Проволоки порошковые

Порошковые проволоки для электродуговой сварки

Для изготовления металлоконструкций в современном производстве широко используется электродуговая сварка. Ежегодно во всем мире с применением электродуговых методов сварки производятся сотни миллионов тонн сварных конструкций.
Резко повысить качество и производительность сварочных работ позволяет сварка порошковой проволокой.

Конструктивные особенности порошковых проволок

Сварочная порошковая проволока представляет собой непрерывный электрод, состоящий из металлической оболочки и порошкового сердечника. Металлическая оболочка охватывает порошковый сердечник и обеспечивает удержание порошковых материалов, позволяет осуществить непрерывный процесс плавления при малом вылете электрода, что предотвращает преждевременное термическое разложение компонентов сердечника.
Специфика этого сварочного материала позволяет применять большие плотности тока и достигать высокой производительности плавления.
Сердечник представляет собой смесь порошков, состоящую из минералов, руд, химикатов, ферросплавов, металлических порошков. Сердечник порошковой проволоки выполняет те же функции, что и покрытия штучных сварочных электродов: стабилизацию дуги, защиту сварочной ванны, раскисление и легирование металла шва, регулирование процесса переноса электродного металла в сварочную ванну, формирование шва и др.
Компоненты сердечника по основному функциональному назначению условно делятся на группы. Многие материалы выполняют в процессе сварки несколько функций.

Газообразующие материалы служат для создания защитной газовой среды в зоне сварки.
Защитное действие состоит в снижении парциального давления вредных с металлургической точки зрения азота, водорода и кислорода, которые вытесняются из зоны плавления металла или связываются в нерастворимые в металле соединения.
Газообразующими материалами служат органические вещества, карбонаты преимущественно щелочноземельных и щелочных металлов (мрамор, магнезит, кальцинированная сода), фториды с низкой температурой диссоциации. Материалы минерального происхождения являются одновременно и шлакообразующими материалами.

Шлакообразующие материалы служат для образования сварочного шлака, который участвует в формировании сварного шва. В качестве шлакообразующих используются оксиды, простые или комплексные соли металлов типа фторидов, карбонатов и их композиции.
В качестве раскислителей используются вещества, обладающие высоким сродством к кислороду, они вводятся в сердечник в виде ферросплавов и металлических порошков.

Легирующие материалы вводятся в состав сердечника для придания наплавленному металлу требуемых свойств. Легирующие функции могут выполнять и раскислители, а так же другие компоненты, например, порошки ферросплавов и металлов.

Стабилизирующие материалы служат для поддержания стабильного дугового разряда в широком диапазоне режимов сварки. Для этой цели используются соли элементов с низким потенциалом ионизации, которые поддерживают горение дуги при меньших затратах энергии.
Но, как правило, их не вводят самостоятельно, а выбирают газообразующие или шлакообразующие материалы с относительно высоким содержанием этих элементов.

Железный порошок – один из основных компонентом для большинства порошковых проволок. Он участвует в образовании сварного шва, повышая производительность наплавки. В качестве специальных добавок в железный порошок вводят ингибиторы коррозии, играющие роль защитного средства для металлических составляющих проволоки. В зависимости от назначения порошковая проволока имеет не только определенную композицию материалов сердечника, но и целесообразную для данного случая конструкцию оболочки проволоки, ее диаметр, соотношение долей оболочки и сердечника.

Классификация порошковых проволок

Основным показателем, по которому ведется классификация порошковой проволоки, является ее назначение соответственно классу свариваемого металла. Наиболее широкое применение имеют проволоки для сварки углеродистых и низколегированных сталей. В значительно меньших объемах производится проволока для сварки легированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов.

Проволоки различают общего и специального назначения. К последним относятся проволоки для электродуговой сварки с принудительным и полупринудительным формированием шва, ванной сварки и другие. При классификации проволоки по назначению, учитывают используемый при сварке род тока и его полярность. В нашей стране большинство проволок применяют для сварки на постоянном токе обратной полярности.

Важными классификационными признаками сварочных порошковых проволок являются:

• Необходимость применения дополнительной газовой защиты;
• Возможность применения для сварки в различных пространственных положениях;
• Гарантируемые показатели механических свойств;
• Тип сердечника;
• Конфигурация поперечного сечения проволоки - конструкция оболочки.

Большинство марок порошковой проволоки может использоваться как для полуавтоматической, так и для автоматической сварки. На практике объем сварочных работ, выполняемых полуавтоматами, выше объема работ для автоматов. Вместе с тем, отдельные марки проволок рекомендуются только для автоматической сварки.

Газозащитные порошковые проволоки

Порошковые проволоки применяются как для сварки без защиты, так и для сварки с дополнительной защитой зоны дуги газом или флюсом. Проволоки, требующие дополнительной газовой защиты, называют газозащитными. Защитный газ или смесь также как и при сварке проволокой сплошного сечения подается в зону дуги через сопло горелки. При этом за счет плавления минеральной составляющей сердечника проволоки обеспечивается дополнительная шлаковая защита металла электрода и металла сварочной ванны.
Для сварки в защитном газе применяются, как правило, порошковые проволоки трубчатой конструкции. Основу сердечников таких проволок составляют шлакообразующие, легирующие и раскисляющие компоненты, железный порошок, а газообразующие компоненты вводят в незначительных количествах. Использование порошковых сердечников различных составов позволяет в широких пределах изменять характер металлургического процесса, регулировать технологические характеристики сварки и механические свойства металла шва.

Высокая производительность, качество сварных швов и экономичность позволяют считать газозащитную порошковую проволоку наиболее перспективным материалом для полу- и автоматической сварки металлоконструкций. Однако эти проволоки чувствительны к воздушным потокам: ветер нарушает газовую защиту расплавленного металла. Поэтому такая проволока используется, как правило, в закрытых помещениях.

Самозащитная порошковая проволока

Самозащитными называются проволоки, не требующие дополнительной защиты сварочной дуги. В этом случае, газовая и шлаковая защита металла осуществляется с помощью газообразующих и шлакообразующих материалов самой проволоки. Самозащитная порошковая проволока является одним из наиболее универсальных, технологически удобных и совершенных сварочных материалов для механизированной электродуговой сварки. Кроме того, для ее применения требуется более простое оборудование.
Эффективная защита зоны плавления от воздуха в самозащитной проволоке обеспечивается за счет конструкции оболочки и подбора состава сердечника. При сварке самозащитной порошковой проволокой высококачественные сварные швы получают и при воздействии воздушных потоков, поэтому они считаются наиболее перспективным материалом для механизированной сварки в полевых и монтажных условиях.
Основу сердечника самозащитных проволок составляет газо- и шлакообразующая композиция. Количество неметаллических материалов в сердечнике такой проволоки выше, чем у проволок, используемых для сварки с дополнительной защитой. Для обеспечения более равномерного оплавления сердечника предпочтение отдаётся наиболее эффективной двухслойной конструкции проволоки.

Специализированные порошковые проволоки

Специализированные порошковые проволоки обладают особыми свойствами, которые определяются технологией сварки и применяемой техникой. Они используются при сварке большого количества однотипных сварных соединений различной протяженности. Как правило, положение этих соединений в пространстве по техническим причинам не может быть изменено.
К специализированным относят, также, проволоки для сварки в особых условиях, в частности под водой.
Специализированные проволоки разрабатываются специально для каждой технологии.
При этом решаются металлургические и технологические задачи получения сварных швов стабильного качества с заданными сварочно-технологическими характеристиками и строго определенной спецификой процесса сварки.
Наибольшее распространение получила сварка вертикальных, горизонтальных и кольцевых швов с принудительным формированием, подводная сварка и ряд других технологических процессов, выполняемых с помощью автоматизированного сварочного оборудования.

Проволока с металлическим порошковым сердечником

В последние годы активно применяется проволока с металлическим порошковым сердечником для сварки в среде защитных газов. Такая проволока сочетает в себе высокую производительность плавления с высоким выходом наплавленного металла (95…96% по массе).
Отметим, что такие же данные характерны для сварки проволокой сплошного сечения.
Порошковая проволока с металлическим сердечником в процессе плавления образует на поверхности шва небольшие островки шлака, которые, в отличие от случая сварки проволокой сплошного сечения, легко удаляются с поверхности сварного шва.
При использовании таких проволок получают благоприятную форму швов и глубокий провар основного металла, поэтому они могут успешно использоваться для роботизированной и автоматической сварки. Сварка проволоками с металлическим сердечником выполняется в среде защитных газов – углекислого газа или смесей на основе аргона.

Сопоставление показателей производительности сварки

Благодаря более высокой плотности тока, порошковые проволоки и проволоки с металлическим сердечником позволяют достичь более высокой производительности наплавки, чем проволоки сплошного сечения. Кроме того, порошковые проволоки за счет композиции сердечника обеспечивают наиболее благоприятные характеристики горения дуги и сварочно-технологические свойства, а порошковые проволоки с металлическим сердечником обеспечивают глубокий провар и высокую производительность.

Экономические преимущества применения порошковых проволок привели к значительному росту потребления этого вида сварочного материала. В странах Западной Европы доля металла, наплавленного порошковыми проволоками, достигает 10 %, в США — 20 %, а в крупнейшем мировом производителе порошковых проволок — Японии — 30 % от всего наплавленного металла.

Область применения порошковых проволок:

• Особо ответственные металлоконструкции с тяжелым режимом работы;
• Мостовые сооружения;
• Резервуары и технологические емкости химических и нефтехимических объектов;
• Ребра жесткости корпусов судов, барж, платформ, балок эстакад;
• Строительные конструкции высотных зданий и промышленных объектов;
• Технологические и магистральные трубопроводы, кожухи и воздухонагреватели доменных печей.

Основные преимущества применения порошковых проволок

В сравнении с другими сварочными материалами преимущества порошковых проволок состоит в том, что необходимые механические свойства сварного соединения, прочностные и пластические характеристики швов гарантируются без дополнительной термической обработки, за счет оптимального подбора сердечника, исходя из конкретной технической задачи.
Внедрение порошковой проволоки явилось новым шагом в технологии сварочного производства. Ее применение позволяет механизировать сварочные и наплавочные работы на монтаже, в открытых цехах и в полевых условиях, повысить производительность процессов при высоком качестве швов и соединений, снизить трудоемкие ручные операции по очистке конструкций от брызг расплавленного металла.

Кроме того, использованием порошковых проволок, достигается:

• Повышение производительности сварочных работ в 2…5 раз;
• Малые потери металла на разбрызгивание;
• Оптимальная форма швов;
• Улучшенная санитарно-гигиенические характеристика производства.