На практике сварку нержавеющей стали можно выполнять с помощью любых методов сварки:
- Ручная дуговая сварка обычно при толщине материала более 1,5 мм.
- Дуговая сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG) для сварки тонких листов и труб.
- Дуговая сварка плавящимся электродом в инертном газе (сварка в среде активных газов (MIG/MAG) отличается высокой производительностью).
- Импульсная дуговая сварка плавящимся электродом в инертном газе (для листов толщиной 0,8 мм - сварка короткой дугой плавящимся электродом в инертном газе, для листов толщиной менее 0,8-3,0 мм - сварка дугой со струйным переносом металла, плавящимся электродом в инертном газе, для листов толщиной более 3,0 мм).
- Плазменная сварка нержавейки может применяться для широкого диапазона толщины и в наше время применяется все более широко.
- Дуговая сварка под флюсом для материалов толщиной более 10 мм.
- Сварка сопротивления точечная и роликовая сварка тонких листов.
- Лазерная сварка, высокочастотная сварка и т.д.
Травление является наиболее эффективным методом последующей обработки сварных швов. При правильном выполнении травление позволяет устранить и вредный оксидный слой, и зону со сниженным содержанием хрома. Травление выполняется путем погружения, поверхностного нанесения или покрытия пастой в зависимости от условий.
Чаще при травлении используется смешанная кислота: азотная кислота/фтористоводородная кислота (плавиковая кислота) в следующих пропорциях: 8 – 20 % HNO3 (азотная кислота) 0,5 – 5 % HF (фтористоводородная кислота) остальные компоненты Н2О (вода). Время травления аустенитного нержавеющего проката зависит от концентрации кислот, температуры, толщины окалины и сорта проката (т.н. кислотоупорный прокат требует более продолжительного времени обработки по сравнению с нержавеющим прокатом). Доведение степени шероховатости сварного шва до соответствующего показателя основного листа путем шлифования или полирования после травления еще более увеличивает стойкость конструкции к коррозии.
Специальные требования по сварке нержавейки
При подготовке к сварке высоколегированных сталей и сплавов аустенитного и аустенитно-ферритного классов, кроме общих положений, должны быть учтены специальные требования, изложенные ниже.Основные особенности сварки высоколегированных коррозионностойких сталей:
- Возможность появления при эксплуатации сварных конструкций МКК металла шва или основного металла в околошовной зоне, подвергшейся в процессе сварки нагреву до температуры 450-650°С, а также "ножевой" коррозии у линии сплавления.
- Образование горячих (кристаллизационных) трещин, являющихся в основном следствием образования чисто аустенитной структуры металла шва.
- Снижение в значительной мере пластических свойств сварных швов конструкций, длительно работающих при температуре свыше 350° С. Охрупчивание может наблюдаться в диапазоне температур 350-550°С из-за повышенного содержания феррита, в диапазоне 550-850°С - вследствие сигматизации. Охрупчивание сварных швов может произойти в процессе изготовления конструкции. Например, на операциях горячей штамповки днищ в случае сварки с применением присадочных материалов, обеспечивающих чрезмерно большое содержание феррита. Чтобы избежать охрупчивания сварных соединений, длительно работающих при температурах свыше 350°С, необходимо ограничивать содержание ферритной составляющей в пределах 8-10%.
- Возможность усиленного коробления сварных конструкций, что является следствием более низкой теплопроводности и большим, в среднем в 1,5 раза, коэффициентом термического расширения (в диапазоне температур от 0 до 850°С) по сравнению с углеродистыми сталями.
- Необходимость увеличения длины прихваток и уменьшение расстояния между ними в 1,5-2,0 раза по сравнению с теми же параметрами постановки прихваток в соединениях углеродистых и низколегированных сталей вследствие значительных деформаций сварных соединений из-за большего коэффициента линейного расширения.
- Предпочтительность применения сталей и сварных швов с аустенитной структурой для работы конструкции при температурах ниже минус 100°С, так как наличие феррита в структуре металла шва в условиях нагружения при низкой температуре ведет к снижению пластичности и охрупчиванию металла.
Мерами повышения стойкости сварных соединений против межкристаллитной коррозии нержавейки являются:
- Применение сталей и присадочных материалов, содержащих минимально возможное количество углерода.
- Легирование стали титаном, ниобием или другими сильными карбидообразующими элементами.
- Закалка 1050-1100°С или стабилизирующий отжиг от 870 до 900°С, выдержка от 2 до 3 ч, охлаждение на воздухе. Для уменьшения перегрева нержавейки и обеспечения оптимальных механических свойств и коррозионной стойкости сварку соединений небольшой толщины ( менее 8-10 мм) необходимо вести при максимально возможной скорости.
- При многопроходной сварке каждый проход выполнять после охлаждения предыдущего до температуры ниже 100°С и тщательной его зачистки.
Для повышения коррозионной стойкости сварных соединений необходимо соблюдать следующие требования:
- Швы, обращенные к коррозионной среде, заваривать в последнюю очередь.
- Для случаев двусторонней сварки - выполнять третий облицовочный шов, обращенный к среде. При отсутствии такой возможности (в случае односторонней сварки сосудов малого диаметра и др.) следует принимать все меры для уменьшения нагрева металла первого слоя шва последующими: охлаждение или наполнение сосуда водой, применение медных массивных подкладок, обдув воздухом, повышение скорости сварки, снижение силы тока, уменьшение диаметра электрода, сварка без поперечных колебаний.
- Не допускать перегрева металла, для чего сварку вести на максимально возможных скоростях и минимальных токах, ограничивать возможность более чем двукратных ремонтных подварок.
- А в отдельных случаях необходимо полировать всю рабочую поверхность сварных соединений.
- Одним из методов борьбы с горячими трещинами при сварке является применение присадочных материалов, позволяющих получить сварные швы, обладающие аустенитно-ферритной структурой с содержанием ферритной фазы более 2 %.
Для предотвращения горячих трещин, особенно в соединениях толщиной 10 мм и белее, стабильно аустенитных сталей и сплавов рекомендуется:
- Ручную дуговую сварку выполнять при минимальной длине дуги, без поперечных колебаний усиленными валиками.
- Автоматическую сварку под флюсом производить на пониженных скоростях с минимальным числом проходов.
- Кратеры швов тщательно заплавлять до получения выпуклого мениска или вышлифовать, выводить кратеры на основной металл запрещается.
- В случае вынужденного обрыва дуги до ее повторного возбуждения обязательно убедиться в отсутствии горячей кратерной трещины, при наличии трещины кратер удалить механическим способом.
- При проектировании сварных конструкций из стабильно аустенитных сталей во всех возможных случаях заменять угловые и тавровые соединения стыковыми.
- Применять комбинированный способ сварки соединений большой толщины, при котором внутренние и внешние не соприкасающиеся с агрессивной средой слои шва выполняются электродами, обеспечивающими меньшую коррозионную стойкость, но повышенную стойкость металла шва против горячих трещин ( в том числе и за счет наличия ферритной фазы).
- При этом толщина слоя, обращенного к коррозионной среде, равноценного по коррозионной стойкости основному металлу, должна быть не менее 3 мм. Сварщики, допускаемые к сварке стабильно аустенитных сталей, должны иметь навыки по борьбе с горячими трещинами.
Для уменьшения сварочных деформаций рекомендуется:
- Производить сварку на режимах, которые характеризуются большими скоростями сварки, короткой дугой и минимально возможными токами.
- При ручной сварке корня шва, швы разбивать на участки и сваривать их в последовательности, чтобы коробление было минимальным.
- Во избежание образования трещин в сталях марок 08Х17Т и 15Х25Т сварку, гибку, правку и все операции, связанные с приложением ударных нагрузок', следует выполнять с подогревом до 15С -250°С.
- Чтобы не допустить растрескивания в зоне термического влияния, шлак обивают при температуре 100 -150°С.
- Температура подогрева (охлаждения) сварных конструкций контролируется приварными термопарами , термокарандашами и термокрасками. Замеры температуры производятся в пределах зоны равномерна го нагрева на расстоянии не менее 100 мм от свариваемых кромок.
- Ручную дуговую сварку нержавейки выполняют на короткой дуге без поперечных колебаний электрода.
- Полуавтоматическую сварку нержавейки рекомендуется выпонять на синергетических установках, позволяющим настройку специальных режимов сварки (перенос металла, импульс, скорость сварки и др.), так же желательно применение порошковых проволок вместо сплошных.