Как сварить нержавейку с черным металлом: особенности технологии

Как сварить нержавейку с черным металлом: особенности технологии

Сложности, с которыми связана сварка изделий, изготовленных из нержавейки, с черным металлом, объясняются преимущественно тем, что эти материалы, хотя и относятся к сталям, являются, по сути, разнородными. Для того чтобы качественно сварить такие металлы, то есть получить сварной шов, который по своим механическим характеристикам будет близок к основному металлу соединяемых изделий, следует в первую очередь правильно подобрать электроды. Кроме того, надо учитывать такой параметр соединяемых металлов, как их свариваемость, то есть способность образовывать качественные и надежные неразъемные соединения, полученные методом сварки.

Сварка нержавеющего фланца с отводом из углеродистой стали

Варианты сварки нержавеющей стали, госты, методы

ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе.
Настоящий стандарт устанавливает основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых дуговой сваркой в защитном газе.

Так же следует отметить такие методы сварки как: точечная, роликовая, лазерная, высокочастотная, сварка сопротивления и другие.

Итак, следующий этап это обработка сварных швов. Поверхность сварного соединения нержавеющей стали образует пористый оксидный слой, который в своем составе содержит хром. Этот слой способствует значительному ослаблению стойкости к воздействию коррозии. Поверхность оксидного слоя возникает из стали, после чего под оксидным слоем образуется т.н. с низким содержанием хрома. Когда есть необходимость увеличить стойкость сварного соединения к коррозии, то оксидный слой и слой с низким содержанием хрома необходимо удалить. Этот процесс осуществляется с помощью термообработки, в данном случае термообработка способна выполнять растворение внутри стальной конструкции, благодаря этому процессу сглаживаются все возможные отличия присадочных материалов. Необходимо знать то, что разрешается использовать только те принадлежности, которые предназначены для обработки нержавейки, это могут быть: ленты и круги для шлифовки, щетки для обработки нержавеющего проката, дроби из нержавеющей стали.

Обработка сварных швов

Эффективным методом обработки сварных швов является травление. Если правильно выполнить метод травления, то это позволит качественно устранить оксидный слой и зону с низким содержанием хрома. Обработка по этому методу выполнения путем покрытия, погружения или наружного нанесения пасты, все зависит от условий. В основном, при травлении используют смешанные кислоты (азотная кислота/плавиковая кислота) в пропорциях 8 – 20% азотной кислоты и 0,5 – 5% плавиковой кислоты, с добавлением H2O (вода). Время травления зависит не только от концентрации кислот, но и от температуры, сорта проката и толщины окалины (кислотоупорный прокат по сравнению с нержавеющим прокатом требует продолжительной обработки). После метода травления конструкция становится стойкой к воздействию коррозии.

Мы ознакомились с основными методами сварки нержавейки и теперь можно смело поговорить о специальных требованиях по сварке при изготовлении нержавейки. При подготовке вышеперечисленных сплавов и сталей, нужно учитывать специальные требования и основные особенности:

Сварные конструкции МКК и основного металла в зоне около шва, могут подвергшейся сварке до температуры 450 – 650 градусов;
Если образуются кристаллизационные трещины, то это является следствием образования аустенитной структуры металла шва;
Охрупчивание может происходить в температурных диапазонах от 350 – 550 градусов из-за высокого содержания феррита и в диапазонах 550 – 850 градусов, при возникновении стигматизации.
Например, охрупчивание сварных швов может возникнуть в процессе штамповки горячих днищ, в случае если сварка происходит с применением присадочных материалов, которые дают чрезмерное содержание феррита. Для того чтобы избежать охрупчивания сварочных соединений в процессе обработки, следует ограничить содержание феррита в пределах 8 – 10%.
Усиленное коробление сварных конструкций, несет за собой следствие низкой теплопроводности и коэффициент термического расширения, который больше в 1,5 раз в сравнении с углекислыми сталями;

Увеличение длины прихваток и уменьшение расстояния между ними в сравнении с соединениями низколегированных сталей, сварных соединений и из-за большого коэффициента линейного расширения;
Если в структуре металла шва есть наличие феррита, то при температуре ниже 100 градусов снижается его пластичность и охрупчивание;

Чтобы увеличить стойкость сварных соединений к воздействию коррозии необходимо:

Использовать стали и присадочные материалы, содержащие минимальное количество углерода;
Добавлять в легированную сталь другие вспомогательные элементы (титан, ниобий, никель);
Применять стабилизирующий отжиг от 870 до 900 градусов, выдерживать от двух до трех часов и охлаждать на воздухе.

Уменьшить перегрев нержавеющей стали и обеспечить оптимальные механические свойства для стойкости к внешним факторам можно благодаря сварке соединений на максимально высокой скорости. Каждый последующий проход сварки нужно выполнять после охлаждения и тщательной зачистки конструкции.

Повышение коррозийной стойкости сварных соединений

Если вы будите соблюдать следующие требования, то сможете обеспечить повышение коррозийной стойкости сварных соединений:

Все внешние швы заваривают в последнюю очередь, а в случаях двусторонней сварки выполняется третий облицовочный шов, который обращен к внешней среде. Если такая возможность отсутствует, то следует принимать все необходимые меры чтобы уменьшить нагрев металла первого слоя. Чтобы не допускать нагревания металла сварку следует вести на максимально высокой скорости с применением минимальных токов. Для того чтобы устранить горячие трещины при сварке, нужно применить присадочные материалы, которые образуют сварные швы, эти швы обладают аустенитно-ферритной структурой и содержат ферритную фазу более 2%.

Если необходимо предотвратить горячие трещины в соединениях толщиной 10 мм и более, то рекомендуется сделать следующее:

Метод ручной дуговой сварки выполнять при минимальной длине дуги;
Сварку под флюсом выполнять на низкой скорости с минимальными подходами;
Тщательно выполнить шлифовку или заправить все кратеры. Запрещается выводить все кратеры на основной металл. В том случае, если произошел обрыв дуги, то необходимо убедиться в отсутствии горячей трещины, если же обнаружили трещину, то кратер необходимо удалить механическим методом;
Сварку соединений большой толщины выполнять с помощью электродов, которые обеспечивают повышенную стойкость металла к горячим трещинам (но при этом слабую стойкость к коррозии)
К сварке стабильно аустенитных сталей допускаются только те сварщики, которые уже имеют опыт и навыки по борьбе с горячими трещинами.

Что нужно знать, чтобы уменьшить сварочные деформации:
Рекомендуется производить процесс сварки на скоростных режимах, с короткой дугой и с минимальными токами;
Для ручной сварки следует разделить швы на отдельные участки и выполнять сварки в последовательности, для того чтобы обеспечить минимальное коробление;
Чтобы избежать трещин в зоне термического влияния, необходимо обвить шлак при температуре 100 -150 градусов;
Метод ручной дуговой сварки нержавеющей стали выполняют на короткой дуге без использования поперечных колебаний электрода.

Какой нормативный документ регламентирует производство отводов из нержавеющей стали

Отводы (нержавейка 12Х18Н10Т) могут изготавливаться по ТУ 26-18-38-90 и другим нормативным документам. Геометрия такой продукции должна соответствовать ГОСТ 17375. Отводы 12Х18Н10Т, прайс на которые представлен на сайте METAL БЮРО, изготавливаются методом горячей протяжки.

Этот метод предусматривает выполнение следующих операций:

• контроль качества трубного нержавеющего проката и подготовку поверхности металла
• резку труб на мерные длины согласно размерам готовых отводов
• протяжку в горячем состоянии через рогообразный сердечник с получением первичной геометрической формы
• калибровку отводов для правки и получения точных размеров, соответствующих нормативной документации
• финишную обработку торцов и контроль параметров готовой продукции

Полученные таким способом отводы 90 12Х18Н10Т отличаются высоким качеством и точным соблюдением геометрии. При приемке контролируются геометрические параметры, овальность, наличие дефектов (волнистости, гофров, вмятины, забоины и пр.), проводятся испытания на пробное гидравлическое давление.

Минерал

Говоря о плюсах, отмечаем их хорошую работу с нержавеющей сталью 12х18н10т. В 8 случаях из 10 применяются вторичные компоненты. Используйте их одновременно с проволокой, изготовленной из высоколегированных проводов.

И здесь на помощь придет сварочный флюс типа АНФ-5. Он способен изолировать ванну от окислительных процессов, а также обеспечивает легирование конструкций.

Еще одно преимущество такого флюса – это то, что он не допускает появления пор в соединениях. Вместо вторичной основы применяют оксидную, которая ничем не хуже первой.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь относится к легированным типам стали. В зависимости от типа и марки нержавейка может использоваться в самых различных сферах деятельности от пищевой и химической промышленности до строительства и архитектуры.

Нержавеющая сталь делится на три основных тип:

Нержавеющие свойства данный тип стали приобретает за счет добавления хрома. Причем от процентного содержания хрома напрямую зависит сопротивляемость сплава коррозии.

Причиной же сопротивляемости коррозии является тонкая пленка нерастворимых кислот, которая образуется при выплавлении хромсодержащих металлов.

Так, сталь с содержанием хрома до 17% устойчива к коррозии в обычных условиях, без воздействия агрессивных сред и высоких показателей температуры. Данный тип нержавеющей стали применятся в пищевой промышленности, некоторых типах легкой промышленности, для изготовления медицинского инструмента и т. д.

Сталь с содержанием хрома более 17% является более устойчивой и способна выдерживать высокие температуры и различные агрессивные среды, не окисляясь даже в крепких растворах (до 50%) кислот.

Нержавейка чрезвычайно устойчива к атмосфере и является лучшим вариантом для емкостного оборудования, размещенного на открытой местности, в том числе в климатических условиях с повышенной влажностью.

Нержавеющая сталь марки 12х18н10т

Нержавеющая сталь 12х18н10т – высокоуглеродистая коррозионно-стойкая, немагнитная конструкционная сталь аустенитного типа с добавлением титана.

В химсоставе нержавейки 12х18н10т кроме обязательных для нержавеющей стали компонентов – никеля и хрома, дополнительно присутствует титан (содержание элемента менее 1,5% не указывается в маркировке стали).

Нержавейка 12х18н10т отличается хорошей свариваемостью. После процесса сварки рекомендуется провести постобработку швов. Сталь 12х18н10т устойчива к межкристаллитной коррозии после сварки.

В слабоагрессивных средах допускается эксплуатация деталей из стали 12х18н10т в температурном диапазоне от -196°С до +600°С без изменения свойств стали. В агрессивной среде верхний температурный порог снижается до +350°С.

Нержавеющая сталь 12х18н10т может применяться в любых областях производства. В основном её используют для изготовления деталей машин и механизмов, работающих при температурах до 600°С. Сталь 12х18н10т (техническая нержавейка) пригодна для сооружения сварных конструкций (емкостей, трубопроводов и т.п.) контактирующих со слабыми растворами уксусной, фосфорной кислот, а также во взаимодействии со щелочными растворами и растворами кислых солей.

Ближайший по химсоставу и физическим свойствам аналог стали 12х18н10т – нержавеющая сталь марки aisi 321.

Нержавеющая сталь aisi 321

Нержавеющая сталь aisi 321 – коррозионно-стойкая, жаропрочная немагнитная аустенитная сталь с добавлением титана. Обладает повышенной механической прочностью.

В химический состав нержавейки aisi 321 кроме обязательных для нержавеющей стали компонентов – никеля и хрома, введен титан, пятикратно превышающий содержание углерода.

Нержавейка aisi 321 отличается хорошей свариваемостью, правда, при более высокой температуре, чем не содержащие титана марки стали. Сварочные швы требуют минимальной постобработки.

Таблица марок нержавеющих сталей и их соответствие химическому составу

Маркировка

Присадочная проволока маркируется согласно маркам стали, которые применяются в потребительской отрасли и в производственной промышленности. Так, марка 12Х18Н10Т представляет собой светлую хромоникелевую проволоку для выполнения сварочных работ. Изделие способно создавать сварной шов высокой надежности. Имеет большой спрос в энергетической промышленности, машиностроении, при сооружении трубопроводов.

В маркировке проволоки присутствует информация об элементах, задающих главные характеристики материалу. Показатель содержания данных компонентов оказывается ключевым.

• 12 означает, что содержания углерода равно 0,12 процентов;
• Х18 показывает, что хрома содержится в размере 18 процентов;
• Н10 значение содержания никеля равняется 1 процентам;
• Т означает, что 1 процент титана содержится в сплаве.

Именно такое соотношение химических элементов способно обеспечивает образование поверхностного оксидного слоя, гарантируя повышенную степень устойчивости стали к различным химическим веществам.

Ручная и полуавтоматическая сварка нержавейки в среде аргона (AC/DC TIG, MIG)

Для выполнения ручной сварки нержавейки в среде аргона применяются электроды из вольфрама. Эта технология даже в условиях дома позволяет получать качественные и надежные соединения изделий, отличающихся небольшой толщиной. Сварку такими электродами по нержавейке используют преимущественно для монтажа коммуникаций из труб, по которым под давлением будут транспортироваться газы или различные жидкости.

Аустенитную нержавеющую сталь следует сваривать особенно тщательно и с осторожностью

У данной технологии есть определенные особенности.

• Для того чтобы вольфрам, из которого изготовлены электроды по нержавейке, не попал в расплавленный металл в зоне сварки, дугу поджигают бесконтактным способом. Если выполнить это непосредственно на детали не представляется возможным, то дугу зажигают на специальной угольной плите и аккуратно перемещают ее на соединяемые заготовки.
• Сварку нержавеющей стали данным способом можно выполнять как на постоянном, так и на переменном токе.
• Режимы подбираются в зависимости от толщины соединяемых деталей. К таким режимам, в частности, относятся параметры сечения вольфрамового электрода, диаметр проволоки, используемой в качестве присадки, параметры тока (сила и полярность), расход защитного газа, скорость выполнения сварки.
• Очень важно, чтобы уровень легирования присадочной проволоки был выше, чем у соединяемых деталей.
• В процессе выполнения сварки электроды по нержавейке не должны совершать колебательных движений. Если пренебречь этим требованием, это может привести к нарушению сварочной зоны и окислению металла в ее области.

При использовании данной технологии можно сократить расход вольфрамового электрода. Для этого нужно некоторое время (10–15 секунд) не отключать подачу аргона после окончания сварочного процесса. Подобная процедура способствует защите раскаленного вольфрамового электрода от активного окисления.

У полуавтоматической сварки нержавейки в среде аргона, по сути, мало отличий от обычного ручного способа. Основное ее отличие заключается в том, что подача проволоки в зону сварки осуществляется при помощи специального оборудования. Благодаря механизации процесс протекает значительно точнее и с большей скоростью.

Благодаря использованию полуавтоматического оборудования могут быть реализованы следующие техники сварки деталей из нержавеющей стали:

1. метод струйного переноса, который позволяет эффективно сваривать детали большой толщины;
2. сварка короткой дугой – для выполнения соединения деталей небольшой толщины;
3. импульсная сварка – универсальная технология, которая позволяет получать качественные и надежные соединения и является самым выгодным вариантом в финансовом плане.

Аргонодуговая сварка нержавеющей стали

Стойкость нержавеющей стали против межкристаллитной коррозии

Способность сопротивляться межкристаллитной коррозии у хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей в первую очередь зависит от содержания углерода в твердом растворе. Углерод способствует выделению в твердом растворе карбидных фаз, тем самым способствую ускорению проявления межкристаллитной коррозии с повышением температуры.

Хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали при выдержке в интервале 750-800 ºС теряют способность сопротивляться межкристаллитной коррозии:

• при содержании углерода 0,084 % — в течение 1 минуты;
• при содержании углерода 0,054 % — в течение 10 минут;
• при содержании углерода 0,021 5 – через более чем 100 минут.

Содержание азота в составе хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей так же оказывают влияние на склонность к межкристаллитной коррозии, но в значительно меньшей степени. наличие азота в составе может быть даже полезно для повышения прочности.

Повышение концентрации никеля в составе хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей способствует снижению растворимости углерода, но отрицательно влияет на ударную вязкость хромоникелевой стали после отпуска и способствует межкристаллитной коррозии.

Растворимость углерода в твердом растворе хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей происходит и при увеличении содержания хрома. В этом случае так же происходит снижение ударной вязкости стали, но при этом стойкость против межкристаллитной коррозии возрастает.

Заключение

Сварка нержавеющих сталей отличается от соединения других металлов своими особенностями. Причем это касается не только использования определенного типа электродов, но и самого процесса выполнения сварки. Всем этим моментам необходимо уделить особое внимание, поскольку каждый из них может в итоге повлиять на качество создаваемого соединения. Главное, о чем следует помнить — нержавеющая сталь отличается достаточной хрупкостью, а поэтому необходимо стараться свести к минимуму длительность воздействия металлов теплом.