Сварка нержавейки своими руками

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!