Rustfrit stål er en materialeløsning, der bruges i en lang række applikationer på grund af dets iboende korrosionsbestandighed, højtemperaturoxidationsbestandighed og styrke. Sammenføjning af separate rustfrit stålstykker via en højeffektsvejseproces foretrækkes frem for andre metoder til svejsning eller vedhæftning i mange automotive, medicinske og militære og rumfarts (MIL/AERO) applikationer på grund af lasersvejsede samlinger, der giver den højeste styrke og en række andre fordele. Disse omfatter:
Lille HAZ-område:Samlinger i rustfrit stål skal ofte ikke kun være stærke, men ofte kosmetisk rene. Laseren tilbyder den mindste varmepåvirkede zone, eller "HAZ". Dette gør også lasersvejsning ideel til produkter med indviklede svejsemønstre, eller hvor det område, der skal svejses, er svært at nå. Fordi laserstrålen kan fokuseres så præcist, er der mindre sandsynlighed for også at beskadige, gruber eller deformere de omgivende overflader.
Ren proces:Fordi lasersvejsningen simpelthen er sammensmeltning af metaller, er der (typisk) ikke behov for fyldmaterialer, og der er ingen yderligere miljørisici. Dette gør ofte lasersvejsning til den mest omkostningseffektive og miljøvenlige løsning. Og i slutprodukter, såsom rør i rustfrit stål, der bruges i medicinsk udstyr og kirurgiske applikationer, sikrer laserens overordnede renhed, at produkterne leveres fri for forurenende stoffer og grater.
Mindre korrosion:Ved konventionel TIG- eller MIG-svejsning indeholder elektroden, der bruges til svejsning, spormængder af fugt. Varmen fra svejsningen får vandet til at nedbrydes hurtigt, og derved frigiver det brint, der kommer ind i metallet, hvilket får det til at blive skrøbeligt. Fordi lasersvejsning ikke er afhængig af en elektrode til at lede varme, er der ingen risiko for selvforskyldt korrosion.
Præcision:Effekten, svejsningens størrelse, svejsedybden, svejsehastigheden og laserstrålens spor på overfladen af rustfrit stål er alle meget kontrollerbare. Resultatet er en meget præcis svejsning. De tyndeste plader af rustfrit stål kan også lasersvejses på grund af denne optimale kontrol.
Reduceret termisk forvrængning:En yderligere fordel ved lasersvejsning af rustfrit stål er reduceret termisk forvrængning og resterende spændinger sammenlignet med konventionelle svejseteknikker. Dette er især vigtigt for rustfrit stål, der har en 50 % større termisk udvidelse end almindeligt kulstofstål.
Automatisering:En anden fordel ved en meget kontrolleret proces er, at lasersvejsning er meget programmerbar og robotiseret. Da det er lettere at automatisere sammenlignet med metal inert gas (MIG)* eller wolfram inert gas (TIG)* svejsemetoder, kan der opnås større repeterbarhed og hurtigere gennemløb.
Forståelse af de 4 typer rustfrit stålmateriale
Rustfrit stål er beskrevet i henhold til materialeegenskaberne for hver type. Dette er overvejelserne og kravene til lasersvejsning for hver.
Austenitisk rustfrit stål
300-serien af rustfrit stål er austenitisk rustfrit stål. Disse rustfrie stål bruges i applikationer, der kræver korrosionsbestandighed og sejhed, og når der er problemer med relativ termisk forvrængning er overvejelser. 300-serien af rustfrit stål kan findes i en bred vifte af applikationer i olie-, transport-, kemiske og elproduktionsindustrier. Disse rustfrie stål er særligt anvendelige i højtemperaturmiljøer. Denne serie af rustfrit stål er velegnet til både pulseret og kontinuerlig bølge (CW) lasersvejsning. Lasersvejsning af rustfrit stål giver lidt bedre svejsegennemtrængningsdybder og øgede svejsehastigheder sammenlignet med stål med lavt kulstofindhold på grund af den lavere termiske ledningsevne i de fleste austenitiske rustfrie stål. De højere hastigheder fra lasersvejsning er også fordelagtige til at reducere modtageligheden for korrosion forårsaget af udfældning af chromcarbider ved korngrænserne. Chromcarbidudfældning kan forekomme, når varmetilførslen er for høj under svejseprocesserne.
Ferritisk rustfrit stål
Den ferritiske 400-serie af rustfrit stål har typisk lidt eller intet nikkel og har ikke så god lasersvejsbarhed sammenlignet med de austenitiske kvaliteter. Lasersvejsning af ferritiske rustfri stålkvaliteter i nogle tilfælde forringer samlingens sejhed og korrosionsbestandighed. Reduktionen i sejhed skyldes delvist dannelsen af grove korn i den varmepåvirkede zone og martensitdannelse, som forekommer i de højere kulstofindholdsgrader. Den varmepåvirkede zone kan have en højere hårdhed på grund af den hurtige afkølingshastighed, hvilket øger skørheden.
Martensitisk rustfrit stål
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 % kulstof) kan få materialet til at blive skørt i den varmepåvirkede zone. Hvis der skal svejses martensitisk rustfrit stål med kulstofindhold over 0,1 %, så kan brug af et austenitisk rustfrit stål fyldmateriale forbedre svejsesejheden og reducere tilbøjeligheden til revnedannelse, men kan ikke reducere skørheden i den varmepåvirkede zone. Forvarmning af materialet før svejsning eller temperering af materialet ved 650-750 grader efter lasersvejsning vil hjælpe med at reducere skørheden i den varmepåvirkede zone.
Duplex rustfrit stål
Duplex rustfrit stål er en blanding af austenitisk-ferritisk rustfrit stål. Disse rustfri stål er karakteriseret ved en tofaset mikrostruktur indeholdende austenit og ferrit. De volumetriske fraktioner af austenit og ferrit er nogenlunde lige store. De vigtigste legeringselementer er chrom, nikkel og molybdæn. Duplex rustfrit stål er normalt også legeret med små mængder nitrogen. Duplex materiale er generelt svejsbart med gode resultater.