Способы сварки нержавеющей стали

Чем варить нержавеющую сталь в домашних условиях

При монтажных, ремонтных работах часто нужна сварка нержавейки. Использование стойких к коррозии легированных стальных сплавов давно приобрело массовый характер. Сварить нержавейку можно несколькими способами, используя бытовое оборудование. Для некоторых необходимы дорогие промышленные автоматы. В небольшом обзоре кратко представлены все виды горячего соединения легированных сталей.

Особенности сварки деталей из нержавеющей стали

Сначала о том, можно ли варить легированный металл как черный. Да, ММА, TIG MIG – все эти способы актуальны. Но при сварке нержавеющей стали нужно учитывать некоторые особенности сплавов:

• высокий коэффициент термического расширения, складывать детали из нержавеющей стали нужно с зазором;
• высокая теплопроводность нержавейки, чтобы не создавать большую температуру в рабочей зоне, заготовки с содержанием углерода меньше 0,2%, предварительно прогревают, сварочный ток снижают на 20%;
• высокое сопротивление нержавеющих сталей, металл быстро нагревается, поэтому для сварочных работ подбирают специальные электроды длиной 35 см;
• при нагреве хромоникелевой нержавейки образуются термостойкие пленки оксидов легирующих элементов, процесс сварки из-за этого затрудняется, рабочую зону необходимо охлаждать.

Варить нержавейку в домашних условиях нужно, учитывая особенностей стали, иначе соединение получится некачественным.

Подготовительные работы

Чтобы правильно сварить нержавейку, перед проведением работ требуется провести ряд работ:

• заготовки предварительно очищают от грязи, пыли, снимают с поверхности оксидный слой до металлического блеска щеткой, мелким напильником или наждачной бумагой;
• кромки толще 4 мм разделывают болгаркой или спиливают под углом;
• нержавейку толще 7 мм подвергают предварительному нагреву, температура зависит от марки стали;
• детали укладывают с зазором, его размер определяют по справочнику.

Перед проваркой шва стык прихватывают в нескольких местах, чтобы детали не смещались во время работы.

Распространенные способы сварки нержавеющей стали

Любые способы горячего соединения высокоуглеродистых сплавов подходят для сварки нержавейки в домашних условиях, но прочность соединения будет разной. Наплавочные электродуговые швы надежны, но не рассчитаны на разнонаправленную нагрузку. Тонколистовую нержавейку лучше варить аргоном, для них наплавка не нужна, главное уберечь металл от прожогов. Полуавтоматическая с использованием инвертора – универсальная, подходит для многих марок нержавейки, работы с деталями разной толщины. Каждый из способов стоит рассмотреть подробнее.

Сварка покрытыми электродами

Электродуговой метод ММА чаще всего используют для нержавейки, если к соединениям не предъявляют особых требований. При выборе электродов руководствуются ГОСТ 10052−75. В стандарте указано, чем варят нержавейку, легированную хромом, никелем, железом, тугоплавкими металлами. Электроды делятся на две группы. Стержни с основным видом обмазки, в состав которой входят карбонаты кальция, магния, ими варят легированный металл на обратной полярности, подключают их «+». Рутиловая обмазка содержит оксид титана, такие стержни применяют при токе любой полярности, подключают к «+» и «-» контактам. Они меньше разбрызгиваются, реже залипают.

Полуавтоматом

Качественно заварить нержавейку, используя присадочную проволоку, поможет технология MIG с подачей углекислого газа в область расплава. Полуавтомат обеспечивает равномерную подачу присадки в рабочую зону. Проволока подбирается под вид сплава – основной легирующий компонент. Выпускают омедненную присадку, порошковую с каналом, заполненным флюсом, алюминиевую. В качестве источника тока используют выпрямитель или инвертор. Дуга создается примерно так же, как в электродуговой сварке. Контакт «+» подводится к горелке, по ней попадает на подающий проволоку мундштук. Одновременно с проволокой подается газовая смесь, образующая защитную атмосферу.

Полуавтоматом варят детали:

• до 4 мм (короткой дугой);
• толще 4 мм, используя метод струйного переноса.

Импульсная сварка с минимальным разбрызгиванием ванны расплава применима для нержавеющей стали любой толщины.

Ручная и полуавтоматическая в среде аргона

Технология TIG (ручной) и MIG (полуавтоматической) применяется для работы с тонкой нержавейкой, предусматривает использование вольфрамовых тугоплавких электродов для создания электродуги. Подачу аргона начинают до розжига дуги, заканчивают через 20 секунд после угасания.

Другие способы сварки нержавейки

На производстве используют другие методы соединения легированных деталей. Для соединения заготовок на промышленном оборудовании не применяется наплавочный материал, нержавеющий сплав расправляется ограниченно, на большую глубину.

Холодная сварка под большим давлением

Технология основана на способности сплавов преобразовывать кинетическую энергию в тепловую. При сдавливании внутренняя структура стали изменяется с выделением энергии, нержавейка становится пластичной. Один слой вдавливается в другой с образованием диффузного слоя. Сварка нержавеющей стали производится односторонним или двухсторонним давлением. На прессы устанавливают специальные штампы. Получаются очень аккуратные точечные или линейные соединения без окалины, трещин, внутренних напряжений в рабочей зоне.

Контактная сварка нержавейки

Ток подается на два неплавящихся электрода из цветных сплавов, заготовки помещаются между ними. При подаче тока электроды с усилием сжимают. Варят нержавеющую сталь только в зоне контакта, дуга прошивает детали насквозь, расплавляет. Ручные сварочные клещи используют для сварки тонкой нержавейки до 2 мм. Заготовки потолще соединяют аппаратами с усилителями, чтобы можно было продавить зону контакта. Образуется точка размером с площадь электрода.

Лазерным лучом

Для нержавеющей стали применяют технику точечного и шовного метода. Приварить детали можно только встык. При соединении заготовок внахлест в рабочей зоне создаются остаточные напряжения. Ванна расплава ограничена за счет молниеносного воздействия луча. Нержавейка разогревается мгновенно, шов образуется прочным, мелкозернистым. Расплав полностью заполняет стык. В быту лазерная сварка используется редко из-за высокой стоимости оборудования.

Плазменная сварка

Принцип основан на ионизации газа под действием дуги в специальной камере – плазмотроне. Электрическое поле создается с использованием тугоплавкого вольфрамового электрода. Направленный поток плазмы быстро расплавляет заготовки в месте соединения до высокой температуры. Оборудование бывает двух типов:

• ручное, вторым контактом для образования дуги становится металлическая деталь;
• автоматическое, дуга создается между электродом и стенкой камеры.

Ручной плазмой сваривают тонкие заготовки до 3 мм, автоматами – толщиной до 160 мм. Кромки предварительно разделывают, но проваривается шов сразу, за одну проходку.

Завершающий этап

Качество соединения проверяют до зачистки нержавейки после сварки. Если нет трещин, приступают к удалению окалины, сажи, чтобы на металле образовался оксидный слой. Это делают двумя способами:

• механическим с помощью железной щетки, наждачки, шлифовального инструмента;
• химическим, используя соляную и серную кислоту с последующей промывкой поверхности.

После обработки рабочей зоны на шов накладывают пассивирующий слой.

Самостоятельный монтаж или ремонт металлоизделий из нержавейки требует определенной квалификации от сварщика. Важно учитывать особенности сплава, правильно подобрать электроды, параметры тока. Особенно аккуратно нужно обращаться с тонкостенными деталями. Они быстро разогреваются, деформируются.

Сварка нержавеющей стали

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

• 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

• 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

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)

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)

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.

Толщина свариваемых листов, мм	Род тока	Ток сварки, А	Напряжение, В	Диаметр электрода и присадочной проволоки, мм	Скорость 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.

Принципы сваривания нержавеющей стали, необходимые инструменты и расходники

Для новоиспеченных сварщиков сваривание элементов из нержавеющей стали (НС) является непростой, но выполнимой задачей. Такой тип стали имеет множество свойств, которые сварщик обязан учитывать.

Какие правила сваривания НС? Как добиться хорошего качества шва? Какие нюансы варки такой стали? Влияет ли тип электрода? Возможно ли варка своими руками?

На эти вопросы и их производные ответы дадим ниже.

Введение

Связать элементы из нержавеющей стали инверторной сваркой с использованием покрытых электродов – очень распространённый метод, если нет требования к качеству шва.

Для решения бытовых задач (сваривание кастрюль, подвальных стеллажей) это самый бюджетный способ. Основной элемент не агрегат, а электроды. От правильного вида зависит результат.

Спецэлектрод по нержавейкам, имеет в своем составе особенную обмазку, выполняющую роль флюса. Качественные, свежие спецэлектроды дадут крепкий шов. Он будет достаточно устойчивые к ржавчине и скачков температур.

Рекомендуем марки: ОЗЛ-6, ОЛИВЕР 29.9, НЖ-13, они на практике дали лучший результат. Конечно, список можно продолжать.

Учтите некоторые моменты при сварке:

• постоянный ток;
• обратная полярность;
• пониженный ампераж.

От вас зависит равномерно и плавность сваривания металла. Учитывая, что электроды имеют малый диаметр и невысокую тепловую энергию.

Не рекомендуем экспериментировать с апмеражем. Такой тип сварки не предусматривает высоких значений. НС имеет низкую теплопроводимость и применять высокий ток приведет к деформациям.

В некоторых ситуациях возможно откалывание больших кусков заготовок. Будьте внимательны — стержни для нержавеющей стали плавятся быстро, по сравнению с другими электродами.

Как и при других сварочных работах, достигнуть лучшего качества и сохранить необходимые свойства поможет охлаждение. Рекомендуем воспользоваться холодным воздухом.

Таким способом деталь охладиться постепенно и равномерно с минимальной деформацией шва. Если качество не выступает целью работы, достаточно будет применить холодную воду.

Если возникла задача сварить тонкую «нержавейку» и шов нужен эстетичный, примените аргонную сварку.

Сварка в аргонной среде (Ar)

Сварочные работы с «нержавейкой» в среде аргона (TIG сварка или «тиг») – распространенный способ. Он подходит для связывания тонкого листа металла, так как не создает деформаций, особенно когда нужно достичь высокого качества шва.

Этот вид сваривание требует среды инертного газа – к примеру, аргона. А также использовать в работах надо вольфрамовые стержни. Обязательно наличие прямой полярности. А вот ток может быть как постоянным, так и переменным.

Сварка нержавеющей стали предполагает так же наличие присадочного материала – проволоки. Она, в свою очередь, выполнена из металлов с высокой легированностью. Важно, работать уверенно, без сдвигов в стороны. В противном случае шов начнет окисляться.

Не обязательно, но желательно другую сторону сварочного шва защитить от воздуха, то есть направить аргон. Также рекомендуем для поджога дуги пользоваться бесконтактным методом, использую спец пластину и далее нести на заготовку из нержавеющей стали.

После завершения процедуры сварки не спешите отключать газ. Достаточно подождать некоторое время – затем смело выключить. В результате вы продлите срок службы вольфрамовых стержней, чем уменьшите окисление.

Подытожим

Работа сваркой заготовок из НС не сложна. Есть два способа варки, который вы выбираете сами — или спецэлектродами или в среде аргона.

Больше практики и вы станете асом по сварке нержавейки. Это достаточно нужный навык. Удачной сварки!

Сварка нержавеющей стали (нержавейки) – основные моменты

Нержавеющая сталь нашла свое применение во многих сферах жизнедеятельности человека: тяжелом машиностроении, строительстве, производстве бытовой электроники, пищевой и химической промышленности и т.д. Практически во всех перечисленных областях для производства изделий используется сварка нержавейки как один из наиболее эффективных способов соединения деталей.

Известно, что данный тип металла обладает антикоррозионными характеристиками из-за добавления в его состав хрома, который при взаимодействии с атмосферным кислородом образует оксидный барьер, защищающий железо от окисления. Помимо хрома, нержавеющая сталь может включать и другие компоненты (никель, титан, молибден). Добавление в состав вспомогательных элементов дает возможность изменять свойства материала, что и определяет сферу его применения.

Классификация нержавеющих сталей

Процесс сварки нержавейки считается более сложным, чем сварка обычных стальных изделий. Это связано с уникальной микроструктурой металла, которая зависит от преобладающей кристаллической фазы. Наличие того или иного компонента приводит к разной реакции на термообработку, поэтому выбор способа сваривания во многом зависит от класса материала.

• Аустенитный класс.
  В таком сплаве основной фазой выступает аустенит. Дополнительными элементами обычно являются хром (до 20%) и никель (до 10%). Хром способствует антикоррозийности, а никель – пластичности, что позволяет применять данный материал в машиностроении. При термообработке аустенитные сплавы не теряют своих характеристик, поэтому хорошо переносят сварочный процесс.
• Ферритный класс.
  Основной фазой в этом случае является феррит. Добавление хрома придает изделию антикоррозионные свойства, однако, в отличие от аустенитного, ферритный сплав не обладает большой гибкостью. Главной особенностью ферритов является повышенная устойчивость к агрессивным средам, поэтому такой материал часто используют в химической промышленности. Вместе с тем, устойчивость к сверхвысоким температурам делает его неудобным для сварки.
• Мартенситный класс.
  Наличие в качестве основной фазы мартенсита придает металлу повышенную твердость. Мартенситный сплав в основном применяют для изготовления работающих на износ деталей и режущих инструментов (ножей). В то же время, материал является довольно хрупким, это нужно учитывать во время его обработки и эксплуатации.

Как осуществляется сварка нержавейки

Перед выполнением сварки нержавеющей стали необходимо ее подготовить. Очень важно уделить внимание кромкам свариваемых деталей – они должны быть зачищены до стального блеска. Также следует обезжирить поверхность с помощью растворителя, авиабензина или ацетона.

Для сваривания нержавейки можно применить одну из следующих технологий:

Ручная MMA-сварка, как правило, используют при отсутствии высоких требований к качеству шва. Основная сложность данной технологии заключается в правильном выборе электрода, который нужно подбирать в соответствии с маркой металла. Обычно для таких целей применяют электроды с основным покрытием, изготовленным из карбонатов магния и кальция, или рутиловым покрытием, созданным на основе двуокиси титана. Если в первом случае сваривание осуществляется исключительно обратнополярным постоянным током, то во втором допускается применение тока с переменной характеристикой.

Таблица для подбора электродов

TIG-сварка эффективна для сваривания тонких листов нержавейки. Чтобы добиться высокого качества шва, следует использовать присадочную проволоку с более высоким уровнем легирования, чем у основного металла. В качестве защитной среды зачастую применяется 100% аргон, однако в некоторых случаях для повышения стабильности дуги и увеличения скорости процесса аргон могут разбавлять гелием.

TIG сварка изделий из нержавейки

TIG сварка выхлопных систем

Аргонодуговая сварка TIG с вольфрамовым электродом

Полуавтоматическая технология MIG/MAG является наиболее универсальной для сварки нержавеющей стали, так как позволяет работать с разными толщинами: для тонких листов подходит метод короткой дуги, для толстых – струйного переноса. С целью защиты шва обычно используют смесь аргона (98%) с диоксидом углерода (2%). Не рекомендуется увеличивать концентрацию углекислоты и, тем более, применять ее в чистом виде, поскольку это приводит к появлению металлических брызг и нарушению структуры шва. Подробнее о сравнении углекислого газа и сварочных смесей читайте в нашей статье.

Особенности работы с нержавеющей сталью

Приступая к сварочному процессу, необходимо учитывать несколько важных моментов, характерных для нержавейки:

• Данный материал обладает меньшей теплопроводностью, чем обычное железо. Поэтому во избежание высокой концентрации тепла в районе шва с дальнейшим прожогом детали сварочный ток необходимо уменьшать на 20-30%.
• Из-за повышенного электрического сопротивления металла электроды нагреваются гораздо сильнее, что приводит к их более быстрому износу.
• Нержавеющая сталь отличается высоким коэффициентом линейного расширения. При сваривании деталей большой толщины важно выдерживать определенный зазор для нормальной усадки шва. В ином случае возможно появление трещин.
• В режиме термообработки возникает вероятность снижения антикоррозионных свойств в месте соединения деталей. С целью предотвращения такой ситуации шов следует оперативно охлаждать. Для этого используют разные способы, например, подкладывают под место соединения медную пластину или снижают его температуру с помощью холодной воды.

Сваривание изделий из нержавейки это распространенная задача на производстве. Как показывает практика, попытки сэкономить на качестве защитных газов приводят к уменьшению надежности и долговечности сварного соединения. Качество имеет первостепенное значение для всего результата работы. Например, здесь можно ознакомиться с защитными газовыми смесями, которые применяются для различных видов металлов, и их типовыми характеристиками.