Зварювання нержавіючої сталі 304 і 316: присадний матеріал, погонна енергія та пасивація

Вибір присадного матеріалу

Правило за замовчуванням — зварювати на одну марку вище:

• 304/304L зварюється присадним матеріалом 308L.
• 316/316L зварюється присадним матеріалом 316L, який містить молібден, необхідний для збереження стійкості до точкової корозії.
• Різнорідні з'єднання (304 з вуглецевою сталлю) використовують високолегований присадний матеріал, такий як 309L.

Літера "L" має значення: вміст вуглецю в присадному матеріалі тримають на рівні не вище 0.03%, щоб сам наплавлений метал чинив опір сенсибілізації. Коли основний метал є звичайним 304 або 316 (не L), використання присадного матеріалу марки L і контроль погонної енергії є головним захистом для металу шва.

Погонна енергія та сенсибілізація

Приблизно між 450 °C і 850 °C хром сполучається з вуглецем, утворюючи карбіди по межах зерен — сенсибілізація — залишаючи збіднені хромом зони, які кородують переважно (розпад зварного шва, ножова корозія). Тому практика роботи з нержавіючою сталлю працює протилежно до вуглецевої сталі:

• Тримайте погонну енергію низькою до помірної (зазвичай у межах 0.5–1.5 kJ/mm, залежно від процесу).
• Обмежуйте температуру між проходами, зазвичай приблизно до 150 °C.
• Використовуйте вузькі валики без поперечних коливань замість широких коливань і давайте з'єднанню охолонути між проходами.

Аустенітна нержавіюча сталь також погано проводить тепло і розширюється приблизно в півтора рази більше, ніж вуглецева сталь, тому контроль деформацій (збалансовані послідовності, зворотноступінчасте зварювання, належне закріплення) є частиною технології, а не другорядною думкою.

Технічні моменти

• Захист: кореневий бік зварних швів труб і листів потребує інертного піддуву (продування аргоном), доки корінь не буде перекритий кількома міліметрами металу; окислений, «зацукрований» корінь має погану корозійну стійкість і втомні характеристики.
• Чистота: спеціальні щітки та абразиви лише для нержавіючої сталі; забруднення залізом від спільних інструментів для вуглецевої сталі вбудовується та іржавіє. Знежирюйте перед зварюванням.
• Ніколи не використовуйте нержавіючу деталь як верстак для шліфування вуглецевої сталі поруч — забруднення шліфувальним пилом є поширеною причиною загадкових плям іржі.

Після зварювання: очищення та пасивація

Зварювання залишає кольори мінливості — збіднену хромом оксидну плівку, чиї солом'яні та сині кольори сигналізують про знижену корозійну стійкість під нею. Для корозійної експлуатації кольори мінливості та збіднений шар мають бути видалені:

1. Механічне очищення (щіткування нержавіючою щіткою, дрібні абразиви) для легких умов.
2. Травлення пастою або ванною з азотною/фтористоводневою кислотою для повного відновлення поверхні.
3. Пасивація в азотній або лимонній кислоті (за практикою ASTM A967) відновлює плівку оксиду хрому на вже чистій поверхні. Пасивація не є очищувачем — вона не видаляє сильні кольори мінливості або окалину.

Правильно зварене, очищене та пасивоване з'єднання зі сталі 316 повинно не відрізнятися за корозійними характеристиками від основного металу; пропуск післязварювальних етапів є звичайною причиною того, що це не так.

Поширені дефекти та їхні причини

• Пористість: майже завжди забруднення — волога, мастило, фарба або цинк на поверхнях з'єднання, або проблема із захистом (втрата газового покриття, протяги). Нержавіюча сталь показує пористість від забруднення раніше, ніж вуглецева сталь, оскільки зварювальна ванна менш терпима до брудних поверхонь.
• «Зацукрований» корінь: недостатнє продування для захисту кореня; корінь окислюється в шорстку, почорнілу, схильну до корозії поверхню, яку неможливо виправити ззовні.
• Тріщини: рідкісні в самих 304/316 (аустенітна структура з невеликим вмістом фериту в наплавленому металі чинить опір тріщинам кристалізації), але реальний ризик, коли неправильний присадний матеріал використовується на різнорідних з'єднаннях або коли забруднення вуглецем потрапляє у ванну — ще одна причина для спеціальних інструментів і чистого дроту.