Развитие химической, пищевой, строительной и других видов промышленности вынуждают решать задачи по созданию надежных конструкций из сплавов, несклонных к повреждениям коррозии. Опыт инженерных решений прошлого и полтора десятилетия нашего века определил сваривание металлических элементов самым надежным и гибким способом для конструирования механизмов и конструкций из нержавеющих сплавов.
Отличительной чертой нержавеющих сплавов является наличие хрома в составе более 11%. Именно этот элемент, соприкасаясь с кислородом, образует пленку на поверхности, препятствующую образованию коррозии. Легирование нержавеющих сталей другими элементами изменяет ее физико-механические свойства. Такое легирование позволяет расширить спектр применения нержавеющих сплавов. При проектировании сварочных швов необходимо учитывать разнородность свойств нержавеющих сталей в зависимости от марки, легирующих элементов и прочих нюансов.
Технология сварки нержавеющей стали с черными и цветными металлами еще более требовательна и ответственна, разрабатывается для каждой группы отдельно, испытывая надежность шва на образцах, прежде чем применить его в сварной конструкции.
Методы сваривания нержавеющей стали
В отличие от сваривания обычной черных сплавов сваривание нержавейки сопряжено с рядом особенностей, обусловленных ее физико-химическими свойствами:
- Температура плавления для сплавов с высокими коррозионными свойствами находится в очень широком диапазоне, зависит от количества углеродного эквивалента (с повышением содержания углерода температура плавления понижается), других составляющих сплава (содержание в составе титана и повышение его процентного содержания повышает температуру плавления). Технологи стремятся исключать для сваривания марки, находящиеся на разных полюсах температурного критерия.
- Коэффициент теплопроводности, характерный для антикоррозионных сталей, отводит тепло от места наложения шва более медленно, именно с этим связано технологическое принудительное охлаждение сразу по завершении наложения шва. Если этого не сделать, то металл шва может отпуститься и тем самым снизить механическую прочность и изменить ряд других характеристик.
- Коэффициент теплового расширения у нержавейки намного выше, чем у углеродистой стали. Вкупе с низкой теплопроводностью это приводит к появлению внутренних термических напряжений, способных изменить геометрические размеры детали, разрушение шва, ухудшение свойств. С целью устранить или уменьшить влияние негативных воздействий на металл его предварительно разогревают горелкой. Эта технология применима для нержавеющих сталей толщиной более 30мм и содержанием углерода более 0,2 массовых процента. Температура предварительного нагрева колеблется в зависимости от марки, до 170 градусов, является справочной величиной.
Основные способы сварки нержавеющей стали связаны с созданием защитной среды в месте контакта свариваемых металлов для регулирования и предупреждения возникновения оксидов, шлакообразующих нежелательных компонентов сварного шва. Международная классификация сварки помогает определить и применять определенный способ в зависимости от марки в любой точке мира. Ключевыми способами сваривания являются:
- Ручная дуговая (MMA)
- Аргонодуговое сваривание вольфрамовым электродом (TIG)
- Полуавтоматическая (MIG/MAG)
- Контактная
- Лазерная
MMA – Manual Metal Arc/РДС – Ручная Дуговая Сварка
Сущность метода заключается в создании дуги между свариваемыми деталями и электродом из металла, который приближен по химическому составу к самому сплаву, в специальной обмазке. Ток, независимо от его характера (переменный или постоянный), создав дугу, нагревает основу и электрод. Металл, расплавившись, каплями стекает в ванну вместе со шлаком. В ванне металл электрода перемешивается с металлом основы. Шлак, имея меньшую плотность, всплывает на поверхность.
Для MMA метода существует два основных вида электродов. Первый тип электродов предназначен для работы с постоянным током и обратной полярностью (плюс присоединен к электроду). Характерная обмазка для таких электродов, это карбонаты Ca и Mg. Второй тип электродов применим для постоянного и переменного тока с покрытием из TiO2, обеспечивающим устойчивость дуги и равномерность горения электрода. Это приводит к уменьшению разбрызгивания металла, а соответственно к повышению качества наложенного шва.
Предварительная подготовка свариваемых поверхностей сводится к созданию небольшой фаски на стыке (место формирования ванны, исключение растекания металла шва по поверхности), нанесение флюсующих паст, которые способствуют равномерности наложения шва и препятствуют налипанию шлаковых включений к поверхности под слоем расплавленного металла.
TIG(WIG) Tungsten Insert Gas(Wolfram Insert Gas)/ АДС – Аргонно-Дуговая Сварка
Основой данного способа является вольфрамовый электрод. Вольфрам тугоплавкий элемент способный длительное время выдерживать электрическую дугу, оставаясь целым в течение длительного времени. Помещение электрода, дуги, свариваемого металла позволяют добиться равномерности наложения шва, исключить возникновение оксидов и шлаков, негативно влияющих на качество сварки. В качестве инертного газа при сварке нержавеющих сталей применяют аргон. В отличие от алюминия нержавейка сваривается постоянным током. Зажигание дуги, как правило, происходит без физического контакта поверхности и электрода. Это происходит благодаря источнику высокого напряжения. Ответом на вопрос чем варят нержавеющую сталь, скорее всего можно услышать вариант про аргонно-дуговую сварку.
Обратите внимание. Для продления срока службы дорогостоящего вольфрамового электрода не выключайте продувку аргоном после завершения наложения шва 15-25 секунд. Это позволит остыть в среде инертного газа и избежать возникновения дефектов на его поверхности, которые могут привести к разрушению и выходу из строя, неравномерности и неоднородности накладываемого шва, таким электродом.
Применение сварочной проволокой при TIG методе возможно в автоматическом и ручном режиме. Проволока обычно вводится перед дугой, в ванну сварочного шва, при перемещении обязательно выдерживать расстояние от центра ванны до места контакта. Для формирования шва без эффекта цвета побежалости при сваривании нержавеющих сталей используют не только аргон, но и другие газы, смеси газов. Например, гелий имеет теплопроводность в девять раз выше, чем аргон, но экономическая целесообразность его применения ограничена свариванием тугоплавких нержавеющих сталей в особо ответственных конструкциях. Хорошие результаты сваривания нержавеющих сплавов в среде водорода. Применение водорода ограничено опасностью его использования, при смешивании с кислородом.
MIG/MAG Metal Insert Gas/Metal Active Gas Welding – сварка плавящейся проволокой в среде защитного газа
Принцип сваривания методом MIG/MAG заключается в плавлении бесконечной проволоки в среде защитного газа, скорость подачи которой устанавливается до начала момента сваривания и производится автоматически. При помощи этого метода можно добиться наилучшей свариваемости нержавеющих сталей.
В качестве защитного газа чаще всего используют двуокись углерода – доступный и не дорогой газ. Деление на подвиды сварки MIG/MAG производится именно по газовой среде. На схематическом рисунке ниже виден принцип работы данного метода. Механизм подачи проволоки 8 перемещает сварочную проволоку 7, с заданной скоростью, в подключенном к источнику 9 держателе 6. Сам держатель размещен внутри патрубка 4, через который проходит газ, концентрически попадая в зону действия дуги 2. Свариваемые пластины 1 подключены к другому выходу источника питания. Именно этим объясняется возникновение и поддержание дуги. Перемещение вдоль линии соединения образует металлический шов 3
Создание порошковой сварочной проволоки для нержавеющей стали расширило сферу применения полуавтомата для сварки ответственных узлов, работающих в неблагоприятных условиях.
Пайка MIG является низкотемпературной вариацией сварки полуавтоматом. При таком виде соединения пластины не подвергаются плавлению, а соединяется при помощи расплавленного электрода и флюсующих компонентов, содержащихся в проволоке. Это позволяет снизить температуру сваривания на 400-600 градусов Цельсия. Применение оправдано при необходимости защитить соединяемые поверхности от температурных превращений и порчи декоративного вида.
Контактное сваривание
Процесс сваривания двух листов металла стали при помощи проходящего через оба листа электрического тока и механическое воздействие на пятно этого контакта носит название контактная сварка нержавеющей стали.
Рассмотрим на примере сваривания плоской пластины и сигма образного профиля из нержавеющей стали, изображенного на рисунке. Свариваемые поверхности 3 установлены и зафиксированы на диэлектрической поверхности 1. Электроды контактной сварки 5, подключены к источнику тока 4. В момент старта сваривания происходит механическое прижатие плитой элементов к электродам. Проходящий в это время ток разогревает металл в месте контакта, образовывая внутри стыка ванну расплавленной фазы двух элементов. Помимо эстетичности такого соединения, следует отметить тот факт, что процесс происходит внутри металла и не контактирует с окружающей средой. Отсутствие воздействия оксидов повышает прочностные характеристики такого шва.
В зависимости от формы и характера оказываемой пластической деформации различают точечную, рельефную, шовную, стыковую. Особый вариант сварки, использующий частотную модуляцию тока и прохождение двойного импульса, носит название импульсной сваркой.
Лазерное сваривание
Трудностей, характерных для сварочных режимов нержавеющих сталей, можно избежать, прибегнув к лазерной сварке. Мгновенное воздействие, высокие температуры и точечные изменения давления способны создавать в месте воздействия лазером шов, не требующий в последующем обработки. Отсутствие внутренних напряжений приводит к улучшению механических свойств.
Резкое охлаждение в месте сварочного контакта приводит к образованию пленок размером порядка несколько микрометров. Так известно получение диэлектрического сварного шва двух листов нержавеющей стали с помощью лазера. Проблема широкого внедрения сваривания лазером заключается в высокой начальной стоимости оборудования и его внедрения в производственный процесс, персонал должен иметь высокую квалификацию с глубоким уровнем знаний принципа работы излучателя и свойств материалов. Лазерная сварка нержавеющей стали применяется для создания высокоточных герметичных швов объектов реактивной авиации, космических и глубоководных объектов.
(Пока оценок нет)
Загрузка...
