Выбор метода сварки зависит от марки стали и назначения, которые могут иметь различные механические и коррозионные свойства. При определении режимов сварки необходимо учитывать склонность основного металла и металла шва к растрескиванию, что связано с физическими свойствами и структурными изменениями, протекающими в процессе нагрева металла под сварку, процессами, протекающими во время плавления и застывания литого металла, и процессами, протекающими при охлаждении в сварном шве.
В тех случаях, когда требуется высокая коррозийная стойкость при сварке и последующей термической обработке сварных соединений, нужно применять такие режимы термической обработки, при которых обеспечиваются эти свойства.
Сварка нержавеющих сталей аустенитного класса (AISI 304, 321, 316, все стали 300-й и 200-й серий)
Аустенитные стали обладают пониженной температурой плавления, более низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом линейного расширения, чем углеродистые стали. Поэтому при сварке этих нержавеющих сталей расплавление идет быстрее с большим перепадом температуры от сварного шва к остальному металлу. С повышением содержания углерода нестабилизированные титаном или ниобием стали при сварке приобретают склонность к межкристаллитной коррозии. Стабилизированные стали не склонны к межкристаллитной коррозии, но при повышении содержания углерода они могут приобретать способность к поражению ножевой коррозией концентрированной азотной кислоте.
Все это необходимо учитывать и особенно следить за скоростями сварки и охлаждения при сварке сталей первой группы. В тех случаях, когда требуется особо высокая коррозийная стойкость, сварные изделия из нестабилизированных сталей следует подвергать закалке при 1050-1150 °С с последующим быстрым охлаждением. Когда такая термическая обработка исключается, следует применять сталь с очень низким содержанием углерода или стабилизированные нержавеющие стали.
Так как аустенитные стали имеют высокий коэффициент линейного расширения, они при очень медленной сварке дают большое коробление. Поэтому целесообразно сварку вести с более высокими скоростями и быстрым охлаждением, что часто осуществляется благодаря применению охлаждающих накладок или накладок из меди и подкладок под сварной шов.
Сварка нержавеющих сталей ферритного класса (AISI 409, 430, 439)
При сварке этого типа сталей образуются хрупкие сварные швы, которые часто растрескиваются. Поэтому сварку сталей следует производить в подогретом состоянии при температуре примерно 200 °С, но разогрев металла во время сварки должен быть минимальным. При электродуговой сварке лучшие результаты, чем при газовой сварке. После сварки швы рекомендуется нагреть до 720-780 °С и быстро охладить.
Стали с 15-17% Cr иногда при сварке подкаливаются. Чтобы избежать этого, рекомендуется применять стали с присадкой титана или ниобия, а в случае стали с 13% Cr — с присадкой 1% Al.
Сварка хромистых нержавеющих сталей мартенситного класса (AISI 410, 420)
Хромистые нержавеющие стали склонны к подзакалке на воздухе, которая в сильной степени зависит от концентрации углерода. Лучше всего свариваются стали с очень низким содержанием углерода.
Хромистые стали обладают меньшей теплопроводностью, меньшим коэффициентом линейного расширения по сравнению с углеродистой сталью и способностью к подзакалке при охлаждении, что связанно с объемными изменениями и приводит к возникновению больших сварочных напряжений. Эти напряжения могут быть очень высокими и привести к появлению трещин и разрыву сварных соединений. Чтобы этого избежать и сгладить резкие перепады температур, металл подогревают перед сваркой до 250-350 °С.
В качестве электродов при сварке хромистых сталей чаще всего применяют аустенитные стали, у которых образуется более вязкий сварной шов.
Методы сварки
Последующая обработка сварных швов
На поверхности сварного соединения образуется пористый оксидный слой, содержащий в основном хром. Этот слой в значительной степени ослабляет стойкость соединения к коррозии. Хром оксидного слоя в основном материале возникает из стали, вследствие чего под оксидным слоем образуется зона со сниженным содержанием хрома. Если необходимо добиться такой же высокой стойкости сварного соединения к коррозии, как и у основного материала, оксидный слой и зону со сниженным содержанием хрома следует удалить, т.е. сварное соединение должно пройти последующую обработку.
Термообработка
В данном случае под термообработкой понимается растворение внутри стальной конструкции (более 100 ºС), с помощью которого сглаживаются возникшие различия присадочных материалов.
Травление
Травление является наиболее эффективным методом последующей обработки сварных швов. При правильном выполнении травление позволяет устранить и вредный оксидный слой, и зону со сниженным содержанием хрома. Травление выполняется путем погружения, поверхностного нанесения или покрытия пастой — в зависимости от условий.
Время травления аустенитного нержавеющего проката зависит от концентрации кислот, температуры, толщины окалины и сорта проката (т.н. кислотостойкий прокат требует более продолжительного времени обработки по сравнению с нержавеющим прокатом). Доведение степени шероховатости сварного шва до соответствующего показателя основного листа путем шлифования или полирования после травления еще более увеличивает стойкость конструкции к коррозии.
Таблица применимости электродов при сварке импортных нержавеющих сталей
