Możliwości zastosowań stali w gospodarce są niemal nieograniczone. Wykonane z niej wyroby spotykamy w instalacjach budynkowych, infrastrukturze miejskiej, aplikacjach przemysłowych, a także w każdym domu. Trzeba pamiętać, że obecnie dostępnych jest ponad 100 różnych klas stali nierdzewnej o odmiennych właściwościach. Zazwyczaj wyróżnia się cztery główne jej rodzaje: austenityczną, ferrytyczną, martenzytyczną i ferrytyczno-austenityczną duplex. Uznaje się, że obecnie ok. 70% produkcji stali nierdzewnej stanowi stal austenityczna.

Definicje i klasyfikację gatunków stali znajdziemy np. w normie PN-EN 10020:2003, w której ustalono podział według składu chemicznego – na stale niestopowe, odporne na korozję i inne stale stopowe – jak również podział na główne klasy jakościowe. Gatunki stali nierdzewnej wymienione są też w międzynarodowej normie ISO 15510: 2010. Warto dodać, że jak każda inna stal z rodziny stali stopowych, także nierdzewna zawiera od 10% do 30% chromu, ale może też mieć inne dodatki, takie jak: nikiel, molibden, tytan, aluminium, niob, miedź, azot, siarka, fosfor lub selen.

Łączenie stali nierdzewnej

Podstawowym sposobem łączenia stali nierdzewnej jest spawanie. Trzy tradycyjne techniki łączą metal poprzez działanie ciepła, które topi go, co prowadzi do wypełnienia złącza. Następnie metal się schładza i zestala, tworząc wiązanie metalurgiczne. Spoina łącząca powinna mieć takie same właściwości wytrzymałościowe jak każdy z łączonych elementów. Można to osiągnąć praktycznie tylko w połączeniach spawanych, a nie np. lutowanych.

Obecnie stosuje się kilka metod spawania stali nierdzewnej. Jednym z podstawowych jest spawanie łukowe w osłonie gazów obojętnych GTAW/TIG (Gas Tungsten Arc Welding/Tungsten Inert Gas) z wykorzystaniem prądu stałego lub przemiennego. Można je wykonywać w sposób ręczny, półautomatyczny i automatyczny. Uważa się, że metoda GTAW/TIG z pulsującym przebiegiem prądu najlepiej sprawdza się przy łączeniu blach o grubościach do 3 mm.

Kolejny sposób to spawanie łukiem plazmowym PAW (Plasma Arc Welding). W tej metodzie można stosować elektrody topliwe i nietopliwe. W ten sposób łączy się np. rury. Jej odmianą jest spawanie mikroplazmowe, które pozwala łączyć cienkie blachy o grubościach do 0,1 mm.

Plazma doskonale sprawdza się przy gięciu grubszych arkuszy blachy ze stali

Metoda GMAW (Gas Metal Arc Welding) to spawanie łukowe z wykorzystaniem ciągłej elektrody metalowej z osłoną łuku gazem wprowadzanym z zewnątrz. Stal nierdzewną można też spawać, wykorzystując łuk elektryczny w połączeniu z drutem proszkowym w osłonie gazu FCAW (Flux Cored Arc Welding) bądź też elektrodę metalową w osłonie łuku SMAW (Shielded Metal Arc Welding).

Choć przedstawione sposoby spajania sprawdzają się w wielu zastosowaniach, to wciąż poszukuje się możliwości uzyskania mniejszej spoiny i poprawienia produktywności. Można to osiągnąć poprzez zastosowanie światła lasera i skoncentrowanej wiązki elektronów. Mowa o spawaniu laserowym LBW (Laser Beam Welding) oraz EBW (Electron Beam Welding). Trzeba jednak mieć na uwadze, że w zależności od rodzaju lasera, sposobu jego pracy oraz mocy proces uzyskiwania połączenia będzie się różnił. Dostępne są np. urządzenia wykonujące spawanie w sposób kondukcyjny (Laser Conducting Welding). W tym przypadku energia wiązki laserowej powoduje topienie się materiału, ale nie występuje zjawisko jego parowania.

Zaletą spawania wiązką elektronów jest z kolei duża energia wiązki i możliwość uzyskania znacznej prędkości tworzenia spoiny (ok. 20 m/min) przy pełnym przetopie. Dzięki temu otrzymuje się spoiny cienkie i głębokie, a strefa oddziaływania wysokiej temperatury jest bardzo mała. Cały proces przebiega w próżni, co dodatkowo zapobiega zanieczyszczeniu spoiny. Urządzenia tego typu są jednak dość drogie.

Trzeba zaznaczyć, że nie wszystkie gatunki stali nierdzewnej mogą być poddawane spawaniu – zależy to od ich składu chemicznego. Dla najbardziej popularnych jej gatunków przygotowano odpowiednie tabele spawalności.

Obróbka

Przy produkcji elementów ze stali, również nierdzewnej, nieodłącznym etapem jej obróbki jest cięcie. W ostatnich latach obserwujemy duży postęp technologiczny w tym obszarze. Wycinarki laserowe CNC na dobre zadomowiły się w wielu halach produkcyjnych, jednak szczególnie widoczny jest rozwój technologii laserów światłowodowych.

Nietrudno zauważyć, że na rynku konkurują ze sobą technologie cięcia laserowego, plazmowego i strumieniem wody. Użycie do tego celu wody i garnetu (ścierniwa) pozwala wykonywać elementy pozostające poza możliwościami obrabiarek, które wykorzystują plazmę lub laser. Strumieniem wody można też ciąć materiały 3D. Wykonywane w ten sposób elementy często nie potrzebują dalszej obróbki, jak frezowanie czy toczenie. Z kolei cięcie plazmowe, w którym wykorzystuje się elektrycznie podgrzewany strumień zjonizowanego gazu, pod względem kosztów i prędkości ma przewagę nad laserowym. Plazma lepiej też sprawdza się przy cięciu grubszych arkuszy. Rozwiązania laserowe wygrywają jednak pod względem jakości krawędzi.

Choć można stwierdzić, że wykrawanie mechaniczne (prasa z matrycą) jest dziś droższe od nowoczesnych metod, to i w tych tradycyjnych technologiach widać duży postęp. Główną zaletą cięcia mechanicznego jest możliwość szybkiego produkowania bardzo dużej liczby identycznych części.

Co rynek oferuje

Na rynku jest dostępny duży wybór urządzeń i narzędzi zarówno do łączenia stali nierdzewnej, jak i jej obróbki. Wielu przedsiębiorców świadczy też usługi z tym związane.

Na przykład w ofercie firmy Kimla znajdziemy laser światłowodowy fiber Kimla Flashcut 1530 z nową technologią wycinania dowolnych kształtów z blach. Jak podaje producent, w stosunku do laserów CO2 przy obróbce blach cienkich do 5 mm koszt wycięcia detalu można obniżyć nawet dziesięciokrotnie. Urządzenie charakteryzuje się wysoką efektywnością i bardzo dobrym stosunkiem szybkości obróbki do mocy lasera. Sprawność rezonatora dochodzi do 30%, a zaawansowane zabezpieczenia antyrefleksyjne, realizowane przez stosowanie rozpraszaczy energii wiązki odbitej, umożliwiają cięcie silnie refleksyjnych materiałów.

Firma Eagle oferuje wycinarki laserowe serii iNspire, eVision i eSmart oraz możliwość dostawy maszyny o niestandardowych rozmiarach. Na przykład wycinarki z serii iNspire osiągają prędkości cięcia do 150 m/min i przyspieszenia rzędu 6G oraz, jak podaje producent, gwarantują wysoką jakość, precyzję i efektywność procesu. Dostępne są z laserem fiber o mocach 1–12 kW.

Wycinarki laserowe ma w swojej ofercie również koncern Mitsubishi. To m.in. system SR CrossFlow wykorzystujący trójosiowe rezonatory krzyżowe, co gwarantuje dużą wydajność przy obróbce materiałów o wymiarach 3050 x 1525 mm i grubości od 0,5 do 20 mm. Maszyny SR można wyposażyć w automatycznie wymienny stół dwupaletowy lub ręczny stolik jednopaletowy. Moc lasera to 2,7 kW, a impulsu – 3,2 kW. W ofercie firmy można też znaleźć wycinarki laserowe Mitsubishi eX-F fiber o mocy rezonatora: 4 kW, 6kW i 8kW. Największa efektywność jest uzyskiwana przy cięciu cienkich materiałów w zakresie 0,5–5 mm. To oczywiście tylko kilka wybranych przykładów z rynku.