В случаях, когда обе свариваемые детали выполнены из одинакового металла, ориентируйтесь на тип основного металла...

Шаг 1: Выбор сварочного материала для выбранного процесса сварки

В случаях, когда обе свариваемые детали выполнены из одинакового металла, ориентируйтесь на тип основного металла. Например, при сварке 316L стали со сталью 316L, используйте сварочный материал, предназначенный для сварки 316L стали. Однако, имеющийся опыт свидетельствует о том, что сварной шов более подвержен коррозии, чем основной металл, поэтому сварочные материалы должны содержать несколько большее количество легирующих элементов. Тем не менее, необходимо тщательно оценивать объемы этого повышения, чтобы избежать избыточного легирования, которое в свою очередь может спровоцировать гальваническую (электрохимическую) коррозию.

При сварке разнородных металлов (например, нержавеющей стали с конструкционной углеродистой)

Предупреждение: Неправильный выбор сварочного материала или слишком высокая доля участия основного металла могут привести к образованию дефектов. Наиболее распространенным типом дефекта в этом случае является образование трещин, но возможно также и просто охрупчивание шва.

Поэтому выбор правильного сварочного материала и способа сварки играет важнейшую роль в получении положительного результата при их сварке:

• НЕ используйте низколегированные электроды для сварки низколегированной стали с нержавеющей. Это приведет к получению хрупких сварных шов из-за образования в них мартенситной структуры.
• НЕ используйте сварочную проволоку из нержавеющей стали с недостаточным содержанием легирующих элементов для сварки низколегированной стали с нержавеющей. Результатом такой сварки могут стать хрупкие сварные швы из-за образования в них мартенсита.
• ИСПОЛЬЗУЙТЕ высоколегированные сварочные материалы с повышенным содержанием легирующих элементов, например, 309 или 312 типов, специально предназначенных для сварки низколегированной стали с нержавеющей.

Для выбора присадочных материалов для сварки разнородных нержавеющих сталей или разнородных никелевых сплавов, пользуйтесь Руководством по сварке разнородных металлов. Как правило, в таких случаях рекомендуется использование сварочного материала, предназначенного для сварки более легированного из двух сплавов. Например, при сварке стали марки 304L с 316L, используйте сварочные материалы для 316L стали.

При сварке нержавеющей стали с никелевыми сплавами всегда используйте сварочные материалы для никелевых сплавов.

НЕ используйте сварочные материалы из высоколегированных нержавеющих сталей для сварки из нержавеющих сталей с никелевыми сплавами, так как существует очень высокий риск образования трещины по оси шва. Это связано с разбавлением металла шва материалом детали из никелевого сплава. Повышенное содержание никеля в металле шва, наплавленного нержавеющей присадкой, создает дисбаланс в его составе, что повышает чувствительность к образованию кристаллизационных трещин.

Шаг 2: Настройка параметров сварочного процесса

Параметры сварки необходимо настроить таким образом, чтобы добиться как можно меньшего удельного тепловложения, чтобы свести к минимуму термические деформации. Возникающие при этом напряжения могут быть достаточно высокими, что в сочетании с рабочими нагрузками на сварное изделие может привести к коррозионному растрескиванию конструкции.

Удельное тепловложение = (Ампер х Вольт х 60) / Скорость перемещения. Снижение тока сварки или напряжения на дуге снижают величину удельного тепловложения. Более высокая скорость перемещения, например, при сварке продольными валиками, по сравнению со сваркой с поперечными колебаниями, также способствует снижению уровня тепловложения.

Отрегулируйте силу тока или напряжение таким образом, чтобы оптимизировать:

• Стабильность дуги
• Проплавление (более низкое напряжение может привести к меньшему проплавлению)
• Брызги (либо понизьте скорость подачи проволоки, либо повысьте напряжение)
• Подрезы (более высокое напряжение может привести к увеличению количества подрезов). Или понизьте скорость перемещения, чтобы позволить расплавленной сварочной ванне заполнить подрезы
• Разбавление металла шва (меньшее проплавление приводит к меньшей доле участия основного металла в шве)

Старайтесь выполнять сварку короткой дугой, чтобы минимизировать выгорание легирующих элементов.

Шаг 3: Правильная подготовка соединения под сварку

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Устраните или избавьтесь от всех возможных источников загрязнения, включая коррозию из-за воздействия: грязи, масла, жира, окалины, краски и маркировочных чернил, которые могут содержать хлориды.

При использовании средств против налипания брызг, используйте только те, которые предназначены специально для нержавеющих сталей. Остерегайтесь присутствия масла в сжатом воздухе, если он используется для охлаждения или сушки сварных соединений.

Обратите внимание, что некоторые обезжиривающие вещества могут сами загрязнять свариваемые кромки, а также образовать под воздействием дуги опасные для человека ядовитые газы.

Чтобы избежать загрязнения изделия из нержавеющих сталей и никелевых сплавов железом, разделяйте рабочие зоны для изделий из этих материалов и углеродистых сталей. Частицы железа на их поверхности способствуют образованию локальных точек коррозии.

СЫРОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

Удалите перед сваркой конденсат с поверхностей изделий. Дайте свариваемым деталям, хранящимся вне помещения, нагреться до комнатной температуры, чтобы избежать образования на них конденсата. Проверьте наличие влаги в защитных газах.

ПЛАЗМЕННАЯ РЕЗКА

Зачистите до металлического блеска кромки соединения, подготовленные с помощью плазменной резки, где в качестве плазмообразующего или защитного газа использовались азот или воздух. Некачественная зачистка может привести к азотированию сварного соединения, что в свою очередь может вызвать образование ржавчины по зоне термического влияния готового сварного соединения.

Используйте чистые абразивные материалы, специально предназначенные для работ с нержавеющими сталями.

УЧИТЫВАЙТЕ ДЕФОРМАЦИЮ

У аустенитных нержавеющих сталей коэффициент теплового расширения на 50% выше, по сравнению с углеродистыми сталями. Никелевые сплавы расширяются в несколько меньшей степени. Чтобы снизить остаточные напряжения, чаще ставьте прихватки, а также выполняйте сварку отдельными участками. Сведите к минимуму поперечные колебания дуги, которые снижают скорость сварки, тем самым увеличивая удельное тепловложение. При сварке нержавеющих сталей или никелевых сплавов предпочтительнее сварку выполнять узкими продольными валиками.

УЗКИЕ ЗАЗОРЫ

Избегайте сварку в узкие зазоры. Зазор в корне должен быть равен как минимум диаметру электрода. Это особенно важно при сварке дуплексных нержавеющих сталей и никелевых сплавов, жидкая ванна которых, как правило, обладают плохой текучестью, что приводит к образованию непроваров или подрезов.

Шаг 4: Очистка сварного шва

Это очень важный шаг. Целью очистки сварного шва является правильное формирование на поверхности пленки из оксида хрома для получения максимальной коррозийной стойкости: чем более гладкая поверхность, тем выше коррозийная стойкость. Под воздействием тепла от сварки хром на поверхности шва может выгорать, что может привести к потере им коррозионной стойкости. Чтобы избежать образования ржавчины, очень важно удалить после сварки истощенную хромом зону химическим или механическим способом.

Настоятельно рекомендуется использовать щетки и другие инструменты из нержавеющей стали, чтобы избежать попадания на поверхность частиц железа, которые могут вызвать образование ржавчины.

СПОСОБЫ ОЧИСТКИ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ПОЛИРОВКА

Это самый лучший способ, однако он медленный и дорогой.

ТРАВЛЕНИЕ

Основными ингредиентами для травления являются азотная и плавиковая кислоты. Помимо гладкой поверхности, данный способ обеспечивает оптимальную коррозийную стойкость, а также удаляет поверхностные дефекты. Избегайте чрезмерного травления, которое образует грубую поверхность. Обратите внимание, что остатки продуктов травления необходимо надлежащим образом нейтрализовывать и утилизировать в соответствии с местными экологическими нормами. Одновременно с травлением сварное соединение пассивируется. Пассивирующие растворы не так эффективны в удалении загрязнений, как травильные пасты и растворы.

ШЛИФОВАНИЕ

Коррозийная стойкость зависит от размера зерна абразивного материала.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОЛИРОВКА

Почти столь же эффективна, как и электрохимическая полировка, и зависит от используемого инструмента: чем мягче рабочая поверхность инструмента, тем лучше коррозийная стойкость.

ОЧИСТКА ЩЕТКОЙ

Допустимый способ, при условии, что используются чистые щетки из нержавеющей стали.

ПЕСКОСТРУЙНАЯ ОЧИСТКА

Используйте чистый абразивный материал. Избегайте чрезмерной пескоструйной обработки, которая может создать грубую поверхность.

Стандартные сварочные материалы на основе высоколегированных сталей 300 серии образуют в наплавленном металле некоторое количество ферритной фазы, которая способствует подавлению процесса образования микротрещин. Микротрещины могут развиваться в полноценные трещины, которые обычно наблюдаются по центру сварного шва. Микротрещины, как правило, возникают из-за образования легкоплавких пленок по границам зерна в момент окончания кристаллизации сварного шва в сочетании с перемещением кромок из-за высокого коэффициента теплового расширения. Ферритная фаза способствует формированию зерен с большей площадью границ, тем самым снижая толщину жидких прослоек из легкоплавких интерметаллидов.

Поскольку никелевые сплавы и супераустенитные стали не содержат феррита, они более подвержены кристаллизационному растрескиванию. Для того, чтобы снизить риск образования горячих трещин, можно порекомендовать следующие мероприятия:

ТИП РАЗДЕЛКИ ШВА

Из-за более высокого содержания никеля, сварочная ванна, как правило, обладает меньшей текучестью. Чтобы избежать образования непровара, рекомендуется использовать более широкий угол раскрытия кромок разделки, и делать больший зазор между кромками, по сравнению с теми, что обычно используются в сварке нержавеющих сталей.

ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕ

Чем ниже уровень удельного тепловложения, тем меньше подверженность сварного шва к растрескиванию. Положительный эффект дает использование сварочных материалов меньшего диаметра, они позволяют выполнять сварку на более низких токах. Рекомендуемый максимальный уровень удельного тепловложения, как правило, составляет 1 кДж/мм.

ФОРМА ВАЛИКА

Следует избегать валиков вогнутой формы. Предпочтительными являются плоские или слегка выпуклые валики.

ТЕМПЕРАТУРА МЕЖДУ ПРОХОДАМИ

При сварке сплавов, не содержащих феррит, предпочтительнее более низкая температура между проходами, которая снижает тепловое напряжение. Максимальная рекомендуемая температура между проходами составляет 150°C.

Особые рекомендации по сварке дуплексных нержавеющих сталей

Дуплексные стали сильно отличаются от стандартных нержавеющих. Их микроструктура содержит примерно по 50% феррита и аустенита. Неправильная сварка сталей этого класса может привести к образованию в сварном соединении фаз или выпадению структур, подверженных питтинговой коррозии. Понимая это, а также тщательно следуя рекомендуемым процедурам сварки, можно легко получить механически надежные и устойчивые к коррозии сварные изделия.

Для успешной сварки материалов на основе дуплексных сталей даются рекомендации ниже.

В целом, необходимо соблюдать следующие параметры:

ТИП РАЗДЕЛКИ ШВА

Из-за высокой вязкости жидкого металла этих материалов, текучесть сварочной ванны, как правило, не очень хорошая. Чтобы избежать образования несплавлений, рекомендуется использовать более широкий угол раскрытия разделки и больший зазор между кромками, по сравнению с теми, что обычно используются в сварке нержавеющих сталей.

ВЫБОР ЗАЩИТНОГО ГАЗА И ГАЗА ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОРНЯ ШВА

Как было сказано выше, в силу особенностей этих материалов текучесть сварочной ванны, как правило, более низкая. Это можно частично компенсировать правильным выбором защитного газа, который также может способствовать правильному балансу в микроструктуре аустенита и феррита. Правильно подобранный газа для защиты корня шва также может положительно сказаться на коррозийной стойкости.

ТЕПЛОВЛОЖЕНИЕ

Для того, чтобы достичь оптимального соотношения феррита к аустениту, необходимо надлежащим образом контролировать уровень удельного тепловложения. Рекомендуемый диапазон тепловложения зависит от класса дуплексной нержавеющей стали сварного изделия.

ТЕМПЕРАТУРА МЕЖДУ ПРОХОДАМИ

Чтобы предотвратить образование хрупких структур, для дуплексных сплавов рекомендуется выдерживать определенную температуру между проходами. Правильная температура между проходами зависит от качества класса дуплексной стали и толщины свариваемого металла.

Сварка ферритных сталей

Сплавы на основе ферритных нержавеющих сталей по своей природе имеют тенденцию к возникновению затруднений при их сварке из-за плохой текучести сварочной ванны.

Чтобы упростить процесс их сварки, для нескольких марок ферритных нержавеющих сталей, Exaton разработал сплавы со специальным химическим составом.

Наплавка

На практике часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда необходимо сваривать оборудование, эксплуатирующиеся при относительно высоких давлениях, при этом должны быть соблюдены требования различных стандартов, регламентирующих изготовление таких сосудов. В то же время, для увеличения срока службы сосудов требуется их защита от коррозии.

Распространенным решением является изготовление сосуда из высокопрочной низколегированной стали и плакирование его поверхностей, контактирующих с различными агрессивными средами высоколегированными материалами с использованием различных процессов. Наиболее часто это MIG, TIG, SMAW и SAW сварка с использованием проволок сплошного сечения или комбинации проволока/флюс. В последние несколько десятилетий становятся все более распространенным процессы дуговой или электрошлаковой наплавки ленточными электродами.

ESAB разработал широкий ассортимент сварочных материалов в виде проволок, лент и флюсов, которые позволяют получить плакирующий слой с требуемым содержанием легирующих элементов при однослойной наплавке с производительностью, превышающей 40 кг/час.

Как правило, при изготовлении таких конструкций для достижения требуемых пластических характеристик наплавленного металла, на низколегированную сталь необходимо нанести первый переходный слой сварочным материалом повышенного легирования. Последующие слои могут быть получены с использованием сварочного материала с требуемым химическим составом.