Автор: Суптепь А.М.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения сварка электросварка
Год: 1976
Текст
A. M. СУПТЕЛЬ
МЕХАНИЗИРОВАННАЯ
СВАРКА
ПОРОШКОВОЙ
ПРОВОЛОКОЙ
• НАУКОВА ДУМКА.
АКАДЕМИИ НАУК УКРАИЮКОЙ ССР
Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени
Институт электросварки им. Е.О.Патона
Международный семинар-практикум ООН по сварке
А.М. Суптель
МЕХАНИЗИРОВАННАЯ СВАРКА
ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ
(Куро лекций для специалиотов-сварщиков)
Киев "Наукова думка" 1976
УЖ 621.791.
В лекции изложены металлургические особенности электродуговой
сварки порошковой проволокой. На базе экспериментальных данных изуче-
ны процессы нагрева и плавления порошковой проволоки, особенности
взаимодействия расплавленного металла с газами.
Изложены основные принципы построения газовой и шлаковой защиты
расплавленного металла при сварке проволоками различных типов. Рассмот-
рены факторы, определяющие свойства сварных швов. Приведены основные
характеристики порошковых проволок для сварки открытой дугой и в угле-
кислом газе. Даны некоторые практические рекомендации по технологии
сварки порошковой проволокой.
Редакция заказных изданий
С 31000-595
М221(04)-76
С^Институт электросварки им.Е.О.Патона АН УССР, 1976
ВВЮЫМЕ
Сварка порошковой проволокой - это один из способов механизирован-
ной дуговой сварки плавлением, когда в качестве- электродного материала
применяется проволока трубчатой или более сложной конструкции с порош-
кообразным наполнителем (сердечником).
Сердечник состоит из смеси материалов - руд, ферросплавов, металли-
ческих порошков и других материалов, обеспечивающих защиту расплавлен-
ного металла от воздуха, раскисление и легирование металла, ста^лиза-
цию дугового разряда и т.д.
Составляющие сердечника должны, кроме того, обеспечивать ряд обще-
принятых требовании, предъявляемых ко всем сварочным материалам: хоро-
шее формирование швов, легкую отделимость шлаковой корки, провар основ-
ного металла, минимальное разбрызгивание металла, отсутствие лор,
трещин, шлаковых включений и других дефектов в швах,определенные ме-
ханические свойства металла швов и сварных соединений и т.д.
Порошковые проволоки наиболее широко используют для сварки низко-
углеродистых и низколегированных конструкционных сталей. Они применяют-
ся также для сварки легированных сталей, чугуна, цветных металлов и
сплавов и т.д.
Порошковые проволоки используются без дополнительной защиты зоны
сварки, а такге с дополнительной защитой газом или флюсом. Проволоки,
используемые без дополнительней защиты, называются самозащитними. В
настоящее время распространение получили самозащитные проволоки и про-
волоки с дополнительной защитой углекислым газом. Схема процесса свар-
ки самозащитной порошковой проволокой приведена на рис.1. Порошковая
проволока подается в зону сварки автоматически. Ток подводится через
наконечник автомата или полуавтомата. Расплавленный металл каплями пе-
реносится в сварочную ванну. При разложении газообразухщих материалов
сердечника выделяются газы, которые защищают расплавленный металл от
воздуха. При плавлении шлакообраэующих материалов образуется шлаковая
пленка, дополнительно защищающая металл капель и сварочной ванны
от воздуха. После кристаллизации металл сварного шва покрыт шлаковой
коркой.
3
Рио.I. Схема процесса сварки
порошковой оамозащитной проволокой:
I - оболочка; 2 - сердечник;
3 - капля расплавленного металла;
4 - дуга; 5 - сварочная ванна; 6 -
шлак; 7 - металл шва; 8 - шлако-
вая корка; 9 - газовцделения; 10 -
основной металл.
Рис.2. Схема процесса сварки
порошковой проволокой в С02:
I - электродная порошковая
проволока; 2 - токоподвод; 3 -
сопло горелки; 4 - струя угле-
кислого газа.
В состав проволок, применяющихся с дополнительном защитой углекис-
лым газом, гаэооорезукщие материалы, как правило, не вводятся или вво-
дятся в ограниченном количестве, защита металла от воздуха здесь обес-
печивается углекислым газом и шлаком, образующимся при плавлении мине-
ральных составляющих сердечника. Схема процесса сварки порошковой про-
волокой в С&> приведена на риз.2.
Подобно электродам для ручной сварки порошковые проволоки классифи-
цируют по типу сердечника. По этому признаку проволоки, выпускаемые
промышленностью, можно разделить на пять типов: рутил-органические,
карбонатно-флюоритные, флюоритные, рутиловые и рутил-флюоритные. Про-
волоки рутил-органического, карбонатно-флюоритного и флюоритного типов
применяются в основном как самозвалтные. Рутиловые и рутил-флюоритные
проволоки используются с дополнительной защитой углекислым газом.
Сердечник проволоки рутил-органического типа состоит из рутилового
концентрата и алюмосиликатов (полевой шпат, гранит, слада и др.). В
качестве раскислителей употребляется ферромарганец, а газообразупцих
материалов - крахмал или целлюлоза.
В проволоке карбонатно-флюоритного типа в качестве газообразухщих
материалов используются карбонаты кальция, магния, натрия. Шлакообра-
эующими материалами служат рутиловый концентрат, алюмосиликаты, окислы
щелочноземельных металлов, флюоритовый концентрат. Раскисляется ме-
талл ферромарганцем и ферросилицием. Для дополнительного раскисления
металла и связывания азота в нитриды в сердечник проволок этого типа
иногда вводят титан или алюминии.
Сердечник проволок флюоритного типа состоит в основном из флюори-
тового концентрата. Раскислителями служат ферромарганец, алюминии,маг-
нии. Алюминии и магнии связывают азот металла сварочной ванны в нит-
риды.
4
В качестве шлакообразующих материалов сердечник проволок рутилово-
го типа содержит рутиловый концентрат, алюмосиликаты и руды. Раскисле-
ние металла осуществляется ферромарганцем, ферросилицием, ферротита-
ном, ферроалюминием.
В проволоках pywi-флюоритного типа шлакообразующая часть сердеч-
ника состоит из рутилового и флюоритового концентратов. В проволоки
этого типа иногда вводят окислы щелочноземельных металлов, алюмосили-
каты. функцию раскислителей выполняют ферромарганец и ферросилиций.
В сердечник проволок всех типов для увеличения производитель-
ности сварки и придания благоприятных сварочно-технологических свойств
вводится железный порошок.
Соотношение масс оболочки и сердечника оценивают по величине коэф-
фициента заполнения проволоки шихтой.
где - коэффициент заполнения проволоки (исчисляется в процентах);
- масса порошкового наполнителя; - общая масса проволоки.
Величина для сварочных порошковых проволок обычно не превы-
шает 40%.
По механическим свойствам металла шва и сварного соединения порош-
ковые проволоки делят на типы, регламентированные стандартом на элект-
роды. Так, проволоки с рутилорганичаским сердечником относят к типу
электродов 350Т, карбонатно-флюоритные - к типу Э50АФ и т.д.
Зфрективность расплавления электродного ай галла при сварке порош-
ковой проволокой оценивается коэффициентом расплавления и наплавки.Их
Рис.З, Производительность при
сварке различнили сварочными мате-
риалами:
I - ПЛ-АМЗ диам. 3 rri: 2 - ILT-
АНЗ д.пм. 3 .:м: 3 - Св-ОбГкС диам.
И мм; 4 - АНО-1 диам. 5 ;.и; о -
УОНИ-13/45 диам. 5 мм.
5
co
to
Я
4
<0
£ 3 У
rrfr rt? В
О 3 3 H 3 E-< О 33 1 о о 3 3
in Л X m 4 1П in Ч A о ч % S
1 1 § ь । । 1 1
c 1 в 1 CO s c 1 1 в 1 в 1 1 *1
£
s R
1 1 n 1 • а «'
*1 *1 i "l *1 ь G> 1
1 § &
88
• « О >4 3 <0
d> «5 a a 1 1 1 1 1
|| Л « S В e 1 1 в 1 в в 1 1
« Ом cm in CM co n CM о Ш Ш
CM* CM CM CMCM CM CM CM CM CM СМ см
1 E 1 o* CM CM о о cS1^
1 1 о о о О о с_>
о со 00
s 9 S X S S s
a a T a а Й я В g
6
значение определяется режимом сварки и возрастает с увеличением свароч-
ного тока и вылета проволоки.
Производительность наплавки, определяемая как масса металла, нап-
лавляемого в единицу времени, более точно характеризует производитель-
ность процесса. Приведенные на рис.З кривые показывают, что сварка
порошковой проволокой - один из наиболее производительных процессов.
Кроме того, аварка порошковой проволокой является процессом о
высоким коэффициентом использования электродного материала. Ко-
личество неметаллических материалов в сердечнике проволоки обыч-
но не превышает 18%. Расход проволоки на получение I кг наплавленного
металла не превышает 1,3 кг и значительно ниже, чем при использовании
штучных электродов. При сварке порошковой проволокой рутилового типа
в углекислом газе, когда практически отсутствует разбрызгивание элект-
родного металлы, расход проволоки составляет 1,1-1,15 кг.
В табл. I приведен перечень основных марок сварочной порошковой
проволоки, производство которых освоено промышленностью.
МЕТАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ ПОРОШКОВОЙ
ПРОВОЛОКОЙ
Нагрев и плавление проволоки. В процессе сварки оболочка и сер-
дечник проволоки на вылете подвергаются нагреву, сопровождающемуся
окислением железа и легирующих элементов, диссоциацией органических
материалов, карбонатов, образованием расплавов и т.д. Развитие этих
процессов в сердечнике существенно влияет на взаимодействие расплав-
ленного металла с газами и шлаком и во многом определяет технологиче-
ские показатели сварки,Завершенность этих процессов к моменту расплав-
ления проволоки зависит от условий подвода тепла к отдельным участкам
сердечника, определяемых режимом сварки, диаметром, конструкцией про-
волоки и физико-химическими свойствами смеси порошков. Одной из основ-
ных реакций в твердой фазе при нагреве сердечника является диссоциация
карбонатов. Исследованиями, выполненными в Институте электросварки,
установлено, что добавление окислов, фторидов и металлических порош-
ков к карбонатам приводит к смещению температурного интервала диссо-
циации карбонатов. Так, добавление порошков железа, алюминия к карбо-
натам магния и кальция вызывает значительное смещение температурного
интервала их диссоциации в область низких температур, Это вызвано,
прежде всего, улучшением теплопроводности смеси и развитием экзотерми-
ческих реакций окисления. Наибольший по величине температурный диапа-
зон выделения углекислого газа наблюдается у смесей порошков, содержа-
щих, кроме карбоната магния или кальция, карбонат натрия и отшлаковы-
ваицую примесь.
7
Несмотря на то что сердечник порошковой проволоки содержит до 60%
металлических порошков, его удельное электрическое сопротивление на
несколько порядков выше удельного сопротивления стальной оболочки.
При такой разнице в проводимостях сердечник является практически неэ-
лектропроводным, и сварочный ток проходит по металлической оболочке.
Поэтому активное пятно дуги занимает не все сечение проволоки, а на-
ходится на оболочке или капле расплавленного металла. Сердечник пла-
вится за счет излучения дуги и конвективного теплообмена с расплав-
ленным металлом и разогретыми газами. В связи с этим плавление оболоч-
ки несколько'опережает плавление сердечника. Это явление нежелатель-
ное. Оно способствует снижению эффективности гаэошлаковой защиты ме-
талла от воздуха. Отставание плавления сердечника затрудняет сварку
короткой дугой и способствует засорению металла шва шлаковыми вклю-
чениями.
Более благоприятное соотношение скоростей плавления оболочки и
сердечника достигается повышением тепло- и электропроводности послед-
него, понижением температуры плавления смеси минеральных составляющих
или введением плавней, например фтористого кальция, изменением конст-
рукции проволоки.
На рис.4 приведены некоторые конструкции порошковых проволок, на-
шедшие практическое применение. В проволоках сложной конструкции
(рис.4, б,в,г) оолее благоприятное плавление оболочки и сердечника
достигается за счет разделения последнего на части металлическими
перегородками, представляющими одно целое с оболочкой.
Рио.4. Конструкции сварочных
порошковых проволок:
а - трубчатая; б - с одним
загибом кромки; в - о загибом двух
кромок; г - двухслойное сечение.
личества гаэоибш’уодих .латеоиалов
в проволоке ( );
I - крахмал; л - мрамор (шлако-
вая система Сао- Са;
3 - мрамор (шлаковая система СаО-
8
При создании композиций порошковых проволок различных назначений
пользуются всеми названными путями, способствующими уменьшению отста-
вания плавления сердечника от плавления оболочки.
При сварке порошковой проволокой наблюдается капельный перенос ме-
талла. Для проволок рутилового и рудно-кислого типов характерен мелко-
капельный перенос электродного металла.
Проволоки с сердечниками, дающими при расплавлении основные клаки,
как правило, характеризуются крупнокапельным переносом металла. Увели-
чение плотности тока приводит к измельчению капель электродного метал-
ла. Устойчивость горения дуги при этом повышается.
Методом калориметрировапия установлено, что температура капель ме-
талла при оварке порошковыми проволока’^! большинства лерок находится
в пределах 2300-2900сС и зависит от рода тоиа, полярности и параметров
режима сверки. Существенно влияет на температуру купель состав сердеч-
ника. Увеличение количества железного пороажа в сердечнике приводит к
снижению температуры капель.
Особенности плавления порошковой проволоки учитываются при построе-
нии композиций сердечника. Важнейшими показателями, определнщимл об-
щие характеристики проволоки, являются: обеспечение минимального отста-
вания процесса плавления сердечника от плавления оболочки, возможно бо-
лее раннее получение шлакового расплава, равномерное и полное разложе-
ние газообразузцих материалов, обеспечивающих равномерное ее плавление
и увеличение доли металла, защищенного шлаком.
Взаимодействие металла о газа.::!. Сднсй ::з самых серьезных проблем,
которую необходимо решать при создании композиции самозащктной порошко-
вой проволоки, является создание эффективной защиты металла от воздуха
и, прежде всего, от азота. Осычное следствие плохой защиты от воздуха -
пониженная пластичность металла шва и пористость. До содержанию азота
в металле шва обычно и судят об эффективности защиты металла от возду-
ха.
В оамозащятных проволоках применяется комбинированная газовая и шла-
ковая защита металла от воздуха. Однако ведущая роль принадлежит газо-
вой защите. Как уже отмечалось выше, в проволоках ру?лт-органического
типа для образования газовой защиты вводятся органические материалы,
практически полностью разлагающиеся в дуге. В проволоках кароонат.чо-
флюоритного типа газовая защита металла обеспечивается за счет разложе-
ния карбонатов.
Несмотря на различие химического состава, физических свойств, а так-
же состава выделяющихся при разложении газов, характер влияния количе-
ства вводимых б проволоку газообразующих на содержание азота в металле
шва очень близок для проволок с органическими веществами и проволок с
карбонатами. На рис.5 показана зависимость содержания азота в наплав-
ленном ьеталле от количества газообразующих для некоторых опытных про-
9
ле шва в зависимости от содержания азота в металле наплавки от напря-
карбоната в проволоке и напряжения женин на дуге:
на дуге: I - преволока трубчатой кон-
I - 2,2% карбоната в проволоке; струкции; 2 - проволока двухслой-
2-4,5% карбоната в проволоке, ной конструкции.
волов, В качестве приведенных количеств ( Q прий ) газообразупцих взя-
ты доли этих материалов в проволоке, идущие на образование защитной
атмосферы. Увеличение количества гаэообразующих материалов выше опре-
деленного предела становится неэффективным с точки зрения снижения
содержания азота, приводит к чрезмерному разбрызгиванию металла и на-
рушению стабильности процесса.
Содержание азота в металле шва зависит также от режима сварки,Влия-
ние параметров режима сварки связано с изменениями важнейших факторов,
определяющих процессы поглощения азота жидким металлом, правде всего
на стадии капли. Увеличение сварочного тока при сварке самоэащитной
проволокой рутил-органического типа приводит к уменьшению содержания
азота в металле шва. При сварке проволокой карбонатно-флюоритного ти-
па изменение сварочного тока существенно не влияет на содержание азота
в металле шва. Использование в качестве защитной среды углекислого га-
за позволяет сохранить содержание азота на низком уровне при высоких
сварочных токах увеличением расхода газа. С повышением напряжения дуги
содержание азота в металле растет. Эта зависимость справедлива для
проводок различных типов, диаметров и конструкций. При увеличении дли-
ны дугового промежутка выделяющегося при плавлении проволоки газа мо-
жет оказаться недостаточно для оттеснения воздуха от поверхности расп-
лавленного металла, парциальное давление азота в эоне дуги увеличива-
ется, и содержание его в металле растет. На рис.6. представлены зави-
симости, отражающие влияние количества карбоната в сердечнике на со-
держание азота в наплавленном металле при различных напряжениях дуги.
Содержание азота в металле наплавки меняется при изменении дли"ы
10
Рио.8, Ударная вязкость металла швив, легированного (а) титаном
содержание титана, %: I - 0,01; 2-0,12; 3 - 0,26; 4 - 0,42) и
б) алюминием (содержание алюминия, %: I - 0,05; 2 - 0,18; 3 - 0,57;
вылета проволоки. Увеличение вылета приводит к ранней диссоциации га-
аообразующих материалов, к потере части защитного газа за счет его уда-
ления через стык в оболочке порошковой проволоки. Вероятность этих по-
терь в проволоке рутил-органического типа выпи, поскольку температура
диссоциации органических материалов ниже, чем карбонатов.
Конструктивное выполнение проволоки может существенно изменить ус-
ловия защиты металла от воздуха. Зависимость содержания азота в метал-
ле шва от напряжения на дуге для проволок различных конструкций одина-
кового состава показана на рис.7. Сравнение графиков подтверждает
рациональность применения проволок сложной (двухслойной) конструкции.
При двухслойной конструкция проволоки можно увеличить дола газо-
шлакообразужих материалов в сердечнике без опасности нарушения равно-
мерности плавления сердечника я оболочки, эффективная защита металла
от воздуха при плавлении проволоки двухслойной конструкции позволяет
получить плотные швы о низким содержанием азота в более широком диапа-
воне напряжении дуги, чем при сварке проволокой трубчатой конструк-
ции.
Вредное влияние водорода на качество металла шва известно. Водо-
род является причиной образования пористости и снижения пластических
характеристик металла. При сварке порошковой проволокой водород по-
ступает в зону дуги из материалов сердечника, окружающего воздуха и
с поверхности свариваемого металла. Поставщиком водорода в дугу явля-
ются также остатки волочлгьной смазки на проволоке.
При плавлении проволоки рутил-органического типа вследствие боль-
ших концентрации водорода в зоне дуги, источником поступления которого
в основном являютоя органические материалы и влага сердечника, суммар-
ное содержание диффузионного и остаточного водорода в наплавленном we-
ll
талле достаточно высоко и находится на уровне 20-30 ом3 на 100 г ме-
талла. Металлургические пути снижения содержания водорода в металле
два при сварке проволокой этого типа ограничены. Уменьшить содержание
водорода можно либо значительным снижением количества вэдородосодер-
жащих компонентов в проволоке (что не всегда допустимо), либо за счет
интенсифицирования процесса водородного кипения сварочной ванны.Пос-
леднее обычно достигается за счет снижения содержания в проволоке крем-
ния или введения в сердечник минералов, имеющих в своей структуре кри-
сталлизационную воду. Снижение кремния в сварочной ванне и повышение
концентрации водорода способствуют интенсификации процесса выделения
газов и обеспечивают удаление значительных количеств водорода из ван-
ны. Регулирование содержания водорода в металле шва макет осуществ-
ляться также за счет изменения параметров, оказывающих наибольшее влия-
ние на скорость кристаллизации ванны - сварочного тока и скорости свар-
ки.
Содержание водорода в металле, наплавленном проволокой карбонат-
но-рлюоритного или флюоритного типа, значительно ниже, чем при ис-
пользовании проволоки рутил-органического типа. Главным источником
водорода в проволоке этих типов является влага, адсорбированная на
поверхности частиц сердечника. При высокой влажности сердечника в ме-
талле шва возникает пористость,предотвратить которую позволяет прокал-
ка при температуре 230-250°С. Влияние прокалки проволоки на содержание
влаги в проволоке и диффузионного водорода в металле шва показано в
табл.2.
Таблица 2
Г 1 Тип сердечника ! i i I 1 I I 'Диа- ;Содержание влаги,$ от |метр,j \ассн проволоки ; i *** ! до {после про- : 1 прокалки |калии ,Содержание до 1 jпрокалки । водорода, после про- 1 калки
Карбонатно-флюори- тный 3 0,33 0,16 8 4,5
То же 2,3 0,40 0,16 6,5 5
Рутиловый 2,5 0,21 0,14 Ъ,7 6,6
Рутил-флюорит- ннй 2,5 0,26 0,13 8 4,5
Действенным средством борьбы с водородом является введение в сер-
дечник проволоки этого типа фторсодержащих материалов. Порошковые
проволоки карбонатно-флюоритного типа, содержащие в сеодечнике крем-
нефтористыа натрий, допускают сварку при небольшом увлажнении сердеч-
ника и без удаления смазки с поверхности проволоки. “Пакой эффект до-
стигается Олагодаря связыванию водорода в дуге фтором в нерастворим :й
12
в стали фтористым водород. В табл.З приведены данные, отражающие влия-
ние кремнефтористого натрия на содержание водорода в металле, наплав-
ленном проволокой карбонатно-фдюоритного типа.
Таблица 3
Содержание в проволоке кремне- фтористого натрия, ! । । । Содержание^водорода в металле,
0 18,3
0,5 15,8
1.0 12,9
5 9,7
Содержание водорода в наплавленном металле уменьшается при увели-
чении вылета электродной проволоки. Это достигается благодаря предва-
рительному нагреву проволоки на вылете и частичному удалению влаги из
сердечника и смазки с поверхности проволоки.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОШКОВЫХ ПРиВМСК
Само защитные пороговые проволоки, К самозашитным порошковым про-
волокам предъявляются ряд следующих требований, степень удовлетворения
которых определяет область их практического примвнекия:высокая произ-
водительность, широкий диапазон режимов сварки, в пределах которого
сохраняются сварочно-технологические свойства и качество сварных швов,
благоприятные гигиенические характеристики и др. В порошковых проволо-
ках, выпускаемых промышленностью, эти требования удовлетворяются за
счет рационального выбора конструкции проволоки и композиции сердечни-
ка.
При расплавлении проволок иутил-органическогс типа образуются
кислые шлаки, содержащие в основном окисль титана и кремния. Такие
ишаки можно отнести в первом приближении к системам SiO^ - А1203;
Металл шва по химическому составу близок к низкоуглеродистой полу-
спокойной стали и содержит значительное количество газов - водорода,
азота - и неметаллических включении.
При сварке проволоками этого типа с увеличением силы тока металл
сварочной ванны более интенсивно поглощает газы, главным образом водо-
род и азот, выделение которых при кристаллизации часто приводит к по-
ристости швов, Для предупреждения пористости ооычно ограничивают силу
тока, что вызывает снижение производительности сварки.
Проволоки рутил-органичеокого типа обладают удовлетворительными
сварочно-технологичеокими свойствами и ь широком диапазоне рабочих
напряжений дуги обеспечивают получение плотных швов, 14еталл швов, вы-
полненных рутил-органичнекими проволоками, мало склонен и образованию
13
пористости при увлажнении сердечника или наличии ржавчины и окалины на
поверхности свариваемого металла. Гигиенические характеристики, оцени-
ваемые по общему количеству сварочного аэрозоля и содержанию в нем мар-
ганцовистых соединений, в проволоках рутил-органического типа более бла-
гоприятные, чем у электродов о покрытием аналогичного типа.
Типичным представителем проволок рутил-органического типа может
служить проволока марки 1Ш-АН1. Основные технические данные этой прово-
локи и металла шва, выполненного ею, приведены в табл.4-6» Проволока
ПЛ-AHI предназначена для оварки низкоуглеродистых сталей. Она применя-
ется взамен электродов рутилового или руцнокислого типов. Типичные
объекты применения - металлургия, строительство, сельхозмашиностроение.
При выполнении сварочных работ на открытых площадках и монтаже
строительных металлоконструкций применяется проволока Ш1-1ДСК. Она име-
ет усложненную конструкцию (см.рис.4,б). Композиции сердечников прово-
лок ПП-1ДСК и ПП-AHI подобны.
При изготовлении речных судов применяется проволока рутил-органиче-
ского типа марки ЛВС-1л. Диаметр проволоки 1,6 мм, конструкция трубча-
тая. Ее рекомендуют применять для сварки в различных пространственных
положениях.
По ко*гозиции сердечника проволоки карбонатно-флюоритного типа по-
добны электродам с покрытием того же типа. Их рекомендуют применять для
сварки ниэкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей. В
промнаиенности применяются следующие марки проволок карбонатно-фяюорит-
ного типа; ПП-АНЗ, Ш1-АН7, ПП-АНП, ПП-АН17, ЭПС-15/2 и др.
При расплавлении образуются шлаки основного типа, относящиеся в гру-
бом приближении к системам CaO-CaFt - FiOj', CaQ- faFt- А^Оа', Af^0-CaF2-
-SiO2 и CaO- CaF2 -Sify.
Наличие в шлаке основных окислов способствует развитию процессов десуль-
фурации и обесфосфоривания в расплавленном металле. Наплавленный металл
по химическому составу представляет спокойную кремнемарганцевую сталь.
Шлаки, образующиеся при сварке проволоками карбонатно-флюоритного
типа, плохо защищают расплавленный электродный металл и металл свароч-
ной ванны. Вследствие этого при удлинении дуги в ряде случаев имеет
место интенсивное поглощение азота расплавленным металлом. Нейтрализа-
ция вредного влияния азота достигается введением в сердечник ряда ма-
рок трубчатой конструкции нитридообрезующих элементов - титана или алю-
миния. Легированная нитрвдообраэующими элементами проволока обладает
достаточным диапазоном рабочих напряжений дуги и хорошими сварочно-
технологическими свойствами. В этих условиях марганец и кремний, обла-
дающие меньшим сродством к кислороду, могут играть роль легирующих при-
месей и использоваться для регулирования прочностных показателей метал-
ла шва. При высоких напряжениях дуги в металле швов, легированных тира-
ном и алюминием, фиксируются значительные количества азота в ваде иит-
14
Таблица 4
Марка Диаметр, мм Рекомендуемые реяимы сварки Производительность наплавки на рекомен- дуемом ие.киме, г/мйя
ПП-АН1 2.6 200-350 24-28 30-80
Ш-АНЗ 3,0 350-500 25-30 120-180
ПП-АИ7 2,3 160-300 20-26 70-110
U-ahi? 3,0 350-600 24-32 120-200
П1-2ДСК 2,3 340-450 25-32 00-130
ЭПС-15 2,5 320-420 24-30 120-150
Таблица 5
Марка 3'2 ' ! кг/м*г ! **» о 1 % 1 кГм/скг
ПП-АН1 50-56 18-24 8-12
1Ш-АНЗ 50-58 24-30 14-18
ПЛ-А1Г7 50-5о 21-26 13-17
ПП-АНН 52-56 23-28 14-18
ПП-АН1? 53-56 20-23 9-12
ЗЛО-15/2 52-58 22-26 14-18
ПП-2ЦСК 48-52 22—30 14-17
Таблица 6
1 Содержание. % . ... . _4 М
ВОЛОКИ | С I Ай I Si | [М] j /У 7 j см3/100г
ПП—АН! ПП-АНЗ ПП-АН7 ЦП-AH I ПП-АН17 ЭПС-15/2 ПД-2ДСК 0,06-0,10 0,6-0,8 0,07-0,15 0,04 0,06-0,10 0.07-0,12 0,7-1 3 0,20-0.45 0,03 0,04-0,06 0,08-0,130,7-130,2-0.5 0,03 0,04-0,06 0 09-0,14 0,9-1,б 0,25-0.5 0,025 0,03-0,04 0,08-0, 2 0,8-1,4 0,2-0,5 0,03 0,03-0,05 0^08-0,12 0,6-0,8 0,07-0,16 0.03 0,03-0,05 0,09-0,13 0,6-1,1 0,13-0,40 йе На опред. опред. 20-30 4,5-7,0 5,5-8,0 4,0-5,5 4,0-6,0 Не опред. То же
радов титана или алюминия,что приводит к ревкому снижению пластических
свойств метал4а(рис.Й).Недостаток нитридообравуюцих приводит к возникно-
вению пористости, Поэтому оодержание данных элементов в металле шва
необходимо строго контролировать. На рис.9 показано влияние титана и
алюминия на величину максимально допустимого напряжения дуги при усло-
вии получения плотных швов.
При легировании порошковой проволоки титаном и алюминием вдут дву-
мя путями. Первый состоит в применении небольших добавок титана и алю-
миния, В згсм случае обеопечиваютоя высокие пластические свойства ме-
талла шва. Однако низкое содержание яитрадообразующих в проволоке
15
Рис.9. Предельное напряжение дуги при легировании металла шва:
а - титаном; б- алюминием.
недостаточно для связывания азота, когда напряжение дуги превышает
номинальное, вследствие чего шов поражается порами. Такой способ леги-
рования металла использован в проволоках марок ПП-АНб, ЭПС-15/2. Тех-
нологические возможности применения таких проволок для полуавтоматиче-
ской сварки ограничены. Второй путь - введение в проволоку нитридообра-
зукщих в количествах, предотвращающих пористость в диапазоне реальных
колебаний режима сварки по напряжению. Поскольку легирупцие в этом
случае вводятся в количестве, достаточном для связывания азота в нитри-
ды, в сердечник таких проволок карбонаты вводятся в небольших количе-
ствах (ПП-АН17). Проволоки карбонатно-флюоритного типа ПД-АНЗ, ПП-АЯ7,
ПП-АНП и ПП-АН17 имеют двухслойную конструкцию. Применение их возмож-
но в широком диапазоне режимов сварки и исключает необходимость введе-
ния в сердечник нитрид©образующих - титана и алюминия. При сварке эти-
ми проволоками металл шва хорошо раскисляется, содержание газов в нем
незначительно. Механические свойства металла шва аналогичны тем, что
достигаются при сварке электродами фтористо-кальциевого типа.
Проволоки карбонатно-флюоритного типа высокопроизводительны и до-
пускают применение высокой плотности тока. Ими выполняется сварка ответ-
ственных изделий и металлоконструкций из низкоуглеродистых и низколеги-
рованных сталей - экскаваторов и подъемных кранов, горнодобывающих
и сельскохозяйственных машин, химической аппаратуры, судовых и строи-
тельных металлоконструкций и т.д.
Проволоки, в которых основным флюсующим материалом является фтори-
стый кальций, относят к типу флюоритных (ПП-2ДСК).
Сварка проволоками карбонатно-рлюоритного и флюоритного типов вы-
полняется на постоянном токе обратной полярности от источника питания
с жесткой внешней характеристикой. Металл шва хорошо раскислен, содер-
жание газов в нем невелико. Механические свойства металла швов находят-
ся на уровне, достигаемом обычно при сварке электродами фтористо-каль-
16
циевого типа. Проволоки карбонатно-флюоритного типа высокопроизводитель-
ны и допускают применен® высокой плотности тока.
Порошковыми проволоками карбонатно-флюоритного типа выполняется
сварка таких ответственных изделий и машиностроительных металлоконст-
рукций, как рамы и стрелы экскаваторов, подъемных кранов, горнодобы-
вающие и сельскохозяйственные машины, химическая аппаратура, судовые
и строительные киталлсконст^укции и т.д.
Рекомендуемые режимы сварки для самозащитных порошковых проволок
приведены в табл.4, типичные механические свойства металла шва -в табл,
б, химический состав наплавленного металла и содераание в нем газов -
в табл.6.
Порошковые проволоки гля сварки в углекислом газе. Способ сварки
в углекислом газе проволокой сплошного сечения марки СВ-08Г2С отличает
высокопроизводительность, дешевизна, простота, возможность выполнения
сварочных работ в различных пространственных положениях, удовлетвори-
тельные механические свойства металла шва и сварного соединения. Между
тем, полуавтоматическая сварка в углекислом газе проволокой диаметром
1,6-2,0 мм имеет ряд недостатков, важнейшие из та: поваленное разбрыз-
гивание электродного металла и посредственный внешний вад швов в
диапазоне наиболее употребляемых сварочных токов (25СМ0СА) и в раде
случаев недостаточная пластичность металла шва.
Применение порошковой проволоки позволяет устранить эти недостатки.
Введение в сердечник проволоки шлакообразущих составляющих и раскисли-
телей в сочетании с дополнительной зашитой углекислым газом дает воз-
можность хорошо ресьпслить металл сварочной ванны, интенсивно обрабо-
тать его шлаком и снизить содержание в нем газрв и неметаллических
включений. При этом существенно повышается пластичность металла швов.
Введение в сердечник проволоки железного порошка позволяет произ-
водить сварку на повышенных плотностях тока и обеспечивает высокую про-
изводительность ее.
При сварке порошковой проволокой нагрев основного металла менее
концентрированный, Эго дает возможность получить благоприятную форму
швов при высоких скоростях плавления металла.
Основу сердечника проволок, предназначенных для сварки в углекис-
лом газе, составляют шлакообразуюцие материалы, ферросплавы и железный
порошок. Наиболее распространенные шлаковые системы этих проволок
fiOj- SiOi i ПОг - Caf2; Мд О- fify -Сл/^} СаО- ПО^ - Са и др.
Система Tify-SiOt составляет основу сердечников проволок рутило-
вого типа, а система П02 - CaFi - основу сердечников проволок
рутил-флюоритного типа. Шлаки, образующиеся при плавлении проволок
рутилового типа, имеют низкую основность. При высоких концентрациях
кремнезема в шлаке имеет место восстановление кремния железом. Раскис-
ляют металл в основном ферромарганцем. Содержание кремнезема в се уде ч-
17
пине проволок этого типа необходимо ограничивать, поскольку при высо-
ких концентрациях кремнезема развивается реакция восстановления крем-
ния
При понижении температуры в ванне реакция вдет влево. Продукты ре-
акции, не успевая всплыть из ванны, остаются в ней в ваде неметалличе-
ских включений и могут снижать пластичность швов.
Проволоки с рутиловым сердечником обеспечивают устойчивое горение
дуги в широком диапазоне токов, отличйое формирование швов, малое
разбрызгивала электродного металла. Металл шва и сварные соединения,
выполненные проволоками рутилового типа на низкоуглеродистых и низко-
легированных сталях,- отвечают требования?.'., предъявляемым к электродам
типа Э50А,
Основу шлакообразующей части сердечника проволок рутил-флюоритного
типа составляют рутиловый и флюоритовый концентраты. Сердечник обыч-
но не содержит кремнезема. Фтористый кальций, являясь хорошим флюсу-
ющим реагентом, обеспечивает минимальное содержание неметаллических
включений в металле шва и исключительно высокую его пластичность,пре-
восходящую пластичность швов, выполненных электродами типа Э50АФ,Срав-
нительные экспериментальные данные об ударной вязкости металла швов,
выполненных проволоками ПЛ-АН4 и Св-О8Г2С, приведены на рис.10. В про-
мышленности для сварки в углекислом газе применяются порошковые про-
волоки рутилового типа марок ПП-АН8, ПП-А1И0 и ПЛ-АН 13 и рутил-флюо-
рит кого типа - марок ПП-А1Й, ПЛ-АН9 и ПП-АН18, Рекомендуемые режимы
для сварки этими проволоками приведены в табл.7,' типичные механиче-
ские свойства металла шва - в табл.8, химический состав наплавленного
металла и содержание в нем газов - в табл.9.
Сердечник проволоки Ш1-АН10 не
содержит железного порошка, что поз-
воляет получать наплавленный металл
с низким содержанием водорода и ки-
слорода, Порошковая проволока
1Ш-АН13 обеспечивает хорошее форми-
рование швов при сварке на форсиро-
ванных режимах с высокой линейной
скоростью.
Рутиловые проволоки применяют-
ся при изготовлении деталей и уз-
лов .'.'Яшин различного назначения и
особенно там, где к внешнему ви-
_ ,л ,, ду предъявляются повышенные требо-
Рис.Ю. Ударная вязкость метал-
ла швов, выполненных порошковой ваши,
Проведоко.; ПЯ-А|Д ( I - 3) И. Пров о- Из проволок рутил-флюоритнох о
локон СвОЬГшС (4,э). Сталь 4 - П11 .„.п
ЮГйСД; И; 4 - ОУГй; 3;5 - шСт-З. типа проволоки ПП-АН9 и ПП-АН18
обеспечивают более благоприятные са-
18
Таблица- 7
Марка про- волоки ! !Тип сердеч- |кика I ‘1 -] Диа- | jметр,мм; Рекомендуемые сварки В ! режимы 4- В Производительность !наплавки на рено- |мендуамом режиме, г/мин.
ПП-АНВ Ш1-АН10 ПЛ-АН13 Ш1-АНА ПП-АН9 ПП-АН18 Рутиловый 2^2 ' ® —2 2’2 5 Рутил-флюо- 2,*2;2^5 ритный То же 2,2;2,5 2,2;2,5 150-550 130-500 200-550 230-550 240-530 240-550 20-39 22-37 20-35 25-33 25-33 25-33 40-200 35-180 45-220 60-180 55-165 55-180
Таблица 8
'Ларка про- 1 вмоки - ! 1 | кГ/ММ^ j А ! ; % i kIYi/cm^ !(ппи 20°С)
ПП-АН8 52-56 25-30 14-20
ПП-АНЮ 52-56 25-30 14-20
IUI-AH4 50-55 27-30 1о-25
П11-АН9 50-55 27-30 16-25
Ш1-АН18
Таблица 9
Марка про- волоки содержание. "
и, не более у . - Мп j SI in] [0]
! /£/ сум.
[см /100 г
ПП-ЛНВ
ПЛ-АН10
Ш-АН13
1Ш-АН4
Ш1-АН9
ПП-АЕ18
0,12 0,9-1,40,15-0,4 0,008-0.050,06-0,085 6,5-8,4
0,12 0,9-1,ч 0,15-0,4 0,008-0,015 Q(Х-0,Q7 4,4-6,6.
0,12 0,5^1 4 0,15-0.4 0,008-0,020 0,03-0.05 4,6-6,э
О 10 О’.Ь-У.З 0’,^-0.5 0,008-0,015 0,025-6,010 3,0-6 3
С,12 0,9-1,6 0.25-6,45 0,008-0,013 0,03-0,(М5 4,0-6,5
0,12 0,9-1,6 0,2-0,5 0,008-0,016 0,03-0,05 4,0-70
нитарно-гигиенячесиие условия труда, что обусловливается значительно
меньшим по сравнению с порошковой проволокой ПП-АВ4 уровнем выделений
фтороодержащих газов. Сварочно-технологические характеристики порого-
вых проволок рутал-флюоритного типа несколько уступают аналогичны.’.! ха-
рактеристикам проволок рутилового типа, однако механические характери-
стики металла шва и сварного соединения выше. Это позволяет исполь-
зовать проволоки рутил-флюоритного типа для сварки изделий из малоуг-
леродистых и низколегированных сталей, в том числе и низколегирован-
ных сталей повышенной прочности, например 15Г2А4Щпс. Проволоки рутил-
флюоритного типа особенно рекомендуется применять для сварки конструк-
ций ответственного назначения с тяжелым режимом работы, аксплуатагля
которых производится в сложных климатических условиях при значитель-
ных динамических и знакопеременных нагрузках.
19
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВАРКИ
Сварку порошковой проволокой рекомевдувгоя выполнять от ис-
точников питания дуги постоянным током о жесткой или полого-
падающей внешней вольт-амперной характеристикой. При использова-
нии источников литания с крутопадающей характеристикой сложнее
обеспечить стабильность параметров процесса сварки. Источники питания
должны обладать хорошими динамическими свойствами, обеспечивать высо-
кую скорость нарастания напряжения при обрыве дуги и тока при корот-
ком замыкании сварочной цепи.
Наиболее широко при сварке порошковой проволокой применяются вып-
рямители ВС-300, ВС-500, ВС-1000, которые в настоящее время являются
лучшими источниками питания для полуавтоматической и автоматической
сварки. В отличие от сварочных преобразователей (ПСГ-500; ПСУ-500) они
бесшумны в работе, надежны в эксплуатации и имеют стабильные характе-
ристики.
Технические данные некоторых выпрямителей и преобразователей при-
ведены в табл.10.
Большинство сварочных работ, выполняемых порошковой проволокой,
производится полуавтоматами. Подающий механизм полуавтомата должен
обеспечивать стабильность подачи проволоки, исключающую ее деформиро-
вание. Допустимые колебания скорости подачи - не более 5# номинальной
величины.
Таблица 10
Источник питания марка ИС' точилка питания Внешняя вольтам- перная характе- ристика ! Т ! ' " Т Номи—Пределы 'Число ’мяпгй «г каль-!регули- !ступе- ! ь,п,д* ,масса,кг ный !рования ’ней ! } ток,Ajхолостого!регули-- !хода. В |рованля! 1
Выпрями- ВС-300 тель То же ВС-500 ВС-1000 Преобра- ДСГ-500 зоватоль То же ПСУ-500 -"- ПСУ-500 Жесткая 300 2СМ0 24 0,7 250 500 21-53 27 0,7 350 1000 17-43 4 0,75 600 -”- 500 16-40 - 470 500 15-40 - 0,65 500 Падаю- 500 25-40 - 0,61 500 щая
Для сварки самозацитной проволокой наиболее распространен специа-
лизированный шланговый полуавтомат А-765. С целью обеспечения надежной
подачи проволоки по шлангу механизм подачи полуавтомата оснащен двумя
парами приводных роликов. Нижние ролики разъемные и на рабочих поверх-
ностях имеют насечку. Выбирают нижние ролики, соответствукщие опреде-
ленному диаметру проволоки, по таблице, помещенной ла корпусе мехаю.з-
20
ms подачи. Скорость подачи проволоки изменяется с помощью сменных ше-
стерен. Проволока подается от подающего механизма в держатель по спе-
циальному направляющему каналу с внутренним диаметром спирали 3,2 мм
(при сварке проволокой диаметром до 2,3 мм) или 4,7 мм (для проволоки
диаметром до 3,5 мм). Длина нащявллпцего канала 3,5 м. Сечение прово-
да кабеля и других токоведущих частей полуавтомата расочитано на токо-
вую нагрузку до 450 А. Полуавтомат А-765 комплектуется тремя вицами
держателей - молотковым (А-792М), пистолетным (А-793Ы) и облегченным
молотковым (А-836Р).
Полуавтомат А-765 можно использовать для сварки порошковой проволо-
кой в углекислом газе. В этом сдучае он комплектуется держателем А-921Ы
(для проволоки диаметром до 2,5 мм) или A-I23I (для проволоки диаметром
до 3,5 мы) и набором аппаратуры, включающей подогреватель гааа, газовый
редуктор, осушитель и отсекатель газа.
• Полуавтомат А-1035Ш предназначен для сварки порошковой проволокой
в углекислом газе. Он успешно применяется и для сварки самозащитними
проволоками.
Промышленностью выпускаются универсальные полуавтоматы А—1197 для
сварки как порошковыми, так и проволоками сплошного сечения с дополни-
тельной газовой или флюсовой защитой. В зависимости от назначения и
диаметра используемой проволоки полуавтомат А—1197 может быть укомплек-
тован шлангом с держателем соответствующего типа. Поставляется в раз-
личном исполнении - стационарном или переносном.
Технические характеристики полуавтоматов А-765, А-1О35МП и A-II97
приведены в табл.II.
Таблица II
Показатель [Един .4 р<ууа#то^та
!рения( А ; A-I035 КП J A-II97
Диаметр порошковой проволоки Скорость подачи мм 2,0-3,0 м/ч 58-582 2.0-о.5 56-582
Число ступеней регулирова- ния с.юрости подачи 20 20 17
к1акси1.'альныи ток при Пй 60% А
450 450 500
ПВ Юи% * 550
,'Аасса кг 23,0 25,5 25,5
При сварке крупногабаритных конструкций для увеличения зоны обслу-
живания полуавтоматы подвешивают на поворотных консолях, пантографах,
специальных балках и т.д.
Для автоматической сварки порошковой проволокой используются модер-
низированные сварочные тракторы, самоходные головки, специалиэирован-
21
ные аппараты и др. Модернизации подаергаютоя мундштуки, узлы подающих
роликов, кассеты.
Правильный выбор и хорошая настройка аппаратуры в соответствии с
типом и даметром проволоки обеспечивают достижение высокого коэффици-
ента использования сварочного поста и высокой производительности про-
цесса.
Рис.II. Влияние изменения пара?летров режшл. сваоки на размеры и
форму шва:
I - минимально рекомендуемое значение; 2 - максимально рекомендуемое;
а - напряжение дуги; б - сварочный ток (скорость подачи проволоки);
в - вылет электрода; г - скорость сварки.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ
Сварочные порошковые проволоки обеспечивают получение швов
высокого качества при изменении условий сварки в широких пре-
делах. В тех случаях, когда не соблюдаются рекомендуемые режи-
мы и техника сварки, появляются дефекты металлургического характе-
ра (трещины, поры, включения) или грубые технологические дефекты (под-
резы, несплаыения, прожоги). Для предупреждения их в параметры процес-
са вносятся необходимые коррективы. Основными параметрами режима свар-
ки, определяющими технологические показатели, являются: напряжение ду-
22
ги, сварочный ток, скорость сварки, угол наклона электрода и величина
вылета. Все они могут регулироваться в достаточно широких пределах.
Напряжение дуги обычно устанавливается оператором перед началом
сварки изменением холостого хода источника питания.Самозащитные порошко-
вые проволоки более чувствительны к изменению этого параметра и требу-
ют более точной его регулировки. Влияние напряжения дуги на форму шва
при сварке на плоскости характеризуется переходом от высокого, отно-
сительно узкого валика при низком значении к широкому с менее ровными
краями при большой величине (рис.II,а).
При изменении условий теплоотвода, например при сварке тонкого
металла, влияние пониженного напряжения сказывается в меньшей степени.
Сварка на повышенном напряжении "длинной дугой" обеспечивает благопри-
ятный переход от шва к основному металлу. Однако чрезмерное удлинение
дуги приводит к повышенному разбрызгиванию электродного металла и мо-
жет стать одной из причин появления подрезов и пористости.
Увеличение сварочного тока связано с повышением скорости расплав-
ления и наддавки и глубины проплавления основного металла. При повы-
шении мощности дуги (за счет увеличения сварочного тока при постоян-
ном напряжении дуги) увеличение глубины провара сопровождается также
увеличением размера валика преимущественно за счет высоты усиления
(рис.II,б). Сохранение благоприятных форм валика достигается одновре-
менным изменением сварочного тока и напряжения, В этом 'случае повыше-
ние сварочного тока при пропорциональном повышении напряжения дуги и
постоянной скорости сварки увеличивает размер валика, глубину проплав-
ления основного металла и ширину шва с сохранением благоприятной фор-
мы.
Вылет электродной проволоки обычно устанавливается до начала свар-
ки и ввиду необходимости сохранять постоянные технологические показа-
тели может (ограниченно) регулироваться в процессе сварки. Возможности
регулирования вылета электрода зависит от способа сварки, типа и диа-
метра порошковой проволоки. Пределы регулирования вылета электродной
проволоки при сварке в углекислом газе не так широки, как при сварке
самозащитной проволокой и соответствуют 15-40 мм. Это связано с изме-
нением характера плавления проволоки. Предварительный подогрев прово-
локи на вылете проходящим током приводит к укрупнению переноса и увели-
чению потерь металла на разбрызгивание.
Кроке того, отдаление от изделия сопла, подающего защитный газ,
может привести к нарушению защитной зоны и появлению пористости. Что-
бы иметь возможность регулировать технологические параметры сварки в
защитных газах за счет вылета электрода, следует следить за установкой
наконечника и сопла относительно друг друга. При сварке самозащитной
23
проволокой карбонатно-флюоритного типа величина вылета гложет достигать
90 им, а рутилового типа - 60 мм.
Увеличение вылета при постоянной скорости подачи электрода, напря-
жения холостого хода источника питания и других параметров вызывает
снижение сварочного тока и соответственное уменьшение глубины проплав-
ления основного металла (рис.II,в). При этом производительность наплав-
ки остается прежней. На угловых соединениях шов имеет более ровную по-
верхность о плавным переходом к основному металлу. При увеличении выле-
та электродной проволоки и одновременном повышении скорости ее подачи
о сохранением постоянной величины сварочного тока воэраотает произво-
дительность наплавки. При той же скорости сварки шов получается больших
размеров, глубина проплавления сохраняется на прежнем уровне.
Таким образом, увеличение вылета проволоки является эффективным
средством повышения производительности процесса сварки. Однако сварка
о повышенным вылетом электродной проволоки требует определенных навы-
ков, в ряде случаев для точного направления проволоки целесообразно
использовать дополнительные "холостые" наконечники.
Сварка порошковой проволокой выполняется с углом наклона электрода
к изделию до 15°, так как при больших отклонениях сложнее обеспечить
защиту расплавленного металла от воздуха. Переход от сварки "углом
назад" к сварке "углом вперед" характеризуется снижением глубины проп-
лавлэния металла и увеличением ширины шва (как на плоскости, так и уг-
ловых швах). Сварку "углом вперед" обычно применяют при форсированных
режимах, доведя угол наклона до 30°. Применение такой техники сварки
требует особого внимания к поведению сварочной ванны и расплавленного
шлака и предупреждения подтекания последнего под дугу. Сварку "углом
вперед" не применяют при использовании оамозащптных проволок рутил-ор-
ганичаского типа, так как это приводит к пористости шва, особенно в
его кратерах.
Изменение скорости сварки в наибольшей степени сказывается ж глу-
бине проплавления основного металла и размере шва. Небольшая скорость
сварки при прочих равных условиях приводит к получению швов большого
размера с глубоким проплавлением благодаря большому тепловложению в ос-
новной металл. При очень низкой скорости сварки (особенно при выполне-
нии стыковых швов о узкой разделкой кромок и угловых швов), подтека-
ние металла и шлака под дугу влечет за ообой уменьшение глубины проп-
лавления (рис.II,г). Сварка с очень высокой скоростью связана с наруше-
нием равномерности шва, появлением подрезов, ухудшением отдели?/.ости
шлаковой корки и появлением внутренних дефектов. Особенно чувствитель-
ны к повышению скорости сварки самоэащитные проволоки рутил-органическо-
го типа, где появление дефектов в виде внутренних пор наиболее вероят-
но.
24
Процесс сварки порошковой проволокой отличается глубоким проплав-
лением основного металла. Это дает большие экон<»!ические преимущества,
позволяет уменьшать углы разделки стыковых соединений до минимума и
ооответственно снижать количество электродного металла и повышать ско-
рость сварки. Большая глубина проплавления позволяет также снижать ка-
теты угловых швов и, следовательно, сокращать время сварки с сохране-
нием равноценной прочности и эксплуатационных характеристик соединений.
Опыт использования порошковых проволок показал, что в зависимости
от вида конструкций и толщины свариваемых деталей уменьшение размеров
швов может достигать 30$? по сдавлению со сварными швами, выполненными
электродами аналогичного типа.
Порошковая проволока может применяться для сварки металлоконструк-
ций из углеродистых конструкционных сталей, а также низколегированных
сталей марок 09Г2, 09I2C, 10Г2С1, Ю12СД, 10ХСВД, 14Г2, 15ХСВД, 15ГСТЮ,
17ГС и других, а также ряда сталей повышенной прочности.
В тех случаях, когда к сварным конструкциям предъявляются особые
требования, возможность применения той или иной марки порошковой про-
волоки определяется после проведения испытаний по соответствудцим от-
раслевым нормалям, .'Ларка и диаметр порошковой проволоки выбираются в
зависимости от марки свариваемой стали, требований к металлу ова и
сварного соединения, толщины металла, типа соединений, условий выпол-
нения процесса,
С использованием порошковой проволоки могут выполняться все основ-
ные виды сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные.
Подготовка кромок и поверхностей под сварку порошковой проволокой
производится механической обработкой, газовой или плазменной резкой.
Поверхности деталей, подготовленные к сварке, очищают of ржавчины, маса-
ла, шлака газовой резки, влаги и других загрязнений. Проволока рутил-
органического типа допускает наличие небольшого слоя ржавчины на поверх-
ности свариваемого металла.
Прихватки при сборке изделий необходимо выполнять порошковой прово-
локой, принятой к сварке, либо покрытыми электродами. К сборке конст-
рукций под сварку порошковой проволокой пдадъявляются такие же требо-
вания, как и при использовании электродов или при полуавтоматической
сварке проволокой сплошного сечения в углекислом газе.
Требования к сборке конструкций при автоматической сварке порошко-
вой проволокой выше, чем при полуавтоматической сварке, когда можно
заваривать участки с зазорами.
К полуавтоматической и автоматической сварке порошковой проволокой
допускаются электросварщики, прошедшие специальную теоретическую и
практическую подготовку. Перед выполнением сварки контролируют готов-
25
ность аппаратуры и производят наотройку режима сварки. Расчетное вре-
мя сварки наиболее распространенных типов сварных соединений (рис. 12)
приведено в табл.12-15,
А "» 1мм
h ~1мм при
t “* 1.S мм при S>3
а
Рис.12, Типы сварных соединений;
а - стыковое о И-образной разделкой кромок (табл.12);
б - стыковое с //-образной разделкой кромок (табл,IS); в -
угловое (табл.14); г - фланговое (табл.15).
При сварке порошковой проволокой всех типов дуга должна легко воз-
буждаться, гореть равномерно, без значительного разбрызгивания метал-
ла и шлака; наплавленный металл должен равномерно порываться ишаком,
который после охлаждения должен легко удаляться; наплавленный металл на
должен иметь трещин, количество и размеры газовых и шж кожах включений
не должны превышать значений, допускаемых ТУ.
26
При использовании непрокалвнной проволоки аварку необходимо выпол-
нять при повышенном вылете электрода. При атом из-за нагрева проволо-
ки на вылете сварочным током влияние влаги в сердечнике и смазки на
поверхности проволоки на качество швов уменьшается. Самозащитную про-
волоку рутил-органичесаого типа прокаливать не рекомендуется, сварку
проволокой этого типа производят без увеличена вылета.
К общим правилам техники сварки в нижнем положении относятся сле-
дующие:
I. При сварке стыковых соединений порошковая проволока должна рас-
полагаться почти перпендикулярно изделию: угол ее отклонения от верти-
кального положения не должен превышать 15°. При выполнении тавровых
и нахлесточных соединений необходимо выдерживать указанный угол накло-
на электрода по направлению сварки, а угол между вертикальной плоско-
стью (стенкой тавра) и проволокой должен быть в пределах 30-45°.
Таблица 12
Марж
проволо-
ки
Тол- ^Расчетная |Расчетное время сварки (мин) I м шва при
щина ! касса нап-( 1
метал!-----------
ла,мм
l сварки (мин) I м
1 ЧЛП-ЧЯЛ ДПЛ-ИКП!
ла вл е иного Г Т I !
[метшие, 180-200 270-300'340-360 400-450 480-500
1крДдг3^1 1□____________________I------1--------
ПП-АВЗ
f! 3 мм
Ш-АП7
/ 2,3 мм
14
20
4
6
8
0,16
0,32
8:1*
1:1
ПП-АНВ
в СО,
f! 2,2 мм
li
20
6
8
ПП-АН9 10
В СОо 2
МЛ 1б
6
8
2. При многослойной сварке перед наложением каждого последущего
слоя рекомендуется очищать предыдущим слой от пхлака. Следует учитывать,
что выполнение за один проход швов калибрами более 10 мм (при диаметре
проволоки до 2,4 »w) и калибром 12 мм (при диаметре проволоки до 3 иы)
27
Таблица 13
--------- ------------------
Марка [Толщина I Расчетная
прово- металла,!масса аап-
локи t ми 1лааленно-
!го металла,
!кг/пог.м
{Расчетное время сварки (мин) I м шва при
1 сварочном токе, А
| 270-300 I ! I !340-360 400-450 480-500
! 1
40 32 23 18
52 42 29 22
70 56 39 29
83 59 44
38 29
50 37
65 50
— 73
37 28 20
47 36 26
63 49 35
— 73 52
39 30 21 17
49 38 27 22
66 51 36 29
76 54 43
Таблица 14
20 2,5
ПП-АНЗ 24 3,2
Я 3 мм 30 4,3
40 6,4
20 2,5
ПП-АН7 24 3,2
2,3 ш 30 4,3
40 6,4
20 2,5
ПП-АН8 24 3,2
в COg 30 4,3
fi 2,2 ш 40 6,4
20 2,5
Ш1-АН9 24 3 2
В С02 30 4,о
^2,5 мм 40 6,4
; Расчетное время сварки (млн) I и ива при
прово- !шва, jмасса нал-! 1 локи |1аа ।давленного! 270-300 ! j 1металла। | < ; !кг/1ог.м । . | - * _ - — * 1 !340-360 ! । । I 1 ! 400-450 1 1 1 Г' ' ! 480-500
ПП-АНЗ 5 6 0,14 0,2 2,3 3,2 2 2,6 2
3 мм 8 0,35 5,8 4,5 3,2 2,5
1° 0,55 9 7 5 4
12 0,8 13 10,5 7,5 5,5
4 0,09 1,4
ПП-АН7 5 ' 0,14 2 2 1,6
2,3 мм 6 0,2 3 2 5
6 0,35 5,5 4 '
10 0,55 — 6,5
5 0,14 2 1,6
ПП-АН8 в 6 0,2 3 2,3 1.6
СО? 8 0,35 5 4 3
и ? 2 мм 1° 0,55 8 6,5 4,5
12 0*8 12 9 6,5
5 0,14 2,3 1,7 1,2 «•
ПП-АН9 в СОэ 6 8 0 2 0 35 3,2 5,5 1-1 1,7 м
> 2,5 wa 10 0,55 8,5 6,7 4,6 3 7
12 0,8 13 9,5 7 5^5
28
Таблица 15
(Тоддина Расчетная Расчетное время сварки (мин) I м шва при
Марка (металла,|масса нап-f сварочном токе. А
проволо-1 мм (давленного; | ।
ки , металла, j 270-300 ' 340-360 400-450 480-500
| |кг/пог.м. ; |
ПП-АНЗ
/ 3 ил
ЛП-АЬГ7
0 2,3 мм
ПП-АН8
в С02
/2,2 №4
14
16
10
!2
14
16
20
10
0,54
0,7
0,9
1,2
8,7
11.4
14,6
19,5
б
6,5
8.3
30
3,7
4,8
6
8
12
23
Пй-АНЭ
в С02
/ 2,5 мм
16
20
30
10
12
14
16
0,54
0,7
0,9
1.2
1,7
0,54
0,7
0,9
1,2
1,7
3,3
0,54
0,7
0,9
1,2
1,7
3,3
8
10,5
13,5
18
8
10
13
17
8,5
и
19
6,2
8
10
14
20
6
8
10
14
19
6,5
8,5
10,5
14
20
4,5
6
7,5
10
14
28
4
4,5
6
8
П
22
но рекомендуетояДдя швов калибром более 6-8 мм рекомендуется выполнять
плавные поперечные колебания электрода.
3. При случайном обрыве дуги или нарушении подачи проволоки возбуж-
дать дугу следует на расстоянии 10-15 мм от места обрыва и после зажи-
гания перенести ее на незаплавленный кратер.
4. Сварку следует прекращать резким обрывом дуги, чтобы избежать
удлинения вылета.
5. Необходимо предотвращать любую возможную причину колебания режи-
ма сварки: нестабильную подачу проволоки по шлангу, неправильное мани-
пулирование электродом,значительные колебания сетевого напряжения и т.д
Не рекомендуется производить сварку полуавтоматом с изношенным мундш-
туком держателя или наконечником мундштука.
Техника сварки проволоками различных типов имеет свои особенности.
При сварке самозащитной проволокой рутил-органического тина вылет под-
держивают 15-20 мм. Сварка с большим вылетом электрода приводит к пе-
регреву проволоки, ухудшению механических свойств металла шва, возник-
новению пористости. В случае повышенного содержания углерода и крем-
ния в стали сварка прекращается после плавного удлинения дуги, в про-
тивном случае возможны вздутия и поры в кратере шва.
Сварка проволокой карбонатно-флюоритного типа производится при вы-
лете 30-о0 мм. возбуждение дуги надежнее, когда вылет не превышает
30 мм. В случае недостаточно хорошей подготовки изделий под сварку
29
Таблица 16
Дефект
Марка
* проволокиj
Причины возникнове- I Способы предупреждения
ния дефекта , дефекта
Поры ПЛ-АНI
о?’
1Ш-АНН,
ПП-АН8,
1Ш-АН9.
Ш1-АН10
Нарушен режим сварки: Отрегулировать режим
большая скорость подачи сварки
проволоки, большой вылет
проволоки, низкое напряже-
ние дуги, большая ско-
рость процесса
В свариваемом метал-Проверить химический пос-
ле повышенное содержание тав основного металла
углерода, кремния и др* При высоком содержа-
нии углерода и кремния
уменьшить глубину прова-
ра за счет снижения ско-
рости подачи проволоки,
увеличить напряжение хо-
лостого хода источника
питания, плавно удлинить
дугу при прекращении про-
цесса
Высокое напряжение Привести режим сварки
на дуге в соответствие с рекомен-
дациями, снизить напряже-
ние холостого хода источ-
ника питания
Поверхность металла Очистить поверхность
покрыта ржавчинок, орга- металла
ническими загрязнениями
Нестабильная подача Произвести наладку по-
проволоки луавтомата, добиться рав-
номерном подачи проволо-
ки
Применение отсырев- Прокалить проволоку,
шей, ржавой или неравно- Заменить проволоку; ржа-
мерно заполненной шихтой вая и неравномерно запол-
проводоки негиая шихтол проволока
использованию не подле-
жит
ПП-АН8,
Ш1-АИ9.
пи-ahio
Кристалла- ПП-АЩ,
акционные ПН-АНЗ,
трещины 1Ш-АН7.
ПП-АН9.
Ш-АН l6
В углекислоте содер- Слить из баллона воду,
жится много влаги,азота установить осушитель га-
за. заменить углекислоту
Избыточный расход за- Обеспечить реком.еадо-
щитного газа, завихрение ванный расход газа
и подсос в зону дуги воэ«-
духа
Основной металл содер- Проверить химический
жит повышенное количество состав основного метал-
углерода, серы и других ла. Не допускать оваоки
вредных примесей пороговой проволокой
стали с повышенным со-
держанием вредных при-
месей
30
Продолжение табл,16
дефект !‘^рка п₽°-| «РЦГОЛТ | волоки . (Причины возникновения J дефекта [ Способы предупреждения дефекта
Шлаковые Низкое напряжение ду- Установить, режим свар*
включения, ги, малая скорость свар-ки в соответствии с ре-
непровары ки, затекание шлака под комендащыми, увеличить
дугу. Плохо очицен от скорость сварки. Тщатель-
шлака предыдущий слой но удалять шлак
шва
Подрезы Завышенное напряжение Установить режим с Вар-
на дуге, неправильная ки в соответствии с ре-
техника сварки команда пнями, выполнять
указания по технике свар-
• ки
Рытвины на ПП-АНВ. На поверхности про- Проводить сварку на
поверхно- ПН-АН1О волоки толстый слой увеличенном вылете. Про*
сти шва технологической смазки, калить проволоку
Сердечник проволоки со-
держит большое количест-
во влаги
или неудачной сборки заварить зазор проще при увеличенном вылете элект-
родной проволоки. При наличии загрязнений и небольшого слоя окалины
на поверхности свариваемого металла появление дефектов можно предупре4
дить снижением напряжения на дуге до минимально рекомендуемого.
Сваривать вертикальные швы снизу вверх рекомендуется порошковой
проволокой диаметром 2 мм. При таком способе за один проход можно вы-
полнять швы калибром до 10 мм. Манипулирование электродом обязатель-
но. Это обеспечивает благоприятную форму велика и провар корня шва.
При манипулировании следует избегать обрывов дуга, так как это может
привести к помня валю дефектов в шве. Сварку швов сверху вниз порошко-
вой проволокой ПП-АНП рекомендуется выполнять без манипулирования
проволокой. Швы калий..ом 8-10 мм выполняют за 3-4 прохода.
Сварка порошковой проволокой в углекислом газе имеет следующие осо-
бенности. Процесс нужно вести в закрытых помещениях. Сварка на отк-
рытых площадках и монтаже возможна при соблюдении мер, предотвращаю-
щих сдувание защитного газа. Сварка непрокаленной проволокой произво-
дится, как правило, при увеличенном вылете электрода 40-60 мм. В этом
случае для обеспечения надежной защиты эоны дуги от воздуха рекоменду-
ется установить сопло таким образом, чтобы часть вылета проволоки рас-
полагалась внутри сопла и расстояние от токоподводящего наконечника дс
среза сопла было 15—25 мм.
заключительным этапом процесса сварки порошковой проволокой явля-
ется очистка шва и металлоконструкции от брызг, контроль качества свар-
ного соединения. Контролируются внешняя вид, размеры и форма шва. С
применением не раз рушащих методов исследуются свойства сварных швов,
наличие внутренних дефектов. Перечень основных видов дефектов, причин
их возникновения и способов устранения приведен в табл.16,
31
Соблюдение рекомендаций при сварке порошковой проволокой гаранти-
рует хорошее качество швов и высокую производительность при разнооб-
разных условиях выполнения работ.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СЛУЧАИ ПЬЫЕНЫШ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ
К специальным относятся те случаи применения порошковой проволоки,
в которых условия сварки и требования к сварному соединению вызывают
необходимость применения специальной аппаратуры и техники сварки, а
часто и самой порошковой проволоки с особыми свойствами. К ним отно-
сятся сварка вертикальных швов о принудительным формированием и гори-
зонтальных швов с полупринудительным формированием, сварка электрозак-
лепкам:, ванная сварка и др.
Схема процесса сварки вертикальных швов с принудительным формиро-
ванием показана на рис.13. В зазор, образованный кромками изделий и
ограниченный ползунами, подается порошковая проволока, ^куга горит меж-
ду концом проволоки и ванной жидкого металла, благодаря излучению дуги
и за счет тепла металлической ванны оплавляются кромки изделий, обра-
зуя вместе с расплавленным электродным металлом жадную ванну» Расплав-
ленный жидкий металл и сварочная ванна защищены от влияния атмосферы
шлаком и газом, образующимися при плавлении шлакообразующих и разложе-
ния газообразующих составляющих сердечника. С боков ванна жидкого ме-
талла искусственно охлаждается медныли ползунами.Сварку порошковой
проволокой с принудительным формщюванием рекомендуют применять для
.соединения металла толщиной 8-30 мм.
Сварка может осуществляться самозащитноы проволокой (ЛЛ-АНЗС,
ПП-АН7С, Ш1-АН19) и с дополнительной защитой углекислым газом (ПИ-
АНО).
а 6
Рис.13. Схема электродугового процесса сварки с
принудительным формированием порошковой проволокой:
а - в углекислом газе; б - самозащитиой проволо-
кой; I - проволока порошковая; 2 - свариваемый металл;
3 - шлаковая корка; 4 - ползуны; 5 - сварочная ванна;
6 - шов.
32
Проволока Ш1-АНЗС имеет двухслойную конструкцию и сердечник карбо-
натно-флюоритного типа. Режим сварки проволокой ПП-АНЗС диаметром
3 мм для металла толщиной 10-20 мм находится в пределах I = 400-
460 A, Ug = 24-27В. При зазоре между кромками 10-12 мм это обеспечи-
вает скорость сварки вертикального шва от 4 до 7 м/ч.
Проволока Ш1-АН5 с сердечником флюоритного типа изготавливается
диаметром 3 мм и имеет трубчатую конструкцию. Рекомендуемые режимы
сварки проволокой Ш1-АН5^ = 400-500 A, U? = 23-25В, расход углекисло-
Таблица 17
Результаты испытаний механических свойств металла шва и зоны
термического влияния при сварке с принудительным формированием
самоэащитной проволокой (ПП-АНЗС) и о дополнительной защитой
углекислым газом (ПП-АН5)
Марка
прово-
локи
.Марка
свари
вае- I
мой 1
стали)
За-1
'ЗОР/
Металл шва Зона термического влияния
\*s> 6, % 2при £*£ Kf’ при Г*С
*20 -40 *20 40
ПП-АНЗС МСт-3 14
1Ш-АН5+С0? МСт-3 14
ДП-А143С г 14Г2 20
ПП-АН5+С0п
ПП-АНЗС г
1Ш-АН5+С02
14Г2
09Г2
09Г2
16
20
20
61,8
56 8
51 9
58,8
60,5
57 0
23,5
25 О
25 0
28,0
23 8
13,2
10,4-14,5
10,7-16 3
0 5-12*6
12 7-15 8
12,2-16,0
4,6-5,4
5 6-7 5
2 0-9’5
4 25-6,0
3 0- 8,5
8 1-10 0
11,75-14,5
95 -12*0
10 0-14.t
7 0-7,S
8 7-1 б, 2
18 7-23 0
1,0-5,5
4 0-4 8
2 4-7 2
4,6-5 5
4 0-6.2
9 0-16,2
го газа 10-25 л/мин. При зазорах между кромками 9-II мм и толщине ме-
талла 14-20 мм скорость сварки этой проволокой достигает 6-7 ц/ч.
Наружная поверхность швов, выполненных порошковой проволокой с при-
нудительным формированием, близка по форме рабочей поверхности ползу-
на. Сведения о механических свойствах металла шва и зоны термического
влияния сварных соединении, выполненных проволокой ПП-АНЗС и ПП-АН5,
приведены в табл.17. Эти данные свидетельствуют о том, что механичес-
кие свойства металла шва и эоны термического влияния при положительных
и отрицательных температурах достаточно высоки.
Сварка вертикальных швов порошковой проволокой с принудительным
формированием рекомендуется при изготовлении металлоконструкций в за-
водских и монтажных условиях. Проволока Ш1-АН5 широко применяется при
сварке монтажных стыков корпусов морских судов и позволяет повысить
производительность труда сварщиков в 5-7 раз.
Для сварки металла толщиной до 30 мм применяются специализирован-
ные безрельсовые аппараты А—1150 конструкции ИЭС им.Е.0.Патона.
Полупринудительное формирование сварочной ванны при выполнении го-
33
ризонтальных швов на вертикальной плоскости предусматривает частичное
удержание жидкого металла скользящим ползуном. Ползун ограничивает
массу свободной части ванны. Это позволяет увеличить мощность свароч-
ной дуги, а следовательно, и производительность сварки.
Дхя сварки горизонтальных швов с полупринудительным формированием
используются самозащитные проволоки марок ПП-АНЗС и Ш1-АН7, Сварка
одной дугой проволокой ПП-АНЗС производится на токах до 500 А, а дву-
мя дугами-до 900 А.При однодуговом процессе скорость сварки составля-
ет 10-16 м/ч, при двухдуговом - скорость сварки достигает эО ц/ч.
Для выполнения горизонтальных швов на вертикальной плоскости порош-
ковой проволокой о полупринудительным формированием в ИЗО им.Е.О.Пато-
на разработан специализированный сварочный аппарат типа А-1325.
Применение описанного способа сварки особенно эффективно на конст-
рукциях о горизонтальными швами большой протяженности, например при
изготовлении цилиндрических резервуаров, кожухов доменных печей и т.д.
Процесс сварки порошковой проволокой электрозаклепками сводится к
следующему. После установки эаклепочника на место соединения возбужда-
ют дугу и включают подачу проволоки с заданной скоростью. По истечении
установленного интервала, фиксируемого реле времени, подача проволоки
прекращается, и дута горит до естественного обрыва.
Ванная сварка применяется при изготовлении и монтаже арматурных
сталей и железобетонных конструкция. Сварка выполняется самозащитными
проволоками или с дополнительной защитой углекислым газом н медных или
графитовых инвентарных формах, либо с остающимися подкладками. Хорошие
результаты получены при сварке проволоками карбонатно-фяюоритного типа
ПП-АНЗ и ЗЛО-15.
Производительность труда при замене ручной сварки на ванную сварку
порошковой проволокой возрастает в 2-4 раза.
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ УСЛОВИИ ТРУДА ПРИ СВАРКЕ
Процесс дуговой сварки порошковой проволокой, как и другие процессы
сварки плавлением, сопровождается световым и тепловым излучением дуги,
разбрызгиванием металла и шлака. Под действием дуги часть свариваемого
и электродного материала испаряется. Рассеивание, охлаждение и конден-
сация паров приводят к выделению в воздушное’пространство аэрозоля,
состоящего из твердых частиц и газов. Анализ аэрозоля различными мето-
дами показывает, что в нем содержатся элементы и соединения со значи-
тельным токсическим действием, например соединения марганца, фтора,
кремния и другие вещества, которые могут оказывать вредное воздействие
на организм работающих.
Применительно к условиям сварки порошковой проволокой определено,
что увеличение производительности плавления, сопровождавшееся увеличе-
нием тока и напряжения дуги, приводит к возрастанию выделении твердой
34
6, t/мим
1,5
1,0
0.5\_____
4 10 &,мГ/ч
Рис.14. Влияние производитель-
ности плавления порошковой проволо-
фазы аэрозоля (рис. 14). Выделение твердой фазы связано с составом сер-
дечника порошковой проволоки, в значительной мере определявшим упру-
гость пара шлака. Увеличение содер-
жания в сердечнике проволоки компо-
нентов с низкой упругостью пара при-
водит к снижению до определенного
предела выделенки твердой фазы аэ-
розоля. Применение порошковых про-
волок малого диаметре (2,3-2,5 ш)
способствует снижению выделений
твердой фазы.
При сварке фторсодержащими сва-
рочными материала!® образуются га-
зообразные фтористые соединения -
ки на выделение твёрдой фазы аэро- тетрафторнд кремния и фтористый во-
золя (различная шлаковая основа про- ,, _ ._
волок): „ч 1 пород. Снижение выделений тетрафто-
/- t.Mafz-1,смдО-i,3SiOl; /-у/йи-^-рида кремния достигается ограниче-
- и MfO- 1,3310Г 3-i,3CaF2-t,oMgc- !.ако2. нием активной концентрации кремне-
зема при его взаимодействии с окислами щелочных или щелочноземельных
элементов с образованием устойчивых при высокой температуре силикатов.
Все это учтено при разработке составов сердечников порошковых прово-
лок.
Исследования гигиенических характеристик порошковых проволок, про-
веденные Институтом гигиены труда и профзаболевании ИЗО УССР совместно
с ИЭС им. л). 0.Патона, показали, что при сварке проволокой ПП-AHI (в рас-
чете ед I кг наплавленного металла) выделяется значительно меньше пы-
ли и окислоъ марганца, чем при сварке электродами ЦМ-7 и ОШ-5. Выде-
ление твердой 4взы аэрозоля (пыли) при сварке порошковой проволокой
ПП-АНЗ на (форсированном режиме не превышает, а при сварке проволокой
1Ш-АН4 и ПП-АН9 ниже, чем при сварке электродами УОНИ-13/55.
Для удаления сварочного аэрозоля и газов, выделяющихся при сварке
порошковой проволокой, используют системы местной и общеобменной вен-
тиляции. Воздухообмен зависит от условий производства и составляет
2000-6000 м3 воздуха на I кг использованной проволоки. На ряде заво-
дов, например киевском-'Красный экскаватор", для защиты органов дыха-
ния сварщика от аэрозоля и газов применяются сварочные щитки с отду-
вом вредных выделений сжатым воздухом.
В ряде зарубежных стран начали применять держатели для отсоса сва-
рочного аэрозоля через специальную насадку. При этом обеспечивается
почти 100^-ное улавливание аэрозоля, а вес держатели увеличен незна-
чительно.
Лицо и глаза защищаются от действия светового и теплового иэлуче-
35
нин маской или щитками со светофильтрами. При сварке проволокой диа-
метром 2-2,3 мм на токах до 400 А используют защитные светофильтры
3-2, 3-3 (ГОСТ 9497-60). При сварке проволокой большего диаметра, учи-
тывая, что максимальный ток при полуавтоматической сварке не превыша-
ет 500 А, применяют защитные светофильтры 3-4. Осуществление других
мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда при использовании
порошковых проволок, регламентировано "Санитарными правилами при свар-
ке, наплавке и резке металлов", Л 1009-73, общими правилами электро-
безопасности при выполнении сварочных работ ("Правила технической
эксплуатации и безопасного обслуживания электроустановок промышленных
предприятий"), а также правилами пожарной безопасности.
Более чем десятилетняя практика применения порошковой проволоки в
промышленности показывает, что при использовании средств общей и мест-
ной вентиляции, а также индивидуальных защитных средств обеспечивают-
ся безопасные условия труда сварщиков, достигаются высокие механиче-
ские характеристики металла шва и сварного соединении, производитель-
ность труда, значительная экономическая эффективность.
ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХ1Ш0-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СВАРКИ
ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ
Опыт применения механизированной сварки порошковой проволокой в
различных отраслях промышленности показывает следующее: наибольшая
эффективность достигается при внедрении этого способа взамен ручной
сварки покрытыми электродами,а в ряде случаев полуавтоматическом свар-
ки под флюсом и проволокой сплошного сечения в углекислом газе.
Внедрение сварки порошковой проволокой существенно не изменяет тех-
нологического процесса изготовления металлоконструкций. При внедрении
должны учитываться возможности проволоки, требования к швам и качест-
ву конструкций, характеристики применяемых для их изготовления марок
сталей, размеры изделий, толщина металла, протяженность и пространст-
венное положение швов, возможность использования сварки с дополнитель-
ной защитой зоны дуги углекислым газом,наличие общецеховой вентиляции
и т.д.
Указанные (факторы в значительной мере определяют целесообразность
и технико-экономическую эффективность применения автоматической или
полуавтоматической сварки, выбор оборудования и марки проволоки.
При замене ручной дуговой сварки штучными электродами полуавтомати-
ческой сваркой порошковой проволокой достигается значительное повыше-
ние производительности труда (в среднем в 2 раза) за счет увеличения
производительности самого сварочного материала, увеличения времени ис-
пользовали.* оборудования и снижения затрат на последующую зачистку
швов, В ряда случаев возможно уменьшение катетов угловых швов и умень-
36
шение разделки кромок под сварку, так как проволока обеспечивает бо-
лее глубокий провар изделия,что увеличивает экономическую эффективность
применения нового способа. При использовании порошковых проволок вме-
сто проволоки СВ08Г2С диаметром 1,6 - 2,0 мм повышается производитель-
ность сварки (в среднем на 10-30%),сокращаются затраты на зачистку швов
от брызг, улучшаются внешний вид и качество металлоконструкций. Данные
о соотношении выпускаемых в СССР самозащитных и газозащитных порошко-
вых проволок, приведенные в табл.18, свидетельствуют о росте доли вы-
пуска порошковых проволок для сварки в углекислом газе.
Таблица 18
Доля выпуска, %
Проволоки j 1970 j 1971 1974
Самозащитная 60 55 33
Дня сварки с защитой ССг 40 45 67
В настоящее время порошковая проволока широко применяется при про-
изводстве строительных и дорожных машин (экскаваторы, бульдозеры, ав-
токраны), в тяжелом машиностроении (рудовозы, модные мостовые краны,
горнодобывающие машины, оборудование обогатительных фабрик, грузовые
вагоны, тяжелое шахтное оборудование), в сельскохозяйственном машино-
строение (самоходные уборочные комбайны, сеялки, культиваторы, плуги),
в автомобилестроении (аварка рам автобусов), в черной металлургии
(ремонт и изготовление металлургического оборудования), в нишевой
промышленности (изготовление холодильных агрегатов). Большой опыт
применения порошковой проволоки накоплен при изготовлении различного
рода строительных металлоконструкций -балок, ферм, колонн, элементов
мостов, радиовышек, опор линий электропередачи, каркасов промышленных
здания . Сварка по^юшковой проволокой со свободным и принудительным
формированием применяется в судостроении, при строительстве резервуа-
ров, доменных комплексов и т.д.
Применение сварки порошковой проволокой - аффективное средство по-
вышения производительности труда, снижения стоимости сварочных работ.
Сравнительная оценка производительности сварки наиболее распространен-
ными марками порошковой проволоки, проволокой сплошного сечения и
штучными электродами, а также расчетная себестоимость I кг металла,
наплавленного этими сварочными материалами, приведены в табл. 19 и 20.
Из этих да hi нас видно, что количество металла, наплавляемого самозащит-
ной порошковой проволокой рутилового типа (ПП-AHI), в 1,5-2,5 раза
больше, чем однотипными электродами(АНО-4 и АНО-5). При сварке проволо*-
37
Таблица 19
Показатель
г Г 3 f 1 ! < Электрод ; А !' Порошковая пров !- 1 ! S , ; 1 > 1? ! § $ к 1 «г4 । ю j Т i S । — 1 5 “S } л оо ! S i j feco < ! о Id's.j&s. злока д М
Сила тока, А 200 270 180 260 220 500
Напряжение дуги,В 27 Jo 24 25 24 82
Скорость псдачи - - - - 400
электродной про-
волоки,' м/ч
Коэффициент нап- 8,5 II d,5 10 9,5 17,5
лавки, г/А.ч
Производитель- 1,7 2 1,5 2,6 2,1 8,7
ность наплавки,
кг/ч
840 480 250 500
26 28 21 31
170 300 260 ЗоО.
13,5 18 18 18,5
4,6 8,6 4,5 9,<
Таблица 20
Время наплав-
ки I кг ме-
талла, ч 1,17 0,67 1,3 0,77 0,96
Заработная
плата с от-
числениями,
руб. 0,76 0,43 0,84 0,5 0,62
Затрата на
материалы,
руб. 0,45 0,51 0,45 0,44 0,42
Затраты на
алектро-
энеогию.руб. 0,21 0,2 0,19 0,150,17
Расходы на
амортизацию,
ремонт обо-
рудования,
руб. 0,05 0,040,13 0,080,1
себестои-
мость по
статьям
затрат,руб. 1,46 1,18 1,62 1,32 1,31
0,19 0,36 0,19 0,340,18
0,11 0,2 0,11 0,2 U.I
0,30 0,66 0,72 0,78 0,62
0,1 0,1 0,08 0,060,09
0,06 0,08 0,04 0,04 0,05
0,57 1,05 0,96 1,17 0,87
38
кой карбонатно-флюоритного типа (ПП-АНЗ) производительность наплавки
в 3-5 раз выше по сравнению с электродами основного типа (УОНИ-13/55,
CM—11 и ДСК-50). Применение самоэащитной проволоки рутил-органическо-
го типа позволяет снизить себестоимость наапавленного металла на 20-
30%, а проволоки карбонатно-флюоритного типа - на 30-40%.
Швы, выполненные порошковой проволокой, отличаются более глубоким
проплавлением основного металла. В связи с этим эффективность приме-
нения порошковой проволоки может быть существенно повышена за счет
уменьшения катетов швов.
Несмотря на высокую производительность порошковых проволок, при-
меняющихся с дополнительной газовой защитой, расчетная себестоимость
наплавленного ими металла несколько выше, чем наплавленного проволо-
кой Св-ОЬГйС. Это объясняется 1>азноотью в установленной в настоящее
время цене проволоки сплошного сечения и порошковой. Однако следует
учесть, что расчеты выполнены без учета времени, необходимого для уда-
ления брызг электродного металла, которые при сварке проволокой
Св-06Г2С диаметром 1,6-2,0 ми составляют значительную долю трудоемко-
сти сварочных работ.
На киевском заводе "Красный экскаватор", применяющем порошковую
проволоку Ш1-АН8 взамен проволоки Св-08Г2С, трудоемкость сварки ковша
экскаватора только за счет устранения операции по очистке швов от брызг
уменьшилась на 25-30%. На ряде заводов до внедрения порошковой прово-
локи ПП-АН8 каждых двух сварщиков обслуживал рабочий, занятый удалени-
ем брызг и механической доводкой формы швов. Воли учесть эти трудозат-
раты и принять во внимание более высокое качество <ьвов, обеспечиваемое
порошковой проволокой, становятся очевидными преимущества последней.
Для изготовления машин с тяжелым режимом работы широко применяются
низколегированные стали. Применение сварки самоэащитной трошовой
проволокой карбонатно-флюоритного типа или рутил-флюоритного типа в
углекислом газе взамен электродов фтористо-кальциевого типа (УОНИ-
13/55, ДСК-50) позволяет повысить производительность труда более чем
в два раза. Расчет, проведенный по результатам внедрения сварки порош-
ковой проволокой ходовой части роторного экскаватора,показал, что при
этом себестоимость сварочных работ снижается более чем на 30%.
На Ьдановоком заводе металлоконструкций при замене ручной сварки
электродами на полуавтоматическую порошковой проволокой производитель-
ность труда сварщиков возросла на 46%. За этот же период времени ко-
личество постов для ручной сварки уменьшилось вдвое. Применение по-
рошковых проволок П11—АНЗ, ПП-АН4 и ПП-АНВ дает заводу экономический
эффект около 300 руб. на кавдой тонне использованной проволоки.
Высокая эффективность сварки порошковой проволокой на ближайший
период времени станет однш из основных направлений механизации изго-
товления металлических конструкций.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ................................................... 3
Металлургические особенности сварки
порошковой проволокой....................................... 7
Характеристика порошковых проволок . ...................... 13
Оборудование для сварки.................................... 20
Техника и технология аварки ............................... 22
Специальные случаи применения
порошковой проволоки ...................................... 32
Санитарно-гигиенические условия труда
при оварке................................................. 34
Применение и технико-экономические
показатели сварки порошковой
проволокой................................................. 3g
Александр Михайлович Суптель
МЕХАНИЗИРОВАННА’! СВАРКА
ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ
(Курс лекций для специалистов-сварщиков)
Печатается по постановлению ученого совета
Института электросварки им.Е.О.Патона АН УССР
Редактор В.А.Булкина
Художественный редактор Н.И.Воэный
Технический редактор А.А.Якубенко
Корректор Н.о.Игнатовская
Подписано к печати 12.У 1976 г. 3598В. Формат 60x84/16. Бумага
офо. 1 2. Условн.печ.листов 2,56. Уч.-изд.листов 2,6. Тираж 650 эка.
Изд. i 6 зак. Зак. , Цена 16 коп.
Издательство "Наукова думка". 252601, ГСП, Киев-4, ул.Репина, 3.
Киевская книжная типография научной книги республиканского проиавод-
отвенного объединения Полмграфкнига” Госкомиздата УССР. 252004,
Киев-4, ул.Репина, 4.