Сварка ржавого металла: когда это возможно и как добиться приемлемого результата

Работа со старым, подвергшимся коррозии металлом —
неизбежная реальность для многих, кто имеет дело со сваркой, будь то ремонт
дачного инвентаря, восстановление автомобильных деталей или монтаж не новых
конструкций. Классическая теория сварки настаивает на идеальной чистоте
свариваемых поверхностей, и это абсолютно справедливо, ведь от этого напрямую
зависит прочность и долговечность соединения. Однако что делать, когда перед
вами — не блестящий прокат, а металл, изрядно «потрёпанный» ржавчиной? Можно ли
вообще качественно сварить такие детали и какие технологические ухищрения
помогут минимизировать негативное влияние коррозии?

Почему ржавчина — главный враг качественного сварного шва

Прежде чем говорить о методах, важно понимать, почему
ржавчина так губительна для процесса сварки и будущего соединения. Ржавчина —
это, по сути, гидратированные оксиды железа (Fe₂O₃·nH₂O, FeO(OH) и др.). При
высоких температурах сварочной дуги эти соединения ведут себя крайне
нежелательным образом.

Вода, содержащаяся в ржавчине, разлагается на водород и
кислород. Кислород активно взаимодействует с расплавленным металлом, приводя к
его окислению и образованию пор. Водород, растворяясь в металле шва, особенно в
легированных и высокоуглеродистых сталях, может стать причиной так называемого
«водородного охрупчивания» и образования холодных трещин уже после остывания.

Частицы оксидов, не успевшие полностью разложиться или
выгореть, попадают в сварочную ванну и остаются в металле шва в виде твёрдых
неметаллических включений. Эти включения резко снижают механические свойства
соединения — его прочность, пластичность, ударную вязкость.

Плотный слой ржавчины обладает высоким электрическим
сопротивлением. Это затрудняет зажигание дуги, делает её горение нестабильным,
«блуждающим», что мешает формированию качественного провара и равномерного шва. В добавок, присутствие ржавчины и влаги в зоне сварки часто приводит к
интенсивному разбрызгиванию расплавленного металла, что увеличивает его потери
и ухудшает внешний вид шва.

Именно поэтому опытные сварщики стараются избегать работы с
сильно ржавым металлом или, по крайней мере, уделяют максимум внимания его
подготовке. Любой шов, выполненный по неподготовленной ржавой поверхности,
будет иметь пониженные прочностные характеристики и, скорее всего, не выдержит
расчётных нагрузок.

Когда сварка по ржавчине ещё имеет смысл

Прежде чем браться за аппарат, необходимо трезво оценить
степень поражения металла коррозией:

• Поверхностная ржавчина: лёгкий рыжий налёт, который ещё не
  привёл к видимому разрушению структуры металла. Это наиболее «благоприятный» из
  плохих вариантов.

• Слоистая или язвенная ржавчина: коррозия проникла глубже,
  металл начал расслаиваться, появились заметные углубления (язвы). Толщина
  здорового металла уменьшилась.

• Сквозная коррозия: в металле образовались дыры, он стал
  рыхлым, значительная часть его сечения утрачена.

В первом и, с оговорками, во втором случае сварить детали
ещё возможно, приложив определённые усилия. Если же речь идёт о сквозной
коррозии, особенно на ответственных или несущих элементах, то целесообразность
сварки вызывает большие сомнения. Зачастую в таких ситуациях более правильным
решением будет замена повреждённого элемента целиком, так как даже самый
искусный шов не вернёт детали утраченную несущую способность.

Подготовка поверхности

Даже если вы планируете использовать «всепрощающие» электроды,
максимально возможная механическая зачистка ржавчины — это не рекомендация, а
строгое требование. Чем чище будет металл в зоне сварки, тем выше шансы
получить приемлемое соединение.

Металлические щётки (ручные или насадки на УШМ/дрель) хорошо
справляются с рыхлой и поверхностной ржавчиной. Абразивные зачистные круги, лепестковые круги для УШМ эффективны
для удаления более плотных слоёв ржавчины и снятия тонкого слоя повреждённого
металла. Пескоструйная (абразивоструйная) обработка — наиболее
качественный метод, позволяющий очистить поверхность до чистого металла даже в
труднодоступных местах. Однако требует специального оборудования.

Зачищать необходимо не только непосредственно место будущего
шва, но и зону вокруг него (минимум 15-20 мм с каждой стороны), а также место
подключения клеммы массы для обеспечения надёжного электрического контакта.

Выбор электродов и режимов сварки (РДС/MMA)

Если полной очистки добиться не удалось или характер работ
не позволяет её провести идеально, выбор правильных электродов и режимов может
частично компенсировать негативное влияние остаточной ржавчины.

Электроды с рутиловым (Р) или рутил-целлюлозным (РЦ)
покрытием. Такие электроды (например, популярные марки АНО-21, АНО-36, МР-3,
ОЗС-12, или их зарубежные аналоги вроде ОК 46.00) считаются более «терпимыми» к
некоторой загрязнённости поверхности, включая ржавчину и остатки краски. Их
покрытие обеспечивает стабильное горение дуги, лёгкое повторное зажигание и
хорошее формирование шва. Шлак от таких электродов обычно легко отделяется.

Электроды с основным (Б) покрытием (например, УОНИ-13/55,
LB-52U). Эти электроды предназначены для получения швов с высокими
механическими свойствами, но они крайне чувствительны к чистоте поверхности и
влажности покрытия. Сварка ими по ржавчине почти гарантированно приведёт к
пористости и высокому риску образования трещин. Их применение на ржавом металле
без идеальной зачистки не рекомендуется.

Режимы сварки:

• При сварке ржавого металла рутиловыми электродами часто
  рекомендуют обратную полярность (электрод подключён к «+», деталь к «-»). Это
  обеспечивает большее выделение тепла на детали, способствуя лучшему
  проплавлению и «выжиганию» части загрязнений. Однако для некоторых
  рутил-целлюлозных электродов инструкция может допускать или рекомендовать
  прямую полярность, поэтому всегда сверяйтесь с указаниями производителя.

• Сварочный ток обычно устанавливают на 10-15% выше, чем для
  сварки чистого металла аналогичной толщины. Это помогает стабилизировать дугу и
  обеспечить провар через слой остаточной ржавчины. Однако слишком высокий ток на
  тонком или сильно проржавевшем металле может привести к прожогам.

Техника сварки:

• Многопроходная сварка: первый, «прожигающий» слой
  выполняется для максимального удаления ржавчины из зоны шва. После его
  остывания и тщательной зачистки от шлака накладываются последующие заполняющие
  и облицовочные слои.

• Колебательные движения электродом (небольшой «ёлочкой» или
  полумесяцем): помогают перемешивать сварочную ванну и выводить на поверхность
  шлак и загрязнения.

• Угол наклона электрода: держите электрод ближе к
  перпендикуляру к поверхности или с небольшим наклоном углом вперёд, чтобы дуга
  эффективно «выдувала» расплавленный шлак из сварочной ванны.

А что насчёт полуавтоматической сварки (MIG/MAG/FCAW)?

Распространённое мнение, что полуавтоматом (MIG/MAG) варить
ржавый металл нельзя, не совсем корректно.

Сварка сплошной проволокой в среде защитного газа
(GMAW/MIG-MAG). Действительно, этот метод очень чувствителен к чистоте
поверхности. Ржавчина вызывает нестабильность дуги, поры, разбрызгивание. Для
качественного шва требуется практически идеальная зачистка.

Сварка порошковой самозащитной проволокой (FCAW-S). Вот
здесь ситуация иная. Некоторые виды порошковых проволок специально разработаны
для работы в монтажных условиях и обладают лучшей «терпимостью» к ржавчине и
другим поверхностным загрязнениям. Флюс, содержащийся внутри проволоки,
включает газообразующие и шлакообразующие компоненты, а также раскислители,
которые помогают бороться с негативным влиянием ржавчины. Однако и здесь не
стоит пренебрегать предварительной механической очисткой, насколько это
возможно.

Заключительные соображения

Сварка сильно ржавого металла — это всегда компромисс между
трудозатратами на подготовку и желаемым качеством соединения. Технологически
это возможно, но требует от сварщика понимания происходящих процессов,
правильного выбора материалов и режимов, а также повышенного внимания к технике
выполнения работ.

Необходимо чётко осознавать, что даже при соблюдении всех
рекомендаций шов, выполненный по металлу со значительными остатками коррозии,
скорее всего, будет уступать по своим механическим свойствам соединению,
выполненному на чистом металле. Поэтому для ответственных конструкций,
работающих под высокими нагрузками или в агрессивных средах, подход должен быть
однозначным: максимальная очистка или замена элемента.

В остальных случаях, проявив терпение и применив описанные
выше подходы, можно добиться вполне приемлемого результата, продлив жизнь
старым металлическим изделиям. Но помните: пренебрежение подготовкой при сварке
ржавчины — это почти гарантированная необходимость переделки в ближайшем
будущем.