Методы сварки нержавеющих труб

Принципы сваривания нержавеющей стали, необходимые инструменты и расходники

Для новоиспеченных сварщиков сваривание элементов из нержавеющей стали (НС) является непростой, но выполнимой задачей. Такой тип стали имеет множество свойств, которые сварщик обязан учитывать.

Какие правила сваривания НС? Как добиться хорошего качества шва? Какие нюансы варки такой стали? Влияет ли тип электрода? Возможно ли варка своими руками?

На эти вопросы и их производные ответы дадим ниже.

Введение

«Нержавейка» имеет мировую классификацию. Согласно общепринятому понятию нержавеющая сталь – это легированная сталь, устойчивая к ржавчине в атмосфере и агрессивных средах.

Для покупателя – это самое важное свойство, но для создателя товара из такого метала это непростая работа.

Устойчивость к саморазрушению в результате взаимодействия с внешней средой обеспечивает окисная плёнка. Основной легирующий элемент НС — хром, входит в реакцию с кислородом и создает невидимую оксидную плёнку.

Интересный факт: такая пленка регенерирует. Например, если на нержавейку воздействовать механически, то пленка теряет свои свойства.

Достаточно немного времени, и она восстановиться. Это и дает невероятную долговечность использовать товары из НС. Такое важное преимущество «нержавейки», дает возможность применяют в быту и в промышленности товары из нее.

Всегда можно найти дома кастрюли и приборы из нержавеющей стали. И так же легко можно узнать об изготовлении комплектующих для больших производств.

Высоко востребованы сварочные работы с нержавеющей сталью и тонких заготовок из нее. Для выполнения таких заказов надо иметь опыт и знания. Обучение простое. Ниже расскажем о сварке своими руками.

Особенности сварки нержавеющей стали

У данного сплава есть свои нюансы. Для качественного выполнения зданий по свариванию элементов из нержавеющей стали, рекомендуем учитывать все свойства и нюансы. Основной особенностью есть окисная пленка.

Избавляться от нее совсем не требуется. На подготовительном этапе для зачистки воспользуйтесь:

• шлифмашинкой;
• болгаркой с кругом;
• металлической щеткой.

После очистки заготовка теряет эстетичность, но в конце работы достаточно отполировать метал до сверкания. Если сроки позволяют, можно применить травление. Учитывайте, последний метод применим для элементов небольших размеров.

Травление — технологические приёмы для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием химических веществ – использование специальных растворов.

В быту можно прибегнуть к спецпастам. Их наносят широкой толстой кисточкой, на предварительно вымытую и обезжиренную поверхность.

Напоминаем, о подготовке краев. А также, обязательно следите за тем, чтобы оставался промежуток в сварной черте. Тогда у шва будет оптимальная усадка при остывании.

Возвращаясь к приготовлению края, тщательно его зачистите, обработайте обезжиривающим средством (растворителем). Это улучшит качество шва и обеспечит уверенное горение дуги.

Методы сварки

Есть несколько методов сваривания «нержавейки».

Плазменная сварка или TIG сварка. Широко применимый метод позволяющий сваривать нержавеющей стали разных толщин. Смысл “тига” в сужении дуги при помощи сопла.

В результате получаем поток плазмы с температурой приближающейся к двадцати тыс. по Цельсию.

Метод, к которому можно прибегнуть в быту или в большом цехе. Для его выполнения надо учесть два момента: наличие вольфрамовых стержней и защитный газ (к примеру, аргон). Особенно применим для работ по свариванию заготовок более полутора миллиметров.

Дуговая сварка в инертном газе. Метод сварки для выполнения заказов с трубами или тонкими листами (нержавеющая сталь меньше одного миллиметра). Для использования этого метода достаточно наличия полуавтомата инверторного типа и покрытые электроды.

Это самые используемые методы сваривания нержавеющей стали, как дома, так и в профессиональной практике.

Сварка инвертором

Связать элементы из нержавеющей стали инверторной сваркой с использованием покрытых электродов – очень распространённый метод, если нет требования к качеству шва.

Для решения бытовых задач (сваривание кастрюль, подвальных стеллажей) это самый бюджетный способ. Основной элемент не агрегат, а электроды. От правильного вида зависит результат.

Спецэлектрод по нержавейкам, имеет в своем составе особенную обмазку, выполняющую роль флюса. Качественные, свежие спецэлектроды дадут крепкий шов. Он будет достаточно устойчивые к ржавчине и скачков температур.

Рекомендуем марки: ОЗЛ-6, ОЛИВЕР 29.9, НЖ-13, они на практике дали лучший результат. Конечно, список можно продолжать.

Учтите некоторые моменты при сварке:

• постоянный ток;
• обратная полярность;
• пониженный ампераж.

От вас зависит равномерно и плавность сваривания металла. Учитывая, что электроды имеют малый диаметр и невысокую тепловую энергию.

Не рекомендуем экспериментировать с апмеражем. Такой тип сварки не предусматривает высоких значений. НС имеет низкую теплопроводимость и применять высокий ток приведет к деформациям.

В некоторых ситуациях возможно откалывание больших кусков заготовок. Будьте внимательны — стержни для нержавеющей стали плавятся быстро, по сравнению с другими электродами.

Как и при других сварочных работах, достигнуть лучшего качества и сохранить необходимые свойства поможет охлаждение. Рекомендуем воспользоваться холодным воздухом.

Таким способом деталь охладиться постепенно и равномерно с минимальной деформацией шва. Если качество не выступает целью работы, достаточно будет применить холодную воду.

Если возникла задача сварить тонкую «нержавейку» и шов нужен эстетичный, примените аргонную сварку.

Сварка в аргонной среде (Ar)

Сварочные работы с «нержавейкой» в среде аргона (TIG сварка или «тиг») – распространенный способ. Он подходит для связывания тонкого листа металла, так как не создает деформаций, особенно когда нужно достичь высокого качества шва.

Этот вид сваривание требует среды инертного газа – к примеру, аргона. А также использовать в работах надо вольфрамовые стержни. Обязательно наличие прямой полярности. А вот ток может быть как постоянным, так и переменным.

Сварка нержавеющей стали предполагает так же наличие присадочного материала – проволоки. Она, в свою очередь, выполнена из металлов с высокой легированностью. Важно, работать уверенно, без сдвигов в стороны. В противном случае шов начнет окисляться.

Не обязательно, но желательно другую сторону сварочного шва защитить от воздуха, то есть направить аргон. Также рекомендуем для поджога дуги пользоваться бесконтактным методом, использую спец пластину и далее нести на заготовку из нержавеющей стали.

После завершения процедуры сварки не спешите отключать газ. Достаточно подождать некоторое время – затем смело выключить. В результате вы продлите срок службы вольфрамовых стержней, чем уменьшите окисление.

Подытожим

Работа сваркой заготовок из НС не сложна. Есть два способа варки, который вы выбираете сами — или спецэлектродами или в среде аргона.

Больше практики и вы станете асом по сварке нержавейки. Это достаточно нужный навык. Удачной сварки!

Способы сварки нержавеющих труб

Способы сварки

В производстве сварных труб из нержавеющих сталей применяются следующие основные способы сварки:

• TIG (сварка вольфрамовым электродом в инертном газе, без присадочного металла);
• плазменная сварка (в сочетании с TIG);
• HF (сварка токами высокой частоты);
• Laser (лазерная сварка);
• Electron beam (электронно-лучевая сварка).

В промышленной практике наиболее применяемыми являются первые три способа.
Лазерная технология, которая гарантирует высокий уровень качества, несмотря на значительные первоначальные капиталовложения, получает все более широкое распостранение.
Электронно-лучевая сварка применяется нерегулярно по причине сложности технологического процесса, который предполагает наличие установок глубокого вакуума в процессе всего цикла сварки.
Считается, что в настоящее время технология TIG или TIG в сочетании с плазменной сваркой составляют около 65% всех европейских сварочных производств. 30% приходится на сварку HF и остальное – на лазерную сварку.
В действительности не существует конкуренции между различными системами сварки, но, как правило, требования к технологии сварки зависят от сферы применения сварных труб.
Считаем необходимым обозначить в таблице 1 типичные сферы применения нержавеющих труб в зависимости от применяемой сварочной технологии
Сравним две типичные технологии: TIG и HF.

Способ TIG (Tungset Inert Gas)

Этот способ более других употребляется для производства сварных труб высокого качества из нержавеющих сталей.
Источником генератора тепла для плавки краев служит дуга, которая образуется между вольфрамовым электродом и трубой. Защитный газ, направляемый на сварочную горелку, обволакивает зону плавки с наружной поверхности трубы и одновременно, но уже другим способом, подается внутрь трубы, чтобы защитить зону плавки и изнутри, удерживаясь там с помощью заглушки.
При способе сварки TIG по причине воздействия тепла только на наружную поверхность трубы зона плавления неизбежно окружается обширной зоной термического раздражения, вследствие чего шов оказывается более широким. Но, по этой же самой причине, TIG-шов является более прочным и легче удаляется.

Таблица 1. Рекомендуемые сферы применения труб с различными способами сварки.

При соблюдении же технологических параметров сварки не требуется даже дополнительной термической обработки для устранения возможных изменений микроструктуры сварных швов.
При этом скорость TIG-сварки невысока и, поэтому, цена готовой трубы будет выше, чем при использовании других видов сварки.
Шов, полученный методом TIG плотный, однородный, без пустот и раковин. Прочность сварного шва соответствует прочности основного материала трубы.
В директиве ЕС по оборудованию, работающему под давлением (PED – Pressure Equipment Directive), совершенно однозначно указано, что для оборудования, работающего под давлением свыше 0.5 бар могут применяться нержавеющие сварные трубы, произведенные только способом TIG (см. табл. 1).

Высокочастотная сварка (HF)

На первый взгляд, особенно с точки зрения микроструктуры, высокочастотная сварка (HF) имеет весьма интересные характеристики, благодаря тому, что зона плавления резко ограничена, а зона термического раздражения (прилегает к зоне плавления) практически отсутствует. Разогрев краев происходит равномерно по всей толщине, а скорость достижения температуры плавки – около одной сотой в секунду. С геометрической точки зрения высадка шва как внутри, так и снаружи оказывается прочной и прямой.
Применение высокочастотной сварки в настоящее время находит все более широкое распостранение, в особенности в областях, связанных с декорированием, строительными конструкциями, промышленным машиностроением. В основном это связано с высокими скоростями, достигаемыми при сварке.
Производительность сварки до 20 раз выше, чем при использовании сварки TIG.
На первый взгляд может показаться, что технология HF выигрывает как с точки зрения качества, так и с точки зрения производственных затрат.
Что касается затрат – тут сомнений нет.Цена труб, произведенных сваркой HF на 10% ниже чем у труб, изготовленных с применением сварки TIG.
В отношении качества, однако, необходимо отметить, что наиболее ценное свойство, такое как сжатость зоны плавки, в действительности проявляет себя как слабый пункт, когда речь идет о продукции, требующей высокой надежности, такой как, например, химическое и нефтехимическое оборудование, оборудование для пищевой промышленности, теплообменники и т.д.
Действительно, совершенно очевидно, что необходимые свойства сварного шва могут быть достигнуты только при наличии гарантии сохранения условий и параметров процесса, которые не так легко достигаемы в высокоскоростном процессе HF-сварки. Более того, при недостаточной обработке кромок и ввиду контактного процесса сварки в сварном шве могут образовываться раковины и непровары.
Сварной шов, полученный методом HF неплотный, в нем присутствуют пустоты, которые самым отрицательным образом сказываются на прочности сварного соединения.
Симптоматичен тот факт, что сферы применения техники высокочастотной сварки весьма ограничены и сведены к производству труб декоративного, структурного или механического назначения при полном исключении их применения в термоустановках, оборудовании пищевой, химической и нефтехимической, фармацевтической промышленности.

Качество поверхности, финишная обработка

Качество наружной и внутренней поверхности является одним из самых существенных свойств трубной продукции, определяющей область ее применения, цену, сроки изготовления.
Сварные трубы производятся из холоднокатаного или из горячекатаного рулонного проката. Для нужд пищевой промышленности на финишной стадии производства трубы могут подвергаться термической обработке (например, светлый отжиг), химической обработке (травление) и механической обработке (шлифование внутренней поверхности до чистоты поверхности 0.5-0.8 мкм в области основного материала трубы и до 1.6 мкм в области сварного шва, шлифование наружной поверхности до чистоты менее 1.0 мкм).
Для каждого способа применения трубы может быть подобран оптимальный список финишных операций, который обеспечит наиболее полный набор полезных свойств трубы. Например, если при применении сварных труб необходимо их формоизменение (гибка, сплющивание и т.д.), то рекомендуется заказывать трубы с термической обработкой.
Весь набор финишных операций условно обозначается в маркировке, которая должна быть нанесена на каждую трубу (см. табл. 1).
Ниже показан пример маркировки пищевой сварной нержавеющей трубы:

ММ 52х1 No.541854 1.4301 DIN 17457/11850 CC PK1,

где ММ – торговый знак завода-производителя «Marcegaglia», Италия;
52х1 – диаметр (52) и толщина стенки (1) трубы в мм;
1.4301 – обозначение марки стали (AISI 304);
DIN 17457/11850 – обозначение стандартов, в соответствии с которыми произведена данная труба,
СС – обозначение качества поверхности трубы (по DIN 17457 и DIN 11850):
Труба изготовлена из холоднокатаного рулона с повышенным качеством поверхности, снаружи шов почти неразличим, поверхности протравлена.Изнутри труба протравлена, отшлифована до чистоты поверхности менее 0.8 м область сварного шва отшлифована до чистоты поверхности менее 1.6 мкм, шов ламинирован;
РК1 – труба испытана в соответствии с классом испытаний 1.

Таблица 2. Исполнение и обозначение видов обработки поверхности сварных нержавеющих труб для пищевой промышленности (DIN 11850).

Сварка нержавеющих труб: аргонодуговая, орбитальная

Трубопроводы из нержавеющей стали, благодаря уникальным свойствам материала, широко применяются во многих отраслях промышленности и коммунальном хозяйстве. Для получения надежных соединений сварку труб из нержавеющей стали делают по специальным технологиям. Это усложняет монтаж, но в ряде случаев необходимо для выполнения требований нормативных документов. Например, в международных актах указывается, что орбитальную сварку нержавеющих труб нужно применять обязательно, если они контактируют с пищевыми продуктами.

Особенности сварки нержавейки

Чтобы без изъянов сварить трубы из нержавейки, особенно тонкостенные, нужно учитывать ее отличия от обычного металла. Теплопроводность нержавеющей стали на 70% меньше, поэтому металл на стыке перегревается. В результате повышается вероятность прожига. Для устранения этого недостатка значение сварочного тока устанавливают на 20% меньше чем для черного металла.

Из-за большого коэффициента температурного расширения зона стыка может деформироваться и потрескаться. Для устранения последствий этого явления оставляется зазор между свариваемыми трубами. Нагретому металлу есть куда расширяться, поэтому деформация сводится к нулю.

Если соединение выполняется высоколегированными электродами, они будут перегреваться, так как у нержавеющей стали высокое электрическое сопротивление. Поэтому скорость плавления электродов возрастет, а качество шва снизится. Если иной способ сварки невозможен, их нужно укоротить до минимума.

Подготовительные работы

Перед сваркой труб из нержавеющей стали проводится подготовка места стыка. Чтобы шов был качественный, необходимо:

1. Зачистить кромки напильником, наждачной бумагой или абразивным инструментом.
2. Участки нержавеющих труб возле стыка обезжирить ацетоном. Этот растворитель также помогает поддерживать электрическую дугу на стабильном уровне, что положительно сказывается на качестве соединения.
3. Стыкуя трубы не забывать о зазоре между ними, чтобы не было деформации.
4. Закрыть теплостойким материалом поверхности возле стыка, чтобы на них не попадали капли расплавленного металла.

Способы сварки труб из нержавеющей стали

В заводских условиях заготовки из нержавеющей стали соединяют лазерной, плазменной и высокочастотной сваркой. Домашним мастерам доступны следующие методы:

1. Ручную дуговую сварку выполняют короткой дугой, не двигая электрод поперек шва. Чтобы повысить коррозионную стойкость шва и избежать горячего растрескивания в составе его обмазки должен содержаться феррит. Работа с такими электродами проводится постоянным током обратной полярности. Иначе дуга будет неустойчива. При наложении швов по вертикали и на потолке величина тока снижается на 30%. Электроды перед работой прокаливают, чтобы исключить образование пор водородом.
2. Сваркой под флюсом соединяют трубы из нержавеющей стали со стенками толщиной 3 — 50 мм. За счет плавного перехода между основным металлом и швом достигается высокая коррозионная стойкость. Этот способ менее трудоемкий, чем предыдущий, так как кромки обрабатываются при толщине стенок больше 12мм, а не от 4 как при ручном дуговом способе. Работа производится электродом с вылетом в 2 раза меньшим стандартного значения. Флюс предварительно прокаливается.
3. При сварке в среде углекислого газа образуется много брызг и оксидная пленка поверх шва. Поэтому коррозийная стойкость соединения невысока. Для ее повышения применяются специальные эмульсии.
4. Для сварки в среде инертного газа характерна стабильность дуги и меньшее выгорание легирующих добавок. Работа выполняется постоянным током прямой полярности плавящимися и вольфрамовыми электродами.

Технология аргонодуговой сварки труб из нержавеющей стали

Соединение заготовок из нержавеющей стали этим способом ведут неплавящимся электродом из вольфрама, закрепленного в центре сопла горелки. Через него аргон поступает к стыку, создавая защищенную зону. Шов создается в результате плавления присадочной проволоки, подаваемой вручную или автоматически.

При наложении шва нельзя делать поперечных движений горелкой с электродом и присадочной проволокой. При их выходе за пределы защищенной зоны качество соединения снизится. Сварку рекомендуется проводить с поддувом аргона на обе стороны. Нельзя касаться поверхности заготовок электродом даже для розжига дуги. Опытные сварщики используют для этого пластины из графита или угля, перенося затем дугу на стык. После завершения работы зона стыка в течение 10 — 15 секунд должно находиться в аргоновой среде. Это ускорит остывание шва, и предотвратит окисление электрода.

При сварке труб из нержавейки необходимо обдувать место соединения аргоном как снаружи, так и изнутри. Проблема решается просто:

• в торец одной из труб забивают пробку из любого подручного материала;
• на стык наматывают скотч или изоляционную ленту;
• через торец другой трубы с помощью горелки закачивается аргон;
• после заполнения газом всего объема забивают вторую пробку;
• снимают скотч или изоляционную ленту, начинают сваривание.

Орбитальная сварка нержавеющих труб

В основу этого способа заложен аргонодуговой метод, но сварочная головка движется по окружности трубы, вдоль стыка, создавая непрерывный шов. Отсюда и название. Процесс полностью автоматизирован и контролируется процессором. Длину дуги выставляют путем крепления головки на направляющих в нужном положении.

Программа, заложенная в процессор, изменяет параметры процесса в зависимости от положения головки во время ее движения по орбите. Для этого стык по длине делится на горизонтальные, вертикальные и участки под углом. При прохождении головки по любому из них автоматически изменяются значения параметров:

• скорость движения головки;
• величина сварочного тока;
• скорость подачи присадочной проволоки;
• расход аргона.

Поскольку на всех участках орбиты условия сварки оптимальны, формируется однородный шов высокого качества. Для соединения труб диаметром 8 — 275 мм используется головка открытого типа. На трубопроводах большего сечения, предварительно заполненных инертным газом, применяется закрытая конструкция. Стыковка труб из нержавеющей стали с толстыми стенками проводится в несколько проходов с изменением угла наклона головки. Длительность процесса увеличивается, поэтому в комплект оборудования включается блок ее принудительного охлаждения.

Не важно, каким способом свариваются трубы из нержавеющей стали. Главное качество шва, от которого зависит надежность и срок эксплуатации трубопроводов. Можно и вручную добиться хороших результатов, но лучше обзавестись полуавтоматом для аргонодуговой сварки (TIG). Он универсален и позволяет качественно сваривать различные металлы толщиной от 1 мм.

Источники:

http://prosvarku.info/tehnika-svarki/svarka-nerzhaveyushchej-stali
http://neva-stal.ru/sposoby_svarki_nerzhaveyuschih_trub
http://svarkaprosto.ru/tehnologii/svarka-nerzhaveyushhih-trub