Широкий мир сварки нержавеющей стали. Правильная подготовка сварного шва и используемые присадочные материалы имеют решающее значение. Люди часто удивляются, узнав, что существует не один тип нержавеющей стали. Три наиболее распространенных типа, встречающихся в стандартных цехах по изготовлению металлоконструкций, — это аустенитная, мартенситная и ферритная сталь.
Технология сварки любой из этих сталей, за некоторыми исключениями, мало чем отличается от технологии сварки углеродистой стали. Разработка нержавеющих сталей с различными свойствами, включая различную степень коррозионной стойкости, прочности и обрабатываемости, принесла огромную пользу потребителям стали. Однако эта разработка также сделала сварку нержавеющей стали более сложной, чем сварку традиционной углеродистой стали.
Неизученный мир сварки нержавеющей стали
Люди часто удивляются, узнав, что существует не один тип нержавеющей стали. Оригинальная нержавеющая сталь, представленная Гарри Бреарли в 1913 году, была гораздо более коррозионностойкой, чем стандартная углеродистая сталь, но за счет меньшей пластичности. С тех пор металлурги, экспериментируя с различными количествами легирующих материалов, улучшили характеристики нержавеющей стали различными способами.
Техника сварки нержавеющей стали мало чем отличается от техники сварки обычной углеродистой стали, за двумя исключениями. Во-первых, необходимо проявлять большую осторожность и контроль при нагреве и охлаждении нержавеющей стали. Во-вторых, гораздо важнее правильно подобрать присадочный материал к свариваемому материалу.
Виды нержавеющей стали
К категории нержавеющей стали относятся пять типов стали. Каждый из которых имеет множество вариаций. Все они классифицируются на основе своей микроструктуры — результата как химического состава, так и способа нагрева и обработки стали. Микроструктура оказывает большое влияние на прочность, пластичность и другие физические и химические свойства стали. В стандартных цехах по изготовлению металлоконструкций наиболее часто встречаются три типа нержавеющей стали.
Аустенитная нержавеющая сталь, вероятно, является наиболее распространенной. Особенно в типичных областях механической обработки и изготовления металлоконструкций. Твердая мартенситная нержавеющая сталь часто используется в областях с высоким износом, таких как наплавка. Ферритная нержавеющая сталь дешевле других видов нержавеющей стали. Что делает ее популярной для таких потребительских товаров, как компоненты автомобильных выхлопных систем.
Четвертый тип, дуплексная нержавеющая сталь, представляет собой сочетание аустенитной и ферритной микроструктур. Что делает ее прочнее, чем любой из ее компонентов по отдельности, но также и более сложной в обработке. Наконец, в состав дисперсионно-упрочняемых нержавеющих сталей входят другие легирующие элементы. Например, ниобий, — который повышает как прочность, так и стоимость. И дуплексная, и дисперсионно-упрочняемая нержавеющая сталь являются специальными типами, используемыми в основном в высокоэффективных областях применения. Таких как аэрокосмическая и перерабатывающая промышленность, и мы не будем подробно рассматривать их.
Подготовка сварного шва из нержавеющей стали
Как и при любом виде сварки, перед сваркой важно очистить нержавеющую сталь. Однако вы, возможно, не осознаете, насколько важно использовать инструменты. Такие как молотки и щетки, только для нержавеющей стали. Поскольку этот материал очень чувствителен к присутствию углеродистой стали. Например, если вы использовали щетку из нержавеющей стали для очистки углеродистой стали, не используйте ее снова для нержавеющей стали. То же самое относится к молоткам и зажимам из нержавеющей стали. Почему? Потому что следы углеродистой стали могут внедриться в нержавеющую сталь, вызывая ее ржавление.
Аналогичным образом, шлифовка углеродистой стали вблизи нержавеющей стали может привести к проблемам. Взвешенная в воздухе пыль углеродистой стали может оседать на находящейся рядом нержавеющей стали и вызывать коррозию. Именно поэтому целесообразно разделять рабочие зоны, где используется углеродистая и нержавеющая сталь.
Другой важный фактор при подготовке к сварке — это наличие подходящего присадочного материала, то есть знание типа свариваемого основного металла. Во многих случаях достаточно использовать присадочный металл с тем же номером, что и основной металл. Например, если вы соединяете два куска основного металла из стали 316L, вы используете присадочный металл из стали 316L. Конечно, бывают ситуации, когда все не так просто. Например, при соединении разнородных металлов или при наплавке. Используйте ручные инструменты, предназначенные для очистки и подготовки нержавеющей стали. Этот материал чрезвычайно чувствителен к присутствию углеродистой стали. И даже следовые количества могут вызвать ржавление нержавеющей стали.
Аустенитная нержавеющая сталь
Аустенитная нержавеющая сталь, наиболее распространенный тип нержавеющей стали. Используемый в цехах по изготовлению металлоконструкций, относится к серии 300. Хотя эти основные материалы не требуют предварительного нагрева, у них есть максимальная температура между проходами сварки. Как только основной металл достигает температуры 350 градусов по Фаренгейту, например, при выполнении нескольких проходов, необходимо остановить сварку и дать материалу остыть.
Некоторые нержавеющие стали серии 300 относятся к полностью аустенитным — это стали 310, 320 и 330. Для предотвращения растрескивания с ними необходимо обращаться осторожно. Используя процесс с низким тепловыделением и выполняя сварку выпуклых швов. Плоский или вогнутый сварной шов на таких материалах будет подвержен растрескиванию. Ещё один параметр, который следует учитывать, — это состав основного материала и присадочного металла.
Рассмотрим нержавеющую сталь 316L. Марка, в названии которой есть буква «L», обычно рассчитана на температуру не выше 800 градусов по Фаренгейту. В большинстве случаев применения, но буква L не означает низкую температуру. Она обозначает низкое содержание углерода, обычно 0,03%. Как уже упоминалось ранее, подходящий присадочный металл для сварки с этим основным металлом имеет то же обозначение — 316L.
Однако не стоит думать, что совпадения с номером основного металла достаточно. У вас может быть присадочный металл 316L. Но это не значит, что его можно использовать для сварки основного металла 316H.
Буква «H» означает высокое содержание углерода, и хотя он прекрасно сварится с основным металлом 316L. Он не выдержит нагрузки после ввода сварного шва в эксплуатацию. Наиболее популярной маркой аустенитной нержавеющей стали является 304. Но выбор присадочного металла для этой основной стали несколько сложнее, поскольку присадочного металла марки 304 не существует.
Вместо этого в данном случае следует использовать присадочный металл марки 308L. Он имеет несколько иной химический состав. Что позволяет ему быстро затвердевать и охлаждаться, как это происходит при сварке, без образования трещин. Другой пример — основной металл 321, который содержит небольшое количество титана. Однако любой титан в присадочном металле сгорит в процессе сварки. В этом случае подходящим присадочным металлом является 347. Который имеет схожий химический состав с 321, но титан заменен ниобием.
К счастью, в большинстве случаев марки присадочного и основного металла совпадают. Если у вас возникнут вопросы о том, какой из них использовать, компании, поставляющие сварочное оборудование, всегда готовы помочь вам. Подтвердить ваш выбор или определить менее распространенные комбинации.
Мартенситная нержавеющая сталь
Мартенситные типы нержавеющей стали используются реже для сварки, чем в качестве наплавок и для наращивания износостойкого материала. Как правило, они имеют минимальную температуру между проходами сварки. Одно из распространенных применений этого типа материала — восстановление стальных валков. Используемых в прокатных станах непрерывного литья. После того, как валки изнашиваются до определенного предела, их поверхность обрабатывается мартенситной проволокой. Перед началом сварки валок нагревают горелкой или резистивным нагревателем до 400–600 градусов по Фаренгейту. После начала сварки температура не должна опускаться ниже этой температуры предварительного нагрева.
Мартенситная нержавеющая сталь при охлаждении становится очень твердой и хрупкой. Что отлично подходит для повышения износостойкости, но создает нагрузку на сварные швы в процессе их выполнения. Поддержание температуры выше минимальной температуры между проходами предотвращает слишком быстрое охлаждение области вокруг сварного шва. При сварке мартенситной нержавеющей стали крайне важно точно установить температуру предварительного нагрева. И поддерживать минимальную температуру между проходами на протяжении всего процесса сварки. В противном случае, скорее всего, появятся трещины.
Как и в случае со многими другими видами нержавеющей стали, при сварке мартенситных основных металлов, вероятно, потребуется присадочный металл с тем же номером. В некоторых случаях для сварки можно использовать аустенитную нержавеющую сталь. Для наплавок, которые часто наносятся на углеродистую сталь, стандартным выбором присадочного металла является сталь марки 410. Но независимо от типа работы, залогом успеха при сварке мартенситным присадочным металлом являются правильный предварительный нагрев. И медленное охлаждение после него.
Ферритная нержавеющая сталь
В автомобильной промышленности чаще всего используется ферритная нержавеющая сталь. Двумя наиболее распространенными марками в этой области являются 409 и 439. Ферритная нержавеющая сталь обычно выпускается толщиной ¼ дюйма или меньше. Поэтому большинство сварочных работ с этим материалом выполняется за один проход. Это хорошо, потому что сварка ферритной нержавеющей стали наиболее успешна при низком подводе тепла. А максимальная температура между проходами составляет 300 градусов по Фаренгейту. Если вы нарушите это правило, вы скоро это поймёте. При высоких температурах материал начинает разрастаться, и его прочность быстро снижается. В менее распространённом случае сварки более толстой ферритной нержавеющей стали особенно важно ограничивать температуру. Кроме того, подбирайте марку присадочного материала в соответствии с маркой основного металла. И ваши сварные швы должны получиться качественными.
Дуплексная нержавеющая сталь
Чрезмерный нагрев также негативно влияет на дуплексные нержавеющие стали из-за большей сложности их химического состава. Следует помнить, что этот вид нержавеющей стали содержит как аустенитные. Так и ферритные компоненты, что также несколько затрудняет выбор присадочного металла. Многие типы дуплексных нержавеющих сталей недоступны в качестве присадочных металлов. Главным образом потому, что присадочный металл остывает гораздо быстрее, чем основной металл. Небольшая корректировка химического состава позволяет добиться прочности и свойств сварного шва, аналогичных свойствам основного металла.
В качестве примера можно привести основной металл 2205, дуплексную нержавеющую сталь, содержащую некоторое количество никеля. В качестве присадочного металла для него используется 2209. Поскольку он обеспечивает сварной шов с аналогичным содержанием феррита и аустенита, что предотвращает проблемы при сварке. Другой пример — основной металл 2507, который сваривается присадочным металлом 2594. Для сварки деталей, как правило, требуется определенная процедура сварки. Включая контрольные сварные швы и разрешения, подробно описывающие процесс сварки. Процедура включает в себя не только выбор присадочного металла. Но и требования к предварительному нагреву и температуре между проходами. Однако, если вам предстоит сваривать изделия из дуплексной нержавеющей стали, вам может потребоваться помощь в выборе присадочного металла.
Сварка смешанных или неизвестных основных металлов с нержавеющей сталью
Иногда может возникнуть необходимость сваривать разнородные металлы или неизвестные основные металлы, например, при полевом ремонте. К счастью, были разработаны присадочные материалы со специальным химическим составом, предназначенным для таких ситуаций. Например, нередко возникает необходимость соединить нержавеющую сталь 304L и углеродистую сталь.
В этом случае следует рассмотреть присадочный материал 309L, который, вероятно, будет хорошим выбором для сварки разнородных металлов при температурах до 750 градусов по Фаренгейту. Если вы не уверены в составе основного металла, рассмотрите один из электродов, разработанных специально для ремонта. Например, электрод из нержавеющей стали 312.
Эти универсальные сварочные электроды, продаваемые под различными торговыми названиями и рекламируемые как обладающие всесторонней совместимостью, отличаются высокой прочностью, коррозионной стойкостью и хорошей пластичностью. Они также совместимы с большинством типов основных металлов. И, как показывает практика, электроды 312 и другие подобные им справляются со своей задачей. Недостаток заключается в том, что они могут стоить в три-четыре раза дороже, чем стандартная проволока для газовой дуговой сварки.
Однако, когда важна производительность и вы хотите быть уверены в успехе, это вполне оправданная цена. При сварке нержавеющей стали помните, что сначала нужно подобрать присадочный металл, идентичный основному металлу. Если вам сложно найти точное соответствие, обратитесь в компанию, поставляющую сварочное оборудование, чтобы подобрать подходящий материал. А если у вас есть вопросы о составе основного металла, но вам все равно необходимо обеспечить качественную сварку, знайте, что существуют специальные ремонтные электроды, которые помогут вам выполнить работу качественно и в срок.
Температура и сварка нержавеющей стали
При сварке нержавеющей стали важно контролировать температуру как сварочного металла. Так и основного металла. Если температура не будет оставаться в пределах заданных диапазонов, это, вероятно, приведет к проблемам с качеством сварки. Существует три способа проверки температуры стали во время сварки:
- Измерительные линейки для определения температуры давно зарекомендовали себя как надежные средства. Однако их диапазон измерений ограничен, и для каждой целевой температуры требуются разные линейки.
- Электронные инфракрасные термометры быстро и на расстоянии измеряют температуру поверхности стали. Для этого необходима прямая видимость, что обычно не представляет проблемы. Блестящие поверхности и другие условия, связанные с освещением, могут приводить к ложным показаниям. Как и изменения расстояния до поверхности. Но большинство людей, использующих подобные устройства, научились мириться с такими особенностями.
- Электронные датчики температуры поверхности предлагают третий способ контроля температуры. Они выпускаются с рукоятками различной длины, позволяющими считывать показания непосредственно с металла. Некоторые из них также можно устанавливать на заготовку. Это идеальная конфигурация при проведении тестовой сварки. Поскольку позволяет непрерывно контролировать температуру и даже распечатывать график изменения температуры металла на протяжении всего процесса сварки.
Если у вас возникли трудности со сваркой нержавеющей стали, тогда смело обращайтесь к нам! Наша команда профессионалов с многолетним опытом поможет вам в решении вашего вопроса.
