Сварка нержавеющей стали: особенности, методы, расходные материалы

В чем особенность? Сварка нержавеющей стали отличается от аналогичных работ с конструкционной. Сложность вызывают легирующие добавки, добавляемые в сплав.

Что учесть? При сварке нержавейки необходимо использовать специальные электроды, правильно настроить сварочное оборудование. Только в таком случае можно будет получить качественный сварной шов.

Особенности сварки нержавеющей стали

Нержавеющая сталь имеет специфический состав и физические свойства, поэтому сварка такого материала требует неукоснительного соблюдения технологии. Отступление от стандартов может привести к ухудшению качества соединения.

Сварка нержавеющей стали по ГОСТ делится на несколько видов:

• аустенитная;
• мартенситная;
• ферритная.

Для работы требуется настраивать оборудования с учтем типа деталей – листовые или профильные. На процесс сварки нержавеющей стали влияет множество условий.

• Теплопроводность металла на 50-100 % меньше, чем у малоуглеродистых сплавов. Эта особенность должна приниматься во внимание при выполнении работ, иначе легко можно допустить прожог материала. При сварке нержавеющей стали оптимален режим пониженного тока на 17-20 %.
• Нержавеющие сплавы характеризуются значительным сопротивлением. Это приводит к более интенсивному и быстрому сгоранию электродов. Рекомендуется выбирать хромоникелевые стержни.
• Нержавеющие сплавы имеют высокий показатель линейного расширения. В этой связи необходимо выполнять шов с оставлением определенного зазора, иначе в процессе кристаллизации соединения его усадка вызовет образование многочисленных мелких трещин.
• Неверно установленные настройки нагрева аустенитной хромоникелевой нержавеющей стали могут вызвать утрату антикоррозийных качеств, поскольку интенсивно выделяется соединение карбида железа. Эту проблему можно устранить резким охлаждением соединения. Однако надо учитывать, что при снижении температуры водой устойчивость к образованию ржавчины также уменьшается.
• Оптимальная температура сварки нержавеющей стали полуавтоматом составляет 600-1200 градусов по Цельсию.

Сегодня в продаже можно найти множество вида аппаратов, присадок, проволоки для сварки нержавеющей стали, что позволяет выполнять эти работы как в промышленных, так и в домашних условиях.

Читайте также: «Сварка углеродистых сталей: виды, технология, рекомендации»

Общие рекомендации по подготовке свариваемых заготовок те же, что и при работе с иными сплавами. Особенности заключаются в следующем:

• Кромки свариваемых изделий нужно качественно зачистить металлической щеткой.
• Обезжиривать детали лучше при помощи бензина, ацетона, растворителя, это позволит минимизировать процессы порообразования и повысить устойчивость дуги.

Ручная дуговая сварка нержавеющей стали

Использование покрытых электродов для сварки нержавеющей стали позволяет выполнять работы как в промышленности, так и в быту. Качество шва оказывается достаточно высоким, а сама операция заметно проще, чем при применении других технологий.

Отметим и другие преимущества дуговой технологии:

• Относительно низкая стоимость аппарата и комплектующих, электродов.
• Возможность выполнения работ на протяжении продолжительного времени.
• Малые габариты и вес оборудования, что позволяет легко перемещать аппарат с места на место.
• При наличии достаточных навыков и опыта производительность работ может быть достаточно высокой.
• Соединение приобретает высокие прочностные характеристики.
• Доступность технологии для самостоятельного освоения.

Качество шва напрямую зависит от правильности подбора оборудования и материалов. Для ручной сварки нержавеющей стали оптимальны следующие марки электродов.

• ОЗЛ-8. Применяются при выполнении ответственных соединений на заготовках, которые в дальнейшем будет использоваться под воздействием агрессивной среды, но к наплавленному металлу не предъявляются высокие стандарты устойчивости к МКК.
• Электроды НЖ-13. Формируют прочный шов, не образуется МКК. Шлак после кристаллизации отпадает без лишней обработки, что значительно повышает производительность операции.
• ЦЛ-11. Шов получается прочным, сварочная ванна надежно защищена от воздействия внешней среды.

При выполнении работ требуется постоянный ток при обратной полярности.

Аргонодуговая сварка нержавеющей стали

Для выполнения аргоновой TIG-сварки нержавеющей стали необходим стандартный перечень оборудования, включающий в себя осциллятор, инвертор, емкость с газом, а также горелку и патрубки.

Из расходников потребуется присадочный пруток соответствующей марки и аргон. При этом присадка не должна отличаться по составу от металла соединяемых изделий. На практике обычно применятся сталь мари 304, и для нее лучше всего подходит проволока Y308.

Читайте также: «Сварка труб из стали: требования, методы, правила»

Для выполнения работ могут использоваться разные газы, однако аргон подходит лучше всего, поэтому и сама операция обычно именуется аргонодуговой сваркой нержавеющей стали.

Расходы на выполнение сварочных работ по данной технологии значительно зависят от свариваемого материала. Например, для титана потребление составляет 50 литров в минуту, для алюминия – 20 литров. Для нержавеющих сплавов достаточно всего 8 литров, при этом потребление газа можно снизить еще больше при использовании газовой линзы – специальной сетки, которая надевается на газовую горелку и понижает воздействие окружающей среды на сварочную ванну.

Для каждого сопла подбирается подходящий размер линзы – от 4 до 10 номера. При большем номере повышаются и защитные показатели сетки. При этом нужно учитывать, что для выполнения работ в труднодоступных местах лучше подходит линза с небольшим номером.

Также отметим, что такое приспособление обеспечивает возможность выдвижения неплавкого вольфрамового стержня на 1 см дальше. Вообще для сварки аргоном могут применяться любые вольфрамовые электроды, при этом их сечение должно соответствовать толщине соединяемых изделий.

Так, для деталей толщиной не более 1,6 мм подойдет вольфрамовый электрод сечением 1 мм при мощности сварочного тока 50 А. При увеличении толщины металла мощность тока должна быть более 50 А, а вольфрамовый стержень должен иметь сечение 1,6 мм.

Читайте также: «Контроль качества сварных швов: неразрушающие и разрушающие методы»

Газовая сварка нержавеющей стали выполняется аналогично другим методикам, однако следует усчитывать отдельные особенности. Стержень или проволока перемещаются исключительно вдоль шва. Поперченные смещения могут привести к их выходу за пределы защитного облака газа. Желательно выполнять обдувку области соединения с противоположной стороны изделия. Соответственно, понадобится большее количество аргона.

Запрещается касаться электродом поверхности изделий. Для розжига дуги необходимо использовать осциллятор или графитовую/угольную пластину, а затем дуга перемещается на соединяемые изделия.

По завершении сварки аргон отключается еще через 10-15 секунд. Это необходимо как для остывания электрода и предотвращения его окисления, так и для скорейшего снижения температуры самого соединения.

Технологии сварки труб из нержавеющей стали

В промышленности при сваривании трубопроводов, изготовленных из нержавейки, используются следующие технологии:

• TIG (сварка проводится в среде защитного газа и с использованием электрода из вольфрама, присадка не применяется).
• Плазменная сварка (в сочетании с TIG).
• HF (сварка выполняется посредством воздействия высокочастотных токов).
• Лазерная сварка нержавеющей стали.
• Электронно-лучевая сварка (соединение выполняется путем воздействия на детали направленного потока фотонов).

На производстве чаще всего используются TIG, плазменная сварка и лазерная сварка нержавеющей стали. В последнем случае для внедрения технологии необходимы значительные инвестиции на оборудование и его настройку, однако качество выполнения работ перевешивает любые издержки. Электронно-лучевая сварка применяется только в отдельных отраслях в силу повышенной сложности методики, для реализации которой необходимо поддержание вакуума на протяжении всего времени выполнения операции.

Согласно проведенным исследованиям, в европейской промышленности до 65 % работ выполняется посредством TIG-сварки или TIG с плазменной сваркой. Сварка высокочастотными токами применяется в 30 % операций. Чисто лазерная технология применяется не более чем в 5 % операций.

Технология, выбираемая для сварки труб, в значительной степени влияет на допустимые сферы использования таких конструкций. Ниже приводится таблица соответствия между конкретной методикой и допустимыми областями применения готового изделия.

Частые ошибки при сварке нержавеющей стали

В ходе выполнения свари нержавеющих сплавов нередко совершаются ошибки, способные в значительной мере ухудшить качество соединения.

Необходимо тщательно подбирать подходящий сварочный аппарат и использовать оптимальные настройки оборудования, сухую проволоку и электроды, предварительно подготавливать соединяемые поверхности. Ошибки могут быть следующие:

• Применение устаревших моделей сварочных устройств. В этом случае значительно сложнее выставить оптимальные партеры работы аппарата для сварки нержавеющей стали. Современное оборудование имеет множество встроенных функций, которые понижают потребление электроэнергии, повышают производительность работ, упрощают подготовительный процесс и легко осваиваются новичками.
• Сварочная горелка должна соответствовать мощности используемого тока, в противном случае издержки увеличатся.
• Использование отсыревших или загрязненных стержней, присадочной проволоки. Для хранения расходников должны применяться чистые помещения со стабильной температурой окружающего воздуха и хорошей вентиляцией.
• Ненадлежащее обслуживание сварочного оборудования, несвоевременная замена комплектующих к нему.
• Использование неподходящего газа.
• Отсутствие обучения и инструктажа персонала до начала работ, применение некачественных расходников.

Ошибки при подготовке сварного соединения могут сделать невозможным использование изделия по его прямому назначению.

Часто задаваемые вопросы о сварке нержавеющей стали

Какие особенности необходимо учесть при соединении нержавеющих сплавов с иными материалами?

Если изделие из нержавеющей стали сваривается с металлами, имеющими другой состав, то на шве могут образоваться трещины, также ухудшатся его прочностные характеристики, снизится гибкость.

Во избежание проблем рекомендуется уделять пристальное внимание предварительному прогреву металлов, электроды должны быть специально предназначены для работы с высоколегированными сплавами. Поверхности обрабатываемых изделий необходимо тщательно очистить, в качестве присадки следует использовать проволоку на основе никеля.

Читайте также: «Сварка в нижнем положении: особенности и рекомендации»

При сварке нержавейки важно соотношение основного и присадочного металла в соединении. Основного сплава должно быть не более 40 %, 60 % приходятся на присадочные вещества. Только в этом случае можно будет рассчитывать на высокое качество соединения, его достаточную прочность и долговечность.

Какую подготовку свариваемых заготовок из нержавейки необходимо провести до начала работ?

Как и при использовании ряда других технологий, для качественной точечной сварки изделий из нержавеющей стали поверхности материалов необходимо тщательно подготовить.

• Поверхность деталей следует тщательно очистить от загрязнений и окалины при помощи щетки с металлической щетиной.
• Для повышения стабильности дуги необходимо как следует обезжирить поверхность металла. Для этого подойдет уайт-спирит, ацетон, растворитель. После обработки заготовки нужно насухо вытереть ветошью.
• Во избежание дополнительной шлифовки соединения после окончания работ детали следует предварительно обработать составом, предотвращающим налипание брызг.

При сварке нержавейки очень важно помнить про усадку металла. В этой связи между кромками деталей необходимо оставлять небольшой зазор, который позволит компенсировать значительное линейное расширение материала после остывания.

Подойдет ли обычный электрод для работ с нержавеющими сплавами?

В принципе, это возможно, но качество работы в таком случае будет далеко не самым высоким. Стандартный электрод годится разве что для работы с деталями бытовых устройств. Профессиональные сварщики прибегают к такому решению лишь в безвыходной ситуации, когда нет возможности использовать подходящие стержни или при их остром дефиците.

Читайте также: «Импульсная сварка: принцип работы, подготовка, настройка»

В очередной раз отметим, что сварка нержавеющей стали, как и других сплавов, требует неукоснительного соблюдения техники безопасности. Для работ обязательно использовать специальную одежду, краги, маску, оборудование должно быть надежно заземлено, помещение во избежание отравления продуктами сгорания присадок и электродов должно иметь хорошую вентиляцию.

Безопасность при проведении сварных работ, связанных с нержавейкой, является абсолютным приоритетом. От использования подходящих средств индивидуальной защиты до контроля температуры и влажности в помещении, где проводится сварка, эти меры помогут обеспечить безопасность рабочего процесса.