На долговечность металлических конструкций влияют условия эксплуатации, агрессивность рабочей среды, технология производства, покрытие. Решающее значение имеет количество и характеристики компонентов в смеси.
У низкоуглеродистых и нержавеющих сталей одинаковый базовый состав: массовая доля «C» — не более 0,25%.
Когда в структуру внедряют атомы хрома (массовой долей более 12%), на поверхности металла создается защитная пленка. Твердый слой оксидов предотвращает разрушение основания. Железосодержащая сердцевина не взаимодействует с кислородом воздуха и влагой из окружающей среды.
Какие критерии определяют надежность сцепления нержавеющих конструкций?
При сваривании двух деталей происходит взаимопроникновение кристаллических решеток. Оксиды хрома препятствует надежному сцеплению сплавов. Чтобы получить прочный стык, подбирают оптимальный режим сварки, используют рекомендованные расходные материалы.
Подготовка нержавеющих изделий включает работу металлической щеткой, убирают грязь. Химическими растворами удаляют капли смазки, используют авиационный бензин, уайт-спирит, ацетон. Прогревают места стыка до 100 0C, влага испаряется.
Чтобы предотвратить дефекты сварного шва, учитывают особенности нержавейки.
- Хромосодержащие стали при нагревании теряют коррозионную стойкость. Когда температура превышает 500 0C, активизируются атомы железа и никеля. Чтобы не допустить изменения кристаллической решетки, в технологическом процессе предусматривают быстрое охлаждение рабочей области.
В противном случае образуется карбид хрома, который не создает на поверхности нержавейки прочную пленку. Вдоль линии шва появляются участки коррозии.
- Коэффициент температурного расширения нержавейки больше, чем у сталей обыкновенного качества. Например, у сплава 12Х2Н4А параметр ТКЛР*106 равен 11,0-15,6 (при T = 100-600 0C, соответственно). Для металла Ст3 коэффициент ТКЛР*106 = 5,5-11,8 единиц.
По сравнению с низкоуглеродистыми сплавами, у нержавейки выше коэффициент линейной усадки. При нагревании металл расширяется, после остывания размеры сварного шва уменьшаются. Если специалист не учитывает реакцию, образуется неровный и непрочный шов.
- Нержавейка нагревается неравномерно. Теплопроводность популярных хромосодержащих составов — порядка 16–25 Вт/м*К (у 08Х17Т — 25 Вт/м*К). У качественных низколегированных сплавов — 48-63 Вт/м*К (Ст08кп — 63 Вт/м*К).
Теплопроводность и токопроводимость — связанные характеристики. По сравнению с другими видами стали, нержавейку считают изолятором. Соседние участки металла по-разному реагируют на нагрев. Чтобы избежать дефектов шва, силу тока устанавливают на 15-20% меньше рекомендуемой величины.
При работе используют технологии сварки:
- Короткой дугой — при работе с тонколистовыми деталями и трубами малой толщины;
- Импульсной подачи проволоки на полуавтоматическом оборудовании. Нет брызг. Метод применяют для соединения деталей малой и средней толщины;
- Струйного переноса — для соединения толстых изделий.
Технологии сварки нержавейки в производственных условиях
При выборе метода учитывают свойства соединяемых материалов, форму и толщину заготовок, место расположения шва, требования к внешнему виду, условия эксплуатации.
Технологии сварки нержавейки классифицируют по признакам:
- рабочей среде и внедрению дополнительных компонентов: инертного газа, флюса, углекислоты;
- температуре: соединение с разогревом металла и холодная сварка;
- назначение: универсальный метод или специальные способы (для труб);
- характеристикам соединяемых конструкций: «нержавейка–нержавейка» или «хромосодержащий сплав и другой металл»;
- режим работы: автоматический, ручной, механизированный;
- направлению, форме и размерам шва: непрерывный прямой, точечный;
- требованиям к прочности соединений;
- сложности процесса;
- себестоимости обработки;
- ограничениям, связанным с повышенной или уменьшенной толщиной стенки, диаметром труб.
На качество шва влияет тип и материал инструмента. Чтобы достать до труднодоступных мест, применяют РДС. Для соединения нержавейки вручную выбирают электроды из стали или вольфрама. Дорогостоящий инструмент для сварки используют в случаях:
- работы с тонкостенными деталями;
- при повышенных требованиях к прочности шва.
Преимущество РДС — мобильность, доступность, простота. Метод используют при работе с деталями, изготовленными из разных марок нержавейки (производители предлагают большой выбор электродов). Рабочая среда — инертный газ (аргон). Характер тока — переменный и постоянный.
На средних и крупных промышленных предприятиях применяют автоматические и полуавтоматические технологии сварки. Расходный материал — проволока типов:
- порошковая;
- из легированных сплавов (используется при сварке крупных деталей: труб большого диаметра):
- с флюсом.
Наибольшую производительность труда обеспечивает лазерное и плазменное оборудование для сварки. Линии устанавливают на металлургических предприятиях, которые выпускают фасонный и сортовой прокат из нержавеющих сплавов.
Автоматические и полуавтоматические методы сварки
Выбор технологии зависит от масштаба производства и требований к продукции. Чтобы предотвратить коррозию металла на шве, применяют полуавтоматическое оборудование, никельсодержащую проволоку и углекислоту. Оптимальное соотношение компонентов рабочей среды: 98% аргона и 2% углекислоты. Чтобы снизить затраты, пропорции компонентов изменяют, соответственно, 70% и 30%.
Преимущества механизированных технологий сварки нержавейки:
- высокая скорость работы;
- выбор приемов: короткой дугой, импульсным способом, методом струйного переноса;
- возможность дотянуться до труднодоступных мест;
- мастер сам регулирует скорость подачи присадочной проволоки.
При сварке толстостенных заготовок применяют особый подход. Чтобы сделать нагрев более равномерным, вначале на кромки направляют горячий газ. Когда цвет нержавейки изменился, уменьшают нагрев и продолжают работу в обычном режиме.
Качество шва зависит от правильного выбора проволоки. Разновидности расходных материалов для полуавтоматической сварки нержавейки:
- порошковая;
- легированная (в основном используется при сварке крупных деталей: труб большого диаметра):
- проволока с флюсом;
- из нержавеющего металла (самая популярная разновидность, расходник защищает шов от коррозии).
Разогретый никель создает стабильный источник тепла. Металл равномерно прогревается по всей толщине. Когда температура достигает максимальной величины, нержавеющая проволока равномерно заполняет швы. При работе не возникает брызг. После сварки получается прочный и красивый шов.
Требования к нержавеющей присадочной проволоке перечислены в стандарте № 2246-70. Если для сварки используют обычные расходные материалы, получается шов низкого качества.
При автоматическом способе соединения изделий оператор выбирает режим и следит за процессом на расстоянии.
Сварка нержавейки под флюсом
Технология подходит для выполнения работы в стационарных условиях. Флюс подают в зону между поверхностью изделия и разогретым концом проволоки.
Неметаллический композит используют в виде гранулированного порошка. Вещество препятствует проникновению в сварочную ванну воздуха и существенно замедляет окислительный процесс. Порошок обеспечивает стабильность горения дуги, не дает металлу разбрызгиваться. После обработки получается аккуратный шов. По сравнению с другими способами соединения нержавеющих конструкций, себестоимость процесса ниже.
В промышленном производстве используют ручные, полуавтоматические и автоматические методы. Механизированный способ применяют при работе:
- с радиусами малой кривизны (на трубах и деталях сложной формы);
- создании коротких швов;
- с труднодоступными местами.
Мастер задает скорость и направление подачи проволоки. Сварщик перемещает электрическую дугу по намеченной линии.
Автоматическое оборудование берет на себя работу мастера и поддерживает устойчивость электрического заряда. Станки обеспечивают повышенную мощность. Оборудование применяют для соединения толстых изделий из нержавеющей стали.
Выпускают роботизированные линии для сварки под флюсом, предназначенные для создания соединений углов и плоских конструкций.
Разновидность технологии — тандемная сварка, с одновременным использованием двух электродов. Инструменты располагают в одной плоскости и параллельно. Достоинство тандемной технологии — уменьшение риска непровара, повышенная надежность шва.
Применяют другие способы соединения нержавейки — контактная (роликовая и точечная) сварка, холодный способ (под давлением).
Это основные методы стыковки заготовок из нержавеющей стали.
