Сварка нержавейки процессом аргонодуговой сварки неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона

Уважаемый Читатель, сегодняшняя статья будет посвящена процессу аргонодуговой сварки нержавеющих сталей, что в общем следует из названия, но мы с Вами рассмотрим процесс «от и до», затронув темы как комплектации оборудования и необходимых аксессуаров, так и режимов сварки и проблем при свариваемости тех или иных марок сталей. Ну что же, поехали!

Какой комплект необходим для понятия «сварка нержавейки»?

Да в общем-то такой же, как для сварки углеродистых и низколегированных сталей, для сварки титановых и медных сплавов:

1.    Достойный и современный сварочный аппарат – рассмотрим на примере HUGONG ETIG 200 DP III + сварочный кабель с зажимом на изделие;

2.   Сварочная горелка для TIG-сварки;

3.   Присадочные прутки (в случае необходимости сварки с присадкой);

4.   Защитный сварочный газ, в нашем случае без изысков – 100% Аргон;

5.   Регулятор защитного газа для настройки необходимого расхода защитного газа.

6.   Средства индивидуальной защиты сварщика.

Добавим к данному набору желание получить безупречный сварной шов и получим красивое решение.

Алгоритм действий (последовательность может быть изменена по желанию исполнителя, но желательно сначала подключить газовый шланг от редуктора с расходомером к аппарату, только потом открывать вентиль баллона с защитным газом):

А. Подключить силовой разъем кабеля сварочной горелки на «-» контакт сварочного аппарата, разъем управления кнопкой горелки в соответствующий разъем на сварочном аппарате, гайку газового шланга горелки – к штуцеру опять же на аппарате;

Б. Подключить силовой разъем кабеля с зажимом на изделие в «+» контакт сварочного аппарата, зажим надежно закрепить на изделии, убедившись в хорошем электрическом контакте губок зажима и изделия (сварочного стола или какого-либо приспособления);

В. В комплекте к сварочному аппарату идет газовый шланг, который одним концом обжимаем хомутом на газовом штуцере в тыльной части аппарата, а вторым концом вешаем на штуцер расходомера, установленный на редукторе. Редуктор с расходомером устанавливается, как правило, на баллон с защитным газом. В иных случаях предприятия бывают оснащены централизованной системой снабжения защитным газом – на цеховом трубопроводе в таком случае установлен специальный редуктор и расходомер, но суть подключения от этого не меняется;

Г. Подключаем сварочный аппарат к электрической сети питания, включаем его;

Д. Нажатием на кнопку горелки или иным доступным способом, не поднося горелку к изделию, продуваем защитный газ. Во время продувки устанавливаем расход защитного газа в диапазоне, как правило, от 7 до 12 л/мин.

Е. Оборудование готово к работе. Надеваем средства индивидуальной защиты, в одну руку берем горелку, в другую сварочную присадку/пруток и пошло-поехало.

Нержавеющие стали, как и любые другие металлы, имеют градацию по свариваемости. Не вдаваясь глубоко в подробности металлургии сварного соединения, можно грубо разделить нержавеющие стали на следующие группы:

·         Свариваемые без ограничений, хорошо свариваемые стали;

·         Удовлетворительно свариваемые стали;

·         Ограниченно свариваемые стали;

·         Плохо свариваемые стали;

·         И по сути несвариваемые стали.

Исходя из данной классификации становится понятно, что не все стали легко свариваются.

·        Свариваемые стали без ограничений – с ними вопросов никаких нет. Нажал кнопку аргонодуговой горелки и процесс пошёл. Будь то сварка вольфрамовым электродом, или сварка под слоем флюса – как правило, ограничений нет.

·        Для удовлетворительно свариваемых сталей зачастую используется небольшой предварительный подогрев (до 120-160°C);

·        Для ограниченно свариваемых сталей обязательно требуется предварительный подогрев до более высоких температур (до 250°C), сопутствующий подогрев при сварке, последующая термообработка после сварки для максимально возможного устранения остаточных сварочных напряжений в металле шва и околошовной зоне;

·        Плохо свариваемые стали требуют подогрев перед сваркой до температур 300-350°C, сопутствующий подогрев в процессе сварки и термообработку после сварки. Но при этом гарантий в бездефектности металла шва или околошовной зоны (ее еще называют зоной термического влияния «ЗТВ») – нет;

·        Несвариваемые стали – как ни старайся, результата не жди, если выражаться простыми словами. Сваривать такие стали без пользы, при этом их и не используют при проектировании сварных конструкций.

Основные трудности при аргонодуговой сварке.

Давайте обсудим, а что же такого реально сложного в процессе сварки нержавейки?

Трудности заключаются в следующем:

I.        Правильный подбор тока сварки. Проблема – перегрев металла шва, повышенное тепловложение. Как следствие – структура металла шва и зоны термического влияния, пониженные прочностные характеристики, снижение коррозионной стойкости, появление дефектов и многое другое. Индикатором правильности выбора тока для сварки –как вариант анализ цветов побежалости (окислов на поверхности нержавеющей сварки после нагрева). Так вот, «правильный» цвет металла шва после сварки –золотистый, реже бледно-фиолетовый. Более тёмные цвета – свидетельство перегрева, как правило;

II.        Правильная техника сварки. В зависимости от желаемого результата, применяются различные техники сварки. Под техниками сварки понимается сочетание движений/перемещений горелки и частота подачи присадочного прутка. При необходимости получения чешуйчатого шва – подача прутка осуществляется с определенной частотой. Для получения сплошного шва – используется техника вдавливания прутка в зону сварки, к примеру в стыковых соединениях при заполняющих и облицовочных швах, в тавровых соединениях. В общем, это не так просто, как кажется на первый взгляд, только опыт и четкое понимание производимых действий и их последствий – помогут добиться шикарных результатов;

III.        Выбор сварочных аксессуаров горелки. От используемых расходных частей или различных «приблуд» в корне меняется качество сварного соединения, облегчается процесс сварки. Об этом в отдельном абзаце;

IV.        Подбор правильного присадочного прутка. Свариваемых нержавеющих сталей – множество. Как подобрать правильный пруток – задача интересная. А знаете какой самый верный способ? Обратиться к экспертам в этой области как бы это не звучало странно. Обратитесь за советом к поставщикам сварочных материалов – они обязательно Вам подскажут, если обладают достаточной квалификацией и опытом. В противном случае есть и другая идея: идентифицируем марку стали, которую собираемся сваривать, если это Российская марка, то ищем ее аналог среди европейских марок, берем каталог сварочных материалов именитого бренда, по нему подбираем рекомендуемый пруток для европейской марки стали;

V.        Настройки сварочного оборудования. В современном аппарате есть возможность не просто настроить ток сварки, так еще и дополнить его импульсами. Импульсная сварка – отдельная очень интересная история, о ней поговорим в отдельном абзаце настоящей статьи;

VI.        Зона термического влияния. При чрезмерном тепловложении в свариваемое изделие, также «страдает» зона термического влияния. Простыми словами – это определенное расстояние от линии перехода металла шва к основному металлу. Как правило, зону термического влияния видно по измененному цвету. Образование холодных и горячих трещин, снижение прочностных характеристик в зоне термического влияния – это следствие неверно подобранного тока сварки в совокупности с неверной техникой сварки, к примеру, удержание чрезмерно большой длины дуги = использование большего сварочного напряжения, что колоссально влияет не только на тепловложение в изделие, но и на большую площадь пятна нагрева сварочной дуги. Варианты снижения тепловложения – абзац про применение техник сварки импульсной дугой;

VII.        Технологичность сварочного оборудования, качество защитного газа, технологичность расходных частей горелки, качество самой свариваемой стали, качество подготовки поверхности под сварки и многое другое – этот список можно продолжать до бесконечности, но зачем Вас пугать. Пробуйте и всё получится, тем более всегда можно обратиться к экспертам по сварочному оборудованию и технологиям сварки, к примеру бренда Hugong. Доступное сварочное оборудование и качественная техническая поддержка – залог успеха.

Режим ColdWeld (ColdTac) и последующее применение импульсных режимов сварки.

Надеемся, что для многих не секрет, что перед обваркой свариваемого изделия, заготовки необходимо «прихватить», то есть собрать конструкцию таким образом, чтобы её в последующем можно было удобно сваривать.

В современном мире сварочного оборудования существует технология производства прихваток под названием «холодная сварка» или ColdWeld. У бренда Hugong, на примере сварочного аппарата HUGONGETIG 200DPIII данная технология называется ColdTac, реализована она следующим образом:

Ток сварки устанавливается на заведомо высокую планку, при этом существует возможность установки очень короткого промежутка времени сварки. Проще говоря, можно поставить точечную прихватку на токе 200А при времени горения дуги 0,1 секунда. Это позволяет получить достаточную глубину проплавления и площадь оплавления для установки надёжной прихватки. Серия таких прихваток с перекрытием чешуек прихваток и называется «холодная сварка», т.к. при данном способе сварки тепловложение в свариваемое изделие действительно минимально.

Давайте рассмотрим возможность сварки на импульсных режимах.

Что же такое импульс? 

Импульс – это скачок/нарастание тока сварки от базового значения до пикового, далее ток уходит на спад до базового значения. Этот цикл повторяется с заданной частотой, измеряемой в герцах.

Импульсные режимы сварки были придуманы прежде всего для того, чтобы при сохранении производительности процесса сварки снизить тепловложение в свариваемое изделие. Второстепенное преимущество: за счет повышения частоты импульсов можно добиться заужения / фокусировки дуги, при помощи такого эффекта можно добиться концентрации тепла дуги в необходимой области для того, чтобы исключить нагрев околошовной зоны, получить проплавление именно в том направлении, которое подлежит сварке.

Основными настройками при процессе сварки импульсной дугой являются (на примере HUGONG ETIG 200DP III): 

Уровень пикового тока (Peak) – отвечает за проплавление. Еще такую настройку называют «верхний ток».

Баланс импульса (он же скважность, Duty) – это продолжительность действия пикового тока в цикле импульса. Чем выше это значение, тем дольше действует пиковый ток, тем больше тепловложение за каждый цикл импульса.

Частота импульса (Frequency) – это количество импульсов в секунду, частота измеряется в герцах.

Также при сварке в импульсе можно получить интересные результаты по внешнему виду швов – чешуйчатые, с красивыми цветами побежалости.         

Вот что получилось в итоге. Результат работы сварочного аппарата HUGONG ETIG 200DP III можно увидеть своими глазами. 

Есть еще один немаловажный аспект – это различные аксессуары и расходные части горелок для аргонодуговой сварки.

К стандартным расходным частям горелок для аргонодуговой сварки относятся:

Сопло, держатель цанги, цанга, хвостовик (колпачок).

Сопла бывают разных диаметров выходного отверстия, применяются для фокусировки потока защитного газа в зоне сварки. Стандартными соплами считаются №7(11,0 мм) и №8 (12,5 мм). Остальные типоразмеры сопел применяются для каких-то более специальных задач: меньшего диаметра – для сварки тонкостенных изделий, для стыковых и тавровых соединений, большего диаметра – для сварки толстостенных изделий или, к примеру, титановых сплавов, которые требуют не только продолжительной продувки защитным газом перед сваркой, но и очень хорошей защиты в процессе сварки, с завершением продувкой газа аж до 30 сек иногда.

Держатель цанги бывает стандартным, а еще он бывает с малой газовой линзой, большой газовой линзой или очень большой газовой линзой.

Применение газовых линз – это не только первый шаг к повышению качества сварных швов, но и облегчение процесса сварки нержавеющих сталей благодаря совсем иному уровню защиты зоны сварки и сварочной ванны. Суть газовых линз заключается в том, что защитный газ выходит из сопла не турбулентным потоком (как при использовании стандартного держателя цанги), а ламинарным, что обеспечивает значительно более технологичную защиту расплавленного металла и зоны термического влияния, нежели при стандартной схеме.

Применение малых газовых линз или больших зависит от сварного соединения, возможности без препятствий поднести сварочную горелку к зоне  сварки.

Существуют специальные прозрачные кварцевые (из закаленного стекла) линзы, которые применяются в случае, когда, как вариант, нужно наблюдать за процессом сварки через линзу, при этом не нужно соблюдать большое расстояние между линзой и свариваемым изделием. Такие сопла отлично зарекомендовали себя при сварке титановых сплавов – обеспечивается отличная защита процесса.

А вот очень большие линзы используются для особенных техник сварки, при которых рабочая часть вольфрамового электрода выдвигается на  значительно большее расстояние. Также данные сопла позволяют на столько качественно защитить в том числе зону термического влияния, что можно говорить вообще об отсутствии цветов побежалости на всей поверхности изделия в области зоны сварки.

Из дополнительных очень интересных аксессуаров можно выделить специальную насадку на аргонодуговую горелку, которая позволяет обеспечить дополнительную защиту металла шва в процессе его остывания. Такие приспособления повторяют контур свариваемого изделия, могут иметь радиус загиба для сварки трубных стыков, могут быть прямые для сварки стыковых соединений и пр.         

Возврат к списку