Сварка нержавеющей стали

Сварка нержавеющей стали требует особого внимания к свойствам материала, контролю температуры и чистоте, чтобы избежать таких дефектов, как деформация, растрескивание и чувствительность. Во время сварки температура нержавеющей стали, прилегающей к сварному шву, достигает уровня, при котором происходят микроструктурные преобразования, поэтому сварка TIG является наиболее распространенным методом из-за ее точности и соответствия характеристикам нержавеющей стали.

 

Описание

 

Нержавеющую сталь подразделяют на различные типы в зависимости от ее микроструктуры и состава, которые влияют на ее механические свойства, коррозионную стойкость и свариваемость. Основными типами являются аустенитные, ферритные, мартенситные, дуплексные и дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали. Для каждого типа существуют особые особенности сварки и подходящие методы сварки из-за различий в теплопроводности, тепловом расширении и восприимчивости к таким дефектам, как растрескивание или сенсибилизация.

 

 

Типы нержавеющей стали и методы сварки

 

Нержавеющие стали – это сплавы на-основе железа, содержащие не менее 15 % хрома и определенный процент никеля, что обеспечивает исключительную-стойкость к коррозии. Содержание хрома может быть отрегулировано вместе с другими легирующими элементами в соответствии с конкретными требованиями конечного использования или производства. Ниже представлен обзор наиболее распространенных типов нержавеющей стали.

 

• √Аустенитная нержавеющая сталь

Высокохромистые (16-26%) и никель (6-22%), часто с молибденом (например, 304, 316). Он немагнитен, обладает отличной коррозионной стойкостью и хорошей формуемостью, а также склонен к сенсибилизации (осаждению карбидов) при длительном воздействии температуры 450-850 градусов, что приводит к межкристаллитной коррозии. Плюс ко всему, он имеет высокое тепловое расширение и низкую теплопроводность, что увеличивает риск деформации. Популярные марки: 304, 304L (низкоуглеродистая), 316, 316L (низкоуглеродистая), 321 (стабилизированная титаном). Благодаря своей хорошей коррозионной стойкости они широко используются в оборудовании пищевой промышленности, химических резервуарах, трубопроводах, строительстве, инфраструктуре, телекоммуникациях и медицинской промышленности.

Подходящие методы сварки

1. 1. Сварка TIG (GTAW) настоятельно рекомендуется для тонких срезов и критических применений благодаря точному контролю нагрева, минимизации чувствительности и деформации. Используйте аргон или аргон-защитный газ гелий.
2. 2. Сварка MIG/MAG (GMAW) больше подходит для более толстых сечений и более быстрого производства, поскольку для стабилизации дуги и уменьшения разбрызгивания используется трехсмесь газов (аргон, гелий, CO2).
3. 3. Ручная сварка (SMAW) обычно используется для ремонта на месте или в не-критических условиях с использованием низко-углеродистых электродов (например, E308L для 304L).

•  
• √Ферритная нержавеющая сталь

С высоким содержанием хрома (10,5-30%), низким содержанием никеля и низким содержанием углерода (например, 430), он обладает магнитными свойствами, умеренной коррозионной стойкостью и более низкой стоимостью, чем аустенитные марки. Между тем, он менее склонен к сенсибилизации, но подвержен росту зерен и охрупчиванию при высоких температурах, а также имеет более низкое тепловое расширение, чем аустенитные марки, что снижает риск деформации. Распространенными марками являются 409, 430, 439, и этот тип ферритного металла широко используется в автомобильных выхлопных системах, кухонной технике и промышленном оборудовании.

Подходящие методы сварки:

1. 1. Сварка TIG (GTAW) подходит для тонких срезов и высококачественных сварных швов-, которые могут обеспечить хороший контроль погонной энергии и предотвратить рост зерен.
2. 2. Сварка MIG/MAG (GMAW) эффективна для более толстых материалов и ускоряет сварку. Используйте защитный газ на основе аргона- с низким содержанием CO2, чтобы избежать чрезмерного окисления.
3. 3. Ручная сварка (SMAW) приемлема для не-критических применений с использованием соответствующих электродов (например, E430).

 

• √Мартенситная нержавеющая сталь

Высокое содержание хрома (11,5-18%), умеренное содержание углерода и низкое содержание никеля (например, 410), а также магнитные свойства, высокая прочность и твердость, но более низкая коррозионная стойкость по сравнению с другими типами. Поэтому он подвержен водородному-растрескиванию и требует предварительного нагрева и термообработки после сварки, чтобы избежать хрупкости. Он имеет высокую теплопроводность и низкое тепловое расширение. Распространенными марками являются 410, 420, 440, и они широко используются для изготовления хирургических инструментов и лопаток турбин.

Подходящие методы сварки:

1. 1. Сварка TIG (GTAW), обеспечивающая точность и контроль тепловложения за счет использования защитного газа аргона.
2. 2. Ручная сварка (SMAW), широко используемая для ремонта более толстых деталей с использованием соответствующих электродов (например, E410).
3. 3. Сварка MIG/MAG (GMAW), менее распространена, но может использоваться для более толстых материалов с контролируемыми параметрами.

 

• √Дуплекс из нержавеющей стали

Сбалансированная смесь аустенита и феррита с высоким содержанием хрома (20-30%), молибдена и азота (например, 2205) сочетает в себе высокую прочность и отличную коррозионную стойкость, особенно в хлоридных средах. В то же время он подвержен образованию сигма-фазы (хрупкого интерметаллида) при неправильной сварке при высоких температурах. Он имеет умеренное тепловое расширение и проводимость. Распространенными марками являются 2205, 2507 и т. д. Они широко используются в нефте- и газопроводах, химической обработке, морской среде.

Подходящие методы сварки:

1. 1. Сварка TIG (GTAW) идеально подходит для высококачественных сварных швов-с контролируемым подводом тепла, чтобы избежать образования сигма-фазы за счет использования аргона или аргона-азотного защитного газа.
2. 2. Сварка MIG/MAG (GMAW), подходит для более толстых секций с использованием соответствующего защитного газа (смесь аргона-гелия с низким содержанием CO2).
3. 3. Ручная сварка (SMAW) для сварки в полевых условиях с использованием дуплексных-специальных электродов (например, E2209).

 

• √Осаждение-Закалка нержавеющей стали

Содержит легирующие элементы, такие как алюминий, медь или ниобий, для упрочнения за счет термообработки (например, 17-4 PH), обладает высокой прочностью и умеренной коррозионной стойкостью, что требует контролируемой сварки во избежание пере-старения или потери механических свойств. Популярными марками являются 17-4 PH, 15-5 PH, они широко используются для изготовления компонентов аэрокосмической техники, ядерных реакторов, высокопрочных крепежных изделий.

Подходящие методы сварки:

1. 1. Сварка TIG (GTAW) для точности и минимального тепловложения для сохранения механических свойств.
2. 2. Сварка MIG/MAG (GMAW), подходит для более толстых секций с контролируемыми параметрами.

 

 

Рекомендации по сварке нержавеющей стали

 

Нержавеющая сталь имеет высокую теплопроводность и низкое тепловое расширение, что приводит к более высокому риску деформации и коробления во время сварки. Кроме того, он склонен к сенсибилизации (потере коррозионной стойкости) при слишком длительном воздействии высоких температур, особенно в аустенитных марках, таких как 304 и 316. Чтобы избежать этих дефектов сварки, сварщику необходимо учитывать следующие аспекты:

 

• √Предварительная-очистка

Очистите сварное соединение от загрязнений, таких как краски, масла, смазки, грунтовки, режущие составы и другие углеводороды. Такие загрязнения могут привести к попаданию углерода в сварной шов, ухудшению коррозионной стойкости и ослаблению соединения. Очень важно отметить, что сварщику необходимо использовать специальную щетку для нержавеющей стали для очистки соединения и следить за тем, чтобы не использовать щетку, ранее использовавшуюся для очистки углеродистой стали, поскольку она может загрязнить заготовку из нержавеющей стали.

• √Выбор наполнителя

Выбор подходящего присадочного материала зависит от объема работ, он должен соответствовать марке нержавеющей стали, обеспечивая практически те же свойства.

• √Проектирование сварных соединений

Конструкция сварного соединения дополняет структуру сварного шва, технику сварки и материал и является одним из основных факторов, определяющих прочность и качество сварных соединений. Поэтому очень важно понимать силы, приложенные к сварным швам, и интеграция этого в конструкцию соединения предотвратит разрушение конструкции.

• √Выбор класса

Выбор марки: разные марки (например, аустенитные, ферритные, мартенситные, дуплексные) ведут себя по-разному, марки с низким-углеродом (например, 304L, 316L) могут минимизировать риск выделения карбидов и межкристаллитной коррозии.

• √Контроль тепловложения

Контроль тепловложения: чрезмерное тепло может вызвать рост зерен, деформацию и потерю коррозионной стойкости, поэтому разумно использовать низкое тепловложение и избегать длительного воздействия высоких температур. Как правило, сварочный ток должен быть примерно на 20% меньше, чем для углеродистой стали, чтобы предотвратить коррозию.

• √Защитный газ

Защитный газ. Выбор защитного газа в таких процессах, как сварка MIG и TIG, имеет решающее значение для защиты сварочной ванны от загрязнения. Правильный состав защитного газа снизит риск возникновения дефектов сварного шва и улучшит общий результат сварки.

 

Таким образом, чтобы выполнить качественную сварку, опытный сварщик должен принять во внимание целый ряд параметров, включая марку нержавеющей стали, технику сварки, тепловложение, защитный газ, источник питания, угол горелки, скорость перемещения и скорость наплавки. Только эффективно используя эти параметры сварки, сварщик может добиться высокого и стабильного качества сварных швов.

 

Дефекты и предотвращение

 

Наиболее распространенными дефектами сварки нержавеющей стали являются трещины, пористость, шлаковые включения, непровары, непровары, подрезы, брызги и деформации, а также загрязнения частицами железа, термические оттенки и разрушение сварного шва. Эти дефекты снижают механические свойства и коррозионную стойкость сварного шва и могут быть вызваны неправильной очисткой, неправильными настройками электрода/газа, чрезмерным подводом тепла или низкой теплопроводностью.

 

• √Деформация

Нержавеющая сталь имеет низкую теплопроводность и высокое тепловое расширение, что делает ее подверженной деформации. Чрезмерное тепловложение во время сварки или быстрое изменение температуры подвергают металл напряжению, что приводит к деформации по мере его охлаждения. Наиболее распространенным решением является уменьшение подвода тепла, избегая при этом плохого качества сварки из-за неполного проваривания заготовок, а другое решение — создать теплоотвод, зажав медь или латунь позади или рядом со сварным швом, поглощая ненужное тепло.

 

• √Крекинг

Трещины могут возникнуть во время или после сварки и могут быть вызваны высокой термической нагрузкой или неправильной скоростью охлаждения.

Существует два основных типа растрескивания: горячее растрескивание и холодное растрескивание. Горячие трещины возникают во время затвердевания в процессе сварки из-за чрезмерного количества примесей, таких как сера или фосфор, в сварном шве, которые могут снизить температуру плавления определенных участков, вызывая образование трещин по мере затвердевания металла. Это часто происходит в зонах сварного шва с высокими-температурами. Холодное растрескивание возникает после того, как сварной шов остынет в течение некоторого времени (от нескольких часов до нескольких дней), и оно часто вызвано остаточным напряжением, оставшимся в металле после сварки, или водородом, который впитывается в сварной шов. Чтобы предотвратить растрескивание, разумно использовать правильные присадочные материалы и очень тщательно контролировать скорость охлаждения, в то время как предварительный нагрев основного материала может быть хорошим способом уменьшить термическое напряжение перед сваркой.

 

• √Пористость

Это дефект, при котором газовые карманы задерживаются в сварных швах, что приводит к образованию небольших пустот или полостей, и часто вызвано такими загрязнителями, как грязь, масло, ржавчина, которые могут привести к попаданию газов в сварку. Эти газы затем задерживаются в расплавленной сварочной ванне, образуя пустоты по мере охлаждения металла. Использование неправильного защитного газа также может привести к пористости. Влажность и влага на основном материале или наполнителях могут испаряться во время сварки, создавая пузырьки газа в сварном шве. Поэтому важно содержать основной материал и присадочные стержни в чистоте и сухости, а также использовать правильный защитный газ для поддержания постоянного потока на протяжении всего сварочного процесса.

 

• √Плохой Фьюжн

Плохое сваривание происходит, когда металл сварного шва не сливается должным образом с основным материалом и в результате возникают слабые места в соединении, где два материала не полностью соединяются. Это может серьезно снизить общую прочность сварного шва и увеличить риск отказа. Этот дефект часто вызван недостаточным нагревом, неправильным углом сварки, большой скоростью перемещения.

 

• √Сварные брызги

Это небольшие капли расплавленного металла, которые выталкиваются из сварочной ванны во время сварки и на самом деле не ослабляют сварной шов. Однако они влияют на внешний вид, что может привести к ненужной работе после лечения. Брызги часто вызваны настройками высокого тока, которые могут привести к чрезмерному разбрызгиванию, поскольку расплавленный металл резко выбрасывается из сварочной ванны. Неправильная длина дуги и неподходящий защитный газ также могут стать причиной разбрызгивания при сварке нержавеющей стали. Поэтому важно уменьшить разбрызгивание, отрегулировать настройки тока и поддерживать стабильную дугу, одновременно используя правильный защитный газ с равномерным потоком по всему сварному шву.

 

 

Сварка нержавеющей стали требует внимания ко многим параметрам, таким как свойства материала, защитный газ, наполнители, тепловложение и чистота, чтобы избежать таких дефектов, как деформация, растрескивание и сенсибилизация. Опытные сварщики Fabmann следуют передовым методам настройки аппарата на правильное напряжение и силу тока, а также знают, как сваривать с правильной скоростью движения в зависимости от толщины материала нержавеющей стали и типа нержавеющей стали, чтобы добиться высококачественных коррозионно--стойких сварных швов. Fabmann поставляет высококачественные индивидуальные кронштейны из нержавеющей стали для солнечной энергетики, детали машин ивентиляционные крышкидля сектора домостроения.