Сварка нержавеющей стали 304 и 316: присадочный материал, тепловложение и пассивация

Выбор присадочного материала

Правило по умолчанию — сваривать на одну марку выше:

• 304/304L сваривается присадочным материалом 308L.
• 316/316L сваривается присадочным материалом 316L, который содержит молибден, необходимый для сохранения стойкости к питтинговой коррозии.
• Для разнородных соединений (304 с углеродистой сталью) используется высоколегированный присадочный материал, например 309L.

Обозначение «L» имеет значение: содержание углерода в присадочном материале поддерживается на уровне не выше 0.03%, чтобы сам наплавленный металл был устойчив к сенсибилизации. Если основной металл — обычная 304 или 316 (не L), использование присадочного материала марки L и контроль тепловложения являются главной защитой для металла шва.

Тепловложение и сенсибилизация

Примерно между 450 °C и 850 °C хром соединяется с углеродом, образуя карбиды по границам зёрен — сенсибилизация — оставляя обеднённые хромом зоны, которые корродируют в первую очередь (коррозия сварного шва, ножевая коррозия). Поэтому практика сварки нержавеющей стали работает противоположно практике для углеродистой стали:

• Поддерживайте тепловложение от низкого до умеренного (обычно в диапазоне 0.5–1.5 kJ/mm, в зависимости от процесса).
• Ограничивайте температуру между проходами, как правило, примерно до 150 °C.
• Используйте стрингерные валики вместо широких поперечных колебаний и давайте соединению остыть между проходами.

Аустенитная нержавеющая сталь также плохо проводит тепло и расширяется примерно в полтора раза сильнее углеродистой стали, поэтому контроль деформаций (сбалансированные последовательности, обратноступенчатая сварка, надлежащее закрепление) является частью процедуры, а не второстепенной задачей.

Технические моменты

• Защита: обратная сторона корня шва при сварке труб и листов требует инертного поддува (продувка аргоном) до тех пор, пока корень не будет перекрыт несколькими миллиметрами металла; окисленный, «засахаренный» корень обладает плохой коррозионной стойкостью и усталостными характеристиками.
• Чистота: специальные щётки и абразивы, предназначенные только для нержавеющей стали; загрязнение железом от инструментов, общих с углеродистой сталью, внедряется и ржавеет. Перед сваркой выполните обезжиривание.
• Никогда не используйте изделие из нержавеющей стали в качестве верстака при шлифовании углеродистой стали поблизости — загрязнение шлифовальной пылью является распространённой причиной загадочных пятен ржавчины.

После сварки: очистка и пассивация

Сварка оставляет цвета побежалости — обеднённую хромом оксидную плёнку, соломенно-жёлтые и синие цвета которой свидетельствуют о сниженной коррозионной стойкости под ней. Для эксплуатации в коррозионных условиях цвета побежалости и обеднённый слой должны быть удалены:

1. Механическая очистка (обработка щёткой из нержавеющей стали, мелкозернистые абразивы) для лёгких условий.
2. Травление пастой или в ванне с азотной/плавиковой кислотой для полного восстановления поверхности.
3. Пассивация в азотной или лимонной кислоте (в соответствии с практикой ASTM A967) восстанавливает плёнку оксида хрома на уже чистой поверхности. Пассивация не является средством очистки — она не удаляет сильные цвета побежалости или окалину.

Правильно сваренное, очищенное и пассивированное соединение из стали 316 должно быть неотличимо по коррозионным характеристикам от основного металла; пропуск этапов послесварочной обработки — обычная причина того, что это не так.

Распространённые дефекты и их причины

• Пористость: почти всегда загрязнение — влага, смазка, краска или цинк на поверхностях соединения, либо проблема с защитой (потеря газовой защиты, сквозняки). Нержавеющая сталь проявляет пористость от загрязнения раньше, чем углеродистая сталь, поскольку сварочная ванна менее терпима к загрязнённым поверхностям.
• «Засахаренный» корень: недостаточный поддув для защиты обратной стороны; корень окисляется, превращаясь в шероховатую, почерневшую, склонную к коррозии поверхность, которую невозможно восстановить снаружи.
• Трещины: редко встречаются в самой стали 304/316 (аустенитная структура с небольшим содержанием феррита в наплавленном металле устойчива к трещинам кристаллизации), но представляют реальный риск при использовании неправильного присадочного материала на разнородных соединениях или при попадании углеродного загрязнения в сварочную ванну — ещё одна причина для специальных инструментов и чистой проволоки.