Klejenie stali nierdzewnej zamiast spawania

Spawanie czy klejenie stali nierdzewnej? Szybkie porównanie

Stal nierdzewna – właściwości i zastosowanie

Stal nierdzewna INOX (inoxydable – „nieutleniający się”) to grupa stali o specjalnych właściwościach fizykochemicznych, odpornych na korozję ze strony m.in. czynników atmosferycznych, rozcieńczonych kwasów i roztworów alkalicznych.

Gdzie i dlaczego stosuje się stal nierdzewną?

Główne powody, dla których stal nierdzewna jest powszechnie stosowanym materiałem, to:

• odporność na korozję,
• możliwość stosowania w agresywnym środowisku,
• odporność na wysokie temperatury,
• estetyczna, gładka powierzchnia.

Stal nierdzewna jest stosowana najczęściej przy wykonywaniu m.in. zbiorników, cystern, niecek basenów, instalacji przemysłowych, łopat turbin, armatury przemysłowej, narzędzi chirurgicznych, okuć żeglarskich, konstrukcji stalowych, dekoracji, wind, chłodni, klimatyzatorów, pieców żaroodpornych i balustrad.

W branży spożywczej stal nierdzewna jest często wybierana ze względu na odporność na korozję i możliwość utrzymania powierzchni w czystości. Wymagania higieniczne dla powierzchni mających kontakt z żywnością dotyczą m.in. możliwości skutecznego czyszczenia, odpowiedniego stanu powierzchni i użycia materiałów ograniczających ryzyko zanieczyszczenia; nie oznacza to jednak, że system HACCP narzuca jeden konkretny materiał dla wszystkich elementów.

Do tradycyjnych metod łączenia popularnej „nierdzewki” należą: skręcanie (umożliwia łatwy montaż i demontaż, ale może powodować korozję szczelinową), lutowanie lutem miękkim i twardym, zaciskanie mechaniczne oraz spawanie. Alternatywną technologią, którą można rozważyć w odpowiednio zaprojektowanym złączu, jest klejenie.

Metody spawania stali nierdzewnej

Przed spawaniem znaczenie ma gatunek stali i jej spawalność. W przypadku klejenia sposób kwalifikacji materiału wygląda inaczej: gdy dokładny materiał nie jest znany, można wykonać test napięcia powierzchniowego lub próbę klejenia, aby ocenić zachowanie konkretnej powierzchni w danym procesie.

Spawanie stali nierdzewnej metodą TIG

Spawanie TIG jest jednym z podstawowych procesów stosowanych do wytwarzania konstrukcji, zwłaszcza ze stali wysokostopowych. Metodę tę stosuje się do wykonywania połączeń w szerokim zakresie grubości łączonych elementów – od dziesiątych części milimetra do nawet kilkuset. Metodą tą można wykonywać połączenia ręcznie, półautomatycznie oraz automatycznie, dzięki czemu sprawdza się w warunkach warsztatowych i montażowych, we wszystkich pozycjach spawania. Jednym z mankamentów tej metody jest nieduża głębokość wtopienia i niska wydajność.

Spawanie metodą PAW (Plasma Arc Welding)

Spawanie łukowe nietopliwą elektrodą wolframową w osłonie gazów obojętnych – PAW (Plasma Arc Welding). Do wytworzenia plazmy, czyli zjonizowanego gazu, wymagane jest nagrzanie do dostatecznie wysokiej temperatury. Spawanie może być prowadzone przy użyciu elektrody nietopliwej (metoda plazmowa GTA) i elektrody topliwej (metoda plazmowa GMA). Temperatury w łuku w metodzie TIG osiągają ok. 6000 °C, natomiast przy spawaniu plazmowym łuk jest ogniskowany dzięki specjalnej dyszy chłodzonej wodą, co zawęża łuk i podnosi temperaturę do ok. 20000 °C. Taka technika spawania pozwala w jednym przejściu wykonać spoinę w materiale o grubości od 3 do 15 mm, z bardzo korzystnym zarysem wtopienia i minimalnym odkształceniem po spawaniu. Uzyskiwane prędkości spawania są o 40–80% wyższe niż przy metodzie TIG.

Spawanie metodą GMAW (MIG / MAG)

W metodzie spawania łukowego przy zastosowaniu ciągłej elektrody metalowej zastosowana jest osłona łuku gazem dostarczanym z zewnątrz – GMAW (Gas Metal Arc Welding). Metoda jest znana również jako MIG / MAG. Ciepło spawania jest wytwarzane przez łuk zajarzony pomiędzy podawanym w sposób ciągły metalowym drutem elektrodowym a elementem spawanym. W przeciwieństwie do metod GTAW i PAW elektroda tutaj zużywa się, a łuk jarzy się w osłonie gazu ochronnego pomiędzy topliwym drutem spawalniczym a elementem spawanym.

Spawanie metodą FCAW (Flux Cored Arc Welding)

Spawanie łukowe przy zastosowaniu drutu proszkowego, osłona łuku topnikiem zawartym w drucie, dodatkowa osłona gazem dostarczanym z zewnątrz – FCAW (Flux Cored Arc Welding). Metoda stanowi odmianę GMAW. Drut spawalniczy składa się z metalowej powłoki ze stali nierdzewnej wypełnionej stałym topnikiem, którego rola jest podobna do roli otuliny elektrody w metodzie SMAW.

Spawanie metodą SMAW (MMA)

SMAW to spawanie łukowe elektrodą metalową, w którym osłona łuku powstaje w wyniku rozkładu otuliny elektrody (Shielded Metal Arc Welding). Metoda jest zwykle stosowana przy naprawach mniej odpowiedzialnych elementów ze stali odpornych na korozję. Sprzęt do SMAW jest najtańszy, ale proces spawania jest wolniejszy niż w metodach GMAW lub FCAW. Przy cienkich elementach mogą wystąpić przepalenia. Metoda jest znana również jako MMA (Manual Metal Arc – ręczne spawanie łukowe).

Pozostałe metody spawania stali nierdzewnej

Możemy dodatkowo wymienić:

• spawanie laserowe – LBW (Laser Beam Welding),
• spawanie wiązką elektronów – EBW.

Z powyższych najczęściej spotykane są: MMA/TIG oraz MIG/MAG.

Ograniczenia i wady spawania stali nierdzewnej

Wybór metody spawania daje szerokie możliwości technologiczne, ale każda z metod ma własne ograniczenia procesowe i organizacyjne.

1. Konieczność posiadania wykwalifikowanego spawacza i odpowiedniego wyposażenia.
2. Możliwość powstawania wad estetycznych podczas spawania.
3. Potrzeba posiadania specjalistycznego sprzętu.
4. Przy metodach MIG/MAG: ograniczona kontrola jeziorka, względnie wysokie natężenie prądu i możliwość rozprysku.
5. Przy metodzie MMA: rozprysk, porowatość i niska wydajność.
6. Przy metodzie FCAW: wysoka cena drutu proszkowego.
7. Przy metodzie TIG: nieduża głębokość wtopienia oraz niska wydajność.
8. Proces spawania wymaga zasilania urządzeń i w zależności od metody może wiązać się ze znacznym zużyciem energii elektrycznej.

Klejenie stali nierdzewnej

W przypadku łączenia stali nierdzewnej ze sobą bądź z tworzywami sztucznymi czy kompozytami można rozważyć technologię klejenia zamiast tradycyjnych metod łączenia. Dostępne systemy klejowe pozwalają wykonywać połączenia konstrukcyjne przy zachowaniu wysokiej estetyki złącza, pod warunkiem prawidłowego doboru produktu i procesu.

O tym, jak takie złącze zaprojektować, na co zwrócić uwagę oraz jak się do tego przygotować, przeczytasz w materiale Jak zaprojektować połączenie klejowe – zalety, wady i klasyfikacja połączeń.

Przygotowanie powierzchni przed klejeniem

Do podstawowego przygotowania powierzchni potrzebujesz narzędzia do zmatowienia, np. szlifierki lub papieru ściernego, oraz – co jest kluczowe – preparatu do odtłuszczenia. W przypadku części tworzyw sztucznych warto uważać na aceton, ponieważ może degradować niektóre powierzchnie. Podobna sytuacja występuje przy benzynie ekstrakcyjnej: w praktyce jej frakcje mogą pozostawiać film osłabiający adhezję, dlatego w procesach klejenia lepiej stosować środki dedykowane do czyszczenia. Popularnymi środkami do odtłuszczania są różnego rodzaju alkohole – bardzo uniwersalnym jest alkohol izopropylowy IPA.

Pierwszym etapem klejenia jest przygotowanie powierzchni: jej zmatowienie i odtłuszczenie. Następnie można przystąpić do aplikacji kleju oraz złożenia elementów zgodnie z wymaganiami konkretnego systemu.

Organizacja procesu, sprzęt i czas wiązania

Oczywiście, jak każda technologia, również klejenie ma ograniczenia. Jednym z nich są wymagania BHP, na które należy zwrócić uwagę. W przypadku klejów jednoskładnikowych minusem może być czas wiązania i związana z nim potrzeba posiadania pola odstawczego na klejone elementy, aby klej mógł się utwardzić. Najważniejszą rzeczą jest dobór odpowiedniego kleju i dysponowanie personelem umiejącym stosować tę technologię.

Inwestycją może być wyposażenie pracownika w pistolet do aplikacji kleju. W pierwotnym materiale wskazano orientacyjnie koszt około 3000 zł netto dla technologii dwuskładnikowych i pistoletów pneumatycznych oraz około 150–900 zł netto dla mniejszych opakowań lub pistoletów ręcznych, w zależności od typu urządzenia. Przed zakupem warto sprawdzić aktualne ceny i dobrać sprzęt do konkretnego systemu klejowego.

W opisywanym w materiale rozwiązaniu element można przenosić po około 25 minutach. W filmie instruktażowym pokazane są również testy wytrzymałości uzyskanych połączeń. W wielu przypadkach można uzyskać wytrzymałe połączenie bez ingerowania w estetykę klejonych materiałów, co ma znaczenie przy elementach wymagających wysokiej jakości wizualnej złącza.

...

Zobacz proces klejenia stali nierdzewnej na wideo

Pierwszy materiał pokazuje przygotowanie, aplikację i organizację pracy krok po kroku. Drugi koncentruje się na testach i zachowaniu wykonanego złącza w praktyce.

Instruktaż krok po kroku

Testy i wnioski

Podsumowanie

1. Stal nierdzewna INOX to materiał ceniony m.in. za odporność na korozję, wysokie temperatury i możliwość pracy w wymagającym środowisku.
2. Tradycyjne metody łączenia stali nierdzewnej obejmują spawanie, m.in. TIG, PAW, GMAW, FCAW i SMAW, a każda z nich ma własne ograniczenia procesowe i organizacyjne.
3. Alternatywą dla spawania może być klejenie stali nierdzewnej, które pozwala na estetyczne i konstrukcyjne łączenie materiałów, ale wymaga poprawnego doboru kleju, przygotowania powierzchni i kontroli procesu.
4. Ograniczenia klejenia obejmują wymagania BHP, czas wiązania oraz konieczność utrzymania powtarzalnej jakości przygotowania powierzchni.
5. Technologię łączenia warto analizować już na etapie konstrukcyjnym, uwzględniając materiały, geometrię złącza, warunki pracy i wymagania procesu.

FAQ – klejenie stali nierdzewnej

Kiedy klejenie ma przewagę nad spawaniem stali nierdzewnej?

Gdy liczy się estetyka, ograniczenie wpływu temperatury na element, redukcja odkształceń oraz możliwość łączenia stali z innymi materiałami, np. tworzywami lub kompozytami.

Co jest krytyczne przy klejeniu stali nierdzewnej?

Powtarzalne przygotowanie powierzchni, czyli zmatowienie i odtłuszczenie, dobór kleju do konkretnej aplikacji oraz kontrola warunków procesu.

Czy do odtłuszczania zawsze nadaje się aceton lub benzyna ekstrakcyjna?

Nie zawsze. Aceton może oddziaływać niekorzystnie na część tworzyw sztucznych, a benzyna ekstrakcyjna może pozostawiać na powierzchni film pogarszający adhezję. W procesie klejenia najlepiej stosować środki zgodne z materiałem i zaleceniami dla konkretnego systemu klejowego.

Jak ograniczyć czas przestoju przy wiązaniu kleju?

Przez dobór technologii klejenia do wymaganego taktu, organizację pola odkładczego i dobranie odpowiedniego sprzętu aplikacyjnego. W przypadku technologii 2K czas procesu może być łatwiejszy do dopasowania do produkcji, ale parametry zawsze należy sprawdzić dla konkretnego kleju.