Poradnik: Co to jest stal trudnordzewiejąca i jak ją spawać?

Co to jest stal odporna na warunki atmosferyczne?

Stal jest doskonałym materiałem budowlanym. Jest mocny i ma dobrą odporność na różne naprężenia. Chociaż jest ciężki, jest również niedrogi, dlatego jest często stosowany w różnych dziedzinach, od konstrukcji szkieletowych, przez mosty, po produkcję samochodów.

Jednakże jednym z największych problemów ze stalą jest to, że jej głównym składnikiem jest żelazo (które zwykle zawiera również trochę węgla), a żelazo bardzo łatwo się utlenia. Stal wystawiona na działanie takich środowisk jak tlen, woda i wilgoć w powietrzu rdzewieje. Rdzewienie i korozja ostatecznie pogarszają właściwości materiału, powodując utratę jego wytrzymałości strukturalnej, co w branży nazywamy „problemem”.

Istnieje wiele sposobów ochrony stali przed korozją. Jedną z powszechnych metod jest malowanie lub olejowanie, tworząc warstwę ochronną na powierzchni stali, która izoluje ją od wilgoci i tlenu w atmosferze. Stal można również cynkować lub anodować w celu uzyskania podobnych powłok, ale procesy te wymagają głębszych reakcji chemicznych niż tylko powlekanie powierzchni.

Największą wadą tych metod jest to, że jeśli w powłoce pojawią się szczeliny lub zostaną uszkodzone, rdza może w nią wniknąć. Dlatego konieczna jest właściwa konserwacja i regularne przeglądy; w przeciwnym razie poważne uszkodzenia mogą prowadzić do katastrofalnej awarii.

Aby rozwiązać ten problem, inżynierowie materiałowi sięgnęli po inny metal, który jest szeroko stosowany na całym świecie: miedź.

Miedź jest również podatna na działanie tlenu. Kiedy widzisz, że produkty miedziane zmieniają kolor na zielony, oznacza to, że tlenek miedzi tworzy na powierzchni żółć. Jednak w przeciwieństwie do stali, ten gryn nie ulega dalszej korozji. Zamiast tego tworzy wokół miedzi naturalną warstwę ochronną. Ta warstwa ochronna hamuje większość dalszej korozji, a jeśli grynszpan zostanie uszkodzony, „samo-naprawi się”, tworząc nowy gryn w uszkodzonym obszarze.

Miedź jest również podatna na działanie tlenu. Kiedy widzisz, że produkty miedziane zmieniają kolor na zielony, oznacza to, że tlenek miedzi tworzy na powierzchni żółć. Jednak w przeciwieństwie do stali, ten gryn nie ulega dalszej korozji. Zamiast tego tworzy wokół miedzi naturalną warstwę ochronną. Ta warstwa ochronna hamuje większość dalszej korozji, a jeśli grynszpan zostanie uszkodzony, „samo-naprawi się”, tworząc nowy gryn w uszkodzonym obszarze.

Inżynierowie zastanawiali się: co by było, gdybyśmy mogli sprawić, że stal miałaby te same właściwości? Prawie sto lat temu w drodze badań i rozwoju stworzono nowy materiał, wykorzystując stal i różne metale stopowe (m.in. miedź, chrom, krzem i fosfor). Stal ta miała prawie wszystkie właściwości materiałowe stali niskowęglowej-, ale w przeciwieństwie do zwykłej stali nie rdzewiała; zamiast tego utworzył brązowy film ochronny.

Materiał ten został po raz pierwszy opracowany i opatentowany w 1933 roku pod nazwą Cor-Ten, gdzie Cor-Ten oznacza odporność na korozję i wytrzymałość na rozciąganie. Cor-Ten, powszechnie znany również jako stal odporna na warunki atmosferyczne, został ostatecznie ujednolicony przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM), co doprowadziło do jego powszechnego stosowania. W rezultacie nadal będziesz miał do czynienia z tym materiałem i będziesz musiał go zespawać.

Kiedy stosuje się stal trudnordzewiejącą?

Ze względu na swoją naturalną odporność na korozję i niewielką zdolność-samonaprawy, stal odporna na warunki atmosferyczne jest najczęściej stosowana w miejscach narażonych na działanie różnych środowisk naturalnych, ale często pozbawionych regularnych kontroli i konserwacji. W inżynierii i budownictwie stal odporna na warunki atmosferyczne jest często stosowana jako odsłonięte elementy dekoracyjne, rzeźby, dachy i ściany, a także jako różne praktyczne elementy, takie jak doniczki, wiaty na rowery lub ogrodzenia, żywopłoty itp. Jest również powszechnie stosowana w transporcie morskim i jest często wykorzystywana jako materiał konstrukcyjny krótkich mostów (zwykle mostów dla pieszych) nad rzekami lub strumieniami.

Podsumowując, ten typ konstrukcji stalowej jest bardzo praktyczny, szczególnie odpowiedni do zastosowań wymagających solidności, trwałości, długich okresów międzyobsługowych i jednolitego, estetycznego pomarańczowo-brązowego wyglądu. Powszechnie można go spotkać w parkach przyrody, gdzie brązowy kolor płynnie komponuje się z otaczającymi drzewami.

Jaki jest najlepszy proces spawania stali odpornej na warunki atmosferyczne?

Ponieważ stal odporna na warunki atmosferyczne jest zasadniczo stopem stali-o niskiej zawartości węgla, można ją spawać niemal dowolnym procesem spawania. Jednakże, jak można się domyślić, niektóre procesy spawania dają lepsze wyniki i trwalsze spoiny niż inne.

Innymi słowy, spawanie MIG powinno być stosowane w 90% przypadków podczas spawania stali trudnordzewiejącej. Prawidłowa obsługa jest kluczowa, ale dotyczy to każdej metody spawania. Spoiny TIG są podatne na przedwczesne uszkodzenia stali odpornej na warunki atmosferyczne i jeśli nie jesteś zaznajomiony ze spawaniem MIG, ręczne spawanie łukowe nie ma nad nim znaczącej przewagi.

Jakiego rodzaju wypełniacza należy użyć do stali odpornej na warunki atmosferyczne?

Pierwszą opcją jest użycie drutu spawalniczego ze stali węglowej, takiego jak AWS E7018, ER70S lub E70C-6M. Druty te są najbardziej odpowiednie, gdy wymagane jest-jednokrotne spawanie stali odpornej na warunki atmosferyczne, a wytrzymałość lub gatunek spoiny jest niski. Chociaż wytrzymałość spoiny będzie nieco niższa od idealnej, koszt jest niższy. Ponadto drut spawalniczy ze stali niskowęglowej ma doskonałą kompatybilność ze stalą odporna na warunki atmosferyczne, pochłania pierwiastki stopowe i utrzymuje odporność na korozję w spoinie podobną do metalu nieszlachetnego.

Drugą opcją jest drut spawalniczy-niskostopowy. Ten typ drutu występuje w różnych postaciach, w zależności od składu stopu, ale ogólnie najlepiej nadaje się do zastosowań wymagających dużej wytrzymałości, odporności na korozję lub innych właściwości mechanicznych. Podczas spawania-dużych powierzchni lub spawania-w wielu przejściach stopień wymieszania metalu rodzimego i drutu spawalniczego jest stosunkowo niski. Oznacza to, że jeśli drut spawalniczy ze stali węglowej zostanie użyty do spawania- dużych powierzchni, jego odporność na korozję zostanie zmniejszona, co zwiększy podatność na uszkodzenia. Aby zapewnić silne połączenie z metalem nieszlachetnym stali odpornej na warunki atmosferyczne, drut spawalniczy ze stali węglowej należy pomalować lub pokryć innymi powłokami.