Порошковая проволока для наплавки и сварки
ВЕЛТЕК

16. Специальные случаи применения порошковой проволоки. Часть 1

К специальным относятся случаи применения порошковой проволоки, когда условия сварки и требования к сварному соединению вызывают необходимость применения специальной аппаратуры и техники сварки, а часто и порошковой проволоки с особыми свойствами.

Ниже рассмотрены примеры специального применения порошковой проволоки.

Сварка вертикальных швов с принудительным формированием

Вертикальные швы на металле средней толщины (8—30 мм) свариваются в основном вручную покрытыми электродами. В последнее время все большее распространение получает полуавтоматическая газоэлектрическая сварка тонкой проволокой со свободным формированием шва. Принудительное формирование кристаллизующейся поверхности сварочной ванны позволяет резко поднять силу тока, увеличить скорость подачи электродной проволоки и повысить производительность процесса. Этот метод в сочетании с электрошлаковым процессом получил большое распространение в промышленности и строительстве.

Электрошлаковой сваркой соединяют в основном металл толщиной 20—30 мм и более. Для меньших толщин электрошлаковый процесс не всегда целесообразен.

 Для устойчивости электрошлакового процесса нужна шлаковая ванна определенного объема. При малой толщине металла это требует значительного увеличения зазора между кромками. Так, например, при сварке листов толщиной δ = 18 мм зазор составляет 25—30 мм. В связи с этим приходится тратить большое количество присадочной проволоки, скорость сварки снижается. Основной металл, находясь длительное время в непосредственном контакте со шлаковой ванной, перегревается, его механические свойства ухудшаются. Для восстановления же этих свойств в некоторых случаях требуется дорогостоящая термообработка соединений. Часто ее осуществить нельзя, поэтому приходится отказываться от электрошлаковой сварки.

Дуговая сварка под флюсом вертикальных швов с принудительным формированием распространения не получила из-за неустойчивости процесса, большого разбрызгивания, сложности дозировки флюса, шунтирования дуги шлаком, вызывающего непровары, и пр.

В ИЭС им. Е. О. Патона разработан новый способ электродуговой сварки вертикальных швов с принудительным формированием порошковой проволокой [98].

Сущность способа заключается в следующем. В зазор, образованный кромками изделий, подается порошковая проволока. Дуга горит между концом проволоки и ванной жидкого металла (или выводной подкладкой в начале процесса).

За счет тепла, выделяющегося при излучении дуги, и тепла металлической ванны оплавляются кромки изделий, жидкий металл. стекает в зазор, создавая с переплавленным электродным металлом общую сварочную ванну. Расплавленный электродный металл и сварочная ванна защищены от влияния атмосферы шлаком и газом, выделяющимся при расплавлении шлакообразующих и разложении газообразующих составляющих сердечника порошковой проволоки. Ванна покрыта тонким слоем шлака, ее свободная поверхность искусственно охлаждается медными ползунами либо подкладками. Это способствует хорошему формированию шва и препятствует растеканию жидкого металла ванны.

Шлакообразующие компоненты вводятся в проволоку в количествах, необходимых для образования слоя шлака между швом и ползуном (подкладкой) и небольшого слоя шлака для защиты металлической ванны. Глубина шлаковой ванны регулируется благодаря специальной конструкции ползуна.

Сварка вертикальных швов с принудительным формированием может выполняться порошковой проволокой с дополнительной защитой углекислым газом. При этом отпадает необходимость вводить газообразующие материалы в проволоку и упрощается ее конструкция. Защитный газ подается в зону сварки через сопло, крепящееся на подвеске ползуна и перемещающееся вместе с ползуном.

В зависимости от требований, предъявляемых к сварному соединению, для принудительного охлаждения и формирования шва могут применяться водоохлаждаемые ползуны, ползун с медной подкладкой, остающаяся подкладка с ползуном и др. Описанными способами можно выполнять стыковые и угловые швы с отклонением от вертикали до 45е.

Для сварки металла толщиной до 30 мм порошковой проволокой с принудительным формированием применяются специализированные аппараты А-1150. Безрельсовый аппарат А-1150 состоит из нескольких легко соединяемых блоков. Он удобен в монтажных условиях.

Для сварки порошковой проволокой с принудительным формированием можно использовать аппараты, предназначенные для электрошлаковой сварки вертикальных швов, например А-433; требуются лишь незначительные переделки ползунов.

Техника дуговой сварки аналогична электрошлаковой, но она проще, поскольку оператор имеет возможность непосредственно наблюдать за направлением проволоки и состоянием ванны. При потере ванны шлака процесс не нарушается. Случайные остановки не опасны. При возобновлении процесса дефекты в швах не наблюдаются даже при толщине металла 50 мм.

Для сварки с принудительным формированием применяется самозащитная порошковая проволока карбонатно-флюоритного типа ПП-АНЗ С или ПП-АН7. Характеристика ее приведена в параграфе 10.

Режим сварки проволокой ПП-АНЗС диаметром 3 мм для металла толщиной 10—20 мм следующий: Iсв=400÷450 а, Uд=24÷27 в. При зазоре между кромками 10—12 мм это обеспечивает скорость сварки вертикального шва 4—7 м/ч, что значительно превышает скорость сварки со свободным формированием металла такой толщины. Например, при выполнении вертикального стыкового соединения из металла толщиной 20 мм скорость сварки электродами УОНИ-13/55 диаметром 4 мм составила 0,4—0,5 м/ч; при газоэлектрической сварке проволокой Св-08Г2С диаметром 1,6 мм со свободным формированием — 0,8—1,0 м/ч; при сварке порошковой проволокой ПП-АНЗ С, с принудительным формированием— 4,0—4,2 м/ч.

Наружная поверхность швов близка по форме к рабочей поверхности формирующего ползуна или подкладки. Сечение шва имеет, как правило, прямоугольную или бочкообразную форму (рис. 122). Благоприятное направление роста кристаллов обеспечивает малую склонность к образованию горячих трещин.

Рис. 122. Макрошлиф вертикального шва на металле толщиной 14 мм, выполненного порошковой проволокой с принудительным формированием

Поскольку высокая температура воздействует на основной металл небольшой промежуток времени, размеры зоны термического влияния малы и рост зерен не успевает произойти. Ударная вязкость металла в зоне термического влияния достаточно велика. Сведения о механических свойствах металла шва и зоны термического влияния сварных соединений, выполненных на малоуглеродистой конструкционной и низколегированных сталях проволокой ПП-АНЗ С, приведены в табл. 66. Эти данные свидетельствуют о том, что вертикальные швы, выполненные открытой дугой порошковой проволокой, обладают высокими механическими свойствами.

Сварка с дополнительной защитой углекислым газом выполняется порошковой проволокой ПП-АН5 (разработана в ИЭС им. Е. О. Патона) трубчатой конструкции. Рекомендуется такой режим сварки проволокой ПП-АН5 диаметром 3,0 мм: Iсв=400÷500 а, Uд=23÷25 в, расход углекислого газа 10—25 л/мин. При зазорах между кромками 9—11 мм, толщине металла 14—20 мм скорость сварки этой проволокой достигает 6—7 м/ч. При толщине 8—14 мм скорость сварки несколько выше. Химический состав наплавленного металла находится в следующих пределах: 0,8— 1,3% Мп, 0,2—0,5% Si, не более 0,12% С, менее 0,03% S и Р (каждого). Дополнительная защита зоны дуги углекислым газом позволяет получить при использовании этой проволоки высокие механические свойства металла шва и сварного соединения при однопроходной сварке (табл. 67).

Результаты испытаний свидетельствуют о том, что даже при толщине 90 мм (сварка одним электродом с поперечными колебаниями) свойства швов достаточно высоки. В некоторых случаях для получения высоких механических свойств применяют многопроходную сварку.

Для получения качественного соединения необходимо обеспечивать постоянство зазора по высоте стыка и не допускать большой разностенности стыкуемого металла (более 2 мм). При сборке монтажных стыков используют скобы, гребенки и другие приспособления. В конце стыка сварной шов, как правило, выводится на специально приваренную при сборке планку.

При сварке порошковой проволокой образуется меньшее количество шлака, чем при сварке под флюсом. При необходимости избыток шлака сливают через ползун, не допуская при этом слива металла.

 После случайной остановки процесс сварки продолжают следующим образом. Опускают ползун так, чтобы участок окончания шва был снаружи. После возбуждения дуги сливают металл до уровня ползуна и включают ход аппарата для продолжения сварки. Такая техника исключает наличие несплавлений и шлаковых включений в месте остановки.

Возможность непосредственного наблюдения за зоной горения дуги позволяет корректировать направление электрода, благодаря чему исключаются дефекты формирования.

Необходимо в процессе сварки следить за прилеганием ползунов к поверхности металла, не допуская их отставания, так как это может привести к потере жидкого металла сварочной ванны и появлению дефектов в шве.

Регулирование режима в основном производят за счет напряжения дуги. С увеличением толщины металла необходимо несколько увеличивать напряжение дуги. Увеличение напряжения дуги при  заданной толщине металла приводит к увеличению ширины проплавления.

Вылет рекомендуется поддерживать около 30 мм. При чрезмерном увеличении вылета перегревается проволока и нарушается устойчивость горения дуги.

Короткий вылет приводит к быстрому выходу из строя наконечника мундштука.

Размеры шва и скорость сварки в значительной степени зависят от величины зазора и интенсивности охлаждения металла. При большом зазоре уменьшается скорость сварки и скорость кристаллизации ванны. Это снижает ударную вязкость металла шва и зоны термического влияния.

Сварка вертикальных швов ведется на постоянном токе обратной полярности. Соблюдение относительного постоянства зазора между кромками, отсутствие больших депланаций при сборке, а также точная настройка режима сварки являются основными условиями получения качественного соединения.

Сварка вертикальных швов порошковой проволокой с принудительным формированием рекомендуется для изготовления конструкций из низкоуглеродистых конструкционных и низколегированных сталей в заводских и монтажных условиях.

На монтаже предпочтительно применение сварки проволокой двухслойной конструкции без дополнительной защиты углекислым газом, в заводских условиях целесообразно использовать проволоку с дополнительной газовой защитой.

Использование способа сварки в углекислом газе на монтаже возможно лишь в случае принятия специальных мер защиты зоны сварки от ветра.

Применение сварки порошковой проволокой с принудительным формированием для металла толщиной 8—30 мм позволяет повысить производительность труда и улучшить качество сварных конструкций. За рубежом сварка порошковой проволокой вертикальных швов с принудительным формированием применяется только с дополнительной защитой углекислым газом.

Сварка горизонтальных швов с полупринудительным формированием

Производительность сварки горизонтальных швов со свободным формированием покрытыми электродами, в защитных газах и под флюсом мала, так как применяемые силы тока невелики. Повышение силы тока приводит к стеканию металла сварочной ванны и недопустимому ухудшению формирования швов.

Сварка под флюсом горизонтальных швов с принудительным формированием не нашла применения из-за сложной техники сварки, нестабильного качества.

Принудительное формирование шва в сочетании со сваркой в углекислом газе упрощает процесс, делает его более удобным. Тем не менее использование проволоки сплошного сечения не всегда позволяет получить хороший внешний вид, имеют место случаи схватывания металла с ползуном, сдувания струи защитного газа, приводящего к пористости при выполнении сварки в монтажных условиях.

В Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан способ сварки горизонтальных швов самозащитной порошковой проволокой с полупринудительным формированием, лишенный многих названных выше недостатков. Благодаря возможности применения самозащитной порошковой проволоки этот способ очень ценен в условиях монтажа. Сущность способа ясна из схемы, приведенной на рис. 123.

Рис. 123. Схема процесса сварки горизонтального шва с полупринудительным формированием: 1 — порошковая проволока; 2 — сварочная ванна; 3 — шлак; 4 — ползун; 5 — свариваемый металл

Наличие шлаковой пленки при использовании порошковой проволоки предупреждает схватывание жидкого металла с ползуном. итная порошковая проволока ПП-АН7 и ПП-АНЗ.

Сварка одной дугой проволокой ПП-АНЗС производится на токах до 500 а, а двумя дугами — на токах до 900 а. Сварку проволокой ПП-АН7 диаметром 2,3 мм целесообразно производить двумя дугами на токах

до 700 а. Увеличение силы тока при однодуговой сварке достигается применением дополнительной  защиты зоны плавления углекислым газом.

Металл толщиной 20 мм сваривают в три слоя. При однодуговом процессе скорость сварки первого и  второго слоев составляет около 10 м/ч. Заключительный, так называемый переходной, валик выполняется со скоростью около 16 м/ч. При двудуговом процессе скорость сварки достигает 30 м/ч. Металл толщиной 100 мм сваривают за 9—10 проходов. Качество сварного соединения высокое.

На рис. 124 показан макрошлиф стыкового соединения, а в табл. 68 приведены сведения о механических свойствах металла горизонтальных швов и сварного соединения, выполненных самозащитной проволокой ПП-АН7 и ПП-АНЗС на стали 09Г2С толщиной 20 мм.

Рис. 124. Макрошлиф горизонтального соединения, выполненный порошковой проволокой ПП-АН7 с полупрнудительным формированием.

Для выполнения горизонтальных швов на вертикальной плоскости порошковой проволокой с полупринудительным формированием в Институте электросварки им. Е. О. Патона разработан специализированный сварочный аппарат типа А-1325.

Применение описанного способа сварки особенно эффективно на конструкциях с горизонтальными швами большой протяженности, например, при сварке цилиндрических резервуаров, кожухов доменных печей, корпусов морских судов и т. п.

Для быстрого подбора порошковой проволоки под требуемые условия -
заполните анкету на сайте или скачайте бланк и направьте нам.
Отвечаем в день запроса!

Информация для заказа порошковой проволоки

В характеристиках наплавочной порошковой проволоки указаны стандартные диаметры. Возможно изготовление других диаметров.

Порошковая проволока для наплавки под флюсом может быть изготовлена для способа наплавки в защитном газе: в углекислом газе или смеси (аргон и углекислый газ).

 Для способа наплавки под флюсом возможно уточнение применяемой марки флюса (АН348, АН26, АН20 или другой) - проволока будет адаптирована под заданную марку флюса.

Большинство марок проволок для наплавки под флюсом и в защитном газе имеют модификации самозащитной порошковой проволоки.


  • Изготовление и поставка проволоки с заданной твердостью наплавленного металла
  • Доработка конкретной марки наплавочной проволоки под условия производства и требования к наплавленному металлу
  • Изготовление проволоки с учетом особенностей условий работы деталей и узлов