Сварка порошковой проволокой под рентген

Обновлено: 16.05.2024

Выбор марки и диаметра порошковой проволоки определяется маркой свариваемой стали, требованиями к качеству металла шва и сварного соединения, положением швов в пространстве и другими условиями сварки. При этом учитываются технологические особенности применения проволоки и ее возможности по режимам сварки и производительности, экономическая целесообразность. Выбранная для использования проволока подлежит обязательной проверке. Проверяется соответствие коэффициента заполнения установленным нормам, регламентированным техническими условиями.

Основные требования к сварочно-технологическим свойствам порошковых проволок следующие: дуга должна легко зажигаться и гореть равномерно, без чрезмерного разбрызгивания металла и шлака, наплавленный металл должен равномерно покрываться шлаком, который после охлаждения должен легко удаляться и не должен иметь пор, трещин и шлаковых включений.

Увлажнение сердечника проволоки недопустимо. Проволоку, сердечник которой увлажнился при хранении, следует прокалить при температуре 230-250 о С в течении 2-3 ч. Последнее не рекомендуется делать для проволок рутил-органического типа, содержащих органические материалы, начинающие разлагаться при температуре ниже 300 о С. Поверхности свариваемых деталей перед сваркой должны быть очищены от грязи, масла, ржавчины.

Прихватки при сборке изделий необходимо выполнять либо электродами с качественной обмазкой, либо порошковой проволокой.

Сварку порошковой проволокой выполняют на постоянном токе обратной полярности. Перед сваркой необходимо произвести настройку режима применительно к намеченному объекту сварки. Настройку режима сварки производят в такой последовательности: вначале выбирают необходимую скорость подачипроволоки для получения заданного тока, затемустанавливают среднее значение напряжения дуги в рекомендуемом диапазоне и соответствующий данному режиму расход газа, если сварка выполняется в углекислом газе. Поддерживая рекомендуемый вылет, производят опытную сварку. При необходимости корректируют установленный режим.

К общим правилам техники сварки, которыми следует руководствоваться, можно отнести следующие:

При сварке стыковых соединений порошковая проволока должна располагаться почтиперпендикулярно изделию: угол ее отклонения от вертикального положения не должен превышать 15°. При выполнении тавровых и нахлесточных соединений необходимо выдержать указанный угол наклона электрода по направлению сварки, а угол между вертикальной плоскостью (стенкой тавра) и проволокой должен быть в пределах 30-45°.
При многослойной сварке перед наложением каждого последующего слоя рекомендуется очистить предыдущий слой от шлака. Следует учитывать, что выполнение за один проход швов катетом более 10-12 мм нецелесообразно. Для швов более 6-8 мм рекомендуются плавные поперечные колебания электрода.
При случайном обрыве дуги или нарушении подачи проволоки возбуждать дугу следует на расстоянии 10-15 мм от места обрыва и после зажигания перенести ее на незаплавленный кратер.
Сварку следует прекращать резко обрывая дугу, чтобы избежать удлинения вылета.
Необходимо предотвращать любую возможную причину колебания режима сварки: нестабильную подачу проволоки по шлангу полуавтомата, неправильное манипулирование электродом, значительные колебания сетевого напряжения и т. д. Не рекомендуется производить сварку полуавтоматом с изношенным мундштуком держателя или наконечником мундштука.

Причиной пористости могут быть завышенный ток, малое напряжение дуги, некачественная сборка металлоконструкций(с большими зазорами между свариваемыми элементами), повышенное содержание углерода и кремния в основном металле.

Техника сварки проволоками различных типов имеет свои особенности. Например, при сварке проволоками рутил-органического типа необходимо поддерживать вылет 15-20 мм. Сварка на большом вылете приводит к перегреву проволоки, ухудшению механических свойств металла шва, возникновению пористости. В случае повышенного содержания углерода и кремния в свариваемой стали сварку следует прекратить после плавного удлинения дуги, в противном случае возможны вздутия и поры в кратере шва. Сварка проволокой карбонатно-флюоритного типа производится при вылете 30-50 мм. В случае недостаточно хорошей подготовки изделий под сварку или неудачной сборки заварить зазор проще при увеличенном вылете электродной проволоки. При наличии загрязнений и небольшого слоя окалины на поверхности свариваемого металла появление дефекта можно предупредить снижением напряжения на дуге до минимального рекомендуемого.

Сварку вертикальных швов рекомендуется выполнять порошковой проволокой диаметром 2,3 мм и менее. Направление сварки при выполнении вертикальных швов – снизу вверх. При таком способе за один проход можно выполнять швы катетом до 10 мм. При сварке на вертикальной плоскости необходимо придавать электроду плавные колебательные движения. Это обеспечивает благоприятную форму валика. При манипулировании электродом следует избегать обрывов дуги, так как это может привести к появлению дефектов в шве.

К особенностям применения порошковой проволоки с дополнительной защитой углекислым газом следует отнести следующие:

Сварку рекомендуют применять в закрытых помещениях. На открытых площадках и монтаже сварка возможна при соблюдении мер предосторожности, предотвращающих сдувание защитного газа.
Сварку на вылете 35-40 мм нужно выполнять с таким расчетом, чтобы расстояние от конца проволоки до среза сопла было в пределах 15-25 мм. При использовании не прокаленной проволоки сварку необходимо выполнять на повышенном вылете до 50 мм. В этом случае наконечник мундштука следует применять меньшей длины.

Пористость в швах при сварке в углекислом газе может быть вызвана:

повышенной влажностью сердечника проволоки или наличием обильного слоя смазки на поверхности проволоки;
наличием на свариваемых кромках ржавчины, окалины, влаги и других загрязнений;
большим количеством примесей (главным образом влаги и воздуха) в углекислом газе;
нарушением рекомендуемых режимов сварки;
несовершенной защитой зоны сварки углекислым газом (попадание воздуха в зону сварки вследствие недостаточного либо избыточного расхода газа, большое расстояние между соплом горелки и изделием, чрезмерно большой угол наклона горелки относительно изделия, подсос воздуха через не плотности в горелке и газовой магистрали, эксцентричное расположение проволоки относительно сопла горелки, износ мундштука и связанное с этим нарушение соосности газового потока и столба дуги, турбулентное истечение газа из горелки).

Выполнение технологических рекомендаций гарантирует высокое качество швов и производительность при разнообразных условиях осуществления сварочных работ порошковой проволокой.

Походня И.К., Суптель А.М., Шлепаков В.Н. Электродуговая сварка порошковой проволокой. Москва, «Машиностроение», 1973, 40 с.

Особенности сварки порошковой проволокой

О СВАРКЕ

Сварка порошковой проволокой помогает отказаться от использования защитного газа. Ее можно применять при работе с конструкциями сложной конфигурации. Порошковая присадка используется в сочетании со многими технологиями сварки. Работы с применением этого расходного материала могут вестись на улице.

История появления

В начале XX в. человечество начало пользоваться новыми технологиями соединения металлических деталей: газовой, дуговой и контактной сваркой. Дальнейшие усилия были направлены на улучшение разработанных способов. Например, качество электродуговой сварки зависело от типов присадочных прутков. Были представлены стержни с порошковым наполнением.

Если ранее обмазка находилась на внешней стороне, то после 1938 г. конструкция прутка сильно изменилась. Проволока стала изготавливаться из готовых трубок, в полость которых вводили наполнитель.

Что такое порошковая проволока

Так называют специальный тип присадочного материала для сварки, самостоятельно защищающий ванну от контакта с кислородом. Это становится возможным благодаря введению в конструкцию прутка флюсового сердечника.

Наполнение и внешняя оболочка

Проволока имеет вид полой трубки, внутри которой находится порошок. Оболочка изготавливается из металла, необходимого для формирования сварного соединения. Содержание порошкового наполнителя составляет 50-70%. Стенки снабжены усилителями, препятствующими деформации оболочки, улучшающими проводимость.

При повышении температуры стенки прутка расплавляются, наполнитель превращается в газовое облако, которое препятствует поступлению воздуха в сварочную ванну.

В состав порошка вводят разные вещества. Производители выбирают их с учетом ГОСТа, что помогает получить расходный материал с оптимальными характеристиками.

Сферы применения

Ручная, автоматическая или механизированная сварка с порошковой присадкой применяется в:

автомобилестроении (при производстве крупных кузовных и несущих элементов машин);
промышленности (при изготовлении металлоконструкций разного назначения);
ремонте металлических элементов.

Этот метод соединения деталей расширяет возможности сварщика при работе в разных пространственных положениях. Особенно удобен способ при потолочной сварке, что объясняется необязательностью применения защитного газа гелия, не оседающего при осуществлении верхних соединений.

Виды порошковой проволоки

Материалы делятся на самозащитные и газозащитные. Первый тип считается более распространенным.

Газозащитная

При использовании такого прутка требуется дополнительная защита газом. Чаще всего применяется углекислота или смесь этого вещества с аргоном. Ввиду высокой себестоимости работ, газозащитные прутки используются редко.

Самозащитная

При работе с этим материалом газ не применяют. Это делает пруток удобным в применении. Самозащитная проволока имеет вид полой трубки малой толщины. Внутри находится флюс, защищающий сварочную ванну от содержащихся в воздухе примесей.

Требования к порошковой проволоке

При производстве расходного материала учитывают необходимость:

поддержания равномерного плавления присадки без образования брызг;
легкого розжига и стабильного горения электрической дуги;
получения однородного ровного шва без трещин и посторонних включений;
равномерного распределения образующегося при плавлении металла шлака по шву, легкого отделения окалины после охлаждения.

Эти требования считаются главными параметрами расходного материала, определяющими его использование для сварки стали разными способами.

Выбор порошковой проволоки

Параметр подбирают с учетом толщины заготовок, способа сварки. С такими прутками можно варить нержавеющую, оцинкованную или углеродистую сталь.

Полярность

Не все аппараты дают возможность переключения этого параметра. Это нужно учитывать при покупке оборудования. Сварку с порошковой присадкой ведут только на прямой полярности. По умолчанию на полуавтоматах устанавливается обратный вариант, когда плюс подключается к электроду.

Технология сварки

Процедура делится на 3 основных этапа:

подготовительный;
основной;
заключительный.

Подготовительные работы

На этом этапе края заготовок очищают от механических загрязнений. При необходимости обрабатывают поверхности обезжиривающим средством. В домашней мастерской можно обойтись удалением грязи и оксидной пленки. При толщине детали более 3 мм разделывают кромки угловой шлифмашиной. Шлифовальную насадку удерживают под углом по отношению к краю заготовки.

Основной этап

При работе с полуавтоматическим аппаратом выполняют следующие действия:

Настраивают оборудование. Напряжение и силу тока выбирают с учетом толщины заготовок, вида металла, диаметра проволоки.
Вставляют кассету с присадкой до подключения агрегата к сети. Это препятствует поражению сварщика током.
Подсоединяют оборудование к сети. Нажимают кнопку пуска на подающем механизме. Проволока должна поступить в наконечник. Выступающую часть обрезают до нужной длины кусачками.
Устанавливают подающий наконечник в правильное положение. Его выбирают с учетом необходимости обзора сварочной ванны.
Начинают формирование шва. Технику сварки выбирают так, чтобы пруток не совершал поперечных колебаний. Это препятствует ненужному расширению ванны.

Завершающие работы

На этом этапе сварное соединение очищают от формирующегося шлака молотком и металлической щеткой. Это помогает обнаружить непровары и другие дефекты. Кроме того, зачистка требуется при проведении многопроходной сварки.

Применяемые материалы и оборудование

Для сварки потребуются:

автоматический или полуавтоматический источник тока;
механизм подачи расходного материала с роликами, подбираемыми с учетом диаметра прутка;
кабели для подведения тока к наконечнику;
устройства для закрепления деталей перед сваркой;
щетка для очищения шва;
сварочный молоток для механической обработки соединения;
кусачки.

Сварщик должен использовать защитные средства:

изготовленный из огнеупорной ткани рабочий костюм, защищающий мастера от поражения током;
затемненную сварочную маску, исключающую негативное влияние высоких температур на глаза;
рукавицы, предотвращающие ожоги рук или поражение током;
страховочную оснастку при работе на большой высоте.

Характеристики шва с применением порошковой проволоки

На поверхности соединения появляется плотная шлаковая корка, которую после остывания сбивают молотком. При многопроходной сварке налет может мешать сцеплению слоев. Сам шов с использованием порошковой присадки получается грубым, с крупной чешуей и наплывами. Брызги расплава на поверхностях появляются в умеренных количествах. Нередко обнаруживаются дефекты в виде непроваров.

Преимущества и недостатки

К положительным качествам рассматриваемого способа сварки относятся:

возможность отказа от использования тяжелых газовых баллонов;
свободное передвижение аппарата, возможность работы со сложными конструкциями;
увеличенная производительность труда (в сравнении со сваркой в защитном газе с простой проволокой);
нечувствительность дуги к ветру, исключение смещения защитного облака.

Отрицательными характеристиками метода считаются:

увеличенная стоимость расходных материалов;
необходимость наличия специальных навыков, ограничивающая возможность применения способа в быту;
более низкое, по сравнению с аргонодуговым способом, качество шва (часть нерасплавленного активного порошка попадает в сварочную ванну, что способствует появлению посторонних включений).

Дополнительная информация

Порошковая сварка должна вестись с невысоким напряжением, малой скоростью подачи присадки. Слишком мощные аппараты применять не рекомендуется. При сварке деталей толщиной 15 мм устанавливают напряжение 15 В. Скорость подачи должна составлять 2 м в минуту. Горелку удерживают под наклоном, ведя ее вперед. Дуга должна прерываться. Ролики подающего механизма нельзя прижимать слишком сильно. В противном случае, тонкие стенки присадки деформируются. Сопло использовать необязательно.

15. Технология сварки порошковой проволокой в углекислом газе

Порошковая проволока марок ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН4 и ПП-АН9 (Прим.- порошковая проволока для сварки в СО2 нового поколения: ППс-ТМВ-МК5, ППс-ТМВ7, ППс-ТМВ8, ППс-ТМВ29) рекомендуется для сварки конструкций из углеродистых конструкционных сталей, а также низколегированных низкоуглеродистых конструкционных сталей марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 10Г2СД, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2 и ряда других.

В тех случаях, когда к сварным конструкциям предъявляются специальные требования, возможность применения той или иной марки порошковой проволоки определяется после проведения дополнительных испытаний по соответствующим отраслевым нормалям. При сварке особо ответственных металлоконструкций с тяжелым режимом работы — котлов, резервуаров, воздухонагревателей, несущих узлов вагонов, кранов, экскаваторов, в том числе металлоконструкций, предназначенных для работы в условиях крайнего севера, — предпочтение отдается проволокам ПП-АН4 и ПП-АН9, обеспечивающим более высокие механические свойства металла шва и сварного соединения при отрицательных температурах.

Как показал опыт, потребители более охотно применяют проволоки марок ПП-АН8 и ПП-АН10, обладающие по сравнению с проволоками марок ПП-АН4 и ПП-АН9 более высокими сварочно-технологическими свойствами. Процесс сварки отличается большей устойчивостью горения дуги, особенно на малых токах. Эти проволоки имеют также хорошие гигиенические характеристики.

Сварка порошковой проволокой с дополнительной защитой углекислым газом применяется взамен ручной дуговой сварки электродами с покрытием рутилового, руднокислого и фтористо-кальциевого типов, а также взамен механизированной сварки в углекислом газе проволокой Св-08Г2С.

При сварке используется сварочная или пищевая углекислота, поставляемая в жидком состоянии в баллонах емкостью 40 л. Давление и баллоне 50—60 ати. Вес углекислоты в баллоне составляет 25 кг. После испарения ее при 0° С и 760 рт. ст. мм образуется 12600 л газа.

Жидкая углекислота поставляется также в специальных стальных контейнерах емкостью до 9 т. На предприятиях углекислоту разливают в накопители, которые подключают к централизованной магистрали с разводкой к сварочным постам. Такая система доставки углекислоты экономичнее, чем баллонная. Кроме того, централизованное обеспечение сварочных постов углекислым газом освобождает сварщика от трудоемких операций по замене баллонов и перемещению их в процессе работы, позволяет повысить культуру производства.

Состав углекислоты, используемой для сварки, должен соответствовать данным, приведенным в табл. 63. Однако практически содержание в углекислоте воды в свободном состоянии может достигать 2%.

Эта вода скапливается на дне баллона. Влажность газа зависит от давления в баллоне. С уменьшением давления, влажность газа повышается. В связи с этим использование баллонов, в которых давление углекислоты менее 10 атм, недопустимо. В баллон с углекислотой при заправке неизбежно попадает воздух, скапливающийся над углекислотой. Поэтому перед использованием баллонов после заправки рекомендуют первые порции углекислоты выпустить в атмосферу.

Уменьшение попадания влаги в зону сварки достигается установкой на пути газа осушителей, заполненных силикагелем или другими поглотителями влаги. Силикагель необходимо периодически подвергать прокалке при температуре 200—250° С.

Выход газа из баллона сопровождается резким охлаждением его, возникающим вследствие затраты тепла на испарение жидкой углекислоты, что приводит к замерзанию содержащейся в углекислоте влаги и закупорке редуктора. Для предотвращения этого перед редуктором рекомендуется ставить подогреватель.

Для снижения давления газа до рабочего применяются понижающие редукторы. Редуктор-расходомер ДЗД-1 снижает давление газа от 50—35 ати до рабочего давления 0,5 ати и обеспечивает оптимальный расход газа. На практике часто применяется для этой цели кислородный редуктор РК-53Б. В качестве расходомера в этом случае служит манометр, установленный на камере низкого давления.

Расход газа контролируется расходомерами поплавкового или дроссельного типа. При использовании дроссельной шайбы, установленной на выходе газа из камеры низкого давления, расход газа зависит от диаметра калибровочного отверстия, не превышающего обычно 0,5—1,0 мм, и давления газа в камере низкого давления. Ниже приведен ориентировочный расход углекислоты в зависимости от показаний манометра низкого давления при диаметре отверстия в дроссельной шайбе 0,8 мм.

Порошковой проволокой в углекислом газе свариваются тавровые, угловые, нахлесточные, стыковые и другие соединения из стали толщиной 3 мм и выше. Положение швов в пространстве — нижнее и горизонтальное на вертикальной плоскости для проволоки диаметром 2,0—2,3 мм и нижнее — для проволоки диаметром 2,5— 3,0 мм.

Сварочные работы рекомендуется выполнять в закрытых помещениях. Сварка на открытых площадках и монтаже возможна при соблюдении мер предосторожности, предотвращающих сдувание защитного газа.

Поверхность кромок свариваемых изделий перед сваркой должна быть очищена от грязи, ржавчины, окалины, органических материалов. Сварка изделий после газовой резки допускается только при условии очистки поверхности реза от шлака.

Поставляемая проволока должна иметь сертификат завода-изготовителя, в котором указываются марка проволоки, ее диаметр, коэффициент заполнения, номер партии, химический состав наплавленною металла и результаты испытания механических свойств металла шва. Применение порошковой проволоки без сертификата не допускается. Для проверки качества поставляемой проволоки, особенно при изготовлении ответственных изделий, потребителю необходимо проводить контрольные испытания проволоки в соответствие с требованиями технических условий.

Длительно хранившуюся проволоку перед применением необходимо прокалить при температуре 230--250° С в течение 1—3 ч. Для равномерной прокалки необходимо принять меры, предотвращающие прямое облучение проволоки нагревателями. Признаком качественной прокалки проволоки может служить ее цвет — от желтого до коричневого. Отсутствие пожелтения— признак недостаточной выдержки или низкой температуры в печи; появление синего цвета на поверхности проволоки — признак завышенной температуры.

Полуавтоматы или автоматы должны иметь горелки, обеспечивающие ламинарное истечение газа из сопла. При использовании нестандартных держателей необходимо учитывать, что они должны обеспечивать радиальное по отношению к оси проволоки истечение газа из мундштука.

Перед пропусканием проволоки в шланг конец ее должен быть завальцован, наконечник с мундштука снят, а шланг не должен иметь перегибов. Несоблюдение этих правил может привести к деформации проволоки в роликах, выходу из строя деталей шланга и держателя. После прижима верхними роликами порошковая проволока должна быть на 2/3 диаметра утоплена в паз нижних роликов. Пропускание проволоки в шланг осуществляется нажатием кнопки «пуск» на держателе или подающем механизме.

Перед сваркой необходимо установить рекомендуемый для данных диаметра проволоки, толщины металла и типа сварного соединения режим сварки. По выбранному режиму отрегулировать расход газа; выждать несколько секунд для полного удаления воздуха из шлангов. Установить вылет проволоки 35 40 мм с таким расчетом, чтобы расстояние от конца проволоки до среза сопла было в пределах 15—25 мм.

Рис. 120. Положение горелки относительно изделия при сварке непрокаленной проволокой

Возбуждение дуги осуществляется касанием конца проволоки изделия, а подача проволоки — нажатием кнопки «пуск» на держателе.

От положения и перемещения горелки относительно свариваемого изделия зависят в значительной степени устойчивость горения дуги, надежность газовой защиты зоны дуги от воздуха, скорость охлаждения металла, форма шва, интенсивность забрызгивания горелки, возможность наблюдения за зоной сварки.

Приближение горелки к изделию затрудняет наблюдение за процессом сварки и вызывает засорение горелки брызгами, а чрезмерное удаление может привести к дефектам в швах вследствие снижения эффективности защиты металла углекислым газом.

При пользовании непрокаленной проволокой сварку необходимо выполнять на повышенном вылете — до 50 мм (рис. 120).

При этом вследствие нагрева проволоки на вылете влияние влаги в сердечнике и смазки на поверхности проволоки на качество швов уменьшается.

Сварка стыковых соединений или угловых в лодочку может выполняться «углом вперед» пли «углом назад». Угол наклона проволоки относительно вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси шва, не должен превышать 15° (рис. 121)

Рис. 121. Положение электродной проволоки относительно изделия при сварке стыковых соединений «углом назад» (1) и «углом вперед» (2).

При сварке «углом назад» увеличивается глубина проплавления, ширина шва уменьшается, обеспечивается более надежная защита металла сварочной ванны и улучшается обзор зоны плавления металла. Сварка «углом вперед» характеризуется малой глубиной проплавления и большой шириной шва. При сварке однослойных швов горелка перемещается поступательно или по вытянутой спирали. В случае сварки многослойных швов первый слой выполняется без поперечных колебаний электрода, а последующие слои — с поперечными колебаниями по вытянутой спирали или «змейкой». Сварка стыковых соединений с глубокой разделкой осуществляется горелкой с удлиненным наконечником, выступающим из сопла на 10—15 мм. При сварке угловых швов горелка должна быть отклонена от вертикальной стенки на 30—45°. Сварка производится «углом назад» или «углом вперед». Сварку «углом назад» рекомендуется производить на токах до 450 а. На более высоких токах лучшее формирование шва обеспечивается при сварке «углом вперед». Перемещение горелки — поступательное или возвратно-поступательное. Сварку угловых швов в нижнем положении катетом более 10 мм не рекомендуется выполнять за один проход.

После прекращения сварки горелку не рекомендуется отводить от сварочной ванны до полной кристаллизации металла. При остановках процесса и необходимости выполнения непрерывных швов кратер предыдущего слоя должен быть переварен.

Изложенные выше правила техники и технологии сварки в равной мере относятся ко всем существующим порошковым проволокам, предназначенным для сварки в углекислом газе. При выполнении тех или иных типов сварных соединений существенное значение имеет правильное назначение режима сварки. В табл. 64 приведены режимы сварки некоторых соединений проволокой ПП-АН4 диаметром 2,2 мм.

Рекомендуемые режимы при сварке стыковых соединений проволокой ПП-АН8 диаметром 2—3 мм приведены в табл. 65.

Дефекты швов

Основными дефектами швов, выполняемых порошковой проволокой в углекислом газе, являются поры, трещины, шлаковые включения, подрезы, наплывы.

Образование пористости в сварных швах может быть вызвано следующими причинами:

повышенной влажностью сердечника проволоки или наличием обильного слоя смазки на поверхности проволоки;
наличием на свариваемых кромках ржавчины, окалины, влаги и других загрязнение;
большим количеством примесей (главным образом, влаги и воздуха) в углекислом газе;
нарушением рекомендуемых режимов сварки;
несовершенной защитной зоны сварки углекислым газом;
попадание воздуха в зону сварки вследствие недостаточного либо избыточного расхода газа;
большое расстояние между соплом горелки и изделием;
чрезмерно большой угол наклона горелки относительно изделия;
подсос воздуха через неплотности в горелке и газовой магистрали;
эксцентричное расположение проволоки относительно соплa горелки;
износ мундштука и связанное с этим нарушение соосности газового потока и столба дуги;
турбулентное истечение газа из горелки.

Кристаллизационные трещины в металле шва могут образовываться в результате нарушения режима сварки (чрезмерного увеличения силы тока, напряжения дуги, скорости сварки), неправильной подготовки кромок под сварку, высокого содержания углерода и серы в свариваемом металле или компонентах порошковой проволоки.

Вероятность образования трещин повышается при сварке первого слоя многопроходных стыковых и тавровых швов. Чтобы предотвратить образование таких трещин, первые слои шва следует сваривать на пониженном токе «углом вперед» и с меньшей скоростью перемещения горелки.

Неметаллические включения чаще всего встречаются при сварке многопроходных швов. Для предупреждения этого дефекта необходимо тщательно удалять шлаковую корку перед выполнением последующего шва.

Наплывы и неравномерности сечения швов возникают, как правило, при сварке угловых и нахлесточных швов вследствие неправильного положения горелки относительно изделия, повышенной силы тока, малой скорости сварки, наложения за один проход швов катетом более 10 мм, а также из-за неравномерной скорости перемещения горелок.

Причиной образования подрезов является завышенное напряжение дуги.

Разбрызгивание электродного металла может быть вызвано повышенным напряжением дуги, большим вылетом проволоки, неправильным углом наклона электрода и т. д.

Особое внимание следует уделить обращению с газовой аппаратурой. Эксплуатация баллонов должна производиться в соответствии с правилами эксплуатации сосудов, работающих под давлением, Гостртехнадзора СССР. Углекислотная рампа должна иметь предохранительные клапаны. При эксплуатации баллонов не допускается нагрев их свыше 30° С. Система подогрева баллонов в рампе должна быть оборудована устройствами, обеспечивающими автоматическое выключение подогрева при температуре свыше 30 °С.

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: I св=400 ÷ 450 а, U д=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: I св=400÷500 а, U д=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.

Начинающие сварщики часто задаются вопросом: «Зачем вообще нужны другие комплектующие, если есть полуавтомат, выполняющий быструю и качественную сварку с помощью обычной проволоки и газа?». Да, для любительской и профессиональной сварки часто используют полуавтоматическое сварочное оборудование. В таких аппаратах проволока подается непрерывно, поэтому швы получаются прочными и долговечными. Нет необходимости постоянно менять электрод, если нужно сварить длинный шов или наплавить много металла. При этом качество сварочных работ на голову выше, чем работа с электродами. Однако, есть одно «но».

Сварка с помощью полуавтомата требует наличия газового баллона, вес которого достигает 80 килограмм. Если вы работаете на улице или вынуждены постоянно перемещаться с места на место во время сварки, то связка полуавтомат + газовый баллон значительно усложняет задачу. Эта проблема решается с помощью газового шланга, но он стоит недешево. Альтернативой является порошковая сварка (FCAW), имитирующая работу в среде защитных газов, при этом газовый баллон не требуется.

Что это? Как это работает, и каковы преимущества и недостатки сварки порошковыми электродами? Давайте разбираться.

Основная информация

Сварка порошковой проволокой в среде без газа — очень интересный метод. При работе электрическая дуга формирует шов, при этом в сварочную зону может попасть кислород, что негативно скажется на качестве сварного соединения. Чтобы избежать проблем, нужно защитить зону сварки от негативного влияния из атмосферы. Для этих целей можно использовать громоздкий баллон с газом, но это усложняет и замедляет рабочий процесс. Поэтому была изобретена сварка полуавтоматом порошковой проволокой без газов.

Что является отличительным признаком дуговой сварки порошковой проволкой? Прежде всего, состав этого материала. Проволока полая, ее стенки оснащены ребрами жесткости, а внутри закладывается специальный порошок. Благодаря такой уникальной конструкции проволока не сминается и хорошо пропускает ток. При этом плавится поверхность и порошок, образуя газовое облако, защищающее металл от негативного влияния кислорода.

Порошок внутри проволоки — это флюс. Каждый производитель использует свой состав, поэтому он может отличаться. От состава также зависит сфера применения порошковой проволоки. Обычно состав пишут на упаковке проволоки, он регулируется специальным ГОСТом. Внимательно изучите эту информацию на упаковке, чтобы не допустить ошибок при сварке порошковой проволокой.

Производители выпускают проволоку с большим количеством диаметров, так что вы сможете сварить практически любой металл. На выбор комплектующие диаметров от 0.8 до 3 миллиметров. Можно сварить тонкую сталь, углеродистую сталь, нержавейку и даже оцинковку. Просто выберите правильный тип флюса в проволоке и приступайте к работе, нужен лишь полуавтомат.

Применение

Сварка самозащитной порошковой проволокой полезна для работы в труднодоступных местах. Например, для сварки на большой высоте или в глубоких тоннелях. Для таких целей рекомендуем приобрести компактный сварочный аппарат, который можно повесить на плечо, и который работает со стандартной розеткой в 220В. Порошковая сварка металлических конструкций таким методом требует некоторой сноровки, чтобы проводить работы быстро и качественно.

Плюсы и минусы

Любой технологический процесс имеет свои преимущества и недостатки, сварка порошковой проволокой без газов не стала исключением. Давайте начнет с плюсов:

Не нужно использовать громоздкие баллоны с газом.
Беспрепятственное перемещение, работать можно на любой высоте и в труднодоступных местах.
Высокая производительность труда по сравнению со сваркой электродами.
Дуга практически не чувствительна к ветру.

Сварка порошковой проволокой в среде без газа имеет и свои недостатки. Главный из них — высокая цена на комплектующие. Если вы просто хотите сэкономить газ, то вариант с порошковой проволокой тут не пройдет. При этом ее использование в рядовых работах не совсем оправданно. Если вы работаете в комфортном цеху или гараже, то лучше перетащите газовый баллон и не переплачивайте. Еще один недостаток — худшее качество шва, по сравнению со сваркой в среде газа.

Особенности сварки

При сварке порошковой проволокой нужно учесть несколько ключевых особенностей, чтобы получить качественный результат. Новичкам порой бывает трудно вести дугу и формировать ровный шов, поэтому рекомендует установить на своем полуавтомате прямую полярность при сварке. Чтобы это сделать нужно переключить контакты, расположенные внутри полуавтомата. Провод, подсоединенный к горелке, нужно отсоединить и подключить к массе, а кабель с массы переключают к горелке.

Для работы с проволокой также нужно установить специальные ролики, с помощью которых осуществляется подача материала. Ролики подбираются в соответствии с диаметром самой проволоки. Обычно один комплект роликов можно использовать сразу с несколькими диаметрами, они указываются сбоку. Не забывайте, что проволока полая и не нужно зажимать ролики слишком сильно, чтобы не деформировать ее. Чтобы проволока легко протягивалась нужно снять наконечник. Также не обязательно использовать сопло, ведь мы не применяем в работе газ. Чтобы не прилипли брызги металла на наконечник нужно смазать его специальным средством, которое можно легко найти в магазине для сварщиков.

Порошковая сварка с помощью проволоки должна выполняться на небольшом напряжении и с минимальной скоростью подачи проволоки. Поэтому мы не рекомендуем использовать для этих целей слишком мощные аппараты. Их «сил» может быть слишком много для работы с порошковой проволокой. Если вам нужно сварить металл толщиной полтора сантиметра, то установите напряжение не более 15В и скорость подачи не более 2 метров в минуту. Сначала вам может показаться, что эта скорость недостаточная, но поверьте, вы не потеряете много времени. Горелку лучше держать под углом и вести ее вперед. Дуга должна быть прерывистой.

Обратите внимание! Во время сварки образуется шлак, который затем застывает на сварочном шве. После остывания металла шлак необходимо удалить механическим способом. Если планируются многопроходные швы, то удаление шлака просто обязательно. Чтобы улучшить характеристики шва после удаления шлака нужно зачистить поверхность металлической щеткой.

Немаловажным является тот факт, что соединения получаются грубоватыми и не совсем ровными (по сравнению со сваркой в среде газа), могут образоваться наплывы и видимые дефекты, похожие на чешую. Это следствие работы с прерывистой дугой. Также часто встречаются не проваренные места. Это нужно принять, как данность, и использовать порошковую сварку только в особых случаях.

Вместо заключения

Сварка полуавтоматом порошковой проволокой без газа — это отличный метод, если нужно произвести работы в труднодоступных местах и нет нужды экономить на газе. Достаточно установить прямую полярность при сварке на вашем аппарате и приступить к работе. Конечно, вам понадобится время, чтобы привыкнуть к такому способу сварки, но это очень полезный опыт.

Преимущества такого метода значительно упрощают сварку в различных ситуациях: начиная от работы на высоте, заканчивая быстрым ремонтом металлических конструкцией с необходимостью постоянно перемещаться. Новичкам может быть труднее на первом этапе, но со временем вы освоитесь и будете чувствовать все особенности «поведения» дуги. Обязательно протестируйте порошковые электроды и расскажите о своем опыте в комментариях. Также делитесь этой статьей в социальных сетях. Желаем удачи!

Читайте также: