Spawanie stali różnoimiennych

Złącze nierdzewki ze stalą czarną spotyka się nieustannie: króciec do korpusu, wspornik do rury, przejście w rurociągu. Błąd w spoiwie daje pęknięcie nie od razu, tylko pod obciążeniem albo po pierwszym nagrzaniu.

Co dzieje się w spoinie

Przy spawaniu nierdzewki austenitycznej ze stalą węglową metal spoiny jest mieszaniną obu. Jeśli stopowania nie starcza, część spoiny po ostygnięciu przechodzi w martenzyt — strukturę twardą i kruchą. To właśnie tą wąską strefą wzdłuż linii wtopienia biegnie pęknięcie.

Rozwiązanie: wziąć spoiwo z zapasem chromu i niklu, żeby nawet po rozcieńczeniu materiałem rodzimym spoina pozostała austenityczna.

Pobierz schemat: SVG · PNG

Dobór spoiwa

Zasada ogólna: spoiwo dobiera się pod stronę bardziej stopową, z zapasem. Pomyłka w drugą stronę — wzięcie materiału pod stal prostszą — nie jest wybaczana.

Parametry

• Mniej rozcieńczenia. Im mniej materiału rodzimego trafi do spoiny, tym pewniej zachowa się struktura austenityczna. Stąd umiarkowany prąd i minimalne wtopienie po stronie węglowej.
• Łuk bliżej strony nierdzewnej przy spoinie pachwinowej: wtedy mniej topi się stal czarna.
• Energia liniowa ograniczona tak samo jak przy zwykłej nierdzewce: policz ją w kalkulatorze energii liniowej.
• Podgrzewanie wyznacza się po stronie węglowej: policz jej równoważnik węgla.

Co uwzględnić na przyszłość

Nierdzewka austenityczna ma współczynnik rozszerzalności cieplnej około półtora raza większy niż stal węglowa. Złącze pracujące przy zmiennej temperaturze gromadzi naprężenia na granicy — dlatego przy cyklicznym nagrzewaniu takich styków się unika albo wstawia element przejściowy.

I osobno: strona nierdzewna pozostaje nierdzewna, a węglowa nie. Spoina broni się sama, ale stal czarna obok niej rdzewieje normalnie i powłokę trzeba dla niej przewidzieć od razu.

Przykład na wykresie Schaefflera: jedna para, sześć wariantów

Stal austenityczna 18/9 (A) ze stalą węglową (B), spoiwo typu 309L. Składy to wartości domyślne kalkulatora wykresu Schaefflera, zmieniamy tylko udziały — czyli to, ile każdego materiału trafia do spoiny:

• 15/15/70 — rozcieńczenie około 30 %, jak przy MMA wąskimi ściegami: austenit z ferrytem, ferryt 0–5 %. To obszar, do którego się celuje.
• 25/25/50 — połowa spoiny to materiał rodzimy: austenit bez ferrytu. Martenzytu nie ma, ale czysty austenit jest skłonny do pęknięć gorących.
• 35/35/30 — łuk topi głównie ścianki — głębokie wtopienie i szeroki zakos: austenit z martenzytem. Tu zaczyna się kruchość.
• 50/50/0 — stopienie bez spoiwa: martenzyt. Dlatego nierdzewki ze stalą czarną nie przetapia się samym łukiem TIG.
• 30/10/60 i 10/30/60 — ten sam udział spoiwa, ale łuk przesunięty raz na stronę nierdzewną, raz na węglową. Wynik: austenit z ferrytem kontra austenit z martenzytem. To liczbowy powód reguły „łuk bliżej nierdzewki”.

Wykres daje obszar, a nie gwarancję: punkt przy granicy przesunie niewielka zmiana składu wytopu. Do własnych stali wpisz skład z atestu, a udziały oszacuj z przekroju próbki.

Jak w praktyce zmniejszyć rozcieńczenie

• Proces. TIG ze spoiwem i MMA dają zwykle mniej rozcieńczenia niż MAG łukiem natryskowym; przy MAG trzyma się łuk zwarciowy lub impulsowy.
• Ściegi wąskie, bez szerokiego zakosu. Każdy ruch w bok to dodatkowo stopiona ścianka.
• Łuk na jeziorko i stronę nierdzewną, a nie w stal czarną — przykład wyżej pokazuje różnicę między dwoma obszarami wykresu.
• Warstwa buforowa. Na grubych ściankach stronę węglową napawa się najpierw spoiwem 309L, obrabia i dopiero potem spawa złącze — każde rozcieńczenie działa wtedy na mniejszą różnicę składów.

Nierdzewka ze stalą czarną krok po kroku

1. Osobne narzędzia do nierdzewki. Szczotka i tarcza, które dotykały stali czarnej, wcierają w nierdzewkę opiłki żelaza — potem rdzawe zacieki na stronie, która miała nie rdzewieć.
2. Podgrzewanie według strony węglowej. Policz jej równoważnik węgla i temperaturę w kalkulatorze podgrzewania; nierdzewka podgrzewania nie potrzebuje.
3. Spoiwo 309L — elektroda E 23 12 L (AWS E309L), drut G 23 12 L Si (ER309LSi), pręt TIG W 23 12 L; przy nierdzewce z molibdenem — 309LMo.
4. Grań na rurze — z osłoną gazową od środka po stronie nierdzewnej, inaczej grań utlenia się na czarno.
5. Czyszczenie po spawaniu — trawienie lub pasywacja tylko nierdzewki; strona węglowa dostaje powłokę jak każda stal czarna.

Typowe błędy i jak je rozpoznać

• 308L zamiast 309L — pęknięcie wzdłuż linii wtopienia po stronie węglowej, często dopiero po obciążeniu. Wykrywa je badanie penetracyjne albo przełom.
• Za duży prąd przy MAG — ścieg szeroki i płaski, głęboko w stali czarnej; twardość przy linii wtopienia wyraźnie wyższa niż w obu materiałach.
• Pęknięcia gorące w osi spoiny — czysty austenit bez ferrytu, jak w wariancie z połową rozcieńczenia; rysa biegnie środkiem ściegu zaraz po spawaniu.
• Rdza na nierdzewce obok spoiny — zanieczyszczenie żelazem ze wspólnych narzędzi, nie wada spoiwa. Pełne zasady dla samej nierdzewki — spawanie stali nierdzewnej.

Autor: Dmitry Frolov, spawacz i ślusarz konstrukcji stalowych Aktualizacja: 28 września 2026