Почему ржавеет нержавейка после сварки и как этого избежать

Нержавеющая сталь, марки AISI 304, 321, 316, приобретает устойчивость к коррозии за счёт пассивной оксидной плёнки на поверхности. После сварки в зоне шва и прилегающих участках эта плёнка нарушается. При температуре от 450 до 850 °C возникает склонность к межкристаллитной коррозии.

Хром, отвечающий за устойчивость к агрессивным средам, диффундирует к карбидам, образующимся на границах зёрен, снижая защитные свойства. В результате сплав теряет способность противостоять влажной атмосфере и солевым отложениям.

Наиболее подвержены изменениям зоны термического влияния. При ручной дуговой сварке электродами типа ЭА-395/9С, TIG-сварке аргоном, при недостаточном контроле температуры наблюдается образование окалины, тонких радужных налётов и следов побежалости. Эти зоны в первые недели эксплуатации демонстрируют тёмные пятна и потемнение.

Чтобы этого не допустить, нужно выбирать добавочные материалы, полностью совместимые по химическому составу, контролировать температуру нагрева и охлаждения. Нельзя допускать длительного пребывания в интервале 600–750 °C.

При сварке тонкостенных конструкций из AISI 304 толщиной до 3 мм важно использовать минимальную энергию дуги, избегая перегрева. Расчёт допустимой тепловложенности выполняется по формуле Q = (U × I × 60) / (S × 1000), где Q — тепловложенность в кДж/мм, U — напряжение в В, I — сила тока в А, S — скорость сварки в мм/мин. Для данной марки оптимальное значение не должно превышать 1,5 кДж/мм.

При использовании защитных газов необходимо применять аргону или смеси с его содержанием не менее 98%. Контакт с кислородом воздуха вызывает потерю хрома в приповерхностном слое. В случае неплотной подачи газа или неправильного расположения сопла появляется зона побежалости, под которой металл уязвим к влаге. Устранить дефект возможно только травлением или шлифовкой с последующим пассивированием.

Для предотвращения коррозии сварного соединения требуется обязательная обработка. В практике используется химическое травление с последующим нанесением пассивирующего состава. Для обработки применяется паста на основе азотной и плавиковой кислот. Расход — 100–150 г/м².

Через 30–60 минут остатки удаляют проточной водой, после чего поверхность покрывают пассивирующим раствором на основе азотной кислоты концентрацией 20%. Время выдержки — 30 минут. После обработки необходимо тщательно промыть соединение, исключая остатки кислоты, иначе возможно разрушение сварного шва.

Обычная зачистка шва шлифовальным кругом зернистостью P120 или P150 не восстанавливает защитные свойства. После механической обработки обязательно применение пассивации. В случае с трубопроводами из AISI 316 в пищевой отрасли обработка проводится не только снаружи, но и изнутри, с использованием циркуляции химического раствора под давлением.

Для труб DN50 с толщиной стенки 2 мм применяются насосы с расходом до 12 л/мин, обеспечивающие равномерное распределение состава по всей поверхности.

Применение мягкой проволоки ER308L при сварке низкоуглеродистой AISI 304 обеспечивает снижение риска образования карбидов хрома. В случае с обычной проволокой, содержащей более 0,03% углерода, вероятность появления межкристаллитной коррозии возрастает. Именно этот процесс становится причиной того, что материал, формально относящийся к коррозионностойким, начинает темнеть и разрушаться по границам зёрен.

Сварка MIG с использованием проволоки диаметром 0,8 мм требует обязательного шлифования шва и последующей обработки раствором на основе лимонной кислоты. Обработка занимает до 40 минут, после чего поверхность приобретает равномерный матовый оттенок. Если этого не сделать, через 2–3 недели на месте сварки появится тёмная кайма, особенно при эксплуатации на улице.

Нельзя использовать угловые шлифмашины с лепестковыми кругами, ранее применявшимися для обработки углеродистых сталей. Даже микроскопические следы железа становятся очагом коррозии при попадании влаги.

Для зачистки используется только свежий инструмент, отдельно предназначенный для работы с коррозионностойкими сплавами. В случае с производством резервуаров или баков после сварки обязательна промывка тёплой водой с последующим сушением горячим воздухом при температуре до 60 °C.

Контакт сварочного шва с остатками флюса или шлака — ещё один фактор, приводящий к потере стойкости. При сварке покрытыми электродами удаление шлака проводится металлической щёткой и шлифовкой. При TIG-сварке с добавлением присадочной проволоки требуется немедленное удаление следов нагрева, не допуская их остывания до комнатной температуры. В случае охлаждения без пассивации зона побежалости сохраняет остаточный термический дефект.

Для конструкций, работающих во влажной среде, важно использовать ферритный контроль. Сталь с низким содержанием ферритной фазы демонстрирует худшую коррозионную стойкость в зоне шва. Для марки 316L уровень ферритности в шве должен составлять от 3 до 7% по Шеффлеру. Достигается подбором проволоки и режимов сварки. При превышении ферритности появляются трещины, при недостатке — коррозия.

В случае с химическим оборудованием сварку выполняют с продувкой инертным газом изнутри трубы. Скорость подачи азота или аргона — не менее 8 л/мин при давлении до 1 бар. Без продувки на внутренней поверхности появляется термоокисление, неустранимое механически. При работе с листами толщиной до 4 мм продувку проводят в течение всей сварки и ещё 20 секунд после завершения дуги. Отсутствие продувки приводит к появлению тёмных колец внутри трубы, где происходит локальная коррозия.

Обязательным условием надёжности является соблюдение температурного режима между проходами. При сварке многослойных швов температура основания не должна превышать 150 °C. Контроль осуществляется пирометрами или контактными термопарами. При превышении указанной температуры структура термически изменяется, появляются карбидные включения. Они плохо удаляются травлением и становятся причиной дальнейшего разрушения металла в местах перегрева.

В результате применение правильных присадок, контроль параметров дуги, термообработки и обязательная химическая обработка поверхности позволяют избежать появления коррозии даже в агрессивной среде. Плавильные режимы, тип защитного газа, параметры травления, выбор проволоки, особенности зачистки и хранения инструментов — всё это должно быть отрегулировано по заранее установленной технологической карте. Только в этом случае сварное соединение сохраняет заявленные характеристики и не проявляет признаков разрушения в течение всего срока эксплуатации.