Сварка нержавейки своими руками | Строительный портал

Металлург Гарри Бреарли из Англии в 1913 году при работе над проектом, связанным с улучшением оружейных стволов, обнаружил случайно, что добавление в низкоуглеродистую сталь хрома придает ей способности сопротивляться кислотной коррозии. Добавление в сталь хотя бы 12% хрома делает её коррозионностойкой и нержавеющей, а увеличение содержания хрома до 17% делает её стойкой к агрессивной среде.

Содержание:

1. Свойства нержавеющей стали
2. Состав нержавеющей стали
3. Разновидности нержавейки
4. Виды аустенитной нержавейки
5. Свариваемость нержавейки
6. Особенности сварки нержавейки
7. Ручная сварка нержавейки покрытыми электродами
8. Сварка вольфрамовыми электродами в среде аргона
9. Механические методы обработки нержавейки
10. Профилактика дефектов после сварки

 

Свойства нержавеющей стали

Согласно классификации нержавеющие стали принято относить к высоколегированным сталям, что являются устойчивыми к коррозии. Хром, который содержится в стали, при взаимодействии с кислородом образует невидимый и тонкий слой оксида хрома, который называют оксидной пленкой.

Атомы хрома и их оксиды имеют подобные размеры, поэтому они вплотную примыкают между собой на поверхности металла и образуют стабильный слой, который имеет толщину всего лишь в несколько атомов. Если поцарапать или порезать поверхность нержавеющей стали, то оксидная пленка разрушится. Однако вместе с этим создаются новые оксиды, которые восстанавливают поверхность и защищают ее от окислительной коррозии.

Благодаря своим прочностным и антикоррозионным характеристикам, нержавеющие стали активно применяются в промышленности и быту. Изделия, что изготовлены из нержавейки, вы можете встретить везде, — начиная от кухни в каждой квартире и заканчивая цехами-гигантами химического производства.

Оборудование для сварки нержавейки в современном мире позволяет создавать такие сложные изделия, как разнообразные конструкции с нержавейки высокой прочности, перила для лестниц, нержавеющие трубы, листы, сетки, полосы, уголки, нержавеющие баки самого разнообразного назначения, нержавеющие вешалки.

Нержавеющая сталь вместе со стеклом и некоторыми синтетическими материалами является почти незаменимым материалом для создания оборудования для обработки и транспортировки пищевых продуктов, изготовления хирургического инструмента, разнообразных металлических конструкций. Это объясняется высокими гигиеническими, токсикологическими и эстетическими требованиями.

Гигиена в пищевой отрасли имеет высочайшее значение. Существуют конкретные требования, которые касаются смываемости тяжелых металлов с такого оборудования, которое постоянно находится в контакте с пищевыми продуктами. Марками нержавейки, которые используются в пищевой промышленности, выступают AISI 304 и 316.

Состав нержавеющей стали

В составе нержавейки основным легирующим элементом выступает хром с содержанием 12 — 20%. Если содержание хрома составляет больше 17%, такие сплавы являются коррозионностойкими в агрессивных и окислительных средах.

В составе нержавеющей стали также присутствуют элементы, которые отвечают за специфические физико-механические и увеличивающие антикоррозионные свойства нержавейки: никель, молибден, ниобий, титан и марганец. Ниобий, молибден и хром увеличивают коррозионную стойкость, а никель уменьшает теплопроводность и электропроводность стали.

Нержавеющая сталь по химическому составу бывает хромистой, хромоникелевой и хромомарганцевоникелевой. Хромистая нержавейка применение нашла в качестве конструкционного материала для изготовления клапанов гидравлических прессов, арматуры крекинг-установок, турбинных лопаток, режущих инструментов, пружин и прочих предметов быта.

Хромоникелевая нержавейка используется в различных отраслях промышленности. Отмечаются такие свойства нержавеющей стали аустенитного класса. Благодаря собственной структуре поверхность нержавеющей стали считается высококачественной и не нуждается в дополнительной обработке для использования в пищевой промышленности.

Хромоникелевая аустенитная нержавейка не способна магнититься, что позволяет её легко отличить от прочих сплавов, а также применять подобное свойство в промышленности. Особо отличается сталь 12Х18Н10Т, которая используется для сварных конструкций, бытовых приборов, в архитектуре и строительстве зданий различного назначения.

Разновидности нержавейки

Выделяют три основных вида нержавеющей стали — аустенитная, ферритная и мартенситная нержавейка. Эти типы определяются микроструктурой нержавеющей стали, а также преобладающей кристаллической фазой.

Аустенитные стали в качестве основной фазы имеют аустенит. Подобные сплавы содержат никель и хром, иногда азот и марганец. Самой известной нержавеющей сталью аустенитного класса является 304 сталь, которую называют иногда T304, с содержанием 18-20% хрома и 8-10% никеля. Подобное содержание элементов делает нержавеющую сталь немагнитной и придает ей высокие коррозионные свойства, пластичность и прочность, благодаря чему они используются повсеместно в различных областях промышленности.

Ферритные стали в качестве основной фазы имеют феррит. Данные стали содержат хром и железо. Основной вид подобной нержавеющей стали – сталь 430, что содержит 17% хрома. Ферритные стали являются менее пластичными, чем аустенитная сталь. Стали не закаляются посредством термической обработки и, как правило, применяются в агрессивной среде.

Мартенситные стали имеют характерную микроструктуру, которую наблюдал впервые микроскопист Адольф Мартенс из Германии в 1890 году. Мартенситная нержавеющая сталь является низкоуглеродистой сталью, основным видом среди которой является сталь 410, что содержит 12% хрома и около 0,12% углерода. Мартенсит способен придавать стали высокую твердость, однако вместе с этим снижает ее жесткость и делает её хрупкой. Поэтому этот тип стали используется в слабоагрессивной среде, к примеру, при изготовлении режущих инструментов и столовых приборов.

Виды аустенитной нержавейки

Виды сталей самой популярной аустенитной группы обозначают дополнительным номером, указывающим на химический состав:

• Нержавеющая сталь A1, как правило, используется в подвижных и механических узлах. Из-за высокого содержания серы подобная сталь имеет низкое сопротивление коррозии, чем прочие типы нержавейки.
• Нержавейка A2 является самой распространенной, нетоксичной, немагнитной, незакаливаемой, устойчивой к коррозии сталью, которая легко поддается сварке и после этого не становится хрупкой. А2 проявляет магнитные свойства после механической обработки. Крепежи и изделия из нержавейки A2 не подходят для применения в кислотах и средах, которые содержат хлор, к примеру, в соленой воде и бассейнах. Пригодна А2 для температуры вплоть до минус 200 градусов по Цельсию.
• Сталь A3 отличается похожими свойствами, как и нержавейка A2, и стабилизирована дополнительно титаном, танталом и ниобием. Это улучшает ее качества сопротивления против коррозии при высокой температуре.
• Нержавеющая сталь A4 является похожей на нержавейку A2, но в своем составе имеет 2-3% молибдена. Это придает ей в большой степени высокие способности сопротивляться кислоте и коррозии. Такелажные изделия и крепеж из A4 применяются в судостроении. Пригодна нержавеющая сталь А4 для температуры до минус 60 градусов.
• Нержавейка A5 имеет похожие свойства, которые присущи стали A4, и дополнительно стабилизирована танталом, ниобием и титаном, но с разным содержанием легирующих добавок для повышения ее сопротивляемости высоким температурам.

Свариваемость нержавейки

Перед тем, как приступить к сварке нержавейки своими руками, рекомендуется ознакомиться с ее особенностями. Сварка нержавейки является достаточно трудным занятием, которое зависит от многих параметров. Наиболее важным среди них выступает свариваемость — способность металла образовывать сварное соединение, материал шва которого имеет аналогичные или близкие механические свойства к металлу основы.

На свариваемость нержавеющей стали влияет ряд характеристик, которыми она обладает:

• Большое значение показателя линейного расширения и существенная литейная усадка, которая возникает из-за этого, высокая литейная усадка способствуют росту деформации металла при сварке и после нее. Если между свариваемыми деталями, обладающими значительной толщиной, отсутствует достаточный зазор, то могут образоваться огромные трещины.
• Теплопроводность, что снижена по сравнению со сталями низкоуглеродистыми в 1,5 — 2 раза, способна вызывать концентрацию теплоты и усиливать проплавление металлов в зоне сварки. При сварке нержавейки из-за этого возникает потребность уменьшения силы на 15 — 20% тока по сравнению с током для обычной стали.
• Высокое электрическое сопротивление провоцирует очень сильный нагрев электродов из высоколегированной стали. Чтобы уменьшить отрицательный эффект, изготовляют электроды с хромоникелевыми стержнями, которые имеют длину не больше 350 миллиметров.
• Важным свойством нержавейки выступает склонность высокохромистой стали к потере собственных антикоррозийных свойств при применении неправильного термического режима или неправильном использовании аппарата для сварки нержавейки. Данное явление называют межкристаллитной коррозией. Его природа заключается в том, что при температурах больше 500 градусов по Цельсию по краям зерен формируется карбид хрома и железа, которые становятся впоследствии очагами коррозионного растрескивания и самой коррозии. С подобными явлением борются различными методами, к примеру, с помощью быстрого охлаждения места сварки любой методикой, вплоть до поливания водой, для уменьшения потерь коррозионной стойкости.

Особенности сварки нержавейки

При сварке нержавейки рекомендуется учитывать некие отличия её физических свойств от характеристик углеродистого проката. К примеру, стоит брать во внимание, что уделенное электрическое сопротивление приблизительно в 6 раз больше, на 100 градусов меньше точка плавления, теплопроводность достигает одной трети от аналогичного показателя углеродистого проката. Показатель теплового расширения по длине составляет на 50% больше.        

Сварку нержавейки в домашних условиях выполняют разными методами. Ручную дуговую сварку нержавейки вольфрамовыми электродами в инертной среде обычно применяют, когда толщина материала составляет больше 1,5 миллиметров. Для сварки труб и тонких листов используют дуговую сварку плавящимися электродами в инертном газе.             

Импульсная дуговая сварка плавящимися электродами в инертном газе предназначена для листов, которые имеют толщину 0,8 миллиметра. Сварка короткой дугой плавящимися электродами в инертной среде прописана для листов, толщина которых 0,8-3,0 миллиметра, а сварка со струйным переносом металла плавящимися электродами в инертном газе — для листов, что имеют толщину больше 3,0 миллиметров.

Плазменная сварки нержавеющей стали может использоваться для широкого диапазона толщины и применяется в наше время достаточно широко. Дуговая сварка нержавейки под флюсом предназначена для материалов, толщина которых больше 10 миллиметров. Однако самыми популярными методами остается технология сварки нержавейки покрытыми электродами, вольфрамовыми электродами в среде аргона и аргонная полуавтоматическая сварка нержавеющей проволокой.

Подготовка кромок нержавеющих деталей практически не отличается от подготовки изделий из стали низкоуглеродистой, за исключением одного нюанса – в сварном стыке должен быть зазор для обеспечения свободной усадки швов.

Поверхности кромок перед сваркой принято зачищать до блеска стальной щеткой и промывать растворителем – к примеру, авиационным бензином или ацетоном для удаления жира, который вызывает появление в шве пор и уменьшение устойчивости дуги.

Ручная сварка нержавейки покрытыми электродами

Сварка нержавеющей стали покрытыми электродами способна обеспечить без особых проблем приемлемое качество швов. Поэтому если вы не предъявляете к сварному соединению особых требований, искать другой способ сварки нержавейки нет резона.

К покрытым металлическим электродам для ручной дуговой сварки нержавеющей стали относят электроды особого состава ОЗЛ-8, НИАТ-1, ЦЛ-11. Выбирать рекомендуется электроды, обеспечивающие основные эксплуатационные характеристики сварного соединения – высокие механические свойства, значительную коррозионную стойкость и жаростойкость.

Сварку принято производить с помощью постоянного тока обратной полярности. Стремитесь к меньшему проплавлению шва, техника сварки нержавейки предполагает использование электродов, которые имеют небольшой диаметр, при минимальной тепловой энергии. При сварке нержавеющей стали сила тока должна быть примерно на 15-20% меньше, чем для обыкновенной стали.

Использование большого тока из-за низкой теплопроводности и высокого электрического сопротивления электродов может спровоцировать перегрев их покрытия и даже отваливание отдельных кусков. Электроды для сварки по данной причине отличаются высокой скоростью плавления, по сравнению с обычными стальными. Приступая к сварке нержавейки впервые, нужно к этому быть готовым.

Чтобы сохранить коррозионные характеристики шва, необходимо обеспечить его ускоренное охлаждение при использовании для этого медных прокладок или обдувания воздухом. Если сталь причисляется к хромоникелевым сталям аустенитного класса, вы можете использовать для охлаждения воду.

Сварка вольфрамовыми электродами в среде аргона

Сварку нержавеющей стали данным методом применяют в ситуациях, когда свариваемый металл очень тонкий или предъявляются к сварному соединению повышенные требования качества. Нержавеющие трубы, которые используются для перемещения под давлением жидкостей или газов, сваривать лучше всего именно вольфрамовыми электродами в инертной среде.

Сварку проводят в среде аргона постоянным или переменным током прямой полярности. Желательно использовать в качестве присадочного вещества проволоку, которая имеет более высокий уровень легирования, чем главный металл. Выполняют работу электродами без колебательных движений, иначе можно нарушить защиту зоны варки, что провоцирует окисление металла шва и увеличивает стоимость сварки нержавейки.

Обратную сторону шва защищают поддувом аргона от воздуха, однако нержавеющая сталь к защите обратной стороны не является такой критичной, как титан. Исключите попадание вольфрама в сварочные ванны. Поэтому целесообразно применять бесконтактный поджог дуги или проводить зажигание дуги на графитовой или угольной пластинке, перенося ее на основной металл.

После окончания процедуры с целью меньшего расхода вольфрамового электрода защитный газ сразу не выключайте. Это следует делать спустя определенное время — 10-15 секунд. Это поможет исключить интенсивное окисление нагретых электродов и продлить срок его службы.

Механические методы обработки нержавейки

Помните, что использовать разрешается только такие рабочие принадлежности, которые предназначаются для обработки нержавеющего проката, и которые вы видели на видео о сварке нержавейки: специальные шлифовальные ленты и круги, щетки из нержавеющей стали, нержавеющие дроби.

Травление считается самой эффективной методикой дальнейшей обработки сварных швов. Если правильно выполнить травление, то вы сможете устранить зону с низким содержанием хрома и вредный оксидный слой. Травление выполняют посредством погружения в кислоту, покрытия пастой или поверхностного нанесения зависимо от условий.

При травлении чаще всего используют смешанную кислоту: азотную и фтористоводородную кислоту в таких пропорциях – от 8 до 20% азотной кислоты и 0,5 – 5% фтористоводородной кислоты, вода выступает в качестве остального компонента. В народе с этой целью используют крепкий настой чая.

Время травления нержавеющего аустенитного проката зависимо от концентрации кислоты, температуры, сорта проката, толщины окалины. Помните, что кислотоупорный прокат нуждается в более продолжительном времени обработки, чем нержавеющий прокат. Доведение уровня шероховатости сварных швов до соответствующего показателя главного листа посредством полирования или шлифования после процедуры травления повышает еще более стойкость конструкции к коррозии.

Профилактика дефектов после сварки

Процесс нержавеющей стали имеет некие особенности. Если их не учитывать особенностей сварки нержавейки, в итоге возникнут некоторые дефекты сварных швов и нежелательные эффекты. К примеру, через определенное время после процедуры в области сварных швов может формироваться так называемая «ножевая» коррозия.

Результат воздействия высокой температуры – горячие трещины, которые возникают из-за аустенитной структуры сварных швов. Причина хрупкости швов кроется в длительном воздействии высокой температуры, а также стигматации.

Чтобы предотвратить возникновение горячих трещин, принято использовать присадочные материалы, которые позволяют формироваться прочным швам. Содержание феррита при этом составляет не меньше 2%. Также с этими целями рекомендуется проводить дуговую сварку с малой длиной дуги. Не следует кратеры выводить на основной металл.

Автоматическую сварку принято осуществлять при уменьшенных скоростях. Лучше всего сделать меньше подходов. Увеличение скорости и применение короткой дуги существенно уменьшают риски возникновения сварочных деформаций и цену сварки нержавейки. Благоприятно влияет на стойкость нержавейки к коррозии сварка на максимальной скорости.

Таким образом, нержавейка бывает разных видов и различного состава. Присутствие в металле хрома определяет основные свойства, за которые нержавейка и ценится в разных отраслях промышленности. Зависимо от конечного результата, существует много способов её сварки. Один из них обязательно подойдет и вам!
 

Сварка нержавейки своими руками: особенности и нюансы

Сварочные работы с необходимость соединить детали из нержавейки становятся настоящей проблемой для многих начинающих сварщиков. У данной разновидности стали есть множество нюансов, которые нужно учесть перед тем, как приступить к работе.

Как правильно и качественно варить нержавейку? Какие особенности сварки нержавеющей стали нужно знать? Какие электроды по нержавеющей стали выбрать, чтобы сварить металл в домашних условиях? На эти, и многие другие вопросы мы постараемся ответить в этой статье.

Содержание статьи

Общая информация

Существует общемировая классификация металлов, согласно которой нержавейка относится к классу высоколегированных сталей. А это значит, что такой металл будет особенно устойчив к коррозии и разрушению. Для потребителя это безусловный плюс, а вот для сварщика это скорее недостаток.

Устойчивость к коррозии обеспечивает оксидная пленка, покрывающая лист нержавеющей стали. Пленка состоит из хрома и кислорода, она невидима, но при этом способна к регенерации. Если поцарапать лист нержавейки, то пленка потеряет свои свойства, но спустя время восстановится. Отсюда невероятная долговечность использования изделий из нержавеющей стали.

Благодаря своим достоинствам нержавейка стала очень популярна, ее широко применяют при производстве изделий для быта и для крупной промышленности. Вы с одинаковой вероятностью обнаружите дома стальную нержавеющую кастрюлю и узнаете о производстве стальных комплектующих для лабораторий.

На этом фоне очень востребована сварка труб из нержавейки и любая сварка тонкой нержавейки. Любому мало-мальски опытному сварщику нужно уметь выполнять такой вид работ. Тем более, обучиться этому несложно. Все, что сказано в этой статье, относится и к домашней сварке.

Особенности сварки

Как мы уже писали выше, у данного металла есть некоторые нюансы. И все особенности сварки нержавейки нужно обязательно учитывать, чтобы выполнить работу быстро и качественно. Из основных особенностей можно выделить как раз оксидную пленку. Не пытайтесь полностью избавиться от нее, просто как следует зачистите металл перед сваркой, подготовьте поверхность. Для этого можно использовать шлифмашинку, или болгарку со шлифовальным кругом. Также можно использовать металлическую щетку. После такого метода обработки металл потеряет свою внешнюю привлекательность, так что его нужно будет потом отполировать до блеска.

Если вы все же располагаете свободным временем, то можете использовать метод травления. Он особенно хорош, если детали не очень большого размера. Для травления используют специальные растворы. Дома можно выполнить травление с помощью специальной пасты. Ее наносят с помощью толстой широкой кисти. Но учтите, что перед началом травления поверхность деталей нужно как следует вымыть и обезжирить.

Также не забудьте подготовить кромки, предварительно разделав их. Обратите внимание, что в сварном стыке обязательно должен быть зазор, чтобы у шва была свободная усадка в процессе охлаждения. Вернемся к подготовке кромок. Их также нужно тщательно зачистить щеткой и промыть ацетоном (или любым другим растворителем), чтобы обезжирить поверхность. Это поспособствует улучшению качества шва, а дуга будет гореть стабильно.

Способы сварки нержавейки

Сначала расскажем о плазменной сварке. Этот метод получил широкое распространение в последнее время. Можно варить нержавейку различной толщины. Суть плазменной сварки заключается в сужении дуги с помощью специального сопла. В итоге создается мощный поток плазмы, температура которой достигает 20 тысяч градусов по Цельсию.

Сварку нержавейки в условиях дома или крупного цеха можно провести и с помощью других способов. Самый популярный — TIG сварка. Она выполняется с помощью вольфрамовых электродов и в среде защитного газа (аргона, например). Этот метод особенно хорош, когда нужно сварить лист толщиной более 1.5 миллиметров. Чтобы сварить трубы или тонкие листы можно использовать ручную дуговую сварку в среде инертного газа.

Такая сварка часто называется ручной сваркой инвертором, поскольку для работы вам достаточно иметь полуавтомат инверторного типа и покрытые электроды. Такой метод сварки отлично подойдет для тонкой нержавейки (менее 1 миллиметра). На данный момент это два самых распространенных метода сварки нержавеющей стали, их широко применяют и в профессиональной, и в домашней практике. Далее мы подробнее разберем эти методы, позволяющие довольно качественно сварить нержавейку в домашних условиях.

Ручная сварка инвертором

Соединение нержавейки инверторной сваркой с применением покрытых электродов — это очень популярный метод, если у вас нет особых требований к качеству шва. Если вам нужно сварить стеллаж или залатать кастрюлю, то нет смысла использовать другие методы, поскольку они дороже и не оправданны в таких ситуациях. Ключевой элемент здесь не сам инвертор, а именно электроды. От правильного выбора которых как раз и зависит качество шва.

У покрытых электродов по нержавейке особый состав, точнее, особая обмазка, которая выполняет роль флюса. Качественные электроды должны формировать прочный надежный шов, стойкий к коррозии и перепадам температур. Мы рекомендуем марки ОЗЛ-6, ОЛИВЕР 29.9, НЖ-13. Конечно, это не весь перечень электродов, которые можно использовать для сварки нержавейки, но именно эти марки показали себя с наилучшей стороны в нашей практике.

Ручной дуговой сваркой нужно варить, установив постоянный ток и обратную полярность. Также установите пониженную силу тока (примерно на 10-20% процентов ниже, чем вы обычно используете). Ваша задача — равномерно и плавно проплавить металл, тем более вы будете использовать электроды небольшого диаметра и с небольшой тепловой энергией.

Сварка нержавейки инвертором не предполагает использование больших значений сварочного тока. Лучше не экспериментируйте с этим параметром, установите значение поменьше. Перегрев металла (а это очень вероятно, учитывая, что нержавейка обладает низкой теплопроводностью) может привести к деформации детали. В особо запущенных случаях у детали могут отламываться целые куски. Так что будьте готовы, что электроды для нержавейки плавятся довольно быстро по сравнению с другими стержнями, и здесь нужна предельная внимательность.

Чтобы сохранить положительные качества нержавеющей стали деталь нужно охладить после сварки. Мы рекомендуем обдувать деталь холодным воздухом, так охлаждение будет постепенным и шов не деформируется. Если качество не играет большой роли, то просто поместите деталь в холодную воду или полейте ею шов.

Если вам предстоит сварка тонколистовой нержавейки и шов должен получиться аккуратным, то обратите внимание на сварку в среде аргона.

Сварка в среде аргона

Сварку нержавеющей стали в среде аргона (или просто TIG («тиг») сварка — современный и очень популярный метод. Он отлично подойдет, если нужно сварить очень тонкие листы нержавеющей стали, при этом не деформировав их, и если к шву предъявляются особые требования по качеству. Сварка листовой нержавейки осуществляется в среде инертного газа (чаще всего именно аргона) и с применением вольфрамовых стержней.

Возможна сварка нержавейки переменным током и постоянным током, но в обоих случаях обязательна прямая полярность. Также нужно использовать присадочный материал, например, проволоку. Проволока должна быть изготовлена из высоколегированного материала. Важно выполнять работу с «твердой рукой», не отклоняясь в сторону. Иначе шов начинает стремительно окисляться, а это уже проблема.

Обратную сторону шва нужно защитить от воздуха с помощью аргона, которые будет поддуваться. Но это необязательно. Также мы рекомендуем поджигать дугу бесконтактным методом, на специальной пластине, а затем переносить ее на нержавейку. После того, как окончите процедуру, не выключайте сразу газ. Подождите 10 секунд, и только затем выключите. Так вольфрамовые электроды будут меньше окисляться и их срок службы продлится.

Вместо заключения

Варить нержавейку не так уж сложно, как кажется на первый взгляд. Тем более, вы можете выбрать один из двух способов: варить электродами по нержавейке или решить, что сварка нержавейки переменным током в среде аргона для вас предпочтительнее. В любом случае, практикуйтесь как можно больше. Это крайне полезный навык, и он поможет улучшить ваши профессиональные способности.

[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]

Сварка нержавейки: виды, ГОСТ, электроды

В нашем понимании закрепилась мысль, что сварка нержавеющей стали имеет определенные нюансы, однако этот процесс вполне выполним, даже в домашних условиях. Под нержавейкой понимают материал с антикоррозийными свойствами, которые проявляются, благодаря добавлению в состав хрома. В результате реакции хрома с кислородом образуется своеобразный оксидный барьер, защищающий сталь от окисления.

Зачастую вместе с хромом в составе нержавейки присутствуют такие элементы, как никель, молибден или титан. Эти элементы называются вспомогательными, от их наличия и количества зависят физико-химические свойства полученного сплава. Именно об этих свойствах должен знать сварщик, готовясь к проведению сварочных работ.

Виды

Сталь, традиционно именуемая нержавейкой, может иметь разные составы и, как следствие, по-разному реагировать на ведение сварки. Прежде всего, следует отметить, что материал можно разделить на несколько видов.

Аустенитная сталь характерна тем, что в своем составе имеет достаточно много хрома. В долевом соотношении его количество составляет 18%. Также в такой нержавейке содержится до 10% никеля. Примером может служить пищевая нержавейка, маркируемая по ГОСТ, как 08Х18Н10. В другой классификации она имеет название AISI 304. Применяется эта сталь, как при строительстве, так и в производстве посуды. К физическим свойствам можно отнести отсутствие магнитных свойств, пластичность, прочность и химическую стойкость.

Мартенситная нержавейка, благодаря своей специфической внутренней структуре, выделяется в особый класс. Она отличается низким содержанием углерода, который составляет всего 0,12% общего количества вещества. В составе мартенситной стали содержится 13% хрома. В отличие от предыдущего вида, данный материал прочен, но хрупок. Может использоваться в качестве сырья для производства режущих инструментов, а также крепежной фурнитуры при условии эксплуатации в неагрессивных средах. Подлежит дополнительной обработке. Так, при воздействии температуры нержавейка приобретает вязкость. Обозначается, как AISI 410 или 12х13, согласно ГОСТ.

Среднее положение по содержанию хрома занимает ферритная сталь. После ее закалки наблюдается повышенная устойчивость к внешним факторам агрессивной среды. Считается, что этот сплав наиболее трудно поддается сварке. Обозначается подобная сталь по ГОСТ 12х17 или AISI 430. Число 12 указывает на процентное содержание хрома.

Проблемы

Основная сложность сварочных работ обусловлена тем, что нержавеющая сталь считается высоколегированной. Компоненты, входящие в его состав, оказывают непосредственное влияние на результат работы. Ведущая роль здесь отводится хрому. В некоторых материалах его процентное соотношение может достигать 30. Тем не менее, от хрома невозможно «отказаться», так как именно он, наряду с никелем, титаном, молибденом и марганцем, придает металлу антикоррозийные свойства. Приходится учитывать ряд особенностей сплава.

• Нержавеющая сталь обладает высоким коэффициентом температурного расширения. Если сварка ведется без выдержки нужного зазора, особенно при значительной толщине заготовок, могут наблюдаться трещины. Они возникают в процессе остывания, когда металл начинает «стягиваться».
• Низкая теплопроводность не позволяет быстро распределяться теплу, как в случае сварки низкоуглеродистых сталей. В результате этого наблюдаются локальные зоны высокой температуры, что приводит к проплавлению заготовок насквозь, особенно если их толщина невелика. Причем снижение силы тока никак не влияет на ситуацию.
• Наблюдается такое явление, как межкристаллическая коррозия. Она вызвана появлением в структуре металла прослоек, содержащих железо и карбид хрома. Прогрессировать коррозия начинает после нагрева детали до 500°C градусов. Чтобы этого избежать, приходится с большой степенью точности настраивать параметры сварки, а сформированный шов необходимо сразу охлаждать. Самый простой способ – охлаждение в воде, однако он приемлем только для аустенитной нержавейки.

Не стоит забывать про еще один фактор, значительно усложняющий сварочный процесс. Высокое электрическое сопротивление и низкая теплопроводность материала приводит к тому, что при использовании хромоникелевых электродов наблюдается сильное нагревание последних. Выходом из данной ситуации является подбор электродов не только по диаметру, но и по длине.

Подготовительные работы

Сваривать детали из нержавеющей стали можно как обычным инвертором, так и с помощью аргонно-дугового сварочного аппарата. Какой бы способ сварки ни выбрал мастер, в любом случае необходимо провести подготовительные работы.

• Первым делом заготовки следует очистить от пыли и грязи. Посторонние частицы на поверхности металла становятся причиной некачественного и неровного шва.
• Если работа ведется с заготовками, имеющими относительно небольшую толщину (до 1,5 мм), то кромки прижимаются друг к другу вплотную. Для этого рекомендуется воспользоваться струбцинами.
• При толщине металла более 4 мм приходится разделывать кромки. Обычно их обтачивают напильником или шлифовальной машиной под углом 45° градусов. Такая своеобразная канавка позволяет добиться проваривания по всей толщине. Чем больше толщина заготовки, тем больший угол следует создать на кромках.
• Если тонкие листы нержавейки скрепляются плотно, то массивные заготовки требуют зазора между кромками. Имеющимися приспособлениями выставляется зазор в 2 мм. Он должен оставаться постоянным в течение всего процесса.
• Когда толщина металла превышает 7 мм, требуется его предварительный прогрев.

Способы

Различают несколько технологий, по которым ведется сварка нержавейки. Они зависят от имеющегося в наличии сварочного аппарата. Аргонодуговая сварка (сварка в режиме TIG) осуществляется инверторами, предназначенными для работы в среде аргона. Сварка ведется неплавящимся вольфрамовым электродом. В зону контакта электрода подается аргон через специальную горелку.

Классический режим сварки подразумевает применение плавящихся покрытых электродов. Сварочные инверторы, работающие в режиме MMA, считаются самыми доступными и недорогими. Ручная дуговая сварка применима для нержавейки только с условием использования специальных электродов.

Сварка в полуавтоматическом режиме (MIG/MAG) требует наличие проволоки из нержавеющей стали. Инверторный полуавтомат оснащен механизмом подачи проволоки, а также горелкой, через которую поступает защитный газ в зону формирования шва.

Холодная сварка принципиально отличается от представленных выше способов. Материал не нужно нагревать и плавить. Соединение деталей осуществляется под воздействием высокого давления.

Можно говорить лишь о статистике, которая показывает, что некоторые способы нашли свое применение в промышленности и в домашних условиях, а другие, наоборот, в силу технологичности не стали массовыми. Однако выбор зависит не от популярности, а от конкретных условий сварки и требований к полученному результату.

Сварка аргоном

Чтобы вести данный вид работ, необходимо иметь в наличии инвертор AC/DC TIG, предназначенный для ведения аргонодуговой сварки постоянным и переменным током. Сварка производится в ручном режиме с помощью неплавящихся вольфрамовых электродов. Так как подобные инверторы можно встретить у любого начинающего мастера, то данный вид сварки нержавейки доступен в домашних условиях. При этом результат получается достаточно качественным. Обычно к подобному способу прибегают при сваривании нержавеющих труб при монтаже магистралей для жидкостей или газов.

Можно выделить основные нюансы аргоновой сварки.

• Дугу необходимо поджигать бесконтактным способом, во избежание попадания вольфрама с электрода в зону расплавленного металла. Часто мастера зажигают дугу на стороне, а впоследствии ее постепенно перемещают в зону формирования будущего шва.
• Как было указано выше, допустима сварка постоянным и переменным током.
• В зависимости от толщины детали выбирается режим сварки. Под ним подразумеваются такие параметры, как диаметр вольфрамового электрода, присадка, показатели сварного тока, скорость подачи аргона и скорость формирования шва.
• В качестве присадки используется проволока из легированной стали. Степень ее легирования должна быть выше, нежели у самого материала.
• Не допускается ведение колебательных движений электродом, это может привести к нарушению зоны сварки и окислению металла.

Важным моментом является окончание сварки, так как на данном этапе можно существенно сэкономить вольфрамовый электрод. После наложения шва необходимо в течение некоторого времени продолжить подачу аргона. В результате того, что раскаленный электрод защищен газом, он не окисляется. Если обеспечить подачу присадки, то скорость сварки существенно увеличится, к тому же автоматизация повышает точность и эстетичность шва.

Ручная дуговая

В силу распространенности инверторов MMA такой режим работы считается традиционным. Если сварщик обладает достаточным опытом ведения работ покрытыми электродами, то технология сварки нержавейки ничем не будет отличаться от работ с черными металлами. Отметим, что при этом качество шва оставляет желать лучшего. При выборе электродов необходимо основываться на том, что все расходные материалы для нержавеющей стали делятся на два вида.

1. Электроды с рутиловым покрытием предназначены для выполнения работ постоянным током с обратной полярностью. Имеет место разбрызгивание металлов, что является одним из недостатков сварки в режиме MMA.
2. Электроды с покрытием из карбоната магния и кальция выбираются только для определенных сплавов.

Более подробное описание по подбору расходных материалов для каждого типа нержавейки прописаны в ГОСТ 10052-75.

Полуавтоматическая

Если использовать полуавтомат, работающий в режиме MIG/MAG, то в этом случае также можно сваривать нержавейку. По качеству и эстетике результата данный режим считается приоритетным, независимо от толщины заготовок. Источником тока служит инверторный полуавтомат, но подойдет и любой альтернативный выпрямитель тока.

Масса подается на одну из привариваемых деталей, а плюсовым электродом служит специальная горелка. Эта горелка выполняет одновременно две функции: обеспечивает подачу защитного газа и представляет собой электрод. Присадочная проволока подается встроенным устройством. Современные инверторные полуавтоматы снабжены удобным механизмом, позволяющим загружать проволоку в готовых бобинах.

Проволока для полуавтоматической сварки нержавейки также состоит из нержавеющей стали. Ее диаметр, как и прочие параметры, определяются толщиной заготовок.

Например, при толщине листа металла в 1,5 мм рекомендуется использовать проволоку диаметром 1 мм при силе тока в 80 – 100 А. Скорость подачи проволоки составляет 160 м/час. Если же толщина металла достигает 5 мм, то диаметра проволоки увеличивается до 1,6 мм, а сила тока – до 300 А.

В промышленности зачастую требования к сварному шву повышены, так как он должен противостоять агрессивному воздействию среды, поэтому применяют порошковую проволоку. Она представляет собой трубку, внутри которой размещен флюс. Это дает дополнительную защиту в зоне сварки. По себестоимости работы с полуавтоматической сваркой несколько выше, чем работы в режиме ММА, причем описанный метод требует от сварщика определенного навыка.

Холодная

Данный метод характерен тем, что не требует нагрева деталей и применения специального оборудования. В качестве скрепляющего материала используется двухкомпонентный клей. Состав сохраняет прочность и целостность после застывания. Место сварки не боится влаги, поэтому технология применяется при заделывании течи в емкостях.

Алгоритм работ достаточно прост. Необходимо зачистить и обезжирить поверхности, а затем нанести царапины. Клей отрезается в необходимом количестве. Состав следует размять в руке, слегка разогрев его и перемешав компоненты. После застывания шов можно обрабатывать.

Важная особенность такого способа заключается в том, что клеем можно заделывать отверстия, однако шов не способен выдерживать сильные нагрузки. Не рекомендуется использовать холодную сварку, как способ соединения деталей. Популярность таких работ обусловлена малыми затратами и относительной простотой их проведения.

особенности, технология, оборудование и электроды для выполнения

Соединение деталей из однородных металлов методом сварки представляется обычным делом.

Но иногда требуется создать устойчивый сварной шов между элементами, выполненными из различных по химическому составу материалов, например, черным и легированным металлом — нержавейкой.

Проведение сварки нержавейки с черным металлом возможно с соблюдением некоторых технологических и предупреждающих условий.

Содержание статьиПоказать

Сварка разнородных сталей

Соединение материалов с различным химическим строением подразумевает предварительный учет их свойств. Таковыми являются:

• разная теплопроводность коррозионно-стойких и черных сталей, что сказывается на неудовлетворительном расплавлении одной из сочленяемых деталей;
• коэффициенты теплового расширения разнятся размерностью обратной температуры, вследствие чего в соединенных участках остаются напряжения, влияющие на прочность шва;
• различные механические характеристики;
• степень легирования;
• миграция углерода из хромосодержащей стали приводит к образованию трещин, подверженности коррозийным процессам.

Специалисты не могут дать конкретных сведений для сварки материалов различных химических составов, в связи с большим их разнообразием. Рекомендуется придерживаться нескольких общих правил термической обработки черных и легированных металлов.

Условия проведения операции следующие:

• использовать технологию сварки высокопрочных сталей;
• работы проводятся квалифицированным сварщиком.

Однако в любом случае нужно знать химическую структуру обоих обрабатываемых элементов для подбора необходимых расходных материалов.

Методы проведения операции

Соединение коррозионно-стойких (нержавеющих) и черных металлов часто проходит с применением электрической сварки. Способ не требует сложных действий, что сказывается на простоте его проведения.

Но следует также учесть и относительную некачественность сварного валика.

Невысокая температура сварочной ванны сделает железо или чугун только вязким, нержавейка же будет растекаться по площади.

Поэтому говорить о формировании вертикального или потолочного шва не приходится. Получению надежного соединения будут способствовать переходные электроды.

Газовая сварка является более подходящим методом соединения железа или чугуна с нержавейкой, вследствие предотвращения текучести последней.

Присадкой послужит легированная проволока, использование флюса обеспечит лучший расплав углеродосодержащего материала.

Сваривание нержавейки и черного металла потребует предварительной подготовки обрабатываемых элементов и выполнения правил безопасности при использовании газовых баллонов.

Для получения хорошего сварного валика практикуется использование атмосферной регулируемой среды — аргона, который не требует применения нержавеющей проволоки.

Инертный газ защищает сварочную ванну от внешней атмосферы, не влияет на структуру материала.

Выбор метода

Прежде чем приступить к какому-либо способу сварки нержавейки и черного металла, нужно определить выполняемую задачу.

Для соединения разнообразных по химической структуре материалов в домашней мастерской подойдет дуговая сварка нержавеющими электродами.

Промышленное производство выдвигает повышенные требования к металлическим соединениям, из-за их подвергания большим нагрузкам. В этом случае нужно выбрать газовую горелку.

Электроды

Степень легирования электрода должна быть выше показателя обрабатываемого элемента.

Для этого подойдут следующие токопроводящие стержни:

• Э50A — операции с теплоустойчивыми сталями;
• HИAT — жаропрочными;
• OЗЛ-25Б — аустенитной нержавейкой.

Марка ЦT-28 предназначена для работы с металлами, содержащими значительную добавку никеля.

Технология

Получению качественного валика будет способствовать подготовительная процедура. Последняя состоит в следующем:

1. Поверхность деталей тщательно очистить щеткой с жесткой щетиной либо наждачным полотном.
2. Убрать ветошью оставшуюся пыль.
3. Положить детали в строго горизонтальном положении.
4. Нанести на предполагаемые участки соединения флюс.

Плавление с помощью инвертора происходит точными движениями, по причине начала расплава нержавейки, а затем железа или чугуна.

Подобная рекомендация применима и к операции с газовой сваркой. Полученный шов между нержавейкой и черным металлом должен быть широким и глубоким, что способствует увеличению однородности материалов.

Техника безопасности

Термическая обработка легированной стали (нержавейки) и черного металла выделяется возможным разбрызгиванием расплавленной области.

Поэтому работу нужно проводить в защитном костюме, маске, перчатках. При случайном попадании брызг на кожу, образуется сильный ожог.

Проверка соединения

После завершения полной кристаллизации, шов между нержавейкой и черным металлом следует проверить на прочность. Для этого подойдут следующие способы:

• визуальный осмотр деталей;
• нанести на валик керосин, при отсутствии герметичности следы жидкости появятся на обратной стороне соединения;
• использование ацетона с ярким красителем также проверяет однородность структуры шва.

Промышленные предприятия используют более надежный способ проверки — гидравлический, путем испытания конструкции давлением.