Ювелирное обозрение

Сложности, с которыми связана сварка изделий, изготовленных из нержавейки, с черным металлом, объясняются преимущественно тем, что эти материалы, хотя и относятся к сталям, являются, по сути, разнородными. Для того чтобы качественно сварить такие металлы, то есть получить сварной шов, который по своим механическим характеристикам будет близок к основному металлу соединяемых изделий, следует в первую очередь правильно подобрать электроды. Кроме того, надо учитывать такой параметр соединяемых металлов, как их свариваемость, то есть способность образовывать качественные и надежные неразъемные соединения, полученные методом сварки.

Сварка нержавеющего фланца с отводом из углеродистой стали

Принципы сварки нержавеющих сталей

На свариваемость нержавеющих сталей – способность образовывать качественные сварные соединения (в том числе и с черными металлами) – оказывают влияние определенные характеристики таких сплавов.

• Теплопроводность нержавеющих сталей, если сравнивать ее с аналогичным параметром сплавов с низким содержанием углерода, невысокая. Из-за того, что нержавейка не способна быстро отводить тепло, при сварке она сильно нагревается, а это отрицательно сказывается на характеристиках создаваемого соединения и основного металла. Чтобы избежать перегрева изделий из нержавеющих сталей при их сварке с деталями из черного металла, необходимо снижать силу сварочного тока (в среднем на 20%).
• Нержавеющие стальные сплавы отличаются высоким коэффициентом линейного расширения, что приводит к значительному деформированию металла в процессе выполнения сварочных работ. Кроме того, данный фактор является причиной деформации изделий из нержавейки и в тот момент, когда они уже соединены при помощи сварки и остывают. Чтобы избежать этого, необходимо предусматривать более широкие зазоры между соединяемыми деталями.
• Высокое электрическое сопротивление, которым обладает нержавейка, становится причиной значительного перегрева сварочных электродов. Особенно актуально это в том случае, если для сварки используются электроды, изготовленные из высоколегированной стали. Чтобы избежать этих проблем, сварку как однородных, так и разнородных стальных сплавов следует выполнять короткими электродами (не более 350 мм), стержень которых изготовлен из хромоникелевых сплавов, отличающихся невысоким электрическим сопротивлением.
• Склонность к образованию межкристаллитной коррозии, которой особенно подвержены высокохромистые стали, приводит к ухудшению антикоррозионных свойств нержавейки и появлению в ее внутренней структуре трещин. Этот вид коррозии возникает также из-за перегрева металла в процессе выполнения сварочных работ. С таким явлением, суть которого заключается в том, что на границах кристаллов основного металла возникают твердые карбидные соединения, борются различными способами. К наиболее эффективным из таких способов относится быстрое охлаждение металла, подвергшегося значительному нагреву в процессе сварки. Однако следует заметить, что метод быстрого охлаждения, для которого используется обычная вода, эффективен лишь в тех случаях, когда материалом изготовления соединяемых деталей является хромоникелевая сталь.

Методы сварки изделий из нержавеющих сталей и черного металла

Для того чтобы сварить заготовки из нержавейки и черных стальных сплавов, получив при этом качественные и надежные соединения, применяют сварку следующих типов:

• покрытыми штучными электродами в режиме MMA;
• неплавящимися электродами, изготовленными из вольфрама;
• в среде защитного газа, в качестве которого преимущественно используется аргон.

Если сварка изделий из черного металла и нержавейки проводится по первой технологии (MMA), то необходимо взять электроды, специально предназначенные для выполнения соединений цветных металлов и сплавов.

Марки и применение высоколегированных электродов

Однако лучше всего варить нержавейку и черный металл в среде защитного газа аргона. Для этого, естественно, потребуется специальный сварочный аппарат. Аргон в данном случае обеспечивает надежную защиту зоны формируемого сварного шва от чрезмерного насыщения металла азотом и его окисления. Если не обеспечить такой защиты, то металл сформированного сварного шва будет очень хрупким, что значительно снизит надежность полученного соединения.

Схема сварки нержавейки аргоном

Чтобы качественно сварить изделия из нержавейки и черного металла, в процессе выполнения операции необходимо следить за положением электрода. Последний, чтобы сварной шов получился качественным и надежным, надо держать перпендикулярно к поверхности соединяемых заготовок.

Выбор электродов

Чтобы надежно приварить изделие, изготовленное из нержавейки, к детали из обычного черного металла, следует учитывать ряд важных нюансов. В первую очередь они касаются выбора присадочной проволоки определенного химического состава. В металле присадочной проволоки, степень легирования которого должна быть выше, чем аналогичный параметр материала свариваемого изделия, обязательно должны содержаться такие элементы, как марганец, никель и иногда хром.

Марки и химический состав высоколегированной сварочной проволоки (нажмите для увеличения)

Важным условием формирования качественного сварного соединения является наличие в составе формируемого шва некоторой доли основного металла. В зависимости от используемой технологии сварки количество основного металла в материале сварного шва может составлять 30–40%.

Прежде чем варить заготовку из нержавейки с деталью из черного металла, следует выяснить химический состав свариваемых сталей, чтобы правильно подобрать тип электродов.

Разнородные материалы, которые необходимо соединить при помощи сварки, могут отличаться по целому ряду параметров:

• способности образовывать неразъемные соединения (свариваемости);
• теплопроводности;
• механическим характеристикам;
• степени легирования;
• химическому составу.

При этом стальные сплавы, изделия из которых необходимо сварить между собой, могут относиться к одной из следующих категорий:

• углеродистые;
• низколегированные;
• теплоустойчивые;
• легированные;
• отличающиеся высокой степенью легирования – высоколегированные.

Ориентировочный выбор сварочного материала в зависимости от назначения сварочного шва

Основная проблема, с которой связана сварка разнородных сталей (нержавейки и черных металлов), заключается в образовании трещин в сформированном сварном шве. Очень часто, чтобы избежать такой проблемы, для сварки изделий из нержавейки с деталями из черных металлов специалисты используют высоколегированные электроды, позволяющие сформировать сварной шов с высокими прочностными параметрами.

Результат дуговой сварки нержавейки с черной сталью электродом ОЗЛ-6. Швы хоть и темнее, но не поржавели за несколько месяцев

Вообще для сварки изделий из нержавейки с деталями, изготовленными из черных металлов, используют несколько основных типов электродов:

• Э50А – для сталей, отличающихся высокой теплоустойчивостью;
• ОЗЛ-25Б – для стальных сплавов, относящихся к категории жаропрочных;
• НИАТ-5 – для сталей, отличающихся аустенитной внутренней структурой;
• ЦТ-28 – для стальных сплавов, содержащих в своем химическом составе значительную долю никеля.

Во время ремонта, монтажных работ иногда необходимо соединить разнородные сплавы. Сварку нержавейки с черным металлом производят с использованием наплавочного материала. При его выборе важно знать марку или хотя бы категорию нержавеющего сплава. Образующийся слой по химическому составу должен быть максимально приближен к нержавейке, содержать легирующие металлы. Только в этом случае получится прочное соединение.

Можно ли сварить нержавейку с черным металлом

Нержавеющие сплавы значительно отличаются от углеродистых. При сварке нержавейки и черного металла учитывают разницу нескольких физических параметров:

• теплопроводность у нержавейки ниже, чем у черных металлов, она сильнее нагревается, медленнее остывает;
• у нержавеющих сплавов выше сопротивление, электрод над нержавейкой нагревается сильнее, чем над черным металлом, ванну расплава формируют в большей степени за счет черного металла;
• нержавейка сильнее расширяется при нагреве, между заготовками нужно оставлять небольшой зазор, чтобы не возникало внутренних напряжений;
• в нержавейке при нагреве до 500°С образуются карбиды, от них возникают трещины, внутренние дефекты, варить заготовки нужно при низкой температуре;
• при нагреве углеродистая черная сталь становится вязкой, а легированная – жидкой, как вода, варить заготовки лучше в горизонтальном положении.

Сварку черного металла и легированного сплава можно проводить несколькими способами, учитывая особенности нержавейки.

По какой технологии выполняется сварка

Способ сварки зависит от вида сплава и необходимой прочности швов. В домашних условиях чаще используют традиционную электродуговую постоянным током. Шов, который должно выдерживать давление, большую динамическую нагрузку, варят под облаком защитного газа. Аргон использовать необязательно, достаточно углекислого газа, подаваемого полуавтоматом. Аргоновая сварка экономически нецелесообразна.

Как сваривают нержавейку с черным металлом:

1. Способ электродуговой сварки MMA самый распространенный, выбирают электроды, которые применяют для работы с нержавейкой. Легирующие компоненты должны совпадать, только в этом случае образуется надежное соединение.
2. Сварка полуавтоматом MIG используется в промышленных условиях. Прочность соединения зависит от марки присадочной проволоки, она должна быть из нержавейки. Марку выбирают под заготовку по химическому составу.
3. Способ TIG с использованием тугоплавких электродов применяется для ответственных соединений. При газосварке образуются прочные плотные швы.

Применение нержавеющих присадочных материалов снижает текучесть легированных сплавов почти в три раза, делает жидкий металл вязким.

Выбор электродов

Наплавочный материал для присоединения нержавейки к черному металлу выбирают под марку сталей. Только в этом случае не будет трещин в области шва. В присадке должны быть основные легирующие элементы, ведь в диффузном сварочном слое содержится до 40% присадочного сплава. Электроды выбирают в зависимости от вида нержавеющей стали:

• для аустенитной (кислотоустойчивой) нержавейки подойдут электроды НИАТ-5, ЭФ400/10У с основным покрытием, стержнем, легированным хромом, никелем, молибденом (четвертый вид свариваемости);
• для хромоникелевых нержавеющих сталей – ЦТ-28, ЦЛ-11 с основным видом обмазки, легирующие добавки: молибден, хром, вольфрам, марганец; ОЗЛ-22, ОЗЛ-14А, ОЗЛ-7, ОЗЛ-36 со специальным флюсовым покрытием, стержнями с высоким содержанием хрома, никеля, марганца;
• для стали с никелем – ESAB OK 67.70, OK 67.75 с рутиловой обмазкой, содержащей оксид титана (ограниченная свариваемость);
• для теплоустойчивой нержавейки – Э50А (УОНИ 13/55) с основным видом покрытия из карбонатов и фторидов, с повышенным содержанием марганца;
• для жаропрочных нержавеющих сталей – ОЗЛ-25Б, ЗИО-8 с основной обмазкой, стержнем с высоким содержанием хрома, марганца, молибдена.

Перед работой электроды прокаливают в течение часа, нагревают их до + 180–200°С. Берут только нужно количество с запасом 2–3 штуки. После прокалки присадочные стержни долго не хранятся, обмазка начнет осыпаться. Для ответственных швов выбирают электроды по справочной таблице.

Как происходит процесс сварки

Предварительно заготовки нужно подготовить: очистить от грязи и пыли, снять окалину – зачистить до металлического блеска железной щеткой или наждачкой. Затем проводят обезжиривание спиртом или растворителем, наносят на кромки флюс, он выравнивает плавление, обе заготовки прогреваются равномерно.

Сваривать заготовки желательно в нижнем положении, чтобы ванна расплава не растекалась. Движения должны быть точные. Чтобы качественно приварить нержавейку к черному металлу обычным электродом, нужен ток обратной полярности (подключают контакт «+»), держать его нужно ближе к углеродистому черному сплаву, у него ниже текучесть. Шов делают глубокой, большой ширины, остывать диффузионный слой должен медленно, чтобы кристаллизация была равномерной. Предварительный прогрев заготовок применяют только в крайних случаях, для жаропрочных сплавов.

В качестве источника тока использовать инвертор с дополнительными функциями. При газосварке швы проваривают долго, чтобы образовалась большая ванна расплава. После проверки и очистки швов рабочую зону покрывают пассивирующим слоем.

Как проверить качество шва

До очистки и финишной шлифовки соединения, шов проверяют на герметичность. Существует несколько способов:

• на диффузионный слой наносят керосин, он будет просачиваться даже в самое мелкое отверстие – если с обратной стороны нет масляного пятна, все в порядке;
• если применяют ацетон или другой растворитель, его подкрашивают пастой из пишущего стержня, чтобы была заметна протечка;
• еще один способ – гидравлический, его применяют для трубопроводов и соединений, на которые будет оказываться динамическая нагрузка.

Проверяют на прочность сварки нержавейки и черного сплава только те швы, к которым предъявляются повышенные требования по прочности. Швы, рассчитанные на низкую нагрузку, гидравликой не испытывают, чтобы не было разрушений.

Соединение черной стали и нержавейки можно проводить самостоятельно, если есть опыт сварных работ.

Никогда не возникает вопросов, когда производится сварка идентичных по составу металлов. Проблемы возникают, когда свариваются две разные заготовки. И, скорее всего, не проблемы, а трудности, касающиеся правильного подбора технологий и режимов сварки, а также расходных к ним материалов. К примеру, сварка нержавейки и черного металла. Вроде бы две стали, но с разными техническими свойствами. Поэтому правильно варить два этих сплава – это значит, точно подобрать параметры сварочного процесса. Ведь сваренный шов будет держать обе заготовки прочно лишь в том случае, если он состоит из того же металла, что и свариваемые детали.

С черным металлом все более или менее понятно. Это самый распространенный материал, который легко поддается свариванию любыми видами сварки. С нержавеющей сталью все намного сложнее.

Особенности сварки нержавейки

Есть четыре технические характеристики нержавеющей стали, которые делают ее сварку особенной.

1. Низкая теплопроводность металла. Если сравнить данный показатель с черной сталью, то она у нержавейки в два раза ниже. Это говорит о том, что в процессе нагревания металла он не отводит тепловую энергию, а накапливает в себе. А это чревато повышением температуры на определенном участке, что при сварке обязательно приведет к прожогам. Эту проблему можно решить просто – нужно уменьшить силу тока на 20-30%.
2. Линейное расширение у нержавейки выше, чем у черного металла. Почему так важно данное значение. Все дело в том, что после большого расширения при нагреве будет происходить обратный процесс – усадка на туже величину, что и расширение. То есть, две заготовки могут порвать сварочный шов, или в нем появятся трещины в большом количестве. Выход из положения – большой зазор между свариваемыми деталями.
3. Электрическое сопротивление. Этот показатель у нержавейки тоже большой. Он влияет на электрод, а точнее на его перегрев в процессе сварки нержавейки и стали. Поэтому необходимо длину расходника уменьшить до предела 35 см, не больше.
4. Нержавеющая сталь под действием высоких температур меняет свои качества. То есть, из нержавейки она превращается в обычную сталь. Поэтому очень важно ее не перегревать. При +500С на зернах металла образуется карбидное соединение, которое и снижает антикоррозионные свойства нержавейки. По сути, коррозия начинает происходить на межкристаллических связях. Решается данная проблема по-разному, например, свариваемые детали охлаждаются водой.

Сварка нержавейки с черным металлом

Можно ли, и как сварить нержавейку с черным металлом? Вопрос, который требует особого подхода. Главное – правильно выбрать технология сваривания. Чтобы ее провести, можно использовать:

• Ручную дуговую сварку плавящимся электродом.
• Неплавящимся вольфрамовым электродом в среде защитных газов с присадкой или без таковой.

Кстати, в качестве присадочного материала нужно использовать нержавеющую проволоку.

Сказать, что первый способ сварки лучше, а второй нет, или наоборот, нельзя. В каждой технологии есть свои особенности и нюансы. К примеру, чтобы сварной шов при ручной электродуговой сварки был качественным, нужно использовать электроды, с помощью которой можно варить саму нержавейку. Вторая технология предопределяет использование присадки только из нержавейки. Причем в ее состав обязательно должны входить легированные добавки: никель и марганец, редко хром. Но в сварочном шве все же должно быть больше нержавеющей стали. Идеальный шов, если в составе его металла входит 40% чистой нержавейки.

Что касается плавящихся электродов, то они подбираются с учетом состава обоих свариваемых металлов: нержавейки и обычной стали. Все дело в том, что две заготовки могут отличаться не только техническими и механическими параметрами, но и разной степенью свариваемости, наличием или отсутствием легированных материалов, их процентным содержанием.

К тому же присутствие никеля в двух сплавах делит их на несколько категорий: легированные, низко- или высоколегированные, углеродистые или теплоустойчивые. Поэтому, выбирая электрод, придется все это учитывать. Хотя существует определенное правило сварки нержавейки и черной стали. Если хотите получить качественный шов без внутренних трещин – используйте расходник, который используется для сварки высоколегированных сталей. Стержень таких электродов обладает высокими прочностными характеристиками.

Марки каких электродов подойдут для сварки черной стали и стали нержавеющей:

• НИАТ-5 – прекрасно варит аустенитных металлов.
• ЦТ-28 – для нержавейки.
• Э50А – для сплавов с высоким показателем теплоустойчивости.
• ОЗЛ-25Б – для жаропрочных металлов.

Особенности сварки черного металла с нержавейкой

Особенность соединения двух разноплановых видов сталей заключается в том, что в процессе их нагрева происходит расплав. Металлы становятся мягкими, но нержавейка в этом плане становится текучей, как вода, а черная сталь приобретает вязкую консистенцию. Это и есть большая проблема. Решить ее можно только одним способом – использовать для соединения электрод для сварки нержавейки. К примеру, ОК61.30 – это универсальная марка, или ОК67.45 – этот электрод обычно используется в самых сложных ситуациях, к которым относится сварка нержавеющей стали и стали из черного металла.

Кстати, ручная электродуговая сварка плавящимся электродом в данной ситуации является самой простой по сравнению с другими технологиями. Но использование газосварки считается более качественным вариантом в плане получения шва высокого качества. Все дело в том, что присадочная проволока из нержавеющей стали снижает текучесть основного металла почти в три раза. Из этого можно сделать вывод:

• Если вам необходимо соединить детали из нержавейки и черного металла в домашних условиях, то выбирайте электродуговую сварку.
• Если нужно, чтобы соединение смогло выдержать приличные нагрузки, тогда лучше воспользоваться сваркой в среде защитного газа.

Кстати, аргоновую сварку часто для этих целей лучше не использовать, слишком дорого обойдется такое соединение. Можно ее заменить обычной газосваркой, используя в качестве присадки нержавеющую проволоку. Идеально будет, если зону сварки защитить флюсом. Но и его также придется выбирать из расчета сваривания двух разных сплавов.

Режимы для сварки

Толщина соединяемых заготовок, мм	Диаметр электрода, мм	Род тока	Сила сварочного тока, А
1	2	постоянный	30-60
2	3	постоянный	50-80
4	4	постоянный	90-130

Технология сварки

Как и во всех сварочных процессах, свариваемые заготовки необходимо подготовить: очистить кромки или торцы металлической щеткой до блеска, обезжирить, если есть такая необходимость. Для обезжиривания можно использовать растворитель или спирт. Если буде производится газосварка, то в стык укладывается флюс.

Сваривать черный металл и нержавеющую сталь лучше в нижнем положении. Таким образом, предотвращается растекание металла. Сваривание плавящим электродом должна производиться с соблюдением точных движений рук сварщика. В основном электрод должен располагаться ближе к черному металлу, потому что он меньше, чем нержавейка, становиться текучим.

При газосварке все эти же процесс происходят точно также, только медленнее. Шов надо формировать глубоким и широким. Чем больше однородного металла между заготовками, тем лучше. Самое главное никаких быстрых способов охлаждения, металл сварочного шва должен остывать медленно.

Конечно, чтобы добиться качества конечного результат, надо иметь опыт сваривания разнородных металлов. Поэтому после завершения сварочной процедуре рекомендуется провести контроль качества шва. Это можно сделать несколькими способами.

1. С помощью обычного керосина. Его наносят на поверхность шва, а с другой стороны проверяют, не прошел ли он сквозь соединение заготовок. Если керосина с обратной стороны нет, то сварка прошла на высоком уровне.
2. То же самое можно сделать, используя ацетон. Можно его подкрасить пигментом для лучшего проявления с обратной стороны сварного шва.
3. Существует так называемый гидравлический способ контроля. Обычно с его помощью проверяется шов на прочность. Если чисто визуально были обнаружены дефекты стыка, то этот вариант проверки качества лучше не использовать.

Становится понятным, что приварить нержавейку к обычной стали, это достаточно ответственный процесс. Не зная тонкостей сварочной технологии, не зная правил выбора расходных материалов, сделать стальной стык качественным не получится. Самое главное, как показывает практика, это поймать ту середину, когда расплавленная нержавейка не стала сильной текучей. А при этом черный металл не остался твердым.