Сварка нержавеющей стали — чем и как проводить сварочные работы

Процедура сварки нержавейки в целом довольно не простая, а в домашних условиях она усложняется некоторыми факторами, но вполне выполнима. Сплав, содержащий никель и хром в целом неплохо контактируют друг с другом. Проводя сварку подобных металлов необходимо принимать во внимание их физические и химические свойства. Лишь зная особенности сплава и особенности работы с ним можно рассчитывать на успешное завершение операции.

Разновидности нержавейки

Как в промышленных условиях, так и бытовых при сварке нержавеющей стали требуется правильный выбор методов работы, которые учитывают вид обрабатываемого сплава. Исходя из основных свойств можно классифицировать следующие типы:

Аустенитная

Получила название по основной своей фазе. Сплав имеет высокое содержание хрома (18%) и никеля (10%). В качестве примера можно назвать пищевую сталь AISI 304 (08Х18Н10 по ГОСТ), которую широко применяют в производстве посуды и строительных элементов. Отсутствуют магнитные свойства, хорошая пластичность, высокая механическая прочность и химическая стойкость.

Мартенситная

Имеют специфичную внутреннюю структуру – низкое содержание углерода (0,10-0,12%) и хрома (до 13%). Сплав отличается высокой твердостью, но одновременно хрупкостью. Подобная нержавеющая сталь в основном используется в производстве режущих инструментов, крепежа, применяемых в неагрессивной среде. При проведении должной термической обработки приобретается соответствующая вязкость и стойкость к температуре. В качестве примера можно назвать AISI 410 (12Х13 по ГОСТ).

Ферритная

Имеет среднее содержание хрома. Закалка подобной нержавейкине проводится, отличная устойчивость к агрессивным средам. Обладают меньшей пластичностью, чем аустенитная и хрупкостью, чем ферритная. Трудносвариваемый сплав. Примером может служить AISI 430 (12Х17 по ГОСТ). Хром — 17%, углерод — 0,10-0,12%.

Почему сложно сваривать нержавейку

Сварка нержавеющей стали осложняется тем, что это высоколегированный сплав, который имеет значительное содержание компонентов, оказывающих влияния на основные свойства. В данном случае это хром. Содержание этого материала в сплаве может достигать 30%. Хром, аналогично никелю, титану, марганцу и молибдену обеспечивает антикоррозийную защиту, но одновременно влияет на другие свойства, снижающие уровень свариваемости.

Проводить сварочные работы нержавеющей стали необходимо с учетом следующих особенностей сплава:

• Высокий коэффициент линейного расширения. Это свойство всегда приводит к существенной деформации свариваемых элементов. В ситуациях, когда соединяются толстые детали и не предусматривается зазор, деформация способна способствовать возникновению больших трещин.
• Невысокая теплопроводность. Эта характеристика до 2 раз ниже, чем в случае с низкоуглеродистыми сплавами. Подобное свойство приводит к сквозному проплавлению деталей (особенно тонких) даже при незначительных силах тока.
• Межкристаллическая коррозия. В процессе значительного нагревания (более 500°С) в нержавейке происходит такой процесс. Характеризуется он тем, что в структуре металла возникает прослойка, состоящая из карбида хрома и железа. Исключается подобный фактор путем щепетильного выбора режимов сваривания и проведением дополнительного охлаждения соединяемых элементов, например, водой. Но при этом следует учитывать, что использовать для охлаждения воду возможно исключительно в случае с обработкой хромоникелевой стали с аустенитной структурой.

Существует и еще один негативный фактор, влияющий на результативность работы. Низкая теплопроводность и повышенное электрическое сопротивление способствуют сильному нагреву электродов с хромоникелевым составом. Для исключения данного негативного влияния варить нержавеющую сталь необходимо соответствующими электродами длиной до 35 сантиметров.

Как подготовить металл

Сваривать сплав можно как обычным дуговым, так и аргонодуговым сварочным аппаратом. Однако вне зависимости от способа необходима предварительная подготовка заготовок. Процесс подразумевает выполнение следующих операций:

1. Очищение от загрязнений.
2. При соединении тонких пластин (0,5-1,5 мм) необходимо плотно прижать друг к другу.
3. При сваривании деталей толщиной более 4 миллиметров необходимо провести разделку кромок, которая нужна для лучшего проваривания, так как швы получаются чуть шире и глубже. Осуществляется с помощью УШМ или напильника.
4. Выставить зазор в 1-2 миллиметра.
5. При стыковании деталей более 7 миллиметров желательно их прогреть.
6. Для надежной фиксации в процессе работы рекомендуется использовать струбцины или прихватки.
7. Начало сваривания.

Способы сваривания нержавеющей стали

Соединение деталей из нержавейки может проводиться по нескольким технологиям:

• Аргонодуговая – применяются вольфрмовые электроды и режимы работы AC/DC TIG.
• Ручная дуговая (режим ММА).
• Полуавтоматическая электросварка с использованием защитной аргоновой среды (режим MIG). При этом используется проволока из нержавейки.
• Холодная сварка. Процесс не предполагает нагревание и плавление сплава при его соединении. Стыковка производится под воздействием значительного давления.

Из перечисленных методов некоторые весьма распространены, а отдельные не очень. В каждом конкретном случае решение о выборе способа сварки принимается в соответствии с текущими условиями и требованиями к конечному итогу.

Ручной и полуавтоматический способ с использованием аргона (AC/DC TIG, MIG)

При ручном сваривании нержавейки используются вольфрамовые электроды. Благодаря подобной технологии даже в домашних условиях возможно получить качественное и надежное соединение, даже довольно тонких. Сваривание подобными электродами зачастую осуществляется труб из нержавеющей стали, которые транспортируют разнообразные газы или жидкости.

Метод обладает некоторыми нюансами.

• Для исключения попадания вольфрама (из электрода) в зону сварочной ванны дуга поджигается бесконтактным способом. Если на заготовке это провести невозможно, то дуга поджигается в стороне и не торопясь перемещается на свариваемые детали.
• Проводиться работа может на аппарате как с постоянным, так и переменным током.
• Режим выбирается в соответствии с толщиной заготовок. Сюда относится выбор толщины электрода из вольфрама, типа проволоки для присадки, род тока, скорость подачи защитной среды (газа) и скорость проведения работы.
• Важным моментом является то, что степень легирования проволоки для присадки должна быть больше, чем у свариваемой нержавейки.
• Во время сварки нельзя проводить колебательные движения электродом. В противном случае нарушается сварочная зона, а металл начинает окисляться.

Работая по подобной технологии возможно снизить расход электрода из вольфрама. Необходимо лишь после завершения сварки на протяжении секунд 15 не прекращать подачу защитного газа. Благодаря этому раскаленный электрод защищается от активных процессов окисления.

Полуавтоматическая сварка нержавеющей стали, по-большому счету, не отличается от ручной работы. Главным различием будет подача присадочной проволоки специальным оборудованием. Именно частичная автоматизация процесса позволяет увеличить точность сварки и скорость проведения работы.

Ручная дуговая

Является наиболее распространенным способом сваривания нержавеющей стали. Он не отличается высокой сложностью и доступен для выполнения в домашних условиях. Однако одновременно не позволяет добиться идеальных швов.

Для проведения работ потребуется инвертор. Чтобы качественно провести задуманную операцию с приемлемым качеством соединения необходимо приобрести специальные электроды для нержавейки. Их можно разделить на 2 вида:

• Имеющие рутиловое покрытие. Позволяют работать с постоянным током обратной полярности, формируют условия для незначительного разбрызгивания металла, поддерживают стабильное горение дуги.
• Имеющие покрытие из карбоната магния и кальция. Аналогично предыдущим работают с обратной полярностью на постоянном токе.

Для того, чтобы разобраться с каким рабочим элементом начинать работать следует обратиться к ГОСТ 10052-75. Именно в нем рассматриваются подобные расходники и определяется тип для определенного вида металла или сплава. Для правильного выбора потребуется определить тип нержавейки, с которой придется работать.

Полуавтоматическая в среде аргона

Нержавеющая сталь может свариваться и полуавтоматом. В общем процедура будет выглядеть более изящной и позволять отлично сваривать детали любых толщин. В качестве источника тока может выступать инвертор или выпрямитель с постоянным напряжением. Масса будет размещаться на деталях, а плюсовой контакт – на специальной горелке.

Горелка представляет собой устройство, которое одновременно осуществляет подачу в рабочую зону сварочного тока и защитного газа. Присадочным материалом выступает специальная проволока, подающаяся в автоматическом режиме.

Важной особенностью является то, что присадочная проволока должна быть из такого же материала, как и свариваемые элементы. Сечение и скорость подачи определяются в зависимости от толщин деталей и их размещения в пространстве. Для комфортной работы рекомендуется использовать следующие значения:

В промышленных условиях при необходимости создания особо прочного шва, стойкому к химически агрессивному воздействию, применяется порошковая проволока. Она обладает трубчатым сечением, а внутри размещается флюс, с помощью которого дополнительно защищается зона сваривания. После того, как наложение шва окончено, застывший флюс образует защитную поверхность.

Стоимость полуавтоматических аппаратов выше, чем инверторов. При этом потребуется дополнительное оборудование (баллон с газом, редуктор, шланги) и навыки работы с ним. Однако подобная технология работы позволяет увеличить скорость сваривания и улучшить качество шва.

Холодное сваривание

Этот метод единственный, который не предполагает применение специальных аппаратов и устройств, а также нагрева деталей.

По своей сути, это разновидность двухкомпонентного клея со специальными присадками.

Холодную сварку в основном применяют во время ремонта трубок, емкостей из нержавеющей стали. Может использоваться как в сухих емкостях, так и заполненных жидкостью.

Производится в форме трубочки. Процесс применения очень прост: поверхность очищается от загрязнений и наносятся заметные царапины. Для улучшения сцепления поверхностей рекомендуется провести обезжиривание. От трубки отделяется небольшая часть, которая соответствует размеру образовавшегося отверстия или трещины. Далее необходимо размять кусочек в руках и разогреть его. После этого наносится в достаточном объеме на трещину. Следует обратить внимание на то, что наносить тонким слоем не стоит, так как после высыхания она может раскрошиться. Лучше разместить кусок с запасом по толщине. По завершению застывания нужно провести полировку.

Работа с холодной сваркой и нержавейкой имеет свою нюансы:

• Временный эффект. Материал можно использовать в качестве временного устранения в неотложном случае. Спустя определенное время произойдет разрушение состава и отверстия появятся вновь.
• Не эффективна с разнородными материалами.
• Не подойдет для соединения двух деталей. Прикладываемые нагрузки на швы будут критические и в итоге разрушать их.

Однако за счет низкой цены, малого расхода и простой технологии работы повышают удобство данного метода.

Сваривание разнородных металлов с нержавейкой

При необходимости соединения сварным швом разнородных сплавов следует учитывать физико-химические свойства каждого из них и подбирать соответствующие режимы работы и расходные элементы. Именно присущие свойства каждого металла будут передаваться швам, а если какая-либо составляющая будет выгорать, то характеристики станут передаваться неравномерно.

Разберем нюансы сварочного соединения в домашних условиях латунных, медных и титановых деталей.

Главной особенностью титана является то, что металл обладает высокой прочностью, стойкостью к агрессивным средам, жаростойкостью и пластичностью. В сварных швах титана с разнородными сплавами будет присутствовать водород. Это оказывает негативное воздействие и способствует растрескиванию, особенно если дополнительно включается азот.

Технология сварки титана с нержавейкой выглядит следующим образом:

• В соответствии с ГОСТ необходимо защитить место сваривания от насыщения газами и понижение уровня азота до 0,05%.
• Может использоваться дуговая сварка в защитном газе или точечная контактная. Промышленность задействует также лазерные сварочные аппараты.
• В качестве присадки применяется специальная проволока для соединения титановых деталей.

Соединение медных деталей с нержавеющей сталью также сопровождается техническими сложностями в связи с невысокой температурой плавления меди и ее высоким уровнем поглощения веществ в газообразных состояниях. Эти свойства значительно осложняют проведение сваривания толстых медных деталей обычными электродами даже с использованием защитных газов.

Наиболее перспективным способом будет использование вольфрамовых электродов в аргоновой среде. Однако в отдельных случаях медную проволоку можно использовать в качестве присадки, так как она способствует улучшению качества сварных швов. Иногда можно вместо аргона применять азот. Правда в этом случае вольфрамовый электрод расходуется быстрее, что снижает экономическую целесообразность использование азота. Наибольшая эффективность достигается при совместном использовании вольфрамовых электрод в аргоновой среде, а в азотной – графитовых.

Процесс сварки латуни с нержавейкой весьма затруднен. Латунь обладает значительным количеством цинка, снижающего прочность соединений с любыми разнородными сплавами. Прочность соединения минимальна. В этом случае целесообразнее проводить пайку. Нержавеющая сталь с латунными деталями может соединяться с помощью легкоплавких припоев, но их расход будет чувствительным. При этом образовавшееся соединение не будет иметь свойств, присущих латуни, поэтому будет обладать достаточной прочностью.

Как исключить дефекты при сварке

Процедура сваривания нержавейки обладает своими особенностями. Без их учета и проработки могут возникать определенные дефекты на сварных швах и отрицательные свойства. Например, спустя определенное время в определенных точках вокруг швов могут возникать очаги «ножевой» коррозии.

Итогом воздействия повышенной температуры становится возникновение горячих трещин. Они формируются из-за того, что сварные швы обладают аустенитной структурой. Хрупкость швов объясняется продолжительным влиянием повышенных температур и стигматации.

Для исключения возникновения горячих трещин используется специальные присадочный материал, добавляющий шву прочности. В этом случае процентное содержание феррита в сплаве будет составлять не менее 2%. Для этих же целей используется дуговая сварка и малую длину дуги. Не нужно кратер сварочной ванны выводить на основную плоскость металла.

Автоматический сварочный процесс целесообразно проводить при небольшой скорости. Оптимально провести работу с меньшим количеством подходов. Благодаря повышению скорости и работе с короткой дугой значительно снижается риск возникновения деформации, а также достигается экономия на материале. Максимальная скорость сваривания нержавеющей стали способствует увеличению стойкости к коррозийным явлениям.

Представленные видео помогут разобраться с самыми актуальными способами сваривания нержавеющей стали: при помощи электродов и инвертора и инвертором с защитным газом – аргоном. Исходя из планируемого конечного результата, вы обязательно подберете оптимальный для себя.