Исходя из того, как сейчас классифицируются металлы, нержавеющий стальной сплав — высоколегированный, стойко переносящий разрушение и коррозию. Для потребителя это плюс. Но при сварке это создаёт дополнительные трудности. Тем не менее, поскольку и труба из нержавеющей стали, и тонкие листы часто нуждаются в сваривании, мастера быстро набираются опыта и легко справляются с задачей.
Краткая характеристика стали
Сплав, помимо железа, включает углерод и хром. Последний составляет 11–30% объёма. При 12% и выше достигаются высокие антикоррозийные свойства. За счёт хрома при взаимодействии с атмосферным кислородом на поверхности образуется плёнка оксида хрома толщиной всего в несколько частиц. Его атомы по размеру схожи с атомами хрома, что обеспечивает их плотное примыкание друг к другу и стойкость к внешнему воздействию.
Если поверхность деформируется, царапается — оксидная плёнка разрушается, но сразу же восстанавливается. В отличие от оксида хрома, оксид железа состоит из атомов, которые сильно отличаются по размеру от атомов самого железа. Поэтому в таком случае оксидная плёнка получается тонкой, рыхлой, непрочной — железо сильно подвержено коррозии.
В состав входят молибден, никель, ниобий. Они повышают устойчивость к коррозии и другие характеристики. Никель также делает сплав менее электро- и теплопроводным.
Особенности сварки нержавеющей стали
Подходить к сварочной работе нужно серьёзно. Требования обусловлены физико-химическими свойствами, поэтому соблюдать их следует тщательно. Чтобы сварить стальной профиль или лист нержавейки, надо верно выбрать способ выполнения работы. В бытовых, промышленных условиях исходят из вида стали. Она может быть:
- ферритной,
- мартенситной,
- аустенитной.
Важные моменты, которые нужно учитывать:
- Нержавеющий сплав проводит тепло лучше, чем сталь с пониженным содержанием углерода, на 50–100 % (зависит от марки). Мастера принимают это во внимание, чтобы не прожечь металл в месте выполнения шва. Обычно ток понижают на 17–20 %.
- Из-за увеличенного электрического сопротивления нержавейки электрод быстрее и сильнее нагревается, а потому интенсивнее горит. Как правило, используют хромоникелевые электроды.
- Коэффициент линейного расширения также высок. Поэтому, сваривая детали, нужно выдержать зазор для усадки шва, особенно если элементы обладают значительной толщиной. Если пренебречь этим, могут появиться трещины.
- Если задействовать для аустенитного хромоникелевого сплава неподходящий режим термической обработки, результатом реакции станет карбид железа и хрома — утратится стойкость к коррозии. Можно быстро обработать шов холодной водой, но и в этом случае антикоррозийные свойства снизятся.
- В зависимости от условий, температура сварки составляет +600…+1200 °C.
Подготовка к работе идёт приблизительно так же, как в случае с другими металлами. Но есть и свои особенности. Так, зачистить кромки деталей до блеска проще всего металлической щёткой, а для обезжиривания подходят авиабензин, ацетон и растворители. Благодаря им шов становится менее пористым, а дуга — более устойчивой.
Способы сварки
Аргонодуговая сварка нержавеющей стали инвертором в режиме DC/AC TIG
Если нужно сваривать тонкие материалы, а качество должно оставаться высоким, то разумно использовать электрод из вольфрама в инертном газе (аргоне). Это подходящий вариант, если сваривается труба из нержавейки, по которой жидкая или газообразная среда будет транспортироваться под давлением.
При работе используется ток прямой полярности — постоянный или переменный. Для присадки используют более высоколегированную проволоку, чем свариваемый материал. Аргон предотвращает брак.
Мастеру важно не допускать, чтобы электрод колебался. Иначе защита сварочной области нарушится, а металл в районе шва окислится. Аргоновый поддув помогает защитить оборотную сторону шва от воздушного потока. Хотя нержавейка обладает не столь высокими требованиями к защите оборотной стороны, как, например, титан.
Вольфрам не должен попадать в сварочную ванну, за этим нужно следить. Поэтому дугу или зажигают бесконтактно, или сначала зажигают на графитовой либо угольной пластине, а уже потом переносят на основной участок.
За счёт охлаждения шва водой поддерживают концентрацию хрома на внешних участках: она должна сохранять постоянство, не уменьшаясь. Когда работа окончена, подачу аргона отключают только через 10–15 секунд, а не сразу. Разогретый электрод из вольфрама не окисляется слишком интенсивно и служит дольше.
Плюсы такого способа сварки:
- швы обладают высоким качеством;
- рабочий процесс легко контролировать визуально;
- не образуются металлические брызги;
- сваривать сплав можно в разных плоскостях;
- шов защищён, в него не попадает шлак.
Ручная дуговая сварка нержавеющей стали покрытыми электродами (режим ММА)
При сваривании вручную труб из нержавеющей стали качественный шов получают за счёт электродов с покрытием. Такой способ подходит при отсутствии повышенных требований к результату.
Часто задействуют отвечающие Госстандарту 10052-75. Это могут быть НИАТ-1, ОЗЛ-8, УОНИ-13/НЖ 12Х13, ЦЛ-11 и другие марки. Их подбирают в зависимости от того, к какой марке относится сплав. Важно, чтобы сохранялись высокие эксплуатационные характеристики сварных соединений: антикоррозионные и механические свойства, а если нужно — термостойкость и так далее. Электроды подбирают, ориентируясь на конструктивные требования, приведённые в документах.
Работа ведётся с использованием тока обратной полярности. Мастера стараются слабее проплавлять шов, а для этого применяют в работе электроды малого диаметра и минимальное количество тепла. Для обработки обычных сплавов применяют ток, на 15–20 % превышающий по силе тот, который применяется для нержавеющих составов.
Повышенное сопротивление и пониженная теплопроводность не позволяют задействовать электроды с высокими токами. В противном случае покрытие перегреется, а некоторые участки деформируются. Из-за этого же расходники, предназначенные для нержавейки, плавятся быстрее, чем те, которые ориентированы на стандартную сталь. Сварщику, который впервые занимается нержавеющим сплавом, нужно это знать.
Сохранить стойкость шва к коррозии помогает его быстрое охлаждение посредством потока воздуха или прокладок из меди. Если сталь аустенитная, допускается применять холодную воду.
Плюсы такого способа:
- сваривать детали можно в различных положениях;
- работать можно и в труднодоступных участках;
- номенклатура расходных материалов позволяет выбирать подходящие для разных металлов;
- перенастроить оборудование удаётся предельно быстро.
Аргоновая полуавтоматическая сварка нержавеющей стали в режиме MIG/MAG с применением нержавеющей проволоки
Такой метод применяется для сваривания труб из нержавейки и в быту, и в промышленных условиях. Действовать по такой методике проще, чем с использованием TIG. Однако есть свои отличительные черты, которые нельзя игнорировать. Мастеру нужно обладать базой необходимых знаний и постоянно их совершенствовать, понимать процесс в деталях — тогда получится добиться хорошего результата.
Основа способа в том, что различные элементы из металла соединяют друг с другом, используя расплавленную ванну. Благодаря ей образуется связь, пока среда охлаждается и затвердевает. С концептуальной точки зрения всё достаточно легко. Но если не соблюдать необходимые требования или работать в неподходящих условиях, то шов получится низкокачественным, а само изделие выйдет дефектным.
При полуавтоматической сварке задействуют защитные газы, которые обозначаются аббревиатурой GMAW. Если же работа ведётся в полностью автоматическом режиме, то и проволока (электрод), и газовая среда для защиты без перерыва подаются сначала в горелку, а потом в участок непосредственного осуществления процесса. Это место оберегается от негативного внешнего влияния при помощи газа, поэтому он и называется защитным. Сам он может быть инертным (MIG) или активным (MAG).
Плюсы такого способа:
- выполнять работу получается предельно быстро;
- обучать новичков также удаётся без лишних усилий;
- даже если нужен длинный шов, не требуются остановка сварки или повторное запаливание дуги;
- когда изделие готово, образовавшийся на нём шов не приходится очищать.
Другие современные способы сварки нержавеющей стали
Помимо перечисленных, есть и другие технологии:
- Холодная сварка нержавейки без плавления под давлением. При такой методике рабочий материал не плавится в том месте, где детали соединяются друг с другом. Вместо этого результат достигается за счёт особенностей кристаллических решёток. В зависимости от того, какова конфигурация и какое соединение нужно, определяют, оказывать давление только на одну из деталей или сразу на две. При просмотре видеосъёмки может сложиться впечатление, что две заготовки из нержавейки вдавливаются друг в друга и таким образом соединяются.
- Шовная, точечная контактная сварка. Процесс может осуществляться по одной из двух методик: роликовой или точечной. Этим способом удаётся соединить тонкие, не более чем 2-миллиметровые листы из нержавейки. Техника задействуется аналогичная той, посредством которой выполняют стандартные сварочные работы.
- Сварка с помощью луча лазера. Реализация этот метода не только эффектно выглядит, но и обладает несколькими плюсами. Сплав на соединяемых участках не теряет прочностных характеристик даже при сильном нагреве. Охлаждение происходит быстро. Металл не трескается, а зернистость структуры остаётся минимальной. Такую технологию задействуют в различных областях промышленности: при сборке автомобилей, тракторов, спецтехники, коммуникаций и прочего.
