Spawanie stali żaroodpornych

Czy przy spawaniu stali żaroodpornych konieczne są jakieś szczególne zabiegi i wymagania? Jakie metody i materiały dodatkowe można stosować aby uniknąć wad?

Żaroodporne stale nierdzewne mogą być spawane z zastosowaniem wielu metod spawania (GMAW, GTAW, PAW, SAW). Austenityczne stale nierdzewne należą do najlepiej spawalnych stali spośród wszystkich stali wysoko stopowych i ponadto mogą być spawane z zastosowaniem wszystkich procesów spawania oporowego.
Podczas spawania austenitycznych stali nierdzewnych należy mieć na względzie dwa podstawowe czynniki: zachowanie odpowiednio wysokiej odporności korozyjnej oraz unikanie pękania stali.
Podczas spawania gatunków stabilizowanych podstawowym zagadnieniem jest utrzymywanie na odpowiednim poziomie stężenia pierwiastków stabilizujących i tak np. dla stali EN 1.4541 (AISI 321) i EN 1.4550 (AISI 347) odpowiednio Ti i Cb. Należy także unikać zwiększenia stężenia węgla, który może pochodzić z różnych źródeł oraz azotu z powietrza. Podczas spawania należy zadbać o odpowiednią czystość złączy oraz stosowanych materiałów a także zapewnić odpowiednią ochronę jeziorka spawalniczego przez zastosowanie gazów ochronnych zarówno w przypadku spawania stali stabilizowanych jak i gatunków niestabilizowanych. Struktury w pełni austenityczne są bardziej podatne na pękanie podczas operacji spawania. Z tej przyczyny gatunki typu AISI 321 i 347 zostały tak zaprojektowane, aby podczas krzepnięcia po spawaniu uzyskać strukturę austenityczną z niewielkim udziałem ferrytu, który zminimalizuje podatność na pękanie. Gatunki stali austenitycznych stabilizowane dodatkiem Cb są bardziej podatne na pękanie na gorąco niż gatunki stali nierdzewnych stabilizowane dodatkiem Ti.
Stale gatunków EN 1.4833 (AISI 309S) i 1.4845 (AISI 310S) wykazują relatywnie wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i niską przewodność cieplną oraz niski udział ferrytu w spoiwie podczas krzepnięcia stopionego metalu w trakcie spawania. Czynniki te mogą prowadzić do pękania na gorąco tego typu stopów podczas spawania. Zastosowanie stopiwa o niższym stężeniu pierwiastków stopowych (ER 308) podwyższy udział ferrytu w metalu spoiny i zmniejszy tendencję do pękania na gorąco. W następstwie dochodzi do obniżenia stężenia pierwiastków stopowych w materiale rodzimym, co może obniżyć odporność na korozję i żaroodporność spoiny. 
W przypadku stali żaroodpornych o strukturze ferrytycznej wymagane jest podgrzewanie podczas spawania do temperatury 200-300°C, a po procesie spawanie wyżarzanie w zakresie temperatury 750-850°C.
Stale o strukturze austenitycznej nie wymagają wstępnego podgrzewania przed spawaniem, ale jeżeli są już podgrzewane to temperatura podgrzewania wstępnego i międzyściegowego nie powinna przekroczyć 150°C.
Podczas spawania stali żaroodpornych austenitycznych należy unikać długotrwałego wygrzewania w zakresie temperatury 650-900° C z powodu ryzyka wzrostu kruchości materiału spowodowanego wydzielaniem twardej międzymetalicznej fazy sigma.
W tablicy 1 przedstawiono proponowane materiały dodatkowe do spawania wybranych gatunków stali nierdzewnych. Elektrody przedstawione w tablicy, zgodnie z normą PN-EN 1600 opisującą elektrody otulone do spawania łukowego stali nierdzewnych i żaroodpornych, o symbolu: E 22 12, E 25 20 są sklasyfikowane, jako stopy żaroodporne, natomiast elektrody o składzie chemicznym E 19 9, E 19 9 Nb odpowiadają stopiwu o strukturze austenitycznej, a elektroda E 13 daje stopiwo o strukturze ferrytycznej.

Tablica 1. Proponowane materiały dodatkowe do spawania stali nierdzewnych