TIG нержавейки без окислов: поддув, цвета побежалости, режимы и присадка

Что происходит с корнем без защиты

Коррозионная стойкость нержавейки держится на тонкой плёнке оксида хрома. При нагреве шва хром связывает кислород и азот воздуха, плёнка становится толстой, цветной и рыхлой. С лицевой стороны шов закрывает газ из сопла, а с обратной стороны корня, если стык проварен насквозь, остаётся воздух. Корень покрывается тёмными наростами или превращается в «сахар»: пористую чёрную корку, которая не держит коррозию и становится слабым местом трубы или ёмкости (Welders Supply).

Практики на форуме описывают одну и ту же картину: на трубах 38×1,5 из AISI 304 шов снаружи тёмный, а внутри наросты. Лечится это защитой корня, а не регулировкой тока.

Корень можно не продувать на декоративных деталях: перила, ограждения, где шов потом зачищают или травят. На пищевых изделиях, молочном оборудовании и трубопроводах продувка обязательна. Обзор по свариванию аустенитных сталей говорит о том же: тёмная оксидная плёнка на внутренней поверхности трубы сильно снижает стойкость к питтингу и щелевой коррозии, особенно у стандартных 304L и 316L, а убирают её травлением или механической обработкой (руководство IMOA по аустенитным сталям).

Цвета побежалости: что они показывают

Цвета возникают из-за толщины оксидной плёнки, а толщина растёт с температурой и с количеством кислорода. Ориентир по цвету корня и допустимому уровню кислорода в зазоре (по двум справочникам по продувке; для ответственных изделий нужна карта цветов по AWS D18.1 или D18.2 и анализатор кислорода):

Для неответственных металлоконструкций справочник по продувке допускает 1000–5000 ppm, то есть соломенный и коричневый корень, но тёмный и синий цвет всё равно придётся убирать.

С лицевой стороны золотистый оттенок получается, когда шов успевает остыть до выхода из-под газа. Это проще, когда тонкий лист приваривают к массивному, на многопроходных швах и при сварке без присадки. Если цвета темнеют, сначала повышают скорость хода, при необходимости чуть поднимая ток: общее тепловложение при быстром проходе меньше, чем при медленном на низком токе (CK Worldwide).

Поддув корня: как организовать

Газ для корня. Подходит чистый аргон, а в профессиональных руководствах как защитные для корня названы аргон, азот и формир-газ 90 % азота и 10 % водорода (руководство IMOA). На вопрос, можно ли продувать смесью Ar/CO2 80/20, практики ответили отрицательно: ни углерода, ни кислорода в зазоре быть не должно.

Для длинных труб и трубопроводов используют заглушки на штанге: их ставят чуть дальше шва, и объём газа резко падает. Для неответственных конструкций вместо продувки на обратную сторону шва иногда наносят флюс-пасту, а при листовой сварке прижимают подкладку из меди, она отводит тепло и ограничивает доступ воздуха. Нержавейка не должна тереться о медь: при расплавлении переносится медь, а потом возможны трещины.

Режимы: что ставить для листа 0,5–3 мм

Нержавейку варят на постоянном токе прямой полярности, с минусом на электроде: обратная полярность разрушает вольфрам (IMOA). Электроды берут 2 % цериевые или лантановые (в руководстве упомянуты и ториевые), заточка конусом с небольшим притуплением: угол от 20° на тонком металле до 65° на толстом, по форуму практики точат около 20–45°. Газовая линза в сопле снижает завихрение и подсос воздуха.

Ориентиры сведены из двух справочников по TIG (Welders Supply и CK Worldwide), значения округлены. Практики называют цифры в этом же порядке, но шире: около 20 А на 0,8 мм, 30–50 А на 1–2 мм, 50–150 А на 3–5 мм, потому что сильно зависят от подкладки, положения и скорости. Берите значение внутри диапазона и подстраивайте по ванне.

Расход газа на горелке 7–12 л/мин. Один из участников обсуждения выставил около 19 л/мин и описал это словами «дуло аргоном»: шов остался матовым, и отвечавшие связали это с турбулентным потоком, который подсасывает воздух. Предпродувка и продувка после гашения дуги нужны всегда: в руководстве IMOA газ предлагают включать за несколько секунд до зажигания и держать несколько секунд после гашения, чтобы воздух не попал к горячему электроду и кратеру.

Тонкий лист до 1,6 мм хорошо идёт в импульсном режиме: ток чередует пик и фон, средний нагрев ниже, лист меньше ведёт и темнеет. Для стыка листа 1,6 мм справочник CK Worldwide прямо рекомендует импульс.

Присадка: ER308L и ER316L

Присадку подбирают по основному металлу.

Буква L означает низкий углерод: до 0,03 %, он снижает риск выделения карбидов хрома на границах зёрен при долгом нагреве в интервале 450–850 °C, который характерен для многопроходной сварки. Присадки 308(L) и 316(L) делают с содержанием феррита около 5–10 %, чтобы шов не трескался при кристаллизации (IMOA).

Сварка без присадки допустима на тонком листе стандартных марок, но на высоколегированных и дуплексных сталях без последующего отжига её не применяют из-за потери коррозионной стойкости: у молибденсодержащих сталей хуже распределяется молибден. Мастера, которые варят «своим телом», получают светлый шов, но требуют очень точной подгонки, на практике с зазором не больше 0,1 мм. С присадкой шов темнее, а на внутренних углах появляются наплывы, если ванна перегрета или присадка грязная.

Подготовка и обработка после сварки

• До сварки. Обезжирьте кромки ацетоном и протрите присадку. Используйте щётку и круги, предназначенные только для нержавейки: частицы углеродистой стали вызывают на шве ржавые точки.
• Прихватки ставьте с той же защитой, что и шов. Они прожигают корень так же, как основной проход.
• После шва тёмные цвета и оксидную окалину убирают травлением (гели и пасты на кислотах, нужны перчатки, вентиляция и защита глаз) или механически. Если удалять нечем, зону шлифуют и полируют до светлого металла.
• Пассивация. После зачистки изделие обрабатывают так, чтобы на поверхности восстановилась защитная плёнка: смотрите термин «пассивация». Для пищевых и химических изделий это входит в технологию.

Тонкие трубки: что учитывать

На трубах 38×1,5 из 304 практики сходятся в трёх вещах. Продувать корень лучше отдельным баллоном, чтобы не просаживать подачу на горелку. Один мастер получал светлый шов без присадки при подгонке в 0,1 мм, другие возражали, что и с присадкой шов получается красивым, если соблюдена технология. Если трубу вращать под неподвижной горелкой, скорость и вылет по кольцу держатся ровнее, для этого мастера делают простые проворотные станки. Тонкую стенку собирают встык без зазора, а от 3 мм обычно делают разделку кромок и небольшой зазор, иначе корень не проваривается.

Когда лазер выигрывает

Для листа 1–2 мм и серии одинаковых изделий больше всего времени уходит на правку после коробления и на зачистку цветов побежалости, а не на сам шов. Лазерная сварка вносит в металл заметно меньше тепла, чем TIG, поэтому светлый шов получить проще. Из того, что встречается в мастерских, — ручные лазерные аппараты с источником 1–3 кВт, например Wattsan G1 и G2 или Zerder A и S, для нержавейки 1–2 мм у них заявлена сварка без прогиба. Сравнение методов по энергии шва, зазору и стоимости вынесено в отдельную статью лазерная или аргоновая сварка тонкой нержавейки, а общий обзор технологии — на странице лазерной сварки. Для труб, единичных изделий и больших зазоров TIG остаётся рабочим методом.