Технология сварки нержавеющей стали. Влияние легирующих элементов и подбор способа сварки

Особенности сварки нержавеющих сталей зависят от физических свойств, химического и фазового состава, а также их кристаллической структуры.

Особенности и сложности при электродуговой сварке деталей из нержавеющей стали

Теплопроводность хромоникелевых сталей в два раза ниже, коэффициент линейного расширения при нагреве в полтора раза больше, электросопротивление в пять раз выше, чем у малоуглеродистых сталей.

Знание этих свойств помогает сварщику учитывать поведение сталей при сварке. Для расплавления нержавеющих сталей требуются более мягкие режимы сварки и ввод меньшей электрической энергии. При одинаковых токах электрод (проволока) разогреваются значительно сильнее, поэтому для сварки нержавейки применяют укороченные электроды. Низкая теплопроводность и высокий коэффициент линейного расширения способствуют заметному увеличению сварочных внутренних напряжений.

Общим классификационным признаком нержавеющих сталей является присутствие в их химическом составе не менее 12% хрома. Хром, введенный в таких количествах, выделяется на поверхности стали в виде плотной окисной пленки, что и делает сталь устойчивой к образованию оксидов железа (ржавчины). Вторым по важности легирующим элементом в нержавеющих сталях является никель. Его 9-процентная легирующая добавка делает железо немагнитным потому, что такой сплав состоит из аустенита. Широко применяются для легирования нержавеющих сталей следующие элементы:

Все легирующие элементы не только изменяют химический состав стали, но и оказывают влияние на её физические свойства, а, следовательно, и на свариваемость.

Коррозионностойкие хромоникелевые стали с содержанием хрома до 20% с низким содержанием углерода до 0.1% обладают хорошей свариваемостью.

Повышение доли углерода приводит к образованию и выпадению карбидов хрома по границам зерен и способствует межкристаллитной коррозии в зоне термического влияния при нагреве выше 500 С.

Способы сварки нержавейки и их краткие характеристики

Сварка нержавеющих сталей выполняется классическими способами с соблюдением специальных режимов.

Сварка вольфрамовыми электродами в среде инертных газов (TIG)

Требует специализированного газового оборудования и применения соответствующих сварочных горелок. В качестве электрода используется пруток из вольфрама марки ВЛ, заточенный на конус под углом 20+/-2 град., диаметром 2-5 мм в зависимости от силы сварочного тока.

Аргон служит защитной атмосферой зоны горения дуги. Сварку необходимо вести в закрытых помещениях, что, в свою очередь, влечет за собой необходимость применения принудительной локальной вентиляции для обеспечения безопасности персонала.

Особое внимание уделяется выбору присадочной проволоки.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом (ММА)

Наиболее распространённый способ. Важно соблюдать мягкие режимы и избегать перегрева металла в зоне термического влияния. Пристальное внимание уделяется подбору электродов в зависимости от требований к сварным швам и конструкциям в целом.

Полуавтоматическая сварка (MIG)

Самый производительный из рассматриваемых способов, особенно при выполнении угловых и тавровых швов в нижнем положении. Применяются стандартные сварочные полуавтоматы с применением присадочной проволоки малых и средних диаметров.

Сварочные материалы

Сварочные электроды для ручной дуговой сварки выбираются по ГОСТ 10052-75 и по каталогам производителей или поставщиков. Различаются по типу и маркам в зависимости от химического состава наплавленного металла, механических свойств, применяемых режимов сварки и рекомендуемого пространственного положения шва.

Сварочная проволока нержавеющая по ГОСТ 2246-70 и ГОСТ 18143-72 применяется для TIG и MIG и выбирается по химическому составу и требованиям к сварным соединениям. Правильно подобранные присадочные материалы обеспечивают гарантированное качество швов.

Технология

Техника и режимы нацелены на следующее:

• снижение сварочных напряжений и деформаций. Рекомендуется устанавливать сварочный ток на 20-30% ниже, чем при сварке низкоуглеродистых конструкционных сталей. Выполнять сварку узкими прямыми валиками на максимальной скорости и с охлаждением швов ниже 200^о С после каждого прохода;
• минимальный перегрев и уменьшение размеров сварочной ванны, быстрое охлаждение после каждого прохода;
• соблюдение зазоров и тщательную очистку свариваемых кромок и около шовной зоны.

Технология сварочного процесса для каждого из способов сходна по операциям подготовки поверхностей перед сваркой, требованиям к высокой квалификации сварщиков, по тщательному выбору сварочных материалов и настройкой режимов, а отличается выбором полярности подключения.

Сварку плавящимся электродом (MMA и MIG) осуществляют с применением обратной полярности: «+» на электроде, «-» на детали. Для TIG предпочтительна прямая полярность с целью экономии расхода вольфрамового электрода.

На практике совмещают два и более способов для сварки одного стыка. Прихватки и проварку корня шва выполняют аргонодуговым способом, а заполнение разделки — полуавтоматом или ручной сваркой плавящимся электродом.

Особенности сварки нержавеющих труб

Кольцевые замкнутые швы, особенно в случае сварки толстостенных нержавеющих труб малых диаметров требуют особого внимания.

Для предотвращения избыточных сварочных напряжений и появления горячих трещин следует выполнять многопроходную сварку валиками малого сечения. Нужно обращать дополнительное внимание на правильный выбор разделки кромок и соблюдения зазоров между соединяемыми деталями.

Есть еще одна специфическая проблема при односторонней сварке труб из хромоникелевых сплавов и жаростойких нержавеющих сталей. Это образование «мениска»- вогнутости в сечении шва с внутренней стороны труб. Приходится применять специальные разделки и координировать скорость сварки и силу тока.