Spośród kilku rodzajów stali nierdzewnej największą popularnością cieszy się stal austenistyczna. Ma ona bardzo dobrą odkształcalność plastyczną przy jednoczesnym wysokim poziomie odporności na korozję i dobrej spawalności. Z kolei ferrytyczną stal nierdzewną wyróżnia niska zawartość węgla, a dodatek stopowy stanowi tu chrom i molibden. Jest utwardzana poprzez obróbkę cieplną. Oprócz tego zastosowanie w przemyśle znajdują austenityczno-ferrytyczne stale nierdzewne typu Duplex, które wykorzystują mieszaninę austenitu i ferrytu. Do ich najważniejszych cech należą duża wytrzymałość i plastyczność, a uwzględnienie dodatku w postaci azotu poprawia spawalność. Warto również wspomnieć o martenzytycznych stalach nierdzewnych, które mają wyjątkowe własności wytrzymałościowe i wysoką odporność na ścieranie.

Od papieru po samochody
Spektrum zastosowania stali nierdzewnej jest bardzo szerokie i w praktyce stawiane są wysokie wymagania co do jakości poszczególnych gatunków tego typu stali. Na przykład w zakładach papierniczych i celulozowych wykorzystuje się stal nierdzewną EN 1.4401, a w wielu aplikacjach z zamkniętymi obiegami cieczy zastosowanie znajdują gatunki stali o jeszcze lepszej jakości (z wyższą zawartością molibdenu, min. 3–6%). Z kolei elementy maszyn i urządzeń pracujących w przemyśle chemicznym zazwyczaj wytwarza się ze stali nierdzewnej austenistycznej, wobec czego minimalny wymagany tu gatunek stali to EN 1.4404, choć w wielu aplikacjach używane są stale wysokostopowe, zawierające nawet do 6% molibdenu. Dobór odpowiedniego gatunku stali dla tej branży jest szczególnie ważny, wiadomo bowiem, że materiał taki będzie miał kontakt z wieloma substancjami o różnym składzie chemicznym.

Bez stali nierdzewnej nie obejdzie się też oczywiście przemysł samochodowy. Z materiału tego wytwarzane są rury wydechowe i katalizatory, produkowanych zarówno ze stali austenitycznych, jak i ferrytycznych.

Istotna metoda spawania
Podstawowym kryterium wyboru metody spawania stali nierdzewnej jest analiza podstawowych właściwości metalu bazowego. Ponadto w przypadku austenistycznych stali nierdzewnych oraz stali nierdzewnych dupleksowych zaleca się przeprowadzanie kontroli zawartości ferrytów w spawanych metalach. Oznaczanie liczby ferrytowej wynika z normy PN-EN ISO 8249:2005 Spawanie – Określanie liczby ferrytu (FN) w stopiwie nierdzewnych chromowo-niklowych stali austenitycznych i ferrytyczno-austenitycznych dupleks.

Trzeba też pamiętać, że spawania jako metody łączenia nie można stosować w przypadku wszystkich gatunków stali nierdzewnej. Spawalność stali zależy bowiem od jej składu chemicznego. O podatności na proces spawania decyduje również to, czy mamy do czynienia ze stalą austenistyczną, ferrytyczną czy martenzytyczną. Analizy wskazanych właściwości dokonuje się z wykorzystaniem specjalnych tabel spawalności przygotowanych dla najbardziej popularnych gatunków stal nierdzewnych.

Spawanie łukowe w osłonie gazu obojętnego GTAW/TIG
W spawaniu łukowym w osłonie gazu obojętnego GTAW/TIG (Gas Tungsten Arc Welding/Tungsten Inert Gas) wykorzystuje się nietopliwą elektrodę wolframową z osłoną łuku gazu, który jest dostarczany z zewnątrz. To jedna z częściej stosowanych metod łączenia stali nierdzewnej. Wykorzystuje się ją przy spawaniu elementów o różnych grubościach. Łączenie może być wykonywane zarówno ręcznie, jak i półautomatycznie i automatycznie, co pozwala na zastosowanie takiego spawania w warsztatach czy halach produkcyjnych przy uwzględnieniu różnych wydajności i pozycji spawania.

Urządzenia do spawania przy użyciu metody GTAW/TIG wykorzystują prąd stały i przemienny. Przy użyciu prądu stałego można spawać z biegunowością ujemną. Taką technologię łączenia zazwyczaj stosuje się do spawania z wykorzystaniem osłony argonu lub helu. Spawając metodą TIG, należy odpowiednio dobrać rodzaj i natężenie prądu, napięcie łuku, prędkość spawania, rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego, a także rodzaj materiału elektrody oraz średnicę elektrody nietopliwej i średnicę (wymiar) materiału dodatkowego.

W metodzie GTAW/TIG wykorzystywane są gazy ochronne, które mają osłaniać elektrodę nietopliwą i obszar spawania przed dostępem atmosfery. Oprócz tego wpływają one na napięcie łuku, kształt spoiny oraz skład chemiczny stopiwa. Na proces spawania GTAW/TIG wpływ ma skład fizyczny gazów ochronnych decydujący o takich parametrach jak: przewodnictwo cieplne, energia jonizacji, punkt rosy, ciężar właściwy czy rekombinacja i dysocjacja gazu. Odpowiednio dobrany gaz musi zapewnić optymalne parametry procesu spawania i połączenia. Najczęściej jako gazy ochronne w procesie spawania wykorzystuje się gazy obojętne takie jak hel i argon oraz ich mieszanki. Mogą mieć one również domieszkę wodoru lub azotu, który podwyższa temperaturę łuku, umożliwiając spawanie przy podwyższonych prędkościach.

Za jedną z najważniejszych zalet spawania stali nierdzewnej metodą GTAW/TIG uznaje się możliwość skoncentrowania źródła ciepła, co daje wąską strefę stopnienia. Ważna jest również stabilność łuku przy zapewnieniu niewielkiego jeziorka spawalniczego. W metodzie GTAW/TIG nie ma odprysków, ponieważ nie stosuje się tu topnika, a wyeliminowanie pozostałości po utlenianiu sprawia, że czyszczenie końcowe jest łatwe. Taka metoda spawania gwarantuje wysoki poziom jakości metalurgicznej i dokładną kontrolę wtopienia oraz kształtu spoiny bez względu na pozycje spawania, ponadto wykonanie tego procesu jest łatwe, spoiny nie zawierają porów i występuje niskie zużycie elektrod.

Spawanie łukiem plazmowym PAW
Kolejna metoda spawania stali nierdzewnej to metoda plazmowa PAW (Plasma Arc Welding), czyli spawanie łukowe nietopliwą elektrodą wolframową z osłoną gazów obojętnych. Można je przeprowadzić przy użyciu elektrody nietopliwej (metoda plazmowa GTA) i topliwej (metoda plazmowa GMA). Wytworzenie plazmy, tj. zjonizowanego gazu, wymaga nagrzania go do odpowiedniej temperatury, w której osiąga on stan częściowego zjonizowania, co pozwala mu na przewodzenie łuku elektrycznego. Spawanie plazmowe bardzo często wykorzystuje się przy łączeniu rur, a stanowiące jego odmianę spawanie mikroplazmowe umożliwia łączenie blach o grubości do 0,1 mm.

Spawanie plazmowe GTA ma wiele zalet, wśród których warto zwrócić uwagę na większą koncentrację energii linii przy dużej sprawności łuku oraz szerokie możliwości regulacji prędkości i kształtu strumienia plazmy. Ściegi spawania mogą tu być wąskie ze znaczną głębokością przetopienia, co zapewnia mniejsze naprężenia spawalnicze i odkształcenia.
W metodzie spawania plazmowego wykorzystuje się ten sam rodzaj gazów co w metodzie TIG.

Spawanie łukowe z zastosowaniem ciągłej elektrody metalowej GMAW
Metodę spawania łukowego przy zastosowaniu ciągłej elektrody metalowej z osłoną łuku gazem dostarczanym z zewnątrz – GMAW (Gas Metal Arc Welding) – wyróżnia przede wszystkim możliwość zastosowania prądu o bardzo dużej gęstości w drucie elektrodowym – podawanym automatycznie ze szpuli – o wartości przekraczającej 90 A/mm2, tj. około 10 razy więcej niż w przypadku spawania elektrody otulonej (SMAW). W procesie tym stale nierdzewne spawane są poprzez prąd stały z biegunowością dodatnią, gdzie biegun dodatni ma połączenie z elektrodą. W metodzie półautomatycznej uchwyt jest trzymany w dłoni, a spawanie można zautomatyzować za pomocą wózka.

Spawanie łukowe przy zastosowaniu drutu proszkowego FCAW
Spawanie łukowe z drutem proszkowym z dodatkową osłoną w postaci gazu dostarczanego z zewnątrz – FCAW (Flux Cored Arc Welding) – to metoda, w której wnętrze drutu spawalniczego wypełnione jest topnikiem albo substancją chemiczną, która podczas spawania wytwarza gazy ochronne. Jako zalety metody FCAW wymienia się krótki czas wymagany do szkolenia spawaczy, uniwersalność procesu, a także łatwą adaptację do spawania zrobotyzowanego, półautomatycznego i automatycznego. Korzyścią jest też uzyskiwanie dużej powtarzalności wyników przy takich samych parametrach spawania. Z kolei duże głębokości przetopienia zapewniają spoiny o niewielkich wymiarach. Warto też podkreślić dobrą stabilność łuku wraz z odpowiednim przenoszeniem metalu w łuku przy znacznych zakresach parametrów spawania. Spawanie odbywa się tu przy szerokim zakresie napięć łuku, zapewniając mały rozprysk metalu.

Spawanie łukowe za pomocą elektrody metalowej SMAW
W spawaniu łukowym za pomocą elektrody metalowej w osłonie łuku poprzez rozkład otuliny elektrody – SMAW (Shielded Metal Arc Welding) – wykorzystuje się łuk osłonięty za pomocą elektrody metalowej. Tę metodę łączenia zazwyczaj stosuje się przy wykonywaniu napraw elementów, w których nie jest wymagany wysoki poziom odporności na korozję. Takie spawanie jest tanie, ale przebiega wolniej niż w przypadku metod GMAW lub FCAW. Ponadto w przypadku elementów o mniejszych przekrojach mogą powstawać przepalenia.

Spawanie laserowe LBW, spawanie wiązką elektronów EBW
Warto wspomnieć też o spawaniu laserowym wykorzystującym skoncentrowaną i spójną wiązkę światła zogniskowaną na złączu – LBW (Laser Beam Welding). Dochodzi tu do stapiania obszaru styku łączonych przedmiotów za pomocą ciepła otrzymanego poprzez doprowadzenie w ten obszar wiązki światła koherentnego, które ma bardzo dużą gęstość mocy.

Z kolei spawanie poprzez wiązkę elektronów – EBW (Electron Beam Welding) – bazuje na energii wytwarzanej przez skoncentrowaną wiązkę elektronową o wysokiej prędkości zderzającą się z materiałem podstawowym. Duża energia wiązki wytapia otwór w materiale i wykonuje spoinę przy pełnym przetopie i prędkości wynoszącej ok. 20 m/min. Wiązka elektronów wykonuje cienkie i głębokie spoiny przy wąskich strefach wpływu ciepła.