Сварка труб из нержавеющей стали

Сваривание – один из основных и весьма распространенных методов обработки металлов. Потребности создания неразъемных соединений возникают практически во всех отраслях современной экономики. Однако сложности, возникающие при сваривании различных металлов, приводят к разницам в используемых технологиях. Так, технологии сваривания черных и цветных металлов требуют различного подхода. Свои особенности имеет и сварка труб из нержавеющей стали.

На практике сварка нерж. труб бывает востребована при создании различных технологических трубопроводных систем. Такие трубопроводы находят широкое применение в пищевой и химической промышленности, на предприятиях нефтегазовой отрасли, в медицине и фармацевтике. Нержавейка – прекрасный декоративный материал, поэтому трубы и иной прокат из этого сплава активно применяются в строительстве.

Спрос на получение качественных сварных соединений труб достаточно высок. Соответствующие технологии позволяют учитывать особенности высоколегированных сталей, существенно отличающихся от углеродистых сплавов. Познакомимся с наиболее популярными из них, но для начала обратим внимание на особенности самой нержавейки.

Особенности сваривания нержавейки

Нержавеющая сталь – особая группа высоколегированных стальных сплавов, в зависимости от химического состава обладающих:

• превосходными антикоррозионными свойствами;
• высокими прочностными характеристиками;
• отличной термостойкостью.

Устойчивость к коррозии определяет высокое содержание хрома, которое в зависимости от марки высоколегированного сплава, колеблется в пределах 12.0 … 26.0%.

Другим легирующим элементом, присутствующим в значительном количестве можно назвать никель (5.0 … 20.0%). Входят в состав и иные химические элементы, среди которых марганец, кремний, молибден и другие элементы при минимальном содержании углерода. Именно такому составу нержавеющие сплавы обязаны своими физико-химическими характеристиками.

Однако сварка нержавеющей стали осложнена другими свойствами популярных сплавов, которые приходится учитывать при сварочных работах. К ним можно отнести:

• низкую теплопроводность;
• высокий коэффициент линейного расширения;
• склонность к межкристаллической коррозии;
• повышенное электрическое сопротивление металла.

По сравнению с черными стальными сплавами высоколегированная нержавейка обладает меньшей теплопроводностью. Отличие по теплопроводности (в 1.5 … 2.0 раза) приводит к перегреву металла в области сварочной ванны. Как следствие, не исключена возможность прожига металла в районе сварного шва. Во избежание этой опасности технология сварки труб из нержавеющей стали предусматривает снижение силы сварочного тока (до 15.0 … 20.0%).

Высокие значения линейного расширения несут в себе угрозу повышенных усадок при остывании.

В результате могут появляться трещины в области сварного шва из-за неизбежных деформаций металла. Для борьбы с этим неприятным недостатком необходимо при сваривании толстостенных труб соблюдать наличие технологического зазора между стыкуемыми торцами.

Другую опасность для сварного шва несет так называемая межкристаллическая коррозия. Эта особенность проявляется при температурах сплава в диапазоне +500 … +800°C, и выражается в появлении в структуре металла (по краям зерен стали) железа и карбидов хрома.

Наиболее простым способом борьбы с этим эффектом для аустенитных хромсодержащих сталей считается водяное охлаждение сварных швов. Типичным примером, когда требуется борьба с межкристаллической коррозией, можно назвать сварку нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Аустенитная сталь этой марки хорошо сваривается, но склонность к появлению карбидов хрома ведет к ухудшению антикоррозионных свойств сварных швов.

Другими вариантами их улучшения считается термообработка, применение специальных электродов.

Осложняет работу и повышенное электрическое сопротивление хромоникелевых сплавов, ведущее к перегреву электродов и снижению качества шва. Бороться с этим помогает применение укороченных электродов.

Перечисленные выше недостатки осложняют сваривание изделий из нержавеющего сплава. Правда, современные технологии позволяют успешно работать с этим благородным материалом.

Технологии сварки труб из нержавейки

При сваривании изделий, в частности труб из нержавеющих сплавов следует руководствоваться требованиями действующих стандартов. Например, сварка труб из нержавеющей стали (ГОСТ 16037-80) предусматривает основные приемы и тонкости, рекомендованные стандартом к соблюдению. Современное производство представлено следующими основными способами:

• TIG (Tungset Inert Gas) – сваривание неплавящимся вольфрамовым электродом в инертном газе (аргоне) за что она получила название аргонодуговая сварка нержавеющей стали;
• плазменным способом – сваривание происходит посредством высокотемпературной плазмы (до 30000°C), используется в сочетании с TIG;
• свариванием токами высокой частоты (HF) – обеспечивает высокоскоростное соединение, превышающее по скорости сварку аргоном нержавеющей стали до 20 раз, правда качество сварного шва уступает TIG;
• лазерным свариванием, применяющим энергии лазера, постепенно лазерная сварка нержавеющей стали начинает осваивать рынок сварочных услуг.

Универсальность TIG метода позволяет реализовывать процесс сваривания, как в ручном режиме, так и в автоматическом. Наиболее качественный шов дает орбитальная сварка аргоном трубы из нержавейки, где сварочная головка совершает вращательное движение вокруг трубы.

Где применяется данная технология?

Как правило, приведенные выше способы не конкурируют друг с другом и находят каждый свою область применения. Так, сварка аргоном трубы из нержавейки дает наилучшие показатели качества сварного шва, что важно при создании различных трубопроводов. Такие швы позволяют реализовывать трубопроводные системы призванные работать под давлением и в условиях высоких температур. В то время как высокая скорость HF-сваривания дает более ощутимый эффект при сваривании, например, декоративных конструкций (ограждений).

На практике аргонодуговая сварка труб из нержавеющих сплавов находит широкое применение при производстве технологического оборудования для пищепрома. Кроме того, TIG методы востребованы при создании оборудования для:

• нефтегазовой, химической, бумажной и фармацевтической отраслей, энергетики;
• всевозможных теплообменников, опреснителей, испарителей;
• технологических транспортных линий, включая агрессивные среды.

В ряде случаев для этих же целей может применяться сваривание нержавеющих труб аргоном вместе с плазменным свариванием или лазерным способом. Высокочастотная и лазерная технологии востребованы:

• в различных отраслях машиностроения для изготовления широкого спектра деталей;
• в строительстве при декоративной отделке и создании металлоконструкций.

Примером тому могут служить перила, иные защитные ограждения, элементы ландшафтного дизайна и другие металлоконструкции из нержавейки.