Сварка нержавеющей стали

Согласно принятой классификации, нержавеющие стали относятся к высоколегированным коррозионностойким сталям. Основным легирующим элементом в них является хром (Cr), содержание которого составляет от 12 до 20%. Кроме этого, нержавеющие стали содержат элементы, необходимые для придания им определенных физико-механических свойств и увеличения коррозионной стойкости: никель (Ni), молибден (Mo), марганец (Mn), титан (Ti) и другие.

Благодаря своим антикоррозионным и прочностным качествам, нержавеющие стали широко используются в промышленности и быту. Изделия, изготовленные из нержавейки, можно встретить везде, - начиная от цехов-гигантов химического производства и заканчивая кухней в каждой квартире.

Свариваемость нержавейки

На свариваемость нержавеющих сталей влияет ряд свойств, которыми они обладают:

• Пониженная в 1,5-2 раза по сравнению с низкоуглеродистыми сталями теплопроводность, вызывающая концентрацию теплоты и увеличение проплавления металла в зоне сварки. Это свойство диктует необходимость уменьшения при сварке нержавейки силы тока на 15-20% в сравнении с током для обычных сталей.
• Большой коэффициент линейного расширения и обусловленная этим значительная литейная усадка увеличивают деформацию металла в процессе и после сварки. При отсутствии достаточного зазора между свариваемыми деталями, обладающими значительными толщинами, это может приводить даже к трещинам.
• Высокое электрическое сопротивление приводит к сильному нагреву электрода из высоколегированной стали. Для снижения отрицательного эффекта, электроды с хромоникелевыми стержнями выпускаются длиной не более 350 мм.
• Очень важным качеством является склонность высокохромистых сталей к утрате своих антикоррозийных свойств при неправильном термическом режиме. Явление это называется межкристаллитной коррозией. Физико-химическая природа его состоит в том, что при нагревании выше 500°С, по границам зерен происходит образование карбидов хрома и железа, которые становятся центрами коррозионного растрескивания и коррозии. С этим явлением борются разными методами, одним из которых является быстрое охлаждение места сварки (любым способом, вплоть до поливания водой), чтобы уменьшить степень потери коррозионной стойкости. Способ охлаждения водой подходит только для определенных сталей - хромоникелевых аустенитного класса.

Способы сварки нержавейки

Нержавеющие стали можно сваривать различными способами, но в основном используются три:

• cварка покрытыми электродами (режим MMA);
• сварка вольфрамовым электродом в среде аргона (режим DC/AC TIG);
• полуавтоматическая аргонная сварка нержавеющей проволокой (режим MIG).

Подготовка металла к сварке

Подготовка кромок деталей из нержавеющей стали в основном не отличается от подготовки деталей из низкоуглеродистых сталей, кроме, пожалуй, одного нюанса - сварной стык должен иметь зазор (в разумных пределах), чтобы обеспечить свободную усадку шва.

Перед сваркой, поверхности кромок зачищают до блеска стальной щеткой и промывают растворителем (например, ацетоном, авиационным бензином). Это делается для удаления жира, который может вызвать появление пор в шве и снижение устойчивости дуги.

Ручная сварка покрытыми электродами (режим MMA)

Сварка нержавейки покрытыми электродами без особых проблем обеспечивает приемлемое качество шва, поэтому если к сварному соединению не предъявляется особых требований, нет резона искать какой-то иной способ сварки.

ГОСТ 10052-75 "Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами" содержит типы электродов, подходящих для нержавеющих сталей определенного состава. Это, в частности, электроды ОЗЛ-8, ЦЛ-11, НИАТ-1, УОНИ-13/НЖ 12Х13 и пр. Если известна марка свариваемой нержавеющей стали, можно, обратившись к ГОСТу, подобрать тип электрода оптимального состава. Выбирать следует те электроды, которые обеспечивают основные эксплуатационные характеристики сварных соединений - механические свойства, коррозионную стойкость, а если необходимо, то и жаростойкость.

Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности. Нужно стремиться к меньшему проплавлению шва, варить по возможности электродами небольшого диаметра при минимальной тепловой энергии. Как писалось выше, сила тока при сварке нержавеющей стали на 15-20% меньше чем для обычной стали.

Из-за низкой теплопроводности и высокого электросопротивления электродов, использование больших токов может приводить к перегреву их покрытия и даже отваливанию отдельных кусков. По этой же причине (низкая теплопроводность и высокое сопротивление) электроды для сварки нержавейки обладают более высокой скоростью плавления, чем обычные стальные. Приступая к сварке нержавеющей стали впервые, нужно быть готовым к этому.

Для сохранения коррозионных свойств шва, нужно обеспечивать его ускоренное охлаждение, используя для этого медные прокладки или обдувание воздухом. Если свариваемая сталь относится к хромоникелевым аустенитного класса, можно для охлаждения использовать воду.

Сварка вольфрамовым электродом в среде аргона (режим AC/DC TIG)

Сварку нержавейки методом TIG используют в тех случаях, когда свариваемый металл является очень тонким или к сварному соединению предъявляются повышенные требования в отношении качества. Нержавеющие трубы, используемые для транспортировки газов или жидкостей под давлением, лучше всего сваривать именно вольфрамовым электродом в инертном газе. Сварку ведут переменным или постоянным током прямой полярности в среде аргона. В качестве присадочной, желательно использовать проволоку, имеющую более высокую степень легирования, чем основной металл.

Сварка должна выполняться без колебательных движений электродом, иначе может нарушиться защита зоны варки, что приведет к окислению металла шва. Обратная сторона шва защищается от воздуха поддувом аргона (нержавейка не так критична к защите обратной стороны как титан).

В таблице ниже приведены примерные режимы ручной сварки в аргоне вольфрамовым электродом нержавеющей и жаропрочной аустенитной стали.

Тол- щи- на сва- ри- вае- мых лис- тов, мм	Род тока	Ток сварки, А	Напря- жение, В	Диаметр элек- трода и приса- дочной прово- локи, мм	Ско- рость сварки, см/мин	Расход аргона, л/мин
1,0	Постоянный ток прямой полярности	30-60	11-15	2/1,6	12/28	2,5-3,0
1,0	Переменный ток	35-75	12-16	2/1,6	15/33	2,5-3,0
1,5	Постоянный ток прямой полярности	40-75	11-15	2/1,6	9-19	2,5-3,0
1,5	Переменный ток	45-85	12-16	2/1,6	14-13	2,5-3,0
4,0	Постоянный ток прямой полярности	85-130	12-15	4/2,5	-	10,0

Нужно стараться исключить попадание вольфрама в сварочную ванну. Поэтому целесообразно использовать бесконтактный поджог дуги или зажигать дугу на угольной или графитовой пластине, перенося ее затем на основной металл.

Для аустенитов, с целью снижения обеднения хромом внешних участков, рекомендуется охлаждение шва водой.

С целью уменьшения расхода вольфрамового электрода, после окончания сварки желательно не выключать сразу защитный газ, делая это спустя некоторое время (10-15 сек.). Это исключает интенсивное окисление нагретого электрода и продлевает срок его службы.

Полуавтоматическая аргонная сварка (режим MIG)

Сварка нержавеющей стали полуавтоматами в среде аргона, обеспечивает высокую производительность и хорошее качество шва. Сварочная нержавеющая проволока выпускается по ГОСТ 2246-70, который предусматривает 41 марку сталей, в частности СВ-04Х19Н9, СВ-06Х19Н9Т, СВ-05Х19Н9Ф3С2 и др. Присутствие никеля в проволоке улучшает сваривание.

Литература