При изготовлении металлоконструкций важным технологическим процессом является сварка отдельных элементов. По сравнению с деталями из углеродистых марок стали, для нержавейки это способ является более сложным. Это связано с характеристиками и свойствами металла. Поэтому сварка труб из нержавеющей стали должна проводиться при точном соблюдении технологии. Это позволяет получить высококачественные сварные швы, обеспечивающие прочность и долговечность конструкции.
На практике применяются различные методики сваривания элементов из нержавеющей стали. Ее легирующим элементом является хром, доля которого в сплаве составляет 12 – 30 %. Также в состав входит никель, марганец, титан и другие компоненты, повышающие механические свойства и стойкость к коррозии. Состав и термообработка обусловили особенности сваривания нержавейки.
В чем особенности процесса сварки стальных труб?
При проведении сварочных работ следует учитывать свойства нержавейки и ее реакцию на такой способ обработки:
- Коэффициент линейного расширения приводит к высокой линейной усадке металла. Процесс термообработки таких деталей вызывает деформацию, которая может продолжаться и после завершения процесса. Поэтому при соединении трубопроката с толстыми стенками нужно оставлять технологический зазор. В противном случае в зоне шва могут образоваться трещины, что снизит герметичность.
- По сравнению с низкоуглеродистыми, показатель теплопроводности высокоуглеродистых марок в 2 раза выше. Эти приводит к увеличению тепловой энергии и плавлению материала в месте стыка. Поэтому ток для термообработки нержавеющего трубопроката должен быть на 20% ниже, чем для обычных стальных труб.
- При нарушении технологии работ значительно снижается способность сплава противостоять коррозии. Когда температура нагрева превышает +500 градусов, по кромке зерен образуется карбид железа и хрома. Это называется межкристаллической коррозией. При обработке изделий из аустенитных хромированных марок избежать этого можно путем поливания водой.
- При использовании электродов с хромникелевыми стержнями может произойти их перегрев, поскольку сплав имеет повышенный показатель электрического сопротивления. Как выход из ситуации – использование электродов длиной до 35 см.
Способы сварки труб из нержавейки
Соединение элементов из высоколегированных марок производится такими способами:
Тонкостенные трубы сваривают в инертном газе с помощью вольфрамового электрода по TIG-технологии.
- Плазменный метод + Tungset Inert Gas.
- Высокочастотный способ HF.
- Лазерная техника.
- Электронно-лучевая технология.
В промышленных отраслях применяют первые три методики. Плазменную технологию применяют также для резки трубного проката и металлических изделий любой формы. Возможности лазера только начинают применять в этом направлении. Электронно-лучевая обработка предполагает создание вакуумного пространства, поэтому из-за сложности применяется редко.
В европейских странах 65,0% сварочных работ выполняется по TIG, 30,0% - высокочастотным HF, 5,0% - с использованием лазерного оборудования. Для прокладки трубопроводов, транспортирующих жидкости с невысокой агрессивностью и агрессивных сред, применимы все техники сваривания.
Большое значение имеет вид электродов, используемых при электродуговом сваривании. Основной вид – с рутиловым покрытием. Такие электроды используют при работе с жаропрочными и коррозиестойкими сплавами, они создают шов, устойчивый к межкристаллической коррозии.
От качества сварного участка зависит возможность использования трубопроката в отраслях пищевой промышленности. Поэтому при такой обработке часто применяют кислород и углеродистый газ.
Использование вольфрамового электрода и аргона имеет такие преимущественные стороны:
- участок состыковки получает защиту от окисления;
- для сваривания не применяются электродные покрытия;
- стабильная дуга обеспечивает непрерывность процесса;
- соединение получает повышенную стойкость к коррозии.
Выбор оптимальной технологии сварки труб из нержавейки
На практике чаще всего применяют две технологии соединения нержавеющих труб – TIG и HF. Каждая из них имеет свои нюансы, преимущественные стороны и недостатки, которые мы рассмотрим путем сравнительного анализа.
Способ TIG (Tungset Inert Gas)
Tungset Inert Gas – высокоэффективное сваривание нержавеющей стали. Нагрев соединяемых участков проводится дугой, которая образуется между изделием и электродом из вольфрама.
Зона плавления защищается газом, который подается внутрь трубы и закрывается там заглушкой, и обволакивает внешнюю поверхность.
При таком методе высокая температура воздействует только на внешнюю сторону, что позволяет получить широкий и высокопрочный сварной шов.
При точном соблюдении технологического процесса TIG-сварки не нужно дополнительно обрабатывать шов, чтобы убрать негативные изменения его структуры. Работы выполняются сравнительно медленно, поэтому их стоимость выше, чем при применении других методик.
К преимущественным характеристикам TIG относится:
- повышенная прочность, плотность и однородность шва;
- отсутствие полостей, раковин и других дефектов;
- прочность сварного соединения приравнивается к прочности стали, из которого изготовлен прокат.
Согласно европейским стандартам, для монтажа трубопроводов, эксплуатируемых под давлением выше 0,5 бар, должна применяться сварка только методом Tungset Inert Gas.
Высокочастотная сварка (HF)
Высокочастотная техника обработки металла имеет особенность – участок термического раздражения отсутствует, а зона плавления имеет четкие границы. Кромка нагревается равномерно, скорость достижения температуры плавления составляет 0,01 градуса/секунду. Как наружный, так и внутренний шов получается ровным и прочным.
Высокочастотная термообработка широко применяется при производстве металлоконструкций, декоративных предметов, в машиностроительной отрасли и в других случаях, которые не предполагают эксплуатации в условиях высокой температуры, для нефтехимической, пищевой промышленности он не подходит.
Это связано с тем, что сварной участок получается не очень плотным, при нарушении технологии могут образовываться раковины, снижающие прочность конструкции.
Среди «плюсов» высокочастотной HF-сварки стоит отметить:
- высокую скорость и производительность обработки;
- низкую себестоимость по сравнению с другими методиками;
- четко очерченный участок плавления.