MIG-сварка нержавеющей стали компактными сварочными аппаратами


В: У меня есть небольшой 120-вольтный сварочный аппарат с механизмом подачи, которыми я пользуюсь для MIG-сварки углеродистой стали. Недавно мы начали новый проект со сваркой листов нержавеющей стали класса 304 толщиной 1,5 мм. Смогу ли я пользоваться этим же оборудованием? Если да, то как настроить аппарат?

О:  Во-первых, обратите внимание, что сталь марки 304 представляет собой аустенитную нержавеющую сталь. Поэтому в этой статье мы будем рассматривать только такой тип стали. Хотя аустенитные нержавеющие стали распространены больше всего, также существуют ферритные, мартенситные, дуплексные и дисперсионно-твердеющие стали.

 

Что касается Вашего вопроса, то да, Вы можете использовать для сварки тонколистовой нержавеющей стали компактные MIG-аппараты мощностью 120 или 230В (см. Рисунок 1). Такие аппараты пригодны для сварки листов нержавеющей стали такой же толщины, что и углеродистой.

Чтобы ответить на второй вопрос, нужно немного рассказать о различиях в физических и химических свойствах нержавеющей и углеродистой стали и о том, как это влияет на настройки оборудования. Во-первых, аустенитные стали имеют примерно на 50% больший коэффициент теплового расширения по сравнению с углеродистыми, что может приводить к более выраженным деформациям. Следовательно, чтобы свести искривления к минимуму (особенно в случае листового металла), сварку нужно вести с как можно более низким током или «тепловложением». При этом все же нужно обеспечить полное сплавление между основным металлом и наплавлением.  Во-вторых, нержавеющая сталь имеет меньшую теплопроводимость, т. е. тепловая энергия не так быстро рассеивается из зоны сварки. Это хорошо, потому что в таком случае можно использовать меньшую силу тока.

Кроме того, нержавеющая сталь имеет меньшую электрическую проводимость (т. е. более высокое сопротивление). Другими словами, при той же скорости подачи проволоки сила тока будет меньше, чем при сварке углеродистой стали. Из-за этого приобретает большое значение постоянство расстояния от контактного наконечника до рабочей поверхности, потому что в случае нержавеющей стали колебания будут приводить к более сильным перепадам силы тока. 

           

Speedtec 180C
 Рисунок 1: типичный компактный аппарат для MIG-сварки  

И наконец, главная особенность нержавеющей стали – это ее коррозионная устойчивость (проще говоря, она не ржавеет, как углеродистая сталь). Эта особенность обусловлена намного более высоким содержанием легирующих элементов, а именно хрома и никеля. Но нужно учитывать, что эти элементы затрудняют свариваемость нержавеющей стали, из-за чего наплавленный металл становится более вязким и клейким.       

 

Теперь давайте подумаем, как эти свойства могут повлиять на настройку оборудования для MIG-сварки. Во-первых, сначала аппарат нужно перевести в режим постоянного тока обратной полярности (DC+). Что касается скорости подачи проволоки и напряжения, для большинства компактных аппаратов в руководстве по эксплуатации или на корпусе аппарата приведена таблица рекомендованных значений. Иногда такие таблицы могут не охватывать нержавеющую сталь.  В таком случае можно руководствоваться приведенными рекомендациями для углеродистой стали, учитывая толщину материала. Возможно, для улучшения качества сварки в таком случае придется сделать несколько коррекций. Как правило, приходится немного увеличить скорость подачи проволоки по сравнению с углеродистой сталью, но даже в таком случае сила тока может оказаться немного ниже обычного. Кроме того, может понадобиться повышенное напряжение для улучшения смачивания сварочной ванны. Это позволит создать более ровный шов и обеспечить хорошее смачивание у перехода металла наплавления к основному металлу.

 

Для подачи проволоки никаких особых изменений не потребуется (например, Вам не понадобится пуш-пульная горелка, как того требует алюминиевая проволока). Но не забудьте, что Вам нужна именно MIG-проволока для нержавеющей стали. Я бы порекомендовал проволоку диаметром 0,8 мм на 1- или 5-килограммовых кассетах. В Вашем конкретном случае нужна проволока из стали марки 308LSi.  В целом выбор материала проволоки зависит от состава основного металла. Три самые распространенные марки проволоки для сварки аустенитной нержавеющей стали – это 308, 309 и 316. Также они могут иметь обозначение «L», которое указывает на низкое содержание углерода. Еще можно посоветовать материалы с обозначением «Si», то есть с высоким содержанием кремния, который обеспечивает большую текучесть. В качестве примеров можно назвать LNM 308LSi, LNM 309LSi и LNM 316LSi (см. Рисунок 2).

MIG-сварка нержавеющей стали 308LSi
Рисунок 2: Проволока для MIG-сварки нержавеющей стали 

 

Обратите внимание, что для сварки короткими замыканиями характерна сравнительно малая энергия дуги и низкое тепловложение по сравнению с другими процессами. Хотя это помогает снизить вероятность прожигания листового металла, в результате получается более холодное, вязкое наплавление. При сварке нержавеющей стали это усугубляется тем, что нержавеющая сталь сама по себе образует более вязкий материал, как это было упомянуто выше. Из-за этого для MIG-сварки нержавеющей стали короткими замыканиями рекомендуется использовать смешанный защитный газ из трех компонентов, например, 90%He/7.5%Ar/2.5%CO2. Высокая электропроводимость гелия помогает добиться более ровных сварных швов и хорошего сплавления с основным металлом.  Хотя смеси с высоким содержанием гелия часто дороже остальных видов защитного газа, они помогают сделать наплавление менее вязким. Также для MIG-сварки нержавеющей стали короткими заммыканиями можно использовать смесь 98%Ar/2%O2 (или ее эквиваленты). Эта смесь образует более холодное наплавление по сравнению с гелиевой смесью и поэтому сварочная ванна имеет худшее смачивание. Однако характеристики сварки остаются удовлетворительны при том, что такая газовая смесь дешевле и доступнее гелиевой.

В обоих этих смесях поледний компонент служит для упрощения поджига дуги. Поэтому для MIG-сварки алюминия не рекомендуется использовать полностью инертный защитный газ, например, 100% гелий или 100% аргон. В таком случае характеристики дуги будут неудовлетворительными. Примечание: эта рекомендация не распространяется на аргонодуговую сварку (TIG), когда используется именно 100% аргон или 100% гелий (или их смесь). Поведение дуги при аргонодуговой сварке значительно отличается от процессов MIG. Кроме того, нельзя использовать такой же защитный газ, как и для углеродистой стали, например, 75%Ar/25%CO2 или 100%CO2). Углерод и кислород из защитного газа вступят в реакцию с нержавеющей сталью, что приведет к коррозии и падению прочности металла.  Максимальное содержание кислорода или двуокиси углерода в смеси защитного газа не должно превышать 3% или 5% соответственно.