Сварка нержавеющей стали

Факторы сложности для сварки деталей из нержавеющей стали

Сварку нержавеющей стали затрудняет то, что данный материал относится к категории высоколегированных сплавов, а значит, в его составе в достаточно большом количестве содержатся элементы, влияющие на его основные свойства. В нержавейке, в частности, таким элементом является хром. Его содержание в данном сплаве может составлять 12–30%. Хром наряду с такими элементами, как никель, титан, марганец и молибден, формирует антикоррозионные свойства нержавеющей стали, но в то же самое время наделяет ее и другими особенностями, влияющими на свариваемость.

Достаточно высокий коэффициент линейного расширения

По этой причине сварку нержавеющей стали всегда сопровождает значительная деформация соединяемых деталей. В отдельных случаях, когда свариваемые детали имеют значительную толщину и между ними не предусмотрен зазор, такие деформации могут привести даже к появлению крупных трещин.

Низкая теплопроводность

Теплопроводность нержавеющей стали в 1,5–2 раза ниже, чем у низкоуглеродистых сплавов. Такая особенность материала приводит к тому, что соединяемые детали в зоне сварки проплавляются даже при меньших (на 15–20%), чем при сваривании изделий из низкоуглеродистой стали, силах тока.

Межкристаллитная коррозия

При сильном нагреве (более 500 градусов Цельсия) в нержавеющих сталях возникает так называемая межкристаллитная коррозия. Происходит это потому, что по краям зерен структуры металла начинают формироваться прослойки, состоящие из карбида хрома и железа. Избежать этого явления можно не только тщательным подбором режима сварки, но и путем принудительного охлаждения свариваемых деталей из нержавейки, для чего можно использовать обычную воду. Однако следует иметь в виду, что охлаждать водой можно лишь детали, изготовленные из хромоникелевых сталей, которые имеют аустенитную внутреннюю структуру.

Перегрев электродов с хромоникелевыми стержнями

Из-за низкой теплопроводности соединяемых материалов и их повышенного электрического сопротивления сварка деталей из нержавейки сопровождается сильным нагревом электродов, стержни которых имеют хромоникелевый состав. Чтобы избежать этого нежелательного явления, используют электроды для сварки нержавейки длинной до 35 см.

Сварочные электроды Sabaros ME 101 3,2мм для сварки нержавеющих сталей

Пошаговая инструкция по сварке

Прежде чем приступать к сварке изделий из нержавеющей стали, нужно уделить должное внимание предварительной обработке и подготовке поверхностей к предстоящей работе. Предварительная обработка нержавейки такая же, как и в случае с низкоуглеродистыми сталями

Отличие лишь в том, что сварной стык должен иметь зазор, способный обеспечить свободную усадку. Кромки и поверхности нужно обработать при помощи обыкновенной стальной щетки и промыть растворителем. В качестве растворителя обычно используют ацетон либо бензин. Такая обработка позволяет избавиться от жира, наличие которого приводит к ухудшению устойчивости дуги.

В домашних условиях обычный инвертор и покрытые электроды позволяют получать сварные соединения приемлемого качества. Если к работе выдвигаются особые требования, придется приобрести сварочный аппарат со специальным режимом для сварки нержавейки. Электроды для сварки рекомендуется индивидуально определять в соответствии с ГОСТом. Для этого нужно знать марку нержавейки. Или же можете использовать упоминавшиеся ранее электроды.

Схема полуавтоматической сварки.

Нержавейка варится на токе обратной полярности. При выполнении работы мастер должен стараться меньше проплавлять шов. Электроды большого диаметра обычно не используются. Необходимость их применения возникает только при сваривании толстых поверхностей.

Ранее отмечалось, что при варке нержавейки ток должен быть на 20% ниже, чем для варки низколегированных сталей. Если ток будет выше, чем требуется, то на фоне высокого сопротивления и низкой теплопроводности куски покрытия электродов начнут отваливаться. По этим же причинам при варке нержавейки электроды будут плавиться с более высокой скоростью, чем при работе с низкоуглеродистыми сталями. Для начинающих сварщиков это зачастую становится сюрпризом. Но теперь вы подготовлены и знаете о такой особенности процесса.

После того как шов будет полностью готов, необходимо выполнить процедуру охлаждения. Она поспособствует сохранению устойчивости материала к воздействию коррозии. Охлаждение выполняется с использованием медных прокладок. В случае с аустенитной сталью допустимо охлаждение с применением воды.

Переменным или постоянным током

Для создания неразъемных соединений из нержавеющих сталей допустимо использовать постоянный и переменный ток. У каждой технологии сварки существуют определенные плюсы и минусы.

Так, использование постоянного тока приводит к снижению расхода электродов, за счет того, что при использовании этого тока, материал, практически не разбрызгивается. Кроме того, постоянный ток позволяет обеспечить высокую скорость сварки, качество сварного шва. Но, оборудование, используемое для работы, отличается высокой стоимостью,  а это, в результате приводит к росту себестоимости работ.

Применение переменного напряжения позволяет использовать оборудование, которое стоит значительно меньше что то, которое применяют для выработки постоянного тока. Сварщик, использующий переменный ток, получает в результате качественный шов. Но, вместе с тем, использование переменного тока приводит к получению большего количества капель металла, а это приводит к повышенному расходу нержавейки.

Электроды постоянного тока по нержавейке

Перед началом сварочных работ сварщик должен сделать правильный выбор электродов. Следует понимать, то, что стержни с обмазкой в состоянии гарантировать высокое качество шва. Ручную сварку выполняют с использованием постоянного тока обратной полярности. Для получения качественного результата сварщики применяют следующие марки расходных материалов, предназначенные для нержавейки:

• ЦЛ11 – это одна из самых широко распространенных марок среди сварщиков. Его применяют для обработки сталей с довольно высоким содержанием хрома и никеля. Сварной шов, получаемый с помощью этого материала, обладает высокой прочностью, ударной вязкостью. При работе практически не наблюдается разбрызгивание металла.
• ОЗЛ8 — подходят для сборки конструкций, подлежащие эксплуатации в температурах до 1000 ⁰C. Остальные ее параметры близки к марке ЦЛ11.
• НЖ13 – эта марка востребована при обработке изделий из пищевой нержавейки. Кроме того, этот расходный материал предназначен для стыковки изделий с высоким содержанием хрома, никеля, молибдена. Недостаток, присущий этой марке – это формирование шлака, который самопроизвольно отслаивается и таким образом может нанести повреждения рабочему или окружающим его людям.

ОЗЛ-8

На самом деле в практической работе применяют несколько марок электродов, которые предназначены для сварки с нержавейкой. Среди них есть такие, как:

• ЗИО-8, которые применяют для изделий из жаростойких нержавеющих сталей.
• НИИ-48Г востребован при изготовлении ответственных конструкций.
• ОЗЛ-17У подходят для деталей, которые будут эксплуатироваться в атмосфере с повышенным содержанием паров серной или фосфорной кислот.

Электроды для переменного тока для нержавейки

Не все организации могут себе позволить технологическое оборудование, которое работает с применением постоянного тока. Но можно использовать и аппаратуру, которая применяет переменное напряжение. для эффективной работы с ним применяют следующие марки — ОЗЛ-14, ЛЭЗ-8, ЦТ-50, ЭА-400, ОЗЛ-14А, Н-48, АНВ-36.

Кроме того, использование вольфрамовых стержней для сварки деталей из нержавейки под облаком защитных газов, позволяет использовать переменный ток с прямой полярностью. Такую технологию используют при:

• соединении деталей с тонкой стенкой;
• наличии повышенных требований к качеству сварного шва.

ОЗЛ-14А

Практика сварки изделий из нержавейки говорит о том, что использование переменного тока менее популярно, соответственно стержни этого типа менее востребованы.

Особенности сварки нержавеющей стали

Главная проблема, возникающая у неопытных сварщиков – некачественный шов. В трубе может появиться течь даже при небольшом давлении. На металле в районе шва возникают трещины.

При сварке нержавейки электродом нужно учитывать ряд особенностей легированной стали, ее физические свойства:

• У металла большой коэффициент расширения, он после соединения электросваркой в процессе охлаждения стягивается. Если варить нержавейку обычной присадкой для углеродистой стали, имеющей небольшой коэффициент расширения, на шве могут появиться трещины – его будет разрывать от внутренних напряжений в нержавейке.
• При окислении ванны расплава на поверхности образуется пористость за счет кристаллизации. Если нет возможности создать над рабочей зоной защитную атмосферу, нужно подбирать стержни со специальной обмазкой, содержащей компоненты, препятствующие поступлению кислорода в шов.
• Легированная сталь, используемая в быту, плавится при невысоких температурах. Под воздействием электродуги из нержавейки способны выгорать легирующие добавки. Без них металл будет ржаветь. Чтобы не допускать перегрева, шов ведут в шахматном порядке.
• Присадку для сварки нержавейки подбирают с учетом особенных свойств легированного металла. Желательно точно знать марку свариваемых заготовок.

Маркировка сталей и подготовка поверхностей

В Европе, Америке и России получили распространение 4 марки. В разных странах, стали имеют отличительную маркировку. Соответствие марок по странам вы найдете в таблице.

Сварка нержавейки в домашних условиях инвертором выполняется только после зачистки и разделки кромок в случае необходимости.

Заготовки зачищаются специальной щеткой. Разделка фасок выбирается от вида соединения и толщины свариваемых металлических изделий.

Хромоникелевые сплавы — пластичны, не нуждаются в подогреве при сварке, неплохо свариваются. Но, имеют особенность при соединении, в виде:

• межкристаллитной коррозии;
• горячих трещин в соединениях.

Это интересно: Как варить нержавейку аргоном — технология сварки

Сварка ММА

Вопрос №1.

Варит ли инвертор нержавеющую сталь? Вчера решил испытать судьбу. Взял круглый бак от стиралки и отправился к знакомому у которого есть инвертор. Варить пытался электродом для нержавейки, диаметром 3 мм. Дуга скачет, невозможно работать. Если добавить ток, дуга обрывается. В баке прожоги металла.

Сварочный инвертор аврора

Ответ:

Для сварки коррозионостойких сталей нужен инвертор со встроенным осциллятором или с «хорошо выпрямленным» током. В паспорте, который прилагается к инвертору, обычно указывается на какие металлы он рассчитан. Но даже если вы не найдете в паспорте требуемую информацию, всегда можно выяснить все возможности аппарата в специализированном магазине. Лучше всего подходит аргонодуговая сварка (в частности, популярностью  пользуется сварочник Aurora PRO INTER TIG 200 PULSE). АДС позволяет выполнять качественные швы на тонкостенных листах и деталях (трубах, например). Соединить же тонкий лист (до 3 …5 мм) ручной дуговой сваркой и получить качественный шов – это задача непростая. Металлы, устойчивые к коррозии обычно содержат много хрома, а он, в свою очередь, образует с кислородом воздуха оксиды, что зачастую приводит к растрескиванию шва во времени. Образуется окалина

Поэтому важно, выполняя тонкие работы с изделиями, к которым предъявляются высокие требования, производить поддув аргоном обратной стороны шва

Для работы штучным электродом с флюсующей обмазкой необходим опыт. Нужно поиграться с полярностью, а не просто работать по инструкции. С толстостенными изделиями, как уже говорилось выше, обычно не возникает  проблем. Но так ли много изделий или конструкций из толстой нержавейки вы знаете? Правильно, все, что встречается – относительно тонкостенное, до 5 мм толщиной в сечении.

Когда варят  тонкостенную нерж, приходится уже выкручиваться:

Токи нужно устанавливать как можно меньше, дугу держать как можно короче.
Дуга зажигается в стороне, а затем постепенно подводится к свариваемой кромке.
Обращайте внимание на подключение клеммы заземления, в ее направлении будет действовать дутье дуги.

Что касается прожогов, для  толщин в 1 мм нужен электрод более тонкий, чем 3 мм. Для поджига трехмиллиметрового электрода нужен ток, который моментально прожжет тонкий лист. Электродом «тройка» сваривать и «черные» металлы непросто, а по нержавейке, да еще для того, чтобы учиться, нужно брать электрод 2 или 1,6 мм Лучше всего сваривается нержавейка с пониженным содержанием углерода. В связи с тем, что стали с высоким содержанием хрома склонны к концентрации напряжений, которые на порядок превышают аналогичные напряжения в углеродистой стали, нужно избегать перепадов температур.

Рекомендуется предварительный подогрев  до 200 -350 градусов Цельсия.

Основные особенности,о которых нужно знать:

• Коррозионостойкие металлы имеют крайне низкий показатель теплопроводности. Это означает , что тепло передается в окружающее воздушное пространство медленно, а скорость образования сварочной ванны увеличивается.  По этой причине сварку  выполняют на низких токах. Если для  углеродистой стали определенной толщины вам необходимо было установить на своем  аппарате 80А, то для аналогичной нержавейки вам потребуется 60А. Силу тока в среднем снижают на 25%.
• линейные размеры  при нагреве испытывают существенные изменения, тому причиной немалое значение коэффициента термического расширения. Следствие — большие поводки деталей. Если речь идет о сварке толстостенных деталей в стык без зазора — гарантировано такое соединение потрещит. Причиной тому высокие напряжения такого соединения, которые возникают из-за неравномерного расширения металла. Сварку встык при больших толщинах производите с зазором.
• Большое количество легирующих элементов увеличивает  электрическое сопротивление, поэтому при  ММА работают электродами не более 350 мм в длину.
• Строго соблюдайте режимы термообработки, рекомендуемые для той или иной марки , из-за склонности к возникновению межкристаллитной коррозии.

Инструменты и материалы

В больших цехах может использоваться даже сложное оборудование для плазменной сварки. Но эта методика – TIG – давно перешагнула стены заводов и находит все более широкое применение и в домашних условиях. Для работы понадобятся стержни из вольфрама и специальный газ, который изолирует металл. Если выбрана инертная дуговая сварка, то все, что потребуется – это полуавтоматический сварочный аппарат. Расходниками выступят покрытые электроды.

Там, где нет повышенных требований к характеристикам шва, может применяться сваривание инвертором. Вновь придется воспользоваться покрытым электродом. Правильный выбор их типа оказывается критически важным.

Знатоки советуют придерживаться следующих советов:

• варить инвертором на постоянном токе;
• использовать аппараты обратной полярности;
• не завышать ампераж.

Прутки, как всегда, рекомендуется брать идентичные по составу со свариваемым металлом. Необходимую устойчивость таким изделиям придает добавка титана или покрытие хромоникелевой смесью. Сварка нержавейки аргоном по определению не может обойтись без использования присадочного материала. Для работы понадобится аппарат с прямой полярностью. Выбор постоянного либо переменного тока не имеет существенного значения.

Что требуется учитывать во время этого процесса

Перед тем как варить нержавейку электросваркой, следует участь некоторые факторы, которые помогут сделать данный процесс более качественным. В первую очередь нужно уяснить, что физические свойства нержавеющей стали заметно отличаются от обыкновенной. Это не только делает процесс сваривания более трудным, но и меняет его технологию, так как тут требуется предварительный нагрев. Нержавеющая сталь имеет более низкую температуру плавления. При этом она обладает высоким коэффициентом теплового расширения.

Предварительный нагрев требуется только в том случае, если содержание углерода в материале превышает 0,2%. В ином случае, подогревать все не требуется и можно сразу приступать к процессу. Но это правило не действует, если требуется сваривать металл толщиной более 3 см, так как в таком случае нужно обязательно все подогревать, вне зависимости от содержания углерода. Температура предварительного нагрева должна составлять, примерно, 150 градусов Цельсия

Выбор способа

Если вам требуется сделать обыкновенный горизонтальный шов, заварить трубу или другие мелкомасштабные вещи, то здесь будет достаточно использовать стандартную сварку. Так проходит сварка нержавейки в домашних условиях и на предприятиях.

В более сложных случаях, когда толщина металла слишком большая, или требуется дополнительный уровень защиты, то здесь желательно использовать вольфрамовый электрод с защитными газами.

Для особо ответственных сооружений и деталей следует выбирать аргонно-дуговую сварку с проволокой, так как, несмотря на высокую себестоимость, она оказывается очень востребованной в промышленности, благодаря качественному результату.

Какие электроды использовать

Сразу стоит отметить, что сварка нержавейки обычными электродами технически возможна. При нехватке требуемых материалов она неоднократно использовалась многими мастерами. Но с точки зрения технологии здесь нужно использоваться специальные электроды из нержавейки, так как в ином случае, качество шва резко падает и в производственных масштабах такие вещи нельзя использовать. Электрод также должен иметь специальное покрытие, рассчитанное на работу с нержавейкой.

Режимы

Технология сварки нержавейки

Если сравнивать с обыкновенной сталью, сварка тонкой нержавейки электродом требует меньшее количество тока, при тех же размерах металла. Количество ампер должно быть, примерно, на 20% меньше.

Следует использовать электроды длиной не более 35 см, так как это уменьшает негативный эффект от высокого электрического сопротивления материала

«Внимание! Если подобрать неправильный термический режим, то материал может утратить свою антикоррозийные свойства.» Температура нагревания не должна превышать более 500 градусов Цельсия, а охлаждение не должно быть резким и не стоит использовать воду

Контроль качества

Мало знать, как правильно варить электросваркой нержавейку, следует еще понимать, какие методы контроля качества при этому используются. Для этого используются такие методы как:

• Контроль на проницаемость;
• Дефектоскопия (капиллярная, ультразвуковая, радиационная);
• Внешний осмотр;
• Магнитный контроль.

Для контроля используется ГОСТ 18442-80  СНиП 3-18-75.

Меры безопасности

При высокой текучести материала во время сварки увеличивается вероятность попадания его на пол, или другие поверхности, а также повышается степень разбрызгивания. Поэтому, нужно применять усиленные меры безопасности по защите рук, ног и других частей тела от попадания расплавленного металла. При использовании защитного газа, баллон должен находиться на достаточном расстоянии от непосредственного места сварки, а при работе с аргоном, нужна дополнительная защита органов дыхания, так как газ сам по себе очень не безопасен для здоровья.

Покрытие электродов

Все электроды делятся на покрытые и непокрытые. Последние применяются только в работе с аргоном. Основная же часть расходников имеет покрытия, которые подразделяются в зависимости от назначения. В них нужно разбираться, потому что знание главных свойств основных покрытий поможет решить главный вопрос – какими электродами варить нержавейку.

Вот самые распространенные покрытия электродов по нержавейке:

• рутиловые;
• основные;
• с высоким уровнем наплавки;
• специальные для гравитационной сварки и сварки на спуск.

Распространенные покрытия электродов.

Марки популярных и качественных электродов с основным и рутиловым покрытиями по нержавейке:

• ОК 63.30. Отличные свойства и характеристики: мало брызг, дуга постоянная, металл переносится капельным способом, дает очень качественный шов. Положения могут быть любыми, но лучше – нижнее из-за высокой текучести шлака.
• ОК 63.41. Расходник с высокой наплавкой и металлическим порошком в обмазке, очень высокая производительность работ. Покрытие не перегревается, получаются швы большей длины – не тратится время на смену материала. Лучше работают с диаметром больше 3-х мм, они удобнее для опоры на покрытие.
• ОК 61.35. Расходник с основным покрытием, применяется во всех положениях, на постоянном токе.
• ОК 67.72. Это электроды из нержавеющей стали, работают на сварке разнородных сталей, гравитационной сварке. В составе покрытия – легирующие элементы.
• ОК 63.34. Работает для сварки на спуск. Имеет улучшенное шлакоотделение.
• ОК 63.20. Специальное покрытие для сварки точками, прекрасно работают в сварке труб и тонкой стали.