doprowadzenia chłodziwa do strefy obróbki oraz pokazuje, jak ważny jest dobór odpowiedniej oprawki narzędziowej do określonych zadań obróbkowych. ...

Analityka danych ważniejsza dla firm z branży produkcyjnej niż sztuczna inteligencja
Technologia sztucznej inteligencji (44 proc. wskazań) znajduje się dopiero na trzecim miejscu w kontekście innowacji IT wymienianych przez przedstawicieli firm produkcyjnych. Wynika tak z raportu „Cyfryzacja przemysłu: rola zintegrowanych systemów zarządzania w firmach produkc...

Wybrane problemy stateczności w projektowaniu konstrukcji według Eurokodów
Zagadnienia stateczności konstrukcji budowlanych stanowią jeden z trudniejszych działów mechaniki budowli, z którym projektanci konstrukcji zmagają się na co dzień. Niezależnie od tego, czy projektujemy klasyczną drewnianą więźbę dachową, stalową belkę podsuwnicową, czy też sł...

Precyzyjne cięcie bez kompromisów. Najnowsze wersje mieszalników gazowych MyEMIX 3.0
Wycinarki laserowe w technologii fiber zyskały ogromną popularność na całym świecie dzięki swojej wysokiej wydajności i precyzji. Jednym z kluczowych aspektów cięcia laserowego jest wybór odpowiedniej technologii cięcia oraz gazu pro...
Fizyczne i technologiczne podstawy procesu spawania łukowego w osłonie gazowej GMA – cz. 2
W drugiej części artykułu przedstawiono technologiczne podstawy spawania GMA. Z artykułu dowiesz się:

Charakterystyka badań ultradźwiękowych – wiadomości wstępne
Grupa metod badań nieniszczących (NDT, z ang. non-destructive testing) udostępnia szereg różnych sposobów wyznaczania wybranych cech diagnozowanych obiektów. Czym charakteryzują się badania ultradźwiękowe?

Znamy laureatów nagrody Złoty Medal targów MODERNLOG 2024
Poznaliśmy produkty wyróżnione prestiżową nagrodą Złotego Medalu na targach Logistyki, Magazynowania i Transportu MODERNLOG 2024 oraz ITM INDUSTRY EUROPE 2024. Laureaci zawalczą teraz o Złoty Medal Wybór Konsumentów. W minionym tygod...
IGP-DURA®one 56 i IGP-Effectives®: synergia zapewniająca wysoką wydajność w technologii malowania proszkowego
W branży farb proszkowych do ochrony powierzchni kluczowe znaczenie mają wydajność, zrównoważony rozwój i jednolity odcień. Firma IGP Powder Coatings podjęła znaczący krok w tym kierunku, łącząc serię niskotemperaturowych farb proszkowych IGP-DURA®one56 z unikalną technologią ...

RODO w przemyśle – jak nowe technologie wpływają na ochronę danych osobowych?
Dynamiczny rozwój technologiczny jest obecnie widoczny w niemal każdym obszarze życia. Choć coraz większy udział i znaczenie robotyki oraz automatyzacji w procesie produkcyjnym niosą ze sobą wiele korzyści, należy również uwzględnić wyzwania związane z wprowadzaniem nowoczesny...
Kalendarium wydarzeń
Relacje
OpenHouse 2024: z wizytą u TRUMPF Polska
TRUMPF Polska z sukcesem zorganizowała Dni Otwarte OpenHouse 2024, które odbyły się 12 i 13 września br. Wydarzenie przyciągnęło ponad 200 gości reprezentują...
Sprawdź więcejPolitechnika Krakowska ma nowe laboratorium
25 kwietnia na Wydziale Mechanicznym Politechniki Krakowskiej odbyło się uroczyste otwarcie Laboratorium Ultraprecyzyjnych Pomiarów Współrzędnościowych. &...
Sprawdź więcejSeminarium Obróbki Laserowej 22 marca 2024
22 marca 2024, podczas targów STOM, odbyło się Seminarium Obróbki Laserowej, organizowane przez Politechnikę Świętokrzyską. Zapraszamy do zapoznania się z fo...
Sprawdź więcejKonferencja „Stal, Metale, Nowe Technologie”
20 marca, drugiego dnia targów STOM, odbyła się konferencja „Stal, Metale, Nowe Technologie”, której organizatorem była redakcja portalu dlaprodukcji.pl i dw...
Sprawdź więcej