Сварка нержавейки: думаем головой, делаем руками

Нулевая коррозия, долговечность и великолепный внешний вид предметов из нержавеющей стали делает ее популярнейшим металлом в любых отраслях – от тяжелой промышленности до мелких бытовых нужд. Ее достоинства перекрывают огромную головную боль – сложность сварки.

От головной боли можно избавиться, но для этого нужно хорошенько поработать. Нержавейку варить можно, только нужно разобраться с технологией сварки нержавеющей стали электродами. Электроды по нержавейке – главное решение проблемы низких сварочных качеств нержавеющей стали.

Что такое нержавейка

Что такое сталь: это сплав железа с углеродом. Доля углерода может быть разной, чем она выше, тем сталь прочнее. В сталь добавляют легирующие элементы для корректировки свойств стали.

Что такое нержавеющая сталь: для устойчивости к коррозии добавляют хром. Его доля в нержавеющем сплаве составляет от 12 до 30%. Хрома и других компонентов типа молибдена, никеля и др. намного меньше, они отлично работают для антикоррозийной защиты, но совсем не облегчают процесс сварки. И это мягко сказано. Высоколегированная нержавеющая сталь – один из самых сложных металлов для сварочных работ.

Вот основные факторы, влияющие на сварочный процесс:

• У нержавейки теплопроводность ниже, чем у других видов стали. Поэтому ее приходится прогревать намного дольше, а электричества тратить намного больше.
• У нержавейки очень высокий коэффициент расширения, поэтому при соединении двух поверхностей толстых заготовок есть риск возникновения микротрещин в большом количестве. Чтобы минимизировать эту проблему, зазор между заготовками должен быть шире, чем в работе с другими видами стали.
• Высокое сопротивление нержавейки процессам плавления ведет к значительному перегреву электродов. Поэтому пользоваться можно только специальными электродами для нержавеющей стали.
• Внимание! Главный враг в сварке сталей – межкристаллитная коррозия или МКК – очень опасная деформация, которая может возникнуть при нагреве нержавейки свыше 500°С, поэтому определять режим сварки нужно самым тщательным образом, включая в него принудительное охлаждение стальных заготовок.

Можно ли варить нержавейку обычными электродами? Теоретически и даже технически можно. Но только в работе с мелкими металлическими деталями бытового пользования.

Если речь идет о промышленных конструкциях, то никаких простых расходников! О надежности и монолитности швов с их использованием говорить не приходится. Такой вариант может расцениваться лишь как экстренное решение в случаях срочной необходимости.

Классификация электродов специального назначения

Критериев для классификации расходников много, и в данном обзоре нет задачи излагать все возможные виды и классы. Нас с вами интересуют электроды по нержавейке для высоколегированных специальных сплавов. Вот где их место:

Электроды по назначению

• для низколегированных углеродистых сплавов, названия начинаются с буквы «У»;
• для легированных сталей с начальной буквой «Л»;
• для легированных теплоустойчивых сталей с буквой «Т»;
• для высоколегированных стальных сплавов с особыми свойствами с буквой «В»;
• для наплавки поверхностей с особыми свойствами, буква «Н».

Также для нас может быть интересна классификация электродов по типу покрытия (подробно о покрытиях см. ниже):

• А – кислые покрытия;
• Б – основные покрытия;
• Ц – целлюлозные;
• Р – рутиловые;
• смешанные и прочие виды покрытий.

Принципы маркировки у электродов по нержавейке довольно громоздкая. В данном обзоре нет задачи перечислять их полностью.

Способы сварки нержавейки

Варианты сварки стальных сплавов тоже можно классифицировать как угодно – по самым разным критериям.

В этом обзоре рассматриваются виды, которые делятся или по способу сварки, или по виду заготовок:

1. ручная сварка электродом;
2. ручная и полуавтоматическая сварка с аргоном;
3. инверторная сварка;
4. сварка стали с разнородными металлами;
5. сварка нержавеющих труб;
6. сварка тонкой стали и т.д.

Ручная сварка электродом

Самая универсальная технология, которая используется практически в любой отрасли. Один их немногих способов работы с нержавейкой, доступных домашним самодеятельным мастерам. Ток нужно применять постоянный, полярность – обратную.

Достоинства ручного способа серьезные и весьма убеждающие:

• высокое качество швов;
• компактность и высокая мобильность аппарата;
• доступность оборудования и расходников по цене;
• высокая производительность труда;
• доступность способа для самостоятельного изучения и исполнения.

Важнейшим условием для качественных швов в нержавейке является правильный выбор сварочных материалов.

Марки электродов для ручной сварки нержавеющей стали следующие:

• ОЗЛ-8 предназначены для работ в агрессивной среде.
• НЖ-13 очень хороши для надежных швов с предотвращением МКК (межкристаллитной коррозии). Особенность этого типа заключается в том, что шлак отпадает самостоятельно, после остывания. А это делает скорость процесса гораздо выше.
• Внимание! Чемпионы по популярности! Сварочные электроды ЦЛ-11 характеризуются отличной изоляцией сварочной ванны от ненужного воздействия внешней среды. Соединение получается очень прочным и устойчивым к МКК.

Ручная сварка в среде аргона

Самый чистый способ соединения поверхностей с великолепным внешним видом. Единственный метод, в котором используются электроды для нержавейки без покрытия. Применяется, когда шов должен соответствовать самым жестким требованиям, либо в сварке тонких листов стали.

Технология сварки вольфрамовыми наконечниками позволяет произвести очень качественные, надежные и эстетичные швы. Она возможна и в домашних условиях. Ток нужно применять постоянный или переменный с прямой полярностью.

Особенности технологии следующие:

• Важно, чтобы вольфрам не попал в расплавленную сталь, поэтому дугу нужно поджигать без прямого огня – бесконтактным способом.
• Существует риск окисления шва. Для его минимизации сварку нужно производить очень ровно, без каких-либо колебательных движений.
• После окончания сварки не нужно отключать подачу аргона в течение 15-ти секунд. В этом случае вольфрамовый наконечник будет защищен от окисления, а это значительная экономия расходных материалов.

Инверторный способ в домашних условиях, этапы работы

Инверторы для сварки нержавейки – это сварочные аппараты, которые отличаются компактными габаритами и небольшим весом. А если добавить их невысокую стоимость, получится отличный вариант сварки нержавейки в домашних условиях. Ток использовать постоянный с обратной полярностью.

Этапы инверторного способа рассмотрим поподробнее:

• Прежде всего хорошенько очистить металлической щеткой поверхность от всех загрязнений.
• Толщина краев заготовок не должна превышать 4-х мм, поэтому кромки необходимо разделать напильником или болгаркой.
• Если металл тонкий, края плотно прижать друг к другу – сделать прихватки.
• Если толщина металла выше 7 мм, заготовки нужно разогреть до 150°С. Для разогрева можно использовать паяльную лампу.
• Поджечь дугу, произвести шов с соединением на короткой дуге.
• Для профилактики образования трещин или свищей конец шва закончить «замком».
• Остывание должно быть самостоятельным, никаких принудительных действий!
• Очистить шов от шлаковой корки, отшлифовать и отполировать.

Для инверторного способа используются электроды для сварки нержавейки с коррозионностойкими и жароустойчивыми свойствами:

• ОЗЛ-6 – жаростойкие расходники, которые отличаются отличными техническими свойствами. При их использовании риск образования трещин и пор намного снижается.
• АНО-27 – специальные расходники для работ при сильном морозе и при значительных нагрузках на конструкцию.

Выбор самого оптимального способа сварки нержавейки нужно делать с учетом трех моментов, все они про толщину стали:

• Если толщина заготовок меньше 1,5 мм, варить лучше в аргоне с вольфрамовыми неплавящимися электродами. Способ – хоть ручной, хоть полуавтоматический.
• При толщине в диапазоне от 1,5 мм до 3,0 мм самый лучший способ – электродуговой.
• С толщиной больше 3-х мм – только электродуговой способ со струйным переносом металла.

Варим нержавейку с черным металлом

Сварка нержавейки и черного металла электродом или еще каким-нибудь способом – абсолютно неправильное сочетание с технической точки зрения, это совершенно разнородные материалы. Необходимость в такой работе нечасто, но возникает. Найти решение помогут специальные материалы расходников. Варить можно двумя способами:

• электродами с покрытием;
• вольфрамовыми электродами.

Если использовать ручную дуговую сварку с покрытыми наконечниками MMA – Manual Metal Arc, можно взять материалы для цветных металлов.

Оптимальными вариантами являются следующие:

• АНЖР-1 и АНЖР-2. С этими специальными электродами работу можно проводить во всех положениях в пространстве, исключая вертикальное.
• ЦТ-28, позволяющие выполнять жаростойкие и жаропрочные швы.
• ESAB – Внимание! Очень популярна среди мастеров! Группа шведских наконечников для работы с разнородными сплавами.

Главный принцип – выбор более легированного расходника, чем сам металл.

Метод с использованием вольфрама в данной технологии встречается намного реже: вольфрамовые электроды дорогие по стоимости.

• ОЗЛ-312 можно смело выбирать, если неизвестна марка стали.
• НИИ-48Г хороши для переходных слоев.

Варим тонкую сталь

Это один из самых сложных способов, требующих знаний и навыков в равной степени. Кроме точного выбора подходящих расходников необходимо установить правильное напряжение с силой тока, уменьшенной примерно на 20%. Работать можно только с короткими стержнями – не длиннее 35 мм. Не допускать высоких температур нагрева, верхний предел 500°С, ни в коем случае не выше.

Бытовая сварка тонких листов нержавейки производится инверторным аппаратом со строгими производственными правилами:

• Ни в коем случае не превышать уровень температуры в 150°С в участке соединения и общем нагревании поверхностей.
• Использовать только низкие величины тока, но с высокой скоростью.
• Для предотвращения образования дыр и перегрева рабочей зоны подкладывать прокладки в виде пластин под заготовки: таким образом излишнее тепло будет рассеиваться.
• Если листы металла тоньше 3-х мм, разделку краев делать не нужно. Зазор между поверхностями в этом случае должен составлять не больше 2 мм.

Для работы с тонкой нержавейкой предназначены следующие электроды:

• ЦЛ-11, любимец публики, дает очень стойкий к коррозии шов даже в неблагоприятных условиях внешней среды.
• ОК 63.20 отлично работает в жидких агрессивных средах при высокой температуре.

Варим нержавеющие трубы

Очень распространенный вид работ, также имеющий свои специфические особенности. Здесь применяются наконечники с основной или рутиловой обмазкой, об обмазках или покрытиях см. ниже. Ток следует использовать постоянный с обратной полярностью.

Постоянный ток особенно хорош при сварке тонкостенных труб: металл не разбрызгивается, процесс довольной простой, шов получается очень качественным.

• Вольфрамовые наконечники можно применять и при в работе со стальными трубами. В отличие от других, они требуют постоянного тока прямой полярности. Несмотря на их высокую цену, они дают серьезные рабочие преимущества:
• высокая устойчивость швов к окислению;
• устойчивость дуги;
• высокая коррозийная стойкость швов.
• ОК 63.20 – уже упомянутый расходник для жидких агрессивных сред.

Вне зависимости от выбранных электродов сварка нержавеющих труб состоит из трех технологических этапов:

• Обработка поверхностей металлической щеткой для очистки от загрязнений. Особое внимание уделить стыкам и участкам возле них.
• Сам процесс сварки с зажиганием электрода и дуги.
• Контроль качества соединения с предварительной отбивкой шлака.

Электроды по нержавейкам специального назначения

Если общее свойство нержавеющей стали заключается в устойчивости в коррозии, то дополнительные свойства специального назначения будут различаться в зависимости от легирующих добавок в сплав. Все виды нержавеющих сталей относятся к высоколегированным сплавам с разной направленностью свойств. Это означает высокую процентную долю тех или иных добавок. С учетом этого электроды также строго делятся по своим рабочим характеристикам.

Для высокопрочных коррозионностойких сплавов

Такие сплавы не окисляются даже при температуре в 600°С. Широко применяются в авиационной промышленности, что говорит само за себя. Из этих сплавов делаются стальные тросы для мостов, самые важные детали в электрических машинах, сердечники трансформаторов, болты, шатуны, все системы, требующие высокой стойкости к ударам и другим силовым воздействиям.

Даже в этом, казалось бы, очень специальном сегменте высокопрочные нержавеющие стали подразделяются на марки со своими особенностями.

Таким же образом рассматриваются и электроды: для каждой марки металла – свои расходники:

• Для стальных марок 12Х21Н5Т и 08Х21Н6М2Т идут электроды нескольких типов: Э-08Х20Н9Г2Б, Э-09Х19Н10Г2М2Б и др.
• Для марок особых высоколегированных сплавов 12Х25Н5ТМФЛ, 10Х25Н6АТМФ, 12Х21Н5Т и 08Х21Н6М2Т используется только один тип Э-08Х24Н6ТАФМ, который дает особый шов с прочностью, равной основному металлу.
• Для марок стали 08Х226Т и 08Х21Н6М2Т подходят типы ОЗЛ-40/08Х22Н7Г2Б и ОЗЛ-41/10Х20Н7М2Г2Б. Швы в данном случае отличаются чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью к щелочным средам.

Для кислотостойких коррозионностойких сплавов

Эта группа сплавов не поддается воздействию в кислотной среде, то есть обладают коррозийной стойкостью в агрессивной среде. Они нужны во многих отраслях промышленного производства: авиационной, машиностроительной, горнодобывающей, химической и др. Главные функциональные слова в данном случае – агрессивная среда.

Именно из таких сплавов сделаны узлы и главные детали оборудования, предназначенного, например, для шахт с кислотными водами, канализационных труб, промышленных дымоходов и так далее. К расходникам для таких сплавов требования не менее жесткие: швы должны обладать такими же качествами, что и свариваемые стали.

К ним относятся:

• при «мягких» режимах – температурах, не превышающих 360°С, можно использовать обширную группу электродов типов ЭА-400/10Т, ЭА-400/10У, ОЗЛ-8, ОЗЛ-12, Л-39 и ЭА-606/10. Полученные швы не предполагают дальнейшего теплового воздействия, остается только кислотная устойчивость «в чистом виде».
• для стальных деталей с необходимым отпуском в конце сварки, нужны электроды типа ЭА-989/21, которые дают возможности выполнить швы, стойки к МКК до и после рабочего процесса.
• Для работы в азотной кислоте применяются наконечники типа Э-08Х19Н10Г2Б, из них – марок ЦТ-15 и ЗИО-3.
• Существуют специальные низкоуглеродистые кислотостойкие стали с низкой до 0,03% долей углерода с высокой пластичностью сплава, для них предназначены расходники типов Э-04Х20Н9 и Э-02Х20Н14Г2М2.

Покрытие электродов

Все электроды делятся на покрытые и непокрытые. Последние применяются только в работе с аргоном. Основная же часть расходников имеет покрытия, которые подразделяются в зависимости от назначения. В них нужно разбираться, потому что знание главных свойств основных покрытий поможет решить главный вопрос – какими электродами варить нержавейку.

Вот самые распространенные покрытия электродов по нержавейке:

• рутиловые;
• основные;
• с высоким уровнем наплавки;
• специальные для гравитационной сварки и сварки на спуск.

Марки популярных и качественных электродов с основным и рутиловым покрытиями по нержавейке:

• ОК 63.30. Отличные свойства и характеристики: мало брызг, дуга постоянная, металл переносится капельным способом, дает очень качественный шов. Положения могут быть любыми, но лучше – нижнее из-за высокой текучести шлака.
• ОК 63.41. Расходник с высокой наплавкой и металлическим порошком в обмазке, очень высокая производительность работ. Покрытие не перегревается, получаются швы большей длины – не тратится время на смену материала. Лучше работают с диаметром больше 3-х мм, они удобнее для опоры на покрытие.
• ОК 61.35. Расходник с основным покрытием, применяется во всех положениях, на постоянном токе.
• ОК 67.72. Это электроды из нержавеющей стали, работают на сварке разнородных сталей, гравитационной сварке. В составе покрытия – легирующие элементы.
• ОК 63.34. Работает для сварки на спуск. Имеет улучшенное шлакоотделение.
• ОК 63.20. Специальное покрытие для сварки точками, прекрасно работают в сварке труб и тонкой стали.

Советы бывалых, экспертное ассорти

Важные советы по сварке нержавеющей стали:

• Пресловутая МКК – межкристаллитная коррозия, которую все опасаются и о которой много говорят, появляется только при температурном режиме выше 500°С. Контролировать и принимать профилактические меры против МКК нецелесообразно, если температура не достигает этого уровня.
• За температурой нужно следить всегда и очень внимательно: в диапазоне от 350°С до 500°С пластичность нержавеющих сплавов значительно снижается, а это ведет к повышенной хрупкости металла. Поменьше махать молотком, руками и любыми другими предметами при такой температуре!
• Не лениться предварительно нагревать заготовки до самых высоких температур до 1200°С с последующим самостоятельным охлаждением не менее трех часов. Так вы повысите качество стали.
• Спешить никогда не нужно, но сварку нержавейки электродами следует проводить по возможности быстро: нержавейка не любит длительного нагрева. Лучше уж варить слоями с охлаждением каждого слоя до 100°С перед каждым следующим.
• Идеальные прихватки всегда длинные. По крайней мере, стараться делать расстояние между прихватками заготовок минимальным, до нанесения основного слоя.
• Выбор правильного электрода ничуть не менее важен, чем выбор аппарата или режима сварки. Стало быть, уделять электродам внимания тоже не меньше.

Выводы

Чтобы решить неслабую техническую задачу – качественно сварить металл, который по определению плохо варится, нужно выбрать правильную технологию, а если точнее – правильные электроды. У нас их огромный выбор – на любой вкус и цвет. Но мы точно знаем, что варим и зачем варим, поэтому будем выбирать с умом и грамотным расчетом.

Даже дома можно варить высококачественные стали – это всего лишь сварка нержавейки инвертором. Главное – помнить общие принципы, контролировать температурный режим и иметь твердую руку.

Желаем интересных задач, качественного металла и правильных людей рядом.

P.S. А в паспорт любого электрода все-таки заглядываем… И читаем. На всякий случай.