Сварка разнородных сталей нержавеющей и обычной

Обновлено: 04.10.2024

Выполняя такую технологическую операцию, как сварка нержавейки, важно учитывать как физические свойства материала, так и его химический состав. Только в таком случае можно рассчитывать на то, что соединение будет выполнено качественно и надежно.

Аргонная сварка нержавеющей стали

Факторы сложности для сварки деталей из нержавеющей стали

Сварку нержавеющей стали затрудняет то, что данный материал относится к категории высоколегированных сплавов, а значит, в его составе в достаточно большом количестве содержатся элементы, влияющие на его основные свойства. В нержавейке, в частности, таким элементом является хром. Его содержание в данном сплаве может составлять 12–30%. Хром наряду с такими элементами, как никель, титан, марганец и молибден, формирует антикоррозионные свойства нержавеющей стали, но в то же самое время наделяет ее и другими особенностями, влияющими на свариваемость.

Для тех, кто не любит читать длинные статьи и вникать в технические тонкости, предлагаем сразу посмотреть два видео с наиболее актуальными для домашнего мастера вариантами сварки нержавеющей стали — электродом с помощью инвертора и опять же инвертором, но уже в среде защитного газа (аргона).

По этой причине сварку нержавеющей стали всегда сопровождает значительная деформация соединяемых деталей. В отдельных случаях, когда свариваемые детали имеют значительную толщину и между ними не предусмотрен зазор, такие деформации могут привести даже к появлению крупных трещин.

Теплопроводность нержавеющей стали в 1,5–2 раза ниже, чем у низкоуглеродистых сплавов. Такая особенность материала приводит к тому, что соединяемые детали в зоне сварки проплавляются даже при меньших (на 15–20%), чем при сваривании изделий из низкоуглеродистой стали, силах тока.

При сильном нагреве (более 500 градусов Цельсия) в нержавеющих сталях возникает так называемая межкристаллитная коррозия. Происходит это потому, что по краям зерен структуры металла начинают формироваться прослойки, состоящие из карбида хрома и железа. Избежать этого явления можно не только тщательным подбором режима сварки, но и путем принудительного охлаждения свариваемых деталей из нержавейки, для чего можно использовать обычную воду. Однако следует иметь в виду, что охлаждать водой можно лишь детали, изготовленные из хромоникелевых сталей, которые имеют аустенитную внутреннюю структуру.

Перегрев электродов с хромоникелевыми стержнями

Из-за низкой теплопроводности соединяемых материалов и их повышенного электрического сопротивления сварка деталей из нержавейки сопровождается сильным нагревом электродов, стержни которых имеют хромоникелевый состав. Чтобы избежать этого нежелательного явления, используют электроды для сварки нержавейки длинной до 35 см.

Сварочные электроды Sabaros ME 101 3,2мм для сварки нержавеющих сталей

Наиболее распространенные способы сварки нержавеющей стали

Сварка изделий из нержавеющих сталей, характеризующихся повышенным содержанием хрома, может выполняться с использованием нескольких технологий. Сюда, в частности, относятся следующие виды сварки:

• аргонодуговую (с использованием вольфрамового электрода и режимов AC/DC TIG);
• выполняемую в режиме MMA покрытыми электродами;
• полуавтоматическая электродуговая сварка в среде аргона, проводимая в режиме MIG и с использованием проволоки из нержавеющей стали;
• так называемая холодная сварка для нержавеющей стали, выполняемая под большим давлением (название данной технологии обусловлено тем, что она не предусматривает плавления металла в процессе его соединения);
• шовную технологию и контактную точечную сварку.

Технология сварки деталей из нержавеющей стали предусматривает тщательное обезжиривание их поверхностей при помощи ацетона или авиационного бензина. Делается это для того, чтобы уменьшить пористость выполняемого шва, сделать сварочную дугу более устойчивой, тщательно зачистить кромки соединяемых деталей. Только после тщательной зачистки можно приступать к выполнению операции выбранным способом. Есть несколько основных способов сваривания деталей из нержавеющих сталей, а также технологии, которые применяются достаточно редко. В любом случае принимать решение о том, как варить нержавейку, следует исходя из конкретных условий и требований, предъявляемых к формируемому соединению.

Сварка покрытыми электродами (ММА)

Сварка деталей из нержавейки по технологии ММА, предусматривающая использование покрытых электродов, является самой распространенной технологией. Этот способ достаточно прост, его можно применять и дома, но он не позволяет получать шов самого высокого качества.

Что удобно, такую сварку нержавейки можно выполнять даже в домашних условиях, но для этого вам понадобится специальный сварочный аппарат, который называется инвертор. Чтобы сварка нержавейки инвертором позволила получить соединение, обладающее высокой надежностью, необходимо правильно подобрать электрод для определенной марки нержавейки. Все электроды, с помощью которых проводится сварка изделий из нержавеющих сталей, делятся на два основных типа:

• с рутиловым покрытием на основе двуокиси титана (сварка такими электродами, обеспечивающими небольшое разбрызгивание металла и стабильную дугу, выполняется на постоянном токе и обратной полярности);
• с покрытием на основе карбоната магния и кальция (такими электродами нержавейка сваривается на постоянном токе обратной полярности).

Чтобы понять, какими электродами варить нержавейку, достаточно заглянуть в ГОСТ 10052-75, в котором представлены все типы таких расходных материалов, а также оговаривается, какой из них следует использовать для работы с металлом конкретного химического состава. Для того чтобы выбрать электроды по нержавейке, соответствующие требованиям данного ГОСТа, достаточно знать марку металла, детали из которого необходимо соединить.

Со всеми требованиями к электродам для сварки нержавейки можно ознакомиться, бесплатно скачав ГОСТ 10052-75 в формате pdf по ссылке ниже.

Ручная и полуавтоматическая сварка нержавейки в среде аргона (AC/DC TIG, MIG)

Для выполнения ручной сварки нержавейки в среде аргона применяются электроды из вольфрама. Эта технология даже в условиях дома позволяет получать качественные и надежные соединения изделий, отличающихся небольшой толщиной. Сварку такими электродами по нержавейке используют преимущественно для монтажа коммуникаций из труб, по которым под давлением будут транспортироваться газы или различные жидкости.

Аустенитную нержавеющую сталь следует сваривать особенно тщательно и с осторожностью

У данной технологии есть определенные особенности.

• Для того чтобы вольфрам, из которого изготовлены электроды по нержавейке, не попал в расплавленный металл в зоне сварки, дугу поджигают бесконтактным способом. Если выполнить это непосредственно на детали не представляется возможным, то дугу зажигают на специальной угольной плите и аккуратно перемещают ее на соединяемые заготовки.
• Сварку нержавеющей стали данным способом можно выполнять как на постоянном, так и на переменном токе.
• Режимы подбираются в зависимости от толщины соединяемых деталей. К таким режимам, в частности, относятся параметры сечения вольфрамового электрода, диаметр проволоки, используемой в качестве присадки, параметры тока (сила и полярность), расход защитного газа, скорость выполнения сварки.
• Очень важно, чтобы уровень легирования присадочной проволоки был выше, чем у соединяемых деталей.
• В процессе выполнения сварки электроды по нержавейке не должны совершать колебательных движений. Если пренебречь этим требованием, это может привести к нарушению сварочной зоны и окислению металла в ее области.

При использовании данной технологии можно сократить расход вольфрамового электрода. Для этого нужно некоторое время (10–15 секунд) не отключать подачу аргона после окончания сварочного процесса. Подобная процедура способствует защите раскаленного вольфрамового электрода от активного окисления.

У полуавтоматической сварки нержавейки в среде аргона, по сути, мало отличий от обычного ручного способа. Основное ее отличие заключается в том, что подача проволоки в зону сварки осуществляется при помощи специального оборудования. Благодаря механизации процесс протекает значительно точнее и с большей скоростью.

Благодаря использованию полуавтоматического оборудования могут быть реализованы следующие техники сварки деталей из нержавеющей стали:

1. метод струйного переноса, который позволяет эффективно сваривать детали большой толщины;
2. сварка короткой дугой – для выполнения соединения деталей небольшой толщины;
3. импульсная сварка – универсальная технология, которая позволяет получать качественные и надежные соединения и является самым выгодным вариантом в финансовом плане.

Аргонодуговая сварка нержавеющей стали

Другие технологии сварки нержавеющей стали

Существует еще несколько способов сварки нержавейки, которые лучше демонстрируют себя в определенных ситуациях, то есть не отличаются универсальностью. Сюда относятся следующие способы, предполагающие использование специального оборудования.

Сварка нержавеющей стали с использованием лазерного луча

Такой способ сварки, который даже на видео выглядит очень впечатляюще, обладает целым рядом весомых преимуществ: металл в зоне сварки не теряет свою прочность из-за чрезмерного температурного воздействия, быстро остывает, на нем не появляются трещины, а в его структуре формируются зерна минимального размера. Оборудование для лазерной сварки и сама технология находят широкое применение в различных отраслях промышленности (автомобиле- и тракторостроение, монтаж коммуникаций из труб и др.).

Холодная сварка под большим давлением

Данная технология не предусматривает плавления материала в зоне сварки, а металлические детали соединяются на уровне их кристаллических решеток. В зависимости от получаемого соединения и конфигурации деталей давление может оказываться на одну или сразу на обе металлические заготовки. Очень интересно посмотреть на видео такого процесса: две детали, находясь в холодном состоянии, как будто вдавливаются друг в друга.

Контактная сварка изделий из нержавейки

Такая сварка может выполняться по точечной или роликовой технологии. В результате могут быть соединены тонкие листы нержавейки с толщиной не более 2 мм. При этом используется то же самое оборудование, что и для других металлов.

На видео ниже подробно объясняются и наглядно демонстрируются нюансы подачи присадочного прутка при сварке нержавейки неплавким электродом в среде аргона и прочие нюансы работы.

Сварка нержавеющей стали

Нержавеющей сталью являются коррозионностойкие легированный сплавы, устойчивые к тяжелым условиям. Исследователь Гарри Бреарли во время экспериментов с металлами в 1913 году, обнаружил заметную сопротивляемость коррозийным факторам, состава с хромом. Перед этим Krupp Iron Works запатентовала сталь аустенитного типа (7% никеля и 21% хрома). В 1915 году компания из Шеффилда выпустила на массовый рынок нержавейку. Производитель рекомендовал использовать продукцию для столовых материалов.

Виды нержавеющей стали

Нержавейка разделена на три отдельных типа:

1. Жаростойкие сплавы – материал со способностью эффективного сопротивления агрессивным средам в условиях высокой температуры.
2. Коррозионностойкая сталь – применяется в быту и небольших предприятиях. Такие металлы можно встретить на объектах нефтеперерабатывающей, легкой промышленности. Вариант материала пригоден для производства различных инструментов и техники.
3. Жаропрочный тип стали необходим для сохранения механических свойств (формы, прочности) во время высокой температуры.

Коррозионностойкая сталь Жаропрочная нержавейка

По химическому строению нержавеющие сплавы разделяют на различные виды:

• Мартенситные стали получили отличные коррозионностойкие качества в условиях обычного открытого пространства и средах с малым уровнем агрессивности. Такую нержавейку применяют для приборов, функционирующих на износ. В частности, из мартенситных сплавов изготовляют ножи, упругие элементы химического и продовольственного производства. Такой материал может применяться в незначительных концентрациях соли и кислотных растворов.
• Аустенитные нержавейки отличаются физическими свойствами в том числе твердостью и пластичностью. Нержавейку активно применяют в машиностроительной отрасли. Этот вариант сплава при осуществлении холодных деформационных усилий может проявить магнетическую силу. Высокая технологичность материала позволяет использовать детали для конструкций и приборов.
• Ферритные сплавы можно обнаружить в окислительной атмосфере. Подобный материал отлично выполняет функции в бытовых приборах, системе отопления, системах для теплообмена. Также сплав высоко ценится в пищевом сегменте производства. На сплав не действует азотные концентраты, жидкости с аммиаком и подобные агрессивные среды.
• Аустенитно-ферритная основа проявляет более высокий предел текучести материала на фоне подобных металлов. Комбинированный металл демонстрирует малый рост зерен при двухфазной структуре. В связи с малым количеством никеля аустенитно-ферритовая сталь хорошо соединяется во время сварки. Такие сплавы удачно применяются в авиастроении, химическом производстве, тяжелой промышленности.

Структура мартенситной стали Мартенситная сталь Структура аустенитной нержавейки

Классификация материала по составу элементов

Хромистые виды включающие Мартенситные, Полуферритные, Ферритные сплавы используют для клапанов гидравлических прессов, лопаток для турбин, пружин и прочей бытовой техники.

Хромоникелевые (аустенитные) нержавейки идут в качестве ресурса для столовых приборов, стоматологических изделий.

Стабилизированные аустенитные марки являются ресурсом для создания сварных конструкций для работы в агрессивных условиях, высоких температурах (до 800 °C).

Соединение металла сваркой

Сварки нержавейки имеет свои особенности, которые стоит учитывать при работе для избегания брака и дефектов.

1. Материал склонен к утрате коррозийного сопротивления. При температуре более 500 °С материалы начинают терять включения хрома и феррума. Для предотвращения выхода молекул из раскаленной сварочной ванны, когда проводится работа с различной нержавейкой, требуется быстрое охлаждения участка нового шва.
2. Нержавейке свойственен высокий уровень усадки и эффекта расширения. Во время охлаждения сталь сужается. При сварочном нагреве нержавейка наоборот незначительно увеличивается в размерах.
3. Коррозионностойкая сталь имеет в два раза меньшую теплопроводность, чем у прочих металлов используемых для сварки. Это приводит к скапливанию тепловой энергии во время проведения сварки в зоне нагрева. Чтобы предотвратить значительное неравномерное распределение энергии, сварочный ток, как правило подается на 15% меньше нормы.

Создавать связь нержавейки можно несколькими методами, но практически применяют:

1. Электросварочные работы по нержавеющей стали покрытыми электродами (ММА).
2. Сварка полуавтоматом с нержавеющей проволокой (МИГ).
3. Аргоновый метод с вольфрамовым электродом (TIG).

Наиболее распространенные способы неразъемного соединения нержавеющего материала

Благодаря многочисленным исследованиям, сварить нержавейку связывают швом разными технологиями.
Способы проведения сварки нержавеющей стали имеют свои особенности и выбираются исходя из возможностей целей и доступности.

Ручная сварка нержавейки

Известны ручные, автоматические и полуавтоматические варианты соединения. На производстве часто используют автоматические виды сварки, в частности сварку под флюсом. При таком методе сварочная дуга производится под требуемой прослойкой флюса между сварочной проволочного электрода и основной массой металла. Такой метод решает массу задач:

• шлак защищает зону сварочной ванны от влияния атмосферы;
• дуга горит стабильно без прерываний;
• отсутствие разбрызгивания расплавленного металла;
• более удобная среда для создания сварного соединения.

Существует ручной и полуавтоматический способ сварки под флюсом. Такие способы пригодны для обработки малого радиуса кривизны и коротких мест соединений. В большинстве случаев применяют автоматы.

Сварка нержавейки полуавтоматом

Автоматическая форма происходит с использованием автоматической установки которая контролирует следующие функции:

1. Перемещение электрической дуги по линии шва.
2. Обеспечение стабильной сварочной дуги.
3. Производит подачу заданного количества проволоки и необходимого флюса в зону плавления.

Способ отлично подходит для соединения ответственных конструкций нержавейки с большим значением толщины. Сварщики могут применять тандемную схему, где пара электродных проволок находятся одной плоскости, что положительно влияет на характер сварного шва. Весьма активно распространяется труд роботизированных систем во время обработки угловых швов и соединения ровных площадей.

Контактная сварка нержавейки

Сварочный метод контактной сварки (роликовая и точечная) подойдет при соединении нержавеющих заготовок с толщиной более 2 мм.

Точечный способ происходит при меньшей силе тока и позволяет уменьшить шанс прожога и появления карбида, способствующего окислительным явлениям.

Роликовый способ применяют для сварки неответственных соединений. Качества шва может превысить качество основы.

Холодная сварка нержавейки

Такой метод предусматривает соединение с применением двухкомпонентного клея. Такой способ приемлем для временного ремонта емкостей и труб. Смешав компоненты, холодная сварка наносится на необходимое место и затвердевает. Такой способ не применяется для разнородных металлов. Способ доступный любому лицу без подготовки и не требует значительных растрат.

Плазменный метод

Плазмой сваривают нержавейку двумя вариантами.

Плазменная сварка нержавейки

Ручной метод с использованием дуги между основным изделием и электродом, с силой тока 0,1 – 15 А. Сварка автоматом обеспечивается плазмотроном. Такой аппарат производит сварку благодаря пучку плазмы с силой тока более 100 А.

Ручная сварка аргоном

Сварка нержавейки аргоном, обеспечивает создание защитной среды от окисления, с применением благородного газа, с применением электрода из вольфрама.

Полученное сварочное соединение обладает всеми качественными характеристиками, даже если работу выполнял любитель. Аргоновый способ не производит брызги, создает красивый шов, после которого нет необходимости зачищать поверхность от шлака. Аппарат с использованием аргона для сварки нержавейки позволит вести работу даже с тонкими деталями, являясь самым чистым вариантом проведения операции. Работа с маркой нержавейкой может проходить как на переменном, так и противоположном токе. Электрическое напряжение следует настроить исходя из размеров нержавейки.

Соединение нержавеющего металла электродом при домашних условиях

В стандартных бытовых условиях соединение производится с аппаратами инверторного варианта. Такая техника питается от сети 220 В, а небольшой вес позволит легко перемещать технику и производить сварку дома или в гараже. Инвертор сможет создать надежные соединения металлических заготовок.

Для успешной операции применяют следующие параметры:

1. Напр. 60 А, для материала толщиной 1,5 мм, электроды – 2 мм.
2. Электрическое напряжение 75-85 А, для 3 мм толщины, следует применять электроды 3 мм.
3. Величина настройки 100 А, для толщины 4 мм, электроды 3мм.
4. При режиме работы 150 А, для 6 мм с электродами 4 мм.

ММА сварка: особенности

Создание неразъемной связи нержавеющей марки стали простыми электродами осуществляется несколькими этапами. В начале удаляется вся ржавчина и лишние включения на поверхности изделия. При наличии кромок свыше 4 мм мастер осуществляет их разделку напильником, что обеспечит эффективное проплавлением детали. Если изделие имеет тонкие размеры, необходимо плотно сдвинуть два края заготовки. По ГОСТу 10052-75 для нержавейки подходят ОЗЛ-8, ЦЛ-11, марки УОНИ. При наличии информации о марке металла по ГОСТу можно подобрать требуемый расходный материал.

1. Заготовки с шириной более 7 мм, необходимо нагреть до 150 °С.
2. После подготовки готовый инструмент подносится и легко ударяется по месту будущего шва несколько раз. Таким образом сварщик активизирует электрическую дугу.
3. Дальнейшая операция проходит под воздействием эффекта короткой дуги. Сварщик медленно проходит весь участок шва вдоль линии с плавными зигзагообразными движениями.
4. В конце требуется сделать замок для предотвращения швов.
5. После остывания можно снять шлак и места сварки и произвести последующую полировку шва.

Для создания шва необходимы электроды коррозионностойкого и жароустойчивого вида. К таким электродам можно отнести ОЗЛ-6 с характерной жаростойкостью. Также выгодны прутки АНО-27 для сварки необходимых конструкций и деталей. Шов отлично противодействует низким температурам.

Расходные материалы для сварки нержавейки с черным металлом

Иногда появляется необходимость присоединить два различных металла. Согласно техническим правилам, такая связь является неверной, а необходимость соединения присутствует не часто. Для этих целей производители предлагают специальные электродные прутки.

Сварка нержавейки с черным металлом

Сварщик должен учитывать возможно ли осуществить соединение между соответствующими видами металла. Выделяются два варианта для соединения:

• Операция вольфрамовыми стержнями.
• Операция с черным сплавом покрытыми стержнями.

Самыми частыми электродами являются АНЖР-1 и АНЖР-2. Такие электроды позволят провести сварку во всех пространственных положениях.

Тig сварка

Работа вольфрамовыми прутками является не такой востребованной в связи с высокой стоимостью. Кроме того, необходима специальная техника. Во время работы сварщик должен постоянно следить за перпендикулярным размещением электрода по отношению с зоной сварки.

В индивидуальном порядке определяют силу тока:

1. 1 мм – сила до 60 А, диаметр расходного материала – 2 мм.;
2. 2 мм – ток до 80 А, с прутком – 3 мм;
3. 4 мм – напряжение – 90-130, расходник -4 мм.

Работа с тонкой нержавейкой

Сварщик должен уметь работать с тонким материалом для удачного соединения. При соединении тонкостенной нержавейки необходимо применять напряжение на 20% меньше чем в стандартном случае. Для соединения используют прутки не более 35 мм. Сварка любой тонкой нержавейки в домашних условиях также чаще всего используют инвертор.

При работе необходимо придерживаться следующих условий:

• Не нагревать детали более 150 °С.
• Соединение осуществляется с малым током.
• Не стоит придавать дуге колебательные манипуляции.
• Для уменьшения уровня нагрева тонкостенных деталей, следует подставить теплоприемники.

Для сварки тонкостенной нержавейки используются электроды ЦЛ-11- материал является стойким к коррозии. Также ОК 63.20 разработан для сварки тонкостенных металлов для использования в агрессивной и жидкой атмосфере, выдерживая температурный режим до 350 °С.

Сварка различных нержавеющих труб

Неразъемная связь большинства нержавеющих марок труб может производиться электродами. Такие операции производятся со стержнями с рутиловой или основной обмазкой. Процесс соединения происходит с постоянным током обратной полярности.

Постоянный ток позволит предотвратить разбрызгивание нержавейки, упростить процесс работы. Также создается более качественный шов и позволяет работать с тонкостенными трубами.

Сварка труб и прочих изделий из нержавеющей стали состоит из следующих действий:

1. Обработка материала от ржавчины.
2. Предварительное зажигание и удержание дуги.
3. Проверка характеристики шва, с отбытием шлака.

Для труб используют марку электродов ОК 63.20 с использованием сварки токами (способ поджига – тушения электрода).

Режимы сварки

Для нержавейки оптимальным вариантом сварки является соединение постоянным током. Чаще всего для нержавеющих металлов используют обратную полярность. Таким образом, положительным становиться электрод, а основной металл позиционируется как минус. В индивидуальном порядке режим сварки может изменяться.

Mig mag сварка

Такое решение применяется для сварочного материала с тонкой стенкой и высокими требованиями к качеству шва. Такую сварку применяют для ответственных работ для системы в условиях повышенного давления.

Соединения производят постоянным током в среде инертного газа, с использованием высоколегированной посадочной проволоки. Соединение происходит без колебаний, в противном случае нарушается защитный газовый слой. Внешний участок шва часто охлаждаю водой. Для сохранения вольфрамового стержня рекомендуется выключать поток газа спустя 15 сек после окончания работы.

Сварка лазером и сварка электронным лучом

Разогрев деталей проходит под воздействием лазерного луча. Метод высокоточный и проходит с большой скоростью.

Сварка нержавейки лазером

Лазер позволяет создать герметичное соединение различной герметичной формы. Для осуществления сварки нет необходимости в среде вакуума. Метод не применяется для толстых заготовок, кроме того лазерное оборудование обладает низким КПД (1-2%) и имеет высокую стоимость. Электронно-лучевая неразъемная связь производит операцию с использование потока заряженных частиц, которые бомбардируют необходимый участок направляемые специальной электронной пушкой. Полученный таким методом шов характеризуется высоким качеством. Такой метод редко используется в виду сложности и дороговизны реализации процесса, необходимости в вакуумной камере.

Сварка нержавейки с черным металлом

Электродуговая сварка является, пожалуй, одним из самых распространённых методов соединения металлических деталей. Технологически процесс сваривания металла выглядит таким образом: под действием электрической дуги, металл в зоне варки плавится и, смешиваясь, соединяет детали. Фактически получается одна целая деталь, поэтому сварочное соединение по характеристикам равно цельнометаллической детали.

Разные сплавы имеют разную температуру плавления и текучесть, поэтому иногда появляются сложности, когда требуется сварить два разных вида металла. Например, нержавейку и чёрный металл.

Можно ли сварить чёрный металл с нержавейкой

Ещё на заре зарождения электродуговой сварки, изобретатель Николай Гаврилович Славянов представил публике небезызвестный «Стакан Славянова». Этот стакан примечателен тем, что он состоит из семи металлов, которые нельзя сплавить естественными методами. Несмотря на различные характеристики чёрного металла и нержавейки, сварить их, тем не менее можно. О том, как происходит сварка нержавейки с простым чёрным металлом, основных трудностях процесса и способах их решения будет рассказано ниже.

Схема сварки нержавейки с черным металлом

Трудности в сварке разнородных сталей

Как говорилось выше, при варке сплавов разных сортов, а также во время сваривания сталей разных марок, могут возникнуть некоторые сложности. Основные трудности, которые могут возникнуть:

• Разная теплопроводность. Может служить причиной прожога деталей во время сварочного процесса. Чем хуже металл отводит тепло от сварочной ванны, тем выше её температура. Уменьшение сварочного тока снижает температуру, но может привести к непровару в соединении.
• Разное линейное расширение. При нагреве все тела увеличиваются в размерах, при остывании, соответственно принимают прежние размеры. Таким образом, изменение размера в процессе остывания могут послужить причиной разрыва сварочного шва или образованием в нём трещин.
• Разница в электрическом сопротивлении. Влияет на перегрев электрода во время сварочного процесса. Это также сказывается на прочности шва.

Разнородные слои при сварке

Перегрев некоторых видов металлов ведёт к печальным последствиям. Нержавейка, например, при температуре свыше 500 градусов теряет свои свойства. То есть из нержавейки она превращается в обычный чёрный металл. Сварка приводит к перегреву стали в месте шва, поэтому на месте сварочного шва часто выступает ржавчина. Несмотря на кажущиеся трудности, сварка нержавейки и чёрного металла возможна при соблюдении ряда определённых правил.

Технологии сварки нержавейки и чёрного металла

Перед тем как ответить на вопрос «как сварить нержавейку с обычным чёрным металлом», следует рассмотреть существующие способы получения сварного соединения. Наиболее распространены следующие способы:

• MMA. Ручная электродуговая сварка при помощи электрода в специальной обмазке.
• MIG. Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа с применением специальной проволоки.
• TIG. Сварка в среде инертного газа неплавящимся вольфрамовым электродом.

Практически все виды металлов, в том числе и нержавейку с чёрным можно сваривать электродом, однако, потребуется подобрать электрод, обладающий определёнными характеристиками. В принципе, при этом получается неплохое соединение, однако, в промышленных условиях сварка разнородных сталей нержавеющей обычной производится в среде защитного газа. Это обусловлено тем, что сварной шов, при контакте с воздухом, насыщается азотом и становится довольно хрупким. Что является недопустимым при создании ответственных или несущих конструкций, поэтому, например, способы сварки швеллеров между собой предусматривают исключение попадания воздуха к остывающему сварному шву. При сварке большинства изделий, изготовленных из нержавейки, в качестве защитного газа используется аргон. Он обладает большой инертностью и не вступает в реакцию с расплавленным металлом в зоне шва. Также аргон имеет молекулярную массу выше, чем у воздуха, поэтому полностью вытесняет его из зоны сварки.

Технология сварки нержавейки с черным металлом

В процессе сваривания, плавится больше нержавеющая сталь, а чёрный только-только становится вязким. Для равномерного распределения расплавленного металла и получения прочного и красивого шва, свариваемые детали необходимо расположить строго горизонтально. В принципе, этого требуют все методы сварки нержавейки.

Дополнительно стоит упомянуть, что во время процесса сваривания, электрод должен находиться строго перпендикулярно свариваемой поверхности.

Сварку всегда ведут только при постоянном токе, переменка при варке нержавейки и чёрной стали – недопустима. Всё это позволит достичь высокого качества и прочности сварных швов. Помимо техники, немаловажным фактором, играющим большую роль в получении прочного шва, является правильный выбор присадочной проволоки или электрода.

Применяемые электроды

Разобравшись с технологией сварки, можно переходить к вопросу какими электродами и присадочной проволокой следует воспользоваться для сварки чёрного металла и нержавейки. Проволока, применяемая в процессе сваривания двух различных сталей должна содержать не менее 30% основного материала. Степень его легирования должна быть такой же или выше, как у свариваемых металлов. В случае с нержавейкой и чёрным – основным материалом является нержавеющая сталь (как имеющая наиболее высокую степень легирования). Остальную долю в присадочном материале занимает никель и марганец.

Электроды для сварки

В принципе, хорошее сварное соединение для не сильно ответственных конструкций, можно получить и без применения специальных расходных материалов. Чаще всего применяются для соединения нержавеющей и обычной стали нержавеющий электрод или нержавеющая присадочная проволока. Такие электроды содержат повышенное количество легирующих компонентов, позволяющих компенсировать их выгорание в процессе нагрева.

Если необходимо сварить какую-либо ответственную конструкцию, следует обратить внимание на специальные переходные электроды для варки разнородных или трудно свариваемых сталей. При их использовании наплавляется специальный промежуточный (или буферный) слой, который и позволяет соединить детали. Наиболее часто используются электроды ОЗЛ-312 (в случае, когда химический состав сталей вообще неизвестен) и НИИ-48Г.

Как проконтролировать качество соединения

Проверку полученного шва проводят после полного его остывания. В первую очередь производят визуальный осмотр поверхности на наличие трещин или прожига деталей. Если требуется герметичность соединения, то проверку продолжают с применением керосина или аммиака. С помощью керосина проверяются микротрещины, которые могли возникнуть в процессе сваривания. Для этого с одной стороны проверяемого шва наносят меловой раствор, а с другой стороны — керосин, подкрашенный красителем. Если меловой раствор изменил цвет – герметичность шва отсутствует. В том месте, где произошло окрашивание и отсутствует герметичность. Эффект окрашивания основан на капиллярном проникновении керосина по микротрещинам. Именно керосин также выбран неслучайно, эта жидкость имеет очень большую текучесть. Проверка аммиаком не отличается от проверки с помощью керосина, только в этом случае меловой раствор заменяют специальными индикаторами, меняющими цвет.

Качество соединения шва

Ответственные замкнутые конструкции можно также проверить и на герметичность, и на прочность одновременно. Для этого используется искусственно создаваемое гидравлическое давление.

Важно помнить, что если есть подозрение в заведомо слабом сварном шве, то применять этот способ категорически запрещено.

Проверка качества шва позволит быть уверенным, что удалось качественно сварить детали.

Правила безопасности

При проведении любых сварочных работ всегда необходимо соблюдать правила техники безопасности. Особенно это касается процесса сваривания нержавейки и чёрной стали.

Нержавейка очень текуча в расплавленном состоянии и может сильно разбрызгиваться, поэтому всегда необходимо надевать защитный костюм сварщика и рукавицы.

Сварка стали — технология и особенности

Свариваемость легированных сплавов оценивается возможностью сохранения их особых характеристик, а не только требованиями к выполнению соединения с заранее заданными механическими свойствами.

Виды низколегированной стали

Конструкционные низколегированные стали классифицируются:

• низкоуглеродистые (до 0.25% углерода);
• среднеуглеродистые (0.2-0.45%);
• теплоустойчивые.

Типы низкоуглеродистых сталей представлены в таблице.

Наименование	Примеры маркировки
Хромокремненикельмедистые	10ХСНД, 15ХСНД
Хромокремнемарганцовистые	14ХГС
Марганцовоазотнованадиевые	14Г2АФ
Кремнемарганцовистые	14ГС, 10Г2С1, 09Г2С
Марганцовистые	14Г2, 14Г

Среднеуглеродистые марки (35ХМ, 18Г2АФ, 17ГС) содержат более 0.25% углерода и применяются после проведения термообработки.

Теплоустойчивые металлы при работе в районе высоких температур имеют повышенную прочность. Находят применение в изготовлении металлических элементов энергетических устройств.

Ввиду более высокой прочности низколегированных сталей (по сравнению с углеродистыми конструкционными) их применение при производстве сварных конструкций снижает вес и экономит металл.

Благодаря этим свойствам, материалы применяют в вагоно- и судостроении, строительстве и других областях промышленности.

Особенности и классификация сталей

Важно! Точное определение марки детали не всегда возможно, поэтому достаточно знать тип структуры и использовать электроды универсальные или повышенного легирования

Под разнородностью подразумеваются структуры металлов, таких как сварка углеродистых и легированных сталей, которые отличаются по физико-механическим свойствам:

• линейным расширением;
• температурой образования карбидов.

Типы структур — аустенит, феррит, феррито-перлит, все вариации закалочных конструкций (мартенсит, бейнит), эвтектика — по признаку разнородности делятся на 4 группы:

1. У — углеродистые и низколегированные.
2. Л — легированные повышенной прочности.
3. Т — теплоустойчивые.
4. Высоколегированные:
   1. Ва — аустенит;
   2. Вж — жаропрочные.

   Чтобы определить, чем и как правильно производить сварку металла, шовные соединения разделены на 4 группы, в зависимости от температуры эксплуатации:

   • до 350 °С;
   • 350-450 °С;
   • 450-550 °С;
   • свыше 550 °С.

   Технология сварки материалов одного структурного класса

   К таким операциям относятся: сварка чугуна со сталью, углеродистые сплавы с разной степенью легирования, но с условием соответствия одной структуре. К швам не предъявляются требования относительно повышенной прочности, наличия специфических свойств, но есть несколько правил по определению режима:

   1. Электроды и технологии подбираются в соответствии с требованиями для менее легированного сплава.
   2. Терморежимы (подогрев, мощность аппарата) должны учитывать особенности более легированной марки.

   У сильнолегированной вариации (феррито-перлитной) температура закалки намного ниже, чем у обычных углеродистых (аустенит не рассматривается, поскольку у этого твердого раствора порог превращения находится гораздо ниже, у некоторых — в зоне отрицательных температур). Чтобы не получить мартенсит или бейнит, необходимо либо обеспечить очень медленное охлаждение (что при сварочных работах невозможно), либо заведомо исключить влияние t на основную матрицу. Для этого наплавляется слой электродами с более легированным составом типа Э42А, Э46 для углеродистых низколегированных марок. Например, сварка стали 45 со сталью 3 имеет феррито-перлитную структуру. Термический режим подбирается для Ст45, т. е. подогрев до 400-500 °С и медленное охлаждение.

   При работе с аустенитными, мартенситными и смешанными структурами приобщаются эл-ды с наличием Ni, Cr, тугоплавких элементов.

   
   

   Схема сварки неплавящимся электродом с комбинированной защитой

   Низкоуглеродистые

   
   

   Малоуглеродистая сталь, имеющая в своем составе, помимо углерода еще и легирующие добавки сваривается, как правило, с применением любой из сварочных технологий.

   Работа не требует высокой квалификации сварщика. Такие материалы относятся к числу хорошо свариваемых сталей. Поэтому здесь может с успехом применяться обычная дуговая сварка.

   Особенностями сварки низкоуглеродистых сталей является пониженное содержание углерода в металле шва и увеличенное количество легирующих добавок, поэтому возможно некоторое упрочнение металла шва по отношению к металлу деталей.

   Еще одной проблемой, которую следует учитывать, является повышенная хрупкость шва при выполнении многослойной сварки.

   Стали с малым количеством углерода легко сваривать, применяя ацетилен. При этом даже можно обойтись без использования флюса, а газ расходуется в небольшом объеме.

   Для получения качественного стыка, обладающего прочностью, не меньшей, чем основной металл, применяют кремнемарганцевую сварочную проволоку. По окончании работы со швом пламя не гасят и не снимают его со стыка деталей, а плавно отклоняют, давая шву остыть.

   Если убрать пламя сразу, то без флюса материал шва, будучи разогретым, окислится. Чтобы придать шву лучшие прочностные свойства, металл шва, как правило, проковывают и подвергают термической обработке.

   1 Краткая справка о легированных сталях с точки зрения их свариваемости

   Легирование сталей различными химическими элементами (кремний, молибден, хром, ванадий и другие) выполняется с целью улучшения их антикоррозионных свойств, теплоустойчивости, различных механических характеристик, жаропрочности, а также в целом качества сплавов. По уровню легирования «улучшенные» материалы делят на:

   • обычные легированные (в них имеется от 2,5 до 10 % специальных добавок);
   • низколегированные (не более 2,5 % легирующих компонентов);
   • высоколегированные (более 10 % добавок).

   Строительные стали с малым уровнем легирования включают в свой состав до 0,22 % углерода. По данной причине их часто именуют низколегированными низкоуглеродистыми. Подобные сплавы свариваются по тем же методикам, что и обычные низкоуглеродистые стали.

   Кроме того, низколегированные стали делят на разные группы (конструкционные, высокопрочные, теплоустойчивые). Процесс сварки изделий из них характеризуется рядом нюансов.

   Общей и основной характеристикой сплавов со средним уровнем легирования считаются их механические показатели. Во-первых, они описываются повышенной стойкостью к охрупчиванию, что позволяет использовать их в агрессивных атмосферах, при пониженных и высоких температурах, при серьезных перегрузках, включая и ударные. Во-вторых, величина их предела прочности находится в пределах от 588 до 1960 МПа. Сварка таких сталей имеет определенные трудности, о которых будет рассказано ниже.

   Сварка высоколегированных сплавов также затруднена. Причем металлургические композиции с высокой степенью легирования имеют собственные особенности в зависимости от того, к какому подвиду высоколегированных сталей они относятся:

   • стойкие против негативного химического воздействия в газовых средах при температурах свыше 550 °С (жаростойкие);
   • нержавеющие (способны противостоять межкристаллитному, электрическому и сугубо химическому ржавлению);
   • стойкие против высоких температур (от 1000 °С) – жаростойкие.

   Далее мы подробно опишем, какими способами в настоящее время производится сварка высоколегированных и иных легированных сталей.

   Технология сварки материалов разных структурных классов

   Сварка разнородных металлов осложняется образованием карбидов, их типом и содержанием. Профилактикой образования неоднородных структур является комплекс мер, снижающих термодинамическую активность углерода.

   1. В первую очередь это использование электродов, обеспечивающих получение аустенита. В большей мере этому способствует никель, где он присутствует в количествах, представленных в таблице.

   Дополнительно электроды легируются: C, Si, Mn, Mo и Cr.

   1. Второй аспект относится к техническим приемам, таким как минимальный провар. Для этого выбирают соответствующие режимы: силу тока, полярность.
   2. Поскольку такие детали используются в сложных условиях, а сварное соединение всегда является слабым местом, этот недостаток компенсируют особым расположением поверхностей и формой соединения.

   Нюансы и трудности при сварке

   Важно! В большинстве случаев качество шва определяет термическая составляющая: нагрев и охлаждение. Для этого учитываются особенности более легированной марки металла, поскольку порог структурных превращений значительно ниже

   В первую очередь при выборе электрода нужно руководствоваться температурными условиями, в которых будет работать деталь (в таблице).

   Сварка разнородных сталей, нержавеющей и обычной, затрудняется тем, что первая может иметь как аустенитную структуру, так и ферритную. Проверить этот момент можно с помощью магнита — первая парамагнитна.

   Параметры соединения, на которые нужно ориентироваться, — это ударная вязкость (показатели шва должны быть меньше, чем самой детали) и относительное удлинение металла.

   Сварка низколегированной стали с углеродистой чувствительна к временному сопротивлению. Характеристики электрода и детали должны совпадать, чтобы не исключить внутренние напряжения.

   Заключение

   Выполняя работы, нелишним будет обратиться к табличным данным по электродам для сварки разнородных сталей по ГОСТ 10052-75 и 14651-69, определить марку металла или, что еще более важно, его структуру. Правильный выбор эл-ов и термического режима (нагрев, охлаждение) позволит минимизировать такую проблему, как усадка металла при сварке.

   Видео: СВАРКА РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ электродом. Welding of dissimilar steels

   Лучший способ сварки низколегированной стали

   Наиболее приемлемым способом сварки низколегированной стали является ручная дуговая сварка. Методика процесса подобна сварке низкоуглеродистых сталей. Эти материалы содержат не более 0.25% углерода, обладают хорошей свариваемостью при любой толщине соединяемых деталей и температуре воздуха.

   • универсальность;
   • простота;
   • возможность сварки в любом положении в пространстве и труднодоступном месте.

   Сварка высокоуглеродистых сталей

   
   

   Демонстрационная сварка стали от рессор электродом Zeller 655

   Высокое содержание углерода в сталях данного вида делает их, как правило, непригодными для изготовления сварных конструкций. Они характеризуются низкой пластичностью, поэтому имеют ограниченное применение.

   Потребность в высокоуглеродистых сталях возникает при проведении ремонтных работ, при производстве пружин, режущих, бурильных, деревообрабатывающих и других инструментов, высокопрочной проволоки, а также в тех изделиях, которые должны обладать высокой износостойкостью и прочностью.

   Технология сварки высокоуглеродистых сталей

   Сваривание возможно, как правило, с предварительным и сопутствующим подогревом до 150-400°С, а также последующей термообработкой. Обусловлено это склонностью данного типа сплавов к хрупкости, чувствительностью к горячим и холодным трещинам, химической неоднородностью шва.

   К сведению! Исключения возможны, если использовать специализированные электроды для разнородных сталей. См. фото и подпись к нему ниже.

   • После подогрева необходимо произвести отжиг, который нужно проводить до тех пор, пока изделие не остынет до температуры 20°С.
   • Важным условием является недопустимость осуществления сварки на сквозняках и при температуре окружающей среды ниже 5°С.
   • Для повышения прочности соединения необходимо создавать плавные переходы от одного до другого свариваемого металла.
   • Хорошие результаты достигаются при сваривании узкими валиками, с охлаждением каждого наплавленного слоя.
   • Исполнителю следует также соблюдать правила, предусмотренные для соединения среднеуглеродистых сплавов.

   
   

   Данный демонстрационный образец (сварены воедино рессора, напильники, подшипник и пищевая нержавейка). Если не обращать внимания на качество швов, варили не профессиональные сварщики, фото подтверждает, что вполне возможна сварка “несвариваемых” сталей.

   Видео

   Особенности сварки высокоуглеродистых сталей

   Рабочую поверхность необходимо очистить от загрязнений различного рода: ржавчина, окалина, механические неровности и грязь. Присутствие загрязнений может привести к образованию пор.

   Охлаждать конструкции из высокоуглеродистых сталей нужно медленно, на воздухе, для нормализации структуры.

   Предварительный подогрев ответственных изделий до 400°С позволяет достичь необходимого показателя прочности.

   Виды сварки высокоуглеродистых сталей

   
   

   1. Оптимальным вариантом проведения сварочного процесса является ручная дуговая сварка с помощью покрытых электродов. Работа с высокоуглеродистыми сталями обладает большим количеством специфических характеристик. Поэтому сварка высокоуглеродистой стали проводится специально разработанными электродами, например, НР-70. Сваривание осуществляется постоянным током обратной полярности.

   2. Сварка под флюсом также используется для соединения сплавов данного типа. Равномерно покрыть флюсом рабочую зону в ручном режиме довольно сложно. Поэтому, в большинстве случаев, используется автоматическая технология. Расплавленный флюс образует плотную оболочку и предотвращает воздействие вредных атмосферных факторов на сварочную ванну. Для сваривания под флюсом используются трансформаторы, выдающие переменный ток. Данные аппараты позволяют создавать устойчивую дугу. Главное достоинство данного метода – небольшие потери металла вследствие малого разбрызгивания.

   Важно отметить, что не рекомендуется применять метод газовой сварки. Процесс характеризуется выгоранием большого количества углерода, в результате чего образуются закалочные структуры, которые отрицательно сказываются на качестве шва.

   Однако, если свариванию подвергаются рядовые конструкции, то применение данного способа возможно. Соединение производится на нормальном или незначительном пламени, мощность которого не превышает 90 м3 ацетилена в час. Изделие нужно подогреть до 300°С. Сварка осуществляется левым способом, что дает возможность уменьшить время нахождения металла в расплавленном состоянии и продолжительность его перегрева.

   Литература

   Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. М.: Машиностроение, 1978.

   Сварка в машиностроении в 4 т. под ред. В. А. Винокурова. М. Изд. Машиностроение. 1979.

   Аустенитные

   
   

   Аустенитными сталями называют материалы, в составе которых присутствует высокотемпературная фаза железа – аустенит. Они входят, например, в группу хромоникелевых сталей, которые могут работать в различных агрессивных средах и при очень больших значениях температур.

   Главной особенностью при сварке коррозионностойкой стали, является необходимость обеспечения стойкости к межкристаллической коррозии в околошовной зоне.

   Проблема заключается в том, что даже при предварительном подогреве стали, по границам нагрева из кристаллической решетки выпадают карбиды хрома. В результате уменьшения количества этого элемента в составе материала, при повторном нагреве на границах появляются коррозионные растрескивания.

   На практике может понадобиться создание конструкций с использованием аустенитных сталей с хромоникелевыми легирующими добавками, которые будут работать в условиях высоких температур. Для сварки таких конструкций нужно выбирать материалы, в которых содержание углерода возможно низкое.

   Если необходимо, чтобы процентное содержание углерода было выше, и при этом конструкции из стали выполняли свое назначение в условиях агрессивных сред и высоких температур, нужно выбирать легирующую добавку, близкую по свойствам к углероду.

   В качестве такой добавки может использоваться титан, цирконий, тантал, ванадий, вольфрам. Эти элементы связывают углерод, который выделяется из стали в процессе последующего нагрева, и препятствуют обеднению околошовных участков в процессе сварки.

   Инструментальные

   Инструментальная сталь относится к числу твердых, стойких к механическим воздействиям материалов. Из нее изготавливают слесарные, столярные инструменты, части оборудования для различных отраслей промышленности.

   Рабочие органы инструментов – сверла, резцы, назначение которых воздействовать на материалы с целью их обработки, очевидно должны быть прочнее и тверже обрабатываемых материалов. Достигаются такие свойства путем включения в состав большого количества углерода и легирующих добавок – никеля, хрома, молибдена.

   Сварка инструментальной стали применяется при ремонте оборудования, инструментов. В этом случае к сварочным швам предъявляются высокие требования: стыки должны быть однородными с остальной частью материала, а их прочность не должна отличаться во избежание возникновения концентрации напряжений при работе.

   Чтобы обеспечить соблюдение таких требований необходимо применять специальные электроды. В большинстве случаев это могут быть УОНИ-13/НЖ/20Ж13.

   При сварке специальных углеродистых сталей, применение которых узконаправлено, используются электроды, разработанные для определенных марок.

   При правильном определении характеристик материала, типа сварки и режимов, при использовании электродов соответствующих марок, сварочные швы будут обладать высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

   Кол-во блоков: 17 | Общее кол-во символов: 18243
   Количество использованных доноров: 6
   Информация по каждому донору:

   Читайте также:

     
   • Сварочный аппарат маэстро арс 200
     
   • Причины поломки сварочного аппарата
     
   • Инструкция по стилоскопированию основных и сварочных материалов и готовой продукции
     
   • История развития дуговой сварки
     
   • Средства пожаротушения при сварочных работах