Как осуществляется сварка нержавеющей стали, какие методики доступны

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.