Сварка нержавейки

Нержавеющая сталь является неотъемлемой частью наших будней. Ведь именно из этого металла сделаны ножи, посуда, сковороды, трубы. Иногда, для начинающих сварщиков становится проблемой взаимодействие с этим металлом.

Как лучше провести сварку, какие инструменты использовать, какие расходники покупать и как настроить сварочный аппарат – вот основные вопросы, которые задают себе сварщики. Даже опытные мастера не всегда могут качественно работать с этим материалом.

В данной статье ознакомимся подробнее со всеми тонкостями сварки нержавейки.

Особенности металла

Нержавеющая сталь – это особый вид металла, состав которого включает в себя различные примеси:

• Хром.
• Никель.
• Углерод.
• Алюминий.
• Кремний.
• Медь.
• Селен.

Такие элементы называют легирующими, иначе – сплавленными.

Список по-настоящему широкий, и перечислены далеко не все типы примесей. Подобные манипуляции производятся с целью добавления металлу свойств устойчивости к коррозии в мягкой и агрессивной среде, а также повышенной термостойкости. Именно поэтому большинство посуды для приготовления пищи сделано из нержавейки.

Какой бывает нержавеющая сталь

Принято выделять три основных типа, в зависимости от концентрации легирующих элементов:

• С низким содержанием. Такая сталь пригодна для создания посуды;
• Со средним содержанием. Данный тип может использоваться как в пищевом производстве, так и в химическом;
• С высоким содержанием. Отличается стойкостью к повышенным температурам и давлению.

Основные свойства нержавейки

Нержавеющая сталь – цветной металл, который примешивается к черному меняет его физические свойства, а вместе с этим и технологии варки:

• Нержавейка обладает сниженной теплопроводностью, в сравнении с другими металлами, а это значит, что во время сварки тепло будет уходить хуже;
• Для того чтобы избежать прогара, следует проводить варочные работы с пониженным значением тока на выходе (показатель до 25% ниже, чем при сварке черного металла);
• Высокая степень деформируемости из-за отличающегося коэффициента температурного расширения. После остывания изделие может дать трещину в месте соединения, если подобрать некорректную ширину шва. Для снижения риска разрушения следует оставлять достаточно пространства между деталями сварки;
• Шов должен быть точечным, а не сплошным, чтобы дать металлу спокойно расширяться без деформации изделия;
• Изделия первого и второго типа не нуждаются в подготовке к процессу сварки и их можно варить сразу;
• Для более корректной и качественной варки нержавейки с высоким содержанием легирующих элементов следует провести предварительный прогрев изделия до 400 градусов;
• Каждый отдельный вид примеси требует использования определенной сварочной проволоки. Качество и простота сварки, а также устойчивость к разрушению будет выше, если правильно подобрать проволоку, подходящую под конкретный случай.

Сложности в процессе

К главным трудностям в процессе сварки относится тот факт, что нержавеющая сталь содержит в своем составе до 30% хрома. В зависимости от содержания углерода в металле, нержавейка может плавиться при разных температурах.

Сварочная ванна – первое, что поддается оплавлению, из-за того, что нержавейка плохо проводит температуру. Используйте корректную силу тока.

Температура горения должна быть подобрана корректно, во избежание межкристаллитной коррозии. Следует учитывать состав изделий, которые должны быть соединены, чтобы избежать перегрева.

Какими способами можно сварить нержавейку

Изделия из нержавеющей стали сварить возможно несколькими типами сварочных аппаратов:

• Дуговая сварка, при которой используется электрод из вольфрама, а также режим работы TIG;
• Покрытыми электродами в режиме MMA;
• Электродуговой полуавтомат, режим MIG. Для сварки применяется проволока;
• Точечная сварка;
• С использованием флюса;
• Лазерная;
• С использованием плазмы;
• Шовная сварка.

Существует также способ сварки без использования соответствующего аппарата – это холодная сварка для нержавейки. Она проводится под высоким давлением, а из названия понятно, что плавления в ходе работы не предусматривается.

Во время работ с нержавеющей сталью, требуется ее обезжирить и зачистить. Обезжиривание проводится с использованием ацетона, бензина, растворителя и других подобных по составу веществ. В результате обезжиривания снижается количество в металле, а также повышается устойчивости дуги.

Также следует зачистить края деталей для обеспечения более плотного соединения, а после этого приступать к работе. Каждый из способов сварки так или иначе влияет на качество выходного продукта, а выбор следует делать исходя из требований к соединению, которое должно получиться в результате работы.

Сварка покрытыми электродами (ММА)

Наиболее популярный способ сварки нержавеющей стали. Технология MMA, в которой используются электроды может быть применен в домашних условиях из-за своей простоты в исполнении. Однако, такой тип сварки не дает возможности получить качественный шов.

Для проведения варочных работ понадобится аппарат с названием «инвертор», а также правильно подобранный электрод. Если все условия соблюдены, соединение получится качественным, прочным и долговечным. Электроды бывают нескольких двух видов:

• Кальций и карбонат магния в покрытии. Работы проводятся на обратной полярности при постоянном значении тока;
• Рутиловое покрытие. В основе – двуокись титана. Проводится с постоянным током и обратной полярности. Имеет меньшее количество брызг и более стабильную дугу при сварке.

Преимущества ручной сварки покрытыми электродами:

• Возможность проведения работы в труднодоступных местах;
• При правильном подборе электрода, сварка возможна для большинства существующих видов стали;
• Процесс сварки прост, оборудование легко и просто перемещать, а стоимость расходников ниже, чем в других способах;

Негативные стороны также присутствуют:

• Во время работы аппарата сварщик подвергается постоянному воздействию вредных газов;
• Яркий свет дуги;
• Обязательно следует использовать защитные средства;
• Для получения качественных и ровных швов возможно только при наличии соответствующих навыков и уровня мастерства;
• Уровень производительности ниже, чем при использовании других типов сварки.

Несколько особенностей работы:

• Для предотвращения попадания вольфрама и примешивания его к нержавеющей стали следует поджигать дугу без контакта или на угольной плите.
• Процесс сварки может быть выполнен с использованием постоянного и переменного тока.
• Следует снизить до минимума колебания по плоскости металла. При пренебрежении этим пунктом металл может окислиться в неподготовленных зонах.

Метод с использованием полуавтомата

Такой тип должен предусматривать наличие аппарата, который может обеспечить высокий ток при малом напряжении. В результате одновременной подачи напряжения, между электродом и плоскостью металла ними появляется дуга, из-за которой происходит плавление.

В процессе работы с полуавтоматом температура может достигать 5000 градусов. Этого с лихвой хватит, чтобы расплавить любой из металлов, доступных в быту. Также, полуавтомат позволяет учесть все особенности строения нержавейки.

В процессе работы происходит оплавление соединяемых деталей и образования «сварочной ванны». В ней протекают процессы взаимодействия металлов заготовок между собой. Шлак, который вырабатывается в процессе, образовывает защитный слой.

Корректная настройка сварочного аппарата влияет на качество дуги. Очень важно скорректировать скорость вылета проволоки, использовать качественную газовую смесь и настроить ее расход.

В процессе швы получаются ровными с высокой скоростью создания. Для защиты от попадания кислорода в металл используется один из видов газа – аргон, аргон с углекислым газом или просто углекислый газ. Реже используется кислород. В случае с кислородом, шов не получается абсолютно плоским.

Техники, используемые в процессе сварки полуавтоматом:

• Сварка короткой дугой;
• Метод струйного переноса;
• Метод импульса.

Первая техника чаще всего подойдет для сварки тонких изделий, вторая – для более толстых и габаритных.

К контролируемым можно отнести метод импульса. Капельная подача проволоки в сварочную ванную позволяет снизить ток дуги и улучшить качество тепловой энергии. Брызги отсутствуют, а шов получается точным. Подходит для создания декораций или емкостей, без негативного влияния на внешний вид.

• В зависимости от толщины изделия, выбранные параметры работы аппарата и скорости создания соединения корректируются. Особое влияние оказывает сила тока и его полярность.
• При подборе проволоки для полуавтомата следует выбирать такой тип, в котором присутствие легирующих элементов было больше, чем в деталях, подвергающихся сварке.

Сварка с использованием флюса

Для обеспечения качественной работы, следует выбрать правильный флюс для нержавеющей стали. Он обеспечит нормальное взаимодействие с металлом, а также:

• Защитит оплавленный метал от внешних воздействий;
• Позволит получить более стабильную дугу;
• Уменьшит количество потребляемой энергии;
• Снизит количество брызг раскаленного метала во время работы;
• Повысит качество шва за счет улучшенного взаимодействия с металлом.

Сам процесс сварки представляет собой дугу, которая образуется в пространстве между проволокой и поверхностью металла. Горение происходит под воздействием слоя флюса в виде гранул.

При использовании флюса возможны три разных способа сварки:

• Полностью ручной – в этом случае работы проводятся вручную с плавным продольным перемещением по границам шва;
• Способ полуавтоматический – отличается удобством в работе. Держатель варочного аппарата фиксирует горелку, а исполнитель направляет проволоку вручную, формируя при этом шов. Такой способ применяется для работ в недоступных местах и для создания коротких швов;
• Автоматический способ, в котором система самостоятельно подает проволоку и флюс в зону горения, направляет дугу и поддерживает ее стабильное горение. Подойдет для работ на ответственных конструкциях при сварке толстостенного металла;
• С использованием механизированного оборудования;
• Технология «Тандем», которая заключается в одновременной подаче двух электродов, расположенных параллельно, на одинаковом удалении от плоскости металла.

Контактная сварка

Существуют две разновидности холодных сварок – с использованием эпоксидного клея и с применением особого оборудования в производстве. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Эпоксидный клей

Особое внимание следует обратить на данный способ соединения. В основе лежит клей с одноименным названием «Холодная сварка». Особенностью данного клея является создание сверхпрочного соединения, устойчивого к температурам и деформации.

Способ подойдет для тех мест, где не требуется получение высокопрочных соединений, и объект сварки не будет подвержен нагрузкам. Холодная сварка по своим характеристикам превосходит любой другой клей.

Популярность холодной сварки связана с простотой в использовании, отсутствием применяемых инструментов во время работы, а также скоростью схватывания.

Подготовка к работе готовой смеси из двух компонентов занимает не более 5 минут, за пару часов клей высыхает и образует прочную связь двух изделий.

Основная сфера использования – ремонт труб и других мелких деталей.

Пресс и ролик

Отличием этой технологии от других является то, что в ней не применяется электричество для нагрева металла до высоких температур. Соединение происходит с использованием пресса или ролика, по которому прокатывается материал, подкрепляемого воздействием электрического тока. Результат его работы позволяет создавать прочные швы для деталей высокой ответственности. Применяется к металлу такого типа, который нельзя перегревать, а также отличающимся низкой плавкостью и способностью к сварке.

Пресс сдавливает соединения, как с одной, так и с двух сторон. В некоторых случаях металл поддается воздействию высоких температур, для улучшения надежности и простоты схватывания.

Такой тип сварки позволяет получить тонкий и красивый шов, отсутствие выработок вольфрама на поверхности. Из-за отсутствия термического воздействия на деталь, устраняется напряжение и до минимума снижается риск появления деформации.

Такой тип сварки нержавеющей стали более применим к тонкостенному металлу и выполняется двумя способами:

• Точечный способ подразумевает собой работу аппарата при пониженной силе тока для исключения возможного образования карбида, приводящего к окислению, а также для защиты металла от прожига.
• Роликовая технология отличается надежностью соединения, но непопулярна при создании неответственных швов.

С использованием плазмы

Используется, в основном, для сварки нержавеющей стали малой толщины, которая колеблется в диапазоне от 1 до 1,2 миллиметра. Основана на том же принципе, что и аргонно-дуговая, однако, в отличии от нее, имеет более концентрированный луч энергии высокой мощности. Во время работы, температура потока плазмы достигает 20 тысяч градусов, что позволяет получить хороший уровень производительности.

Существует два типа оборудования, использующегося во время создания соединений:

• Автоматическое — для варки металла большой толщины (от 38 мм за проход);
• Ручное – для тонких изделий (до 8 мм).

Сама плазма представляет собой аргон с примесью гелия в состоянии ионизации. Плазма появляется за счет сильного воздействия на газ электрической энергией. Газ пропускается через дугу, которая сжата в один тонкий концентрированный луч, за счет чего получается добиться высоких температур и значительной мощности.

Лазерная сварка

Способ характерен для крупных производств, таких как автомобилестроение и монтаж коммуникаций.

Такому типу сварки характерна направленность и высокая концентрация энергии (без рассеивания).

Отличается высокой точностью, производительностью. Сварочная ванна, под воздействием лазера, получается малых размеров, но при этом металл плавится до высоких температур. Метод положительно отражается на качестве соединений нержавеющих сталей из-за минимального воздействия на деталь в целом.

Структура шва – мелкое зерно, без посторонних примесей.

Является наиболее дорогой технологией из описанных.

• Скорость работы лазерной сварки, в сравнении с дуговой – выше до 8 раз.
• Не требует наличия дополнительных расходных материалов.
• Результат не требует дополнительной обработки и шлифовки.
• С помощью такого аппарата можно проводить не только соединительные работы, но и резку по металлу.
• Эффективная глубина сварки может достигать 25 миллиметров.
• Из-за сниженного тепловыделения по области возможно использование рядом с материалами, неустойчивыми к высоким температурам.
• Широко используется в механизированных и даже роботизированных станках, оснащенных программным обеспечением.
• Оперирующий персонал должен обладать высоким уровнем квалификации, для беспроблемного взаимодействия с таким типом сварки.
• Помещения, в которых размещается такой аппарат, необходимо подвергать тщательной подготовке. Требования к содержанию такого аппарата гораздо серьезнее.

Что нужно для того, чтобы сварить нержавейку

Подготовительные работы

Прежде чем приступить к созданию соединений нержавеющей стали, следует провести ее подготовку. Последовательность действий – следующая:

1. Зачистить металлической щеткой поверхностей, которые будут подвергнуты соединению.
2. Если толщина заготовки составляет больше 4 мм – необходимо снять фаски и кромки.
3. Провести обезжиривание поверхностей, используя бензин, ацетон, растворитель или спирт.
4. Нагреть края изделий, для того чтобы удалить влагу. Температура – 100 градусов и менее.

Меры предосторожности

В ходе работы обязательно использование персональных методов защиты:

• Сварочная маска для защиты глаз и лица.

Малая площадь покрытия головы подойдет для защиты лица и глаз, а большая площадь – закрывает даже шею и волосы.

• Краги – термостойкие перчатки из брезента или спилка. Бывают различной длины и формы, однако их главная цель – защита от высокой температуры и предотвращение удара током.
• Защитный костюм, способный предотвратить попадание оплавленных металлических капель на тело, содержащий в составе огнестойкую пропитку.

Оборудование и расходники

В зависимости от выбранного способа, расходные материалы и аппараты варьируются. Остановимся на типах сварки MIG и MMA.

Для MMA понадобится наличие электродов из нержавейки. Для MIG придется приобретать проволоку для присадки и баллон с газом.

1. Для выбора электродов следует руководствоваться записью в реестре Государственной стандартизации №10052-75. В этой записи указаны все основные типы расходников и способы использования каждого из них в зависимости от состава нержавеющей стали и содержанием в ней легирующих примесей. Все что понадобится для корректного подбора – знания о марке металла.
2. Для сварок в газовой среде следует использовать газовую смесь на основе аргона (от 70%), с добавлением углекислоты (до 30%). Подобное соотношение позволит добиться высокого качества дуги и шва в результате при оптимальной цене.
3. Проволока, используемая в ходе соединения, должна обладать низким содержанием углерода и быть устойчивой к использованию при высоких температурах. Состав ее должен быть подобран в соответствии с наличием в нержавейке тех или иных легирующих добавок.

Алгоритм действий при сварке нержавейки

В бытовых условиях будет достаточно наличия сварочного аппарата малой мощности – до 10 киловатт.

Произвести настройку следует исходя из толщины деталей, проволоки (для полуавтомата) и присутствия зазоров между швами.

• Для работы с тонкими материалами подойдет полуавтоматическая сварка. Низкий ток полуавтомата позволит добиться тонкого шва на изделии. При этом ток следует использовать в обратной полярности, а горелку располагать под таким углом, который даст возможность сформировать нужную ширину шва.
• Для защиты от брызг поверхности вокруг рабочей зоны следует обработать раствором мела.
• Капельный способ подачи позволит добиться положительного результата.
• В работе с толстыми материалами лучшим вариантом станет ручная сварка электродами. Толщина проволоки в полуавтоматах не всегда позволяет получить требуемую толщину шва.
• Электрод в ходе варочных работ должен скользить плавно, строго вдоль заготовок. Если используется горелка полуавтомата – следует выставить ее под углом в 120 градусов, по отношению к поверхности изделия.
• Сила тока для каждого из слоев шва должно быть настроено на промежуток от 60 до 90 Ампер, а для второго – повышено вплоть до 80-110 соответственно. Полярность – обратная.
• Максимальный рекомендуемый диаметр проволоки и электрода – от 2,5 до 3,5 мм в зависимости от слоя.

Сварка труб из нержавеющей стали

При варке круглых деталей с толстыми стенками, таких как трубы, следует придерживаться технологии, при которой шов должен быть разбит на участки. Каждый следующий подход должен приходиться на минимальное расстояние в 30 миллиметрах от предыдущего.

При многослойной сварке обязательно следует дождаться остывания предыдущего слоя до 100ºC. Это позволит сохранить прочность шва и избавиться от дефектов.

Размер и количество проходимых участков зависит от диаметра трубы. Схематически это показано на изображении.

Ширина каждого слоя должна составлять не более 6 мм, а высота – 2-3 мм. Если дуга обрывается, следует провести зачистку обрыва и продолжить работу с отступом в 20 мм.

Выводы

Сварка является сложным и точным процессом, однако, как и в любой работе, главное условие – наличие практики. При должной внимательности, научиться варить различные металлы получится у любого, кто имеет хотя бы немного знаний в области электрики.

Отличной мобильностью и эргономикой характеризуются ручные, автоматические и полуавтоматические сварочные аппараты, которые используются как на масштабных производствах, так и во время сварки в домашних условиях.

Промышленные предприятия используют лазерный и контактный метод сварки, который позволяет получить более качественный и красивый шов, однако это повышает затраты.

Практику можно получить, тренируясь работать с металлом самостоятельно, используя ненужные детали или обрезки.

Качество шва напрямую зависит от выбранного режима работы тока в сварочном аппарате, а также правильных расходных материалов.