Нержавеющую сталь часто используют для изготовления различных изделий и оборудования. Она отличается от черных углеродистых сплавов повышенной прочностью, устойчивостью к окислению и красивым внешним видом. Эти свойства достигаются за счет добавления не менее 10,5% хрома. Именно он делает ее коррозионностойкой.
Из-за своих особых свойств при обращении с нержавейкой нужно использовать специальные технологии сваривания. Рассмотрим их подробнее.
Характеристики нержавеющей стали
Нержавейка из-за своего состава имеет низкую теплопроводность, то есть плохо пропускает тепловую энергию. Но при этом во время нагревания она сильно увеличивается в размерах. Из-за этого происходит деформация деталей, растрескивание заготовок и появление окисленных участков в местах нагрева.
Избежать этих проблем при сваривании помогают выбор подходящей технологии и присадочного материала, настройка сварочного полуавтомата и выбор защитного газа. Сваривание всегда происходит в газовой среде, чтобы избежать попадания в расправленный металл дополнительных компонентов из окружающего воздуха.
Еще одна проблема большое разнообразие нержавеющих сталей. В зависимости от вида сплава мастера должны подбирать разные способы ее соединения с помощью сварки.
Проблемы при сваривании нержавейки
Разберем несколько типовых проблем и способы, с помощью которых инженеры решают их.
Деформирование и растрескивание заготовок
Из-за высокого температурного расширения при нагреве газовой горелкой или электродом происходит деформация детали и растрескивание металла. Слишком сильное тепловое воздействие при сваривании, а также постоянный нагрев и охлаждение приводят к появлению напряжений в металле. По мере его остывания деталь деформируется.
Очевидным решением может быть снижение температуры сваривания. Но в этом случае нержавейка будет расплавляться недостаточно хорошо, из-за чего снижается прочность сварного соединения.
Поэтому чаще используют так называемый теплоотвод. Для этого к заготовке из нержавеющей стали прикрепляют медную или латунную деталь, которая имеет более высокую теплопроводность. Она нагревается и не дает перегреться свариваемой детали.
Появление коррозии
Нержавеющая сталь хорошо сопротивляется коррозии при эксплуатации во влажной среде или в контакте с агрессивными веществами. Но в месте соединения из-за избыточного нагрева могут происходить процессы, которые способствуют появлению ржавчины. Например, из-за попадания туда углерода, который находился в присадочном материале.
Чтобы этого избежать, необходимо правильно подбирать температуру сваривания и использовать в качестве присадки нержавеющую сталь. В этом случае риск того, что в месте соединения появится коррозия, снижается.
Сваривание разных материалов
При соединении друг с другом углеродистой и нержавеющей сталей, а также разных типов нержавейки необходимо учитывать то, что температура их плавления отличается. Из-за этого обеспечить высокую прочность шва сложнее.
Чтобы избежать проблем, необходимо выбирать правильный присадочный материал. Также желательно предварительно нагревать металл перед использованием сварочного аппарата.
Обратите внимание, что температура плавления нержавейки находится в промежутке между 1375°С и 1530°С, в то время как стандартная углеродистая сталь плавится при температуре от 1425°С до 1540°С. Это может стать проблемой при переключении между режимами полуавтомата.
Образование токсичных паров
При работе с нержавеющими сталями нужно помнить, что при их сильном нагреве образуется шестивалентный хром. Он появляется при разрушении оксида хрома, который находится на поверхности металла. Причем пары образуются как при нагреве, так и при охлаждении заготовки.
Чтобы избежать отравления токсичными химическими соединениями, необходимо использовать средства защиты органов дыхания или интенсивно проветривать помещение, где проводятся работы.
Способы сваривания нержавеющих сталей
Способ сварки специалист подбирает в зависимости от требований к соединительному шву, типа нержавеющей стали и других параметров. Для сваривания можно использовать плазменную, электронно-лучевую технологию, выполнять работу под флюсом или в среде инертного газа.
Разберем наиболее распространенные технологии
TIG
Сварка TIG применяется при производстве резервуаров высокого давления и других изделий, где важна максимальная прочность и герметичность. Сварка неплавящимся электродом позволяет поддерживать стабильную дугу и ведется полностью в автоматическом режиме.
Это дает возможность точно контролировать температуру нагрева металла, что исключает деформацию стали при перегреве. Для регулировки используется педаль или ручной регулятор.
Аппараты TIG могут работать на переменном и постоянном токе. В качестве электрода используется неплавящийся вольфрамовый стержень, а для защиты места нагрева аргон или другой защитный газ. Для заполнения шва применяются прутки из присадочного материала.
Сварщику необходимо выбрать правильную геометрию шва и диаметр электрода в зависимости от толщины заготовок и параметров работы сварочного автомата.
Для получения надежных сварных соединений при работе с нержавеющей сталью важно использовать качественные комплектующие.
MIG
Более простой и распространенный способ сваривания нержавеющих сплавов. С его помощью можно соединять заготовки быстрее. Используется плавящийся проволочный электрод, который подается с помощью специального механизма.
Один из минусов этого варианта в том, что швы получаются менее красивыми, что важно при изготовлении некоторых изделий.
Проволочный электрод подается через специальную оболочку в сварочный пистолет одновременно с потоком газа для защиты металла от загрязнений и окисления.
Избежать деформаций из-за перегрева позволяет правильная траектория движения электрода. Сварщик должен частично отступать назад, чередовать участки и охлаждать место соединения.
Для трубопроводов и арматуры, таких как сварные краны для нержавейки, этот способ обеспечивает достаточную скорость работы.
SMAW
Это технология дуговой сварки нержавеющей стали в защитном слое. Используется плавящийся электрод, что делает рассматриваемый метод дешевым, простым и удобным в использовании.
Сваривать металл плавящимся стержневым электродом можно практически в любых положениях и в любых внешних условиях. В том числе на открытом воздухе, где защитный газ сдувает ветром.
Однако этот метод подходит в случае, когда соединяемые заготовки имеют большую толщину и не деформируются при перегреве. Особенность в том, что при использовании этого метода сложно контролировать температуру. Кроме того, нужно правильно подбирать электрод и обязательно удалять шлак после остывания шва.
FCAW
Сваривание легированных сплавов порошковой проволокой. Эта технология позволяет сделать более аккуратный и равномерный шов. При использовании порошковой проволоки одновременно применяется и защитный газ. Таким способом можно соединять заготовки разной толщины или работать в сложных условиях.
Контактная сварка
Точечная или шовная сварка сопротивлением нужна для того, чтобы получить аккуратный и чистый шов. В этом случае не используется присадочный пруток, поэтому расплавленный металл не будет разбрызгиваться в стороны и загрязнять поверхность.
Одна из особенностей нержавеющей стали высокое электрическое сопротивлении. Поэтому для реализации этого метода понадобится качественный и очень мощный сварочный автомат. Только так можно избежать деформации металла в зонах нагрева.
При сваривании нержавейки нужно настраивать в сварочном аппарате высокие значения силы тока и напряжения в сравнении с теми, что нужны для меди, алюминия. Это как раз связано с сопротивлением материалов.
Этот метод часто применяется при изготовлении шаровых кранов из нержавеющей стали, где требуется высокая точность соединения.
Сварка трением
Соединить металл можно путем его нагрева из-за трения. Эта технология применяется для того, чтобы соединить заготовки из нержавейки с деталями из углеродистых сплавов.
Как и в случае с предыдущим способом, здесь не нужно использовать присадочный пруток, а сама технология получается дешевой. Но ее можно применить, если позволяет форма соединяемых заготовок.
Лучше всего сваривать трением заготовки из аустенитной стали, в которой содержится от 16 до 26% хрома и от 8 до 22% никеля. При выборе этой технологии нужно учитывать несколько моментов:
- оказываемое давление;
- длина соединительного шва;
- скорость вращения детали.
Иногда используются модифицированные технологии. Например, сварка трением с перемешиванием или погружением.
Советы для качественной сварки нержавейки
Для гарантированно прочного и надежного соединения нержавеющих сталей при их сваривании нужно учитывать несколько нюансов.
Особое внимание стоит уделить герметичности сварных клапанов, особенно в системах с высоким давлением.
Подготовка к работе и обеспечение безопасности
Сваривать нержавеющие стали можно только на подготовленном рабочем месте. Кроме того, нужно правильно обработать поверхность перед соединением.
Сварщик обязательно должен использовать средства индивидуальной защиты и специальную защиту. На руки надевают перчатки, а на глаза — очки. Кроме того, может понадобиться респиратор, чтобы избежать отравления ядовитыми газами. Спецодежда должна быть негорючей, чтобы не загореться от попадания капель расплавленного металла.
В исключительных случаях можно воспользоваться услугами страховых компаний и застраховать ответственность за сварку, чтобы защитить технологические процессы.
Выбор присадки
Присадочный материал подбирают в зависимости от типа заготовок, объема работ. Его состав должен соответствовать по составу тому сплаву, который соединяют с помощью сварочного аппарата. Также во внимание принимают требуемый внешний вид шва.
Параметры работы сварочного аппарата
Квалифицированный сварщик знает порядок настройки и параметры сваривания, которые нужно выставить на полуавтомате или автомате для конкретного вида сплава и размера заготовки.
Для качественного сваривания важны:
- тип электрического тока;
- наклон горелки;
- скорость перемещения электрода;
- скорость подачи проволоки;
- скорость наплавки.
Только опыт и постоянное совершенствование мастерства позволяет получить аккуратный шов с высокой прочностью.
Защитный газ
Выбор газа для TIG и MIG сварки имеет важное значение, так как он предотвращает попадание посторонних компонентов в сварочную ванну. Он снижает риск появления дефектов шва и повышает его качество.
Нагрев
Для получения идеального шва нужно правильно подобрать степень нагрева заготовки. Нужно принимать во внимание характеристики сварочного проекта. В большинстве случаев необходимо сваривать током, сила которого на 20% меньше, чем при сваривании углеродистой стали. В этом случае можно избежать коррозии места соединения.
