Широкий світ зварювання нержавіючої сталі. Правильна підготовка зварного шва та використовувані присадочні матеріали мають вирішальне значення. Люди часто дивуються, дізнавшись, що існує не один тип нержавіючої сталі. Три найпоширеніші типи, що зустрічаються в стандартних цехах з виготовлення металоконструкцій, — це аустенітна, мартенситна та феритна сталь.
Технологія зварювання будь-якої з цих сталей, за деякими винятками, мало чим відрізняється від технології зварювання вуглецевої сталі. Розробка нержавіючих сталей з різними властивостями, включаючи різний ступінь корозійної стійкості, міцності та оброблюваності, принесла величезну користь споживачам сталі. Однак ця розробка також зробила зварювання нержавіючої сталі складнішим, ніж зварювання традиційної вуглецевої сталі.
Недосліджений світ зварювання нержавіючої сталі
Люди часто дивуються, дізнавшись, що існує не один тип нержавіючої сталі. Оригінальна нержавіюча сталь, представлена Гаррі Бреарлі в 1913 році, була набагато більш корозійностійкою, ніж стандартна вуглецева сталь, але за рахунок меншої пластичності. З того часу металурги, експериментуючи з різними кількостями легуючих матеріалів, поліпшили характеристики нержавіючої сталі різними способами.
Техніка зварювання нержавіючої сталі мало чим відрізняється від техніки зварювання звичайної вуглецевої сталі, за двома винятками. По-перше, необхідно проявляти велику обережність і контроль під час нагрівання та охолодження нержавіючої сталі. По-друге, набагато важливіше правильно підібрати присадочний матеріал до зварюваного матеріалу.
Види нержавіючої сталі
До категорії нержавіючої сталі належать п’ять типів сталі. Кожен із них має безліч варіацій. Усі вони класифікуються на основі своєї мікроструктури — результату як хімічного складу, так і способу нагрівання та обробки сталі. Мікроструктура має великий вплив на міцність, пластичність та інші фізичні й хімічні властивості сталі. У стандартних цехах з виготовлення металоконструкцій найчастіше зустрічаються три типи нержавіючої сталі.
Аустенітна нержавіюча сталь, ймовірно, є найпоширенішою. Особливо в типових сферах механічної обробки та виготовлення металоконструкцій. Тверда мартенситна нержавіюча сталь часто використовується в сферах з високим зносом, таких як наплавлення. Ферритна нержавіюча сталь дешевша за інші види нержавіючої сталі. Це робить її популярною для таких споживчих товарів, як компоненти автомобільних вихлопних систем.
Четвертий тип, дуплексна нержавіюча сталь, являє собою поєднання аустенітної та феритної мікроструктур. Це робить її міцнішою, ніж будь-який з її компонентів окремо, але також і складнішою в обробці. Нарешті, до складу дисперсійно-зміцнюваних нержавіючих сталей входять інші легуючі елементи. Наприклад, ніобій, — який підвищує як міцність, так і вартість. І дуплексна, і дисперсійно-зміцнювана нержавіюча сталь є спеціальними типами, що використовуються в основному у високоефективних сферах застосування. Таких як аерокосмічна та переробна промисловість, і ми не будемо детально розглядати їх.
Підготовка зварного шва з нержавіючої сталі
Як і при будь-якому виді зварювання, перед зварюванням важливо очистити нержавіючу сталь. Однак ви, можливо, не усвідомлюєте, наскільки важливо використовувати інструменти, такі як молотки та щітки, виключно для нержавіючої сталі. Оскільки цей матеріал дуже чутливий до присутності вуглецевої сталі. Наприклад, якщо ви використовували щітку з нержавіючої сталі для очищення вуглецевої сталі, не використовуйте її знову для нержавіючої сталі. Те саме стосується молотків та затискачів з нержавіючої сталі. Чому? Тому що сліди вуглецевої сталі можуть проникнути в нержавіючу сталь, викликаючи її іржавіння.
Аналогічним чином, шліфування вуглецевої сталі поблизу нержавіючої сталі може призвести до проблем. Пилу вуглецевої сталі, що зависає в повітрі, може осідати на нержавіючій сталі, що знаходиться поруч, і викликати корозію. Саме тому доцільно розділяти робочі зони, де використовується вуглецева та нержавіюча сталь.
Іншим важливим фактором під час підготовки до зварювання є наявність відповідного присадочного матеріалу, тобто знання типу основного металу, що зварюється. У багатьох випадках достатньо використовувати присадочний метал з тим самим номером, що й основний метал. Наприклад, якщо ви з’єднуєте два шматки основного металу зі сталі 316L, ви використовуєте присадочний метал зі сталі 316L. Звичайно, бувають ситуації, коли все не так просто. Наприклад, при з’єднанні різнорідних металів або при наплавці. Використовуйте ручні інструменти, призначені для очищення та підготовки нержавіючої сталі. Цей матеріал надзвичайно чутливий до присутності вуглецевої сталі. І навіть слідові кількості можуть викликати іржавіння нержавіючої сталі.
Аустенітна нержавіюча сталь
Аустенітна нержавіюча сталь — найпоширеніший тип нержавіючої сталі. Використовується у цехах з виготовлення металоконструкцій і належить до серії 300. Хоча ці основні матеріали не потребують попереднього нагрівання, для них існує максимальна температура між проходами зварювання. Як тільки основний метал досягає температури 350 градусів за Фаренгейтом, наприклад, під час виконання декількох проходів, необхідно зупинити зварювання і дати матеріалу охолонути.
Деякі нержавіючі сталі серії 300 належать до повністю аустенітних — це сталі 310, 320 і 330. Щоб запобігти розтріскуванню, з ними потрібно поводитися обережно. Використовуючи процес з низьким тепловиділенням і виконуючи зварювання опуклих швів. Плоский або увігнутий зварний шов на таких матеріалах буде схильний до розтріскування. Ще один параметр, який слід враховувати, — це склад основного матеріалу та присадочного металу.
Розглянемо нержавіючу сталь 316L
Марка, у назві якої є літера «L», зазвичай розрахована на температуру не вище 800 градусів за Фаренгейтом. У більшості випадків застосування літера L не означає низьку температуру. Вона позначає низький вміст вуглецю, зазвичай 0,03%. Як уже згадувалося раніше, придатний присадочний метал для зварювання з цим основним металом має те саме позначення — 316L.
Однак не варто думати, що збігу з номером основного металу достатньо. У вас може бути присадочний метал 316L. Але це не означає, що його можна використовувати для зварювання основного металу 316H.
Літера «H» означає високий вміст вуглецю, і хоча він чудово звариться з основним металом 316L. Він не витримає навантаження після введення зварного шва в експлуатацію. Найпопулярнішою маркою аустенітної нержавіючої сталі є 304. Але вибір присадочного металу для цієї основної сталі дещо складніший, оскільки присадочного металу марки 304 не існує.
Натомість у цьому випадку слід використовувати присадочний метал марки 308L. Він має дещо інший хімічний склад. Це дозволяє йому швидко тверднути й охолоджуватися, як це відбувається під час зварювання, без утворення тріщин. Інший приклад — основний метал 321, який містить невелику кількість титану. Однак будь-який титан у присадочному металі згорить у процесі зварювання. У цьому випадку підходящим присадочним металом є 347. Він має схожий хімічний склад з 321, але титан замінено ніобієм.
На щастя, у більшості випадків марки присадочного та основного металу збігаються. Якщо у вас виникнуть питання щодо того, який із них використовувати, компанії, що постачають зварювальне обладнання, завжди готові допомогти вам. Підтвердити ваш вибір або визначити менш поширені комбінації.
Мартенситна нержавіюча сталь
Мартенситні типи нержавіючої сталі використовуються рідше для зварювання, ніж у якості наплавок та для нарощування зносостійкого матеріалу. Як правило, вони мають мінімальну температуру між проходами зварювання. Одне з поширених застосувань цього типу матеріалу — відновлення сталевих валків, що використовуються в прокатних станах безперервного лиття. Після того, як валки зношуються до певної межі, їх поверхня обробляється мартенситним дротом. Перед початком зварювання валок нагрівають пальником або резистивним нагрівачем до 400–600 градусів за Фаренгейтом. Після початку зварювання температура не повинна опускатися нижче цієї температури попереднього нагрівання.
Мартенситна нержавіюча сталь під час охолодження стає дуже твердою та крихкою. Це чудово підходить для підвищення зносостійкості, але створює навантаження на зварні шви під час їх виконання. Підтримання температури вище мінімальної температури між проходами запобігає занадто швидкому охолодженню області навколо зварного шва. При зварюванні мартенситної нержавіючої сталі вкрай важливо точно встановити температуру попереднього нагрівання. І підтримувати мінімальну температуру між проходами протягом усього процесу зварювання. В іншому випадку, швидше за все, з’являться тріщини.
Як і у випадку з багатьма іншими видами нержавіючої сталі, при зварюванні мартенситних основних металів, ймовірно, знадобиться присадочний метал з тим самим номером. У деяких випадках для зварювання можна використовувати аустенітну нержавіючу сталь. Для наплавок, які часто наносяться на вуглецеву сталь, стандартним вибором присадочного металу є сталь марки 410. Але незалежно від типу роботи, запорукою успіху при зварюванні мартенситним присадочним металом є правильний попередній нагрів. І повільне охолодження після нього.
Ферритна нержавіюча сталь
В автомобільній промисловості найчастіше використовується феритна нержавіюча сталь. Двома найпоширенішими марками в цій галузі є 409 і 439. Феритна нержавіюча сталь зазвичай випускається товщиною ¼ дюйма або менше. Тому більшість зварювальних робіт з цим матеріалом виконується за один прохід. Це добре, тому що зварювання феритної нержавіючої сталі найбільш успішне при низькому підведенні тепла.
А максимальна температура між проходами становить 300 градусів за Фаренгейтом. Якщо ви порушите це правило, ви скоро це зрозумієте. При високих температурах матеріал починає розширюватися, і його міцність швидко знижується. У менш поширеному випадку зварювання більш товстої феритної нержавіючої сталі особливо важливо обмежувати температуру. Крім того, підбирайте марку присадочного матеріалу відповідно до марки основного металу. І ваші зварні шви повинні вийти якісними.
Дуплексна нержавіюча сталь
Надмірне нагрівання також негативно впливає на дуплексні нержавіючі сталі через більшу складність їхнього хімічного складу. Слід пам’ятати, що цей вид нержавіючої сталі містить як аустенітні, так і феритні компоненти, що також дещо ускладнює вибір присадочного металу. Багато типів дуплексних нержавіючих сталей недоступні як присадочні метали. Головним чином тому, що присадочний метал охолоджується набагато швидше, ніж основний метал. Невелике коригування хімічного складу дозволяє досягти міцності та властивостей зварного шва, аналогічних властивостям основного металу.
Як приклад можна навести основний метал 2205 — дуплексну нержавіючу сталь, що містить певну кількість нікелю. В якості присадочного металу для нього використовується 2209. Оскільки він забезпечує зварний шов з аналогічним вмістом фериту й аустеніту, це запобігає проблемам під час зварювання. Інший приклад — основний метал 2507, який зварюється присадочним металом 2594. Для зварювання деталей, як правило, потрібна певна процедура зварювання. Включаючи контрольні зварні шви та дозволи, що детально описують процес зварювання. Процедура включає в себе не тільки вибір присадочного металу. Але й вимоги до попереднього нагрівання та температури між проходами. Однак, якщо вам доведеться зварювати вироби з дуплексної нержавіючої сталі, вам може знадобитися допомога у виборі присадочного металу.
Зварювання змішаних або невідомих основних металів з нержавіючою сталлю
Іноді може виникнути необхідність зварювати різнорідні метали або невідомі основні метали, наприклад, під час польового ремонту. На щастя, були розроблені присадочні матеріали зі спеціальним хімічним складом, призначеним для таких ситуацій. Наприклад, нерідко виникає необхідність з’єднати нержавіючу сталь 304L і вуглецеву сталь.
У цьому випадку слід розглянути присадочний матеріал 309L, який, ймовірно, буде хорошим вибором для зварювання різнорідних металів при температурах до 750 градусів за Фаренгейтом. Якщо ви не впевнені у складі основного металу, розгляньте один з електродів, розроблених спеціально для ремонту. Наприклад, електрод з нержавіючої сталі 312.
Ці універсальні зварювальні електроди, що продаються під різними торговими назвами та рекламуються як такі, що мають всебічну сумісність, відрізняються високою міцністю, корозійною стійкістю та хорошою пластичністю. Вони також сумісні з більшістю типів основних металів. І, як показує практика, електроди 312 та інші подібні до них справляються зі своїм завданням. Недолік полягає в тому, що вони можуть коштувати втричі-вчетверо дорожче, ніж стандартний дріт для газового дугового зварювання.
Однак, коли важлива продуктивність і ви хочете бути впевнені в успіху, це цілком виправдана ціна. Під час зварювання нержавіючої сталі пам’ятайте, що спочатку потрібно підібрати присадочний метал, ідентичний основному металу. Якщо вам складно знайти точну відповідність, зверніться до компанії, що постачає зварювальне обладнання, щоб підібрати відповідний матеріал. А якщо у вас є питання щодо складу основного металу, але вам все одно необхідно забезпечити якісне зварювання, знайте, що існують спеціальні ремонтні електроди, які допоможуть вам виконати роботу якісно та вчасно.
Температура та зварювання нержавіючої сталі
Під час зварювання нержавіючої сталі важливо контролювати температуру як зварювального металу, так і основного металу. Якщо температура не залишатиметься в межах заданих діапазонів, це, ймовірно, призведе до проблем із якістю зварювання. Існує три способи перевірки температури сталі під час зварювання:
- Вимірювальні лінійки для визначення температури давно зарекомендували себе як надійні засоби. Однак їх діапазон вимірювань обмежений, і для кожної цільової температури потрібні різні лінійки.
- Електронні інфрачервоні термометри швидко і на відстані вимірюють температуру поверхні сталі. Для цього необхідна пряма видимість, що зазвичай не становить проблеми. Блискучі поверхні та інші умови, пов’язані з освітленням, можуть призводити до помилкових показань. Як і зміни відстані до поверхні. Але більшість людей, які використовують подібні пристрої, навчилися миритися з такими особливостями.
- Електронні датчики температури поверхні пропонують третій спосіб контролю температури. Вони випускаються з ручками різної довжини, що дозволяють зчитувати показання безпосередньо з металу. Деякі з них також можна встановлювати на заготовку. Це ідеальна конфігурація при проведенні тестового зварювання. Оскільки дозволяє безперервно контролювати температуру і навіть роздруковувати графік зміни температури металу протягом усього процесу зварювання.
Якщо у вас виникли труднощі зі зварюванням нержавіючої сталі, тоді сміливо звертайтеся до нас! Наша команда професіоналів з багаторічним досвідом допоможе вам у вирішенні вашого питання.
