§ 77. Металлургия сварки порошковой проволокой

Сварка порошковой проволокой может выполняться в двух вариантах: без дополнительной защиты и с дополнительной защитой. Дополнительная защита сварочной дуги углекислым газом увеличивает производительность сварки и улучшает внешний вид швов, а также резко снижает разбрызгивание и склонность швов к пористости, она расширяет диапазон рабочих напряжений и токов. Применение порошковой проволоки с дополнительной защитой углекислым газом позволяет повысить механические свойства швов. Для сварки в СO₂ разработаны две марки порошковой проволоки ПП-АН4 (типа Э50А) и ПП-АН8 (типа Э46). Без дополнительной защиты порошковая проволока внутри имеет шихту, которая и обеспечивает химико-металлургическую обработку сварочной ванны. Проволоки с внутренней защитой могут быть с сердечником следующих типов: рутиловым, карбонатно-фтористым и рутил-карбонатно-фтористым. Проволоки рутилового типа ПП-АН1, ПП-1ДСК и другие имеют наплавленный металл, близкий к полуспокойной стали, и содержат значительное количество водорода и кислорода. Проволоки карбонатно-фтористого типа имеют хорошо раскисленный металл шва с небольшим содержанием водорода.

Защита металла от азота и кислорода воздуха в проволоках рутилового типа выполняется при помощи органических материалов, которые в процессе плавления проволоки, разлагаясь, образуют газовую защиту (оболочку). Атмосфера дуги содержит значительное количество водорода и паров воды, в результате чего содержание водорода в сварных швах высокое. При повышении величины сварочного тока количество водорода в металле шва и содержание азота уменьшается, а кислорода увеличивается. На повышенных токах при сварке проволоками рутилового типа появляется склонность к образованию пористости в сварных швах, которая связана с условиями выделения водорода и азота из сварочной ванны. Если скорость роста пузырьков газов меньше скорости продвижения зоны кристаллизации ванны, то в этом случае пузырьки не успевают всплыть и в швах образуются поры. Введение в сварочную ванну кремния уменьшает скорость роста пузырьков, т. е. снижает пористость. Снизить пористость можно путем создания условий для поглощения водорода на стадии капли и интенсивного его выделения из ванны до начала кристаллизации. В порошковых проволоках это решено путем введения в сердечник минералов, имеющих в своей структуре кристаллизационную воду, что предупреждает также восстановление кремнезема сердечника и переход кремния в металл. По этой же причине не возникает пористость при сварке по ржавому металлу. Повышение содержания водорода и снижение содержания кремния в ванне улучшают процесс выделения газов и обеспечивают удаление значительных количеств водорода и азота из сварочной ванны до момента ее кристаллизации. Влияние СО на образование пор незначительно. Рутиловые проволоки, несмотря на их ограниченную производительность, получили в нашей стране широкое развитие, что связано с малой чувствительностью к образованию пористости при наличии на кромках свариваемых изделий влаги, ржавчины, окалины. При сварке этими проволоками не требуется специальная подготовка металла.

При сварке порошковыми проволоками карбонатнофтористого типа основной причиной образования пористости, является пересыщение металла азотом и водородом, что происходит в результате несовершенства защиты расплавленного металла от воздуха, а также связано с колебаниями режима сварки. Улучшение условий защиты металла достигается изменением конструкции порошковой проволоки. Например, проволоки двухслойной конструкции обеспечивают более надежную защиту по сравнению с трубчатыми. Предотвращения пористости металла шва при повышении содержания азота можно добиться путем введения в проволоку активных нитридообразующих элементов - титана или алюминия. Легирование проволоки титаном или алюминием переводит значительное количество азота в стойкие нитриды и предупреждает выделение пузырьков газа. Титан и алюминий, а также их нитриды, находясь в сварных швах в значительных количествах, снижают пластичность металла. Введение титана и алюминия в проволоку трубчатой конструкции для предупреждения пористости рекомендуется для сварки однослойных швов и в тех случаях, когда требования к пластичности металла невелики. При высоких содержаниях титана, алюминия и азота в металле шва возможно образование хрупких структур. Поэтому легирование металла титаном или алюминием благоприятно лишь до определенных концентраций этих элементов в сварном шве. Наиболее надежные пути снижения поглощения азота металлом сварного шва - это применение двухслойной конструкции проволоки, либо дополнительной защитой зоны сварки углекислым газом. Увлажнение сердечника порошковой проволоки карбонатно-фтористого или рутил-карбонатно-фтористого типа, наличие ржавчины на кромках свариваемых изделий или в сердечнике и остатки волочильной смазки на поверхности проволоки, как правило, вызывают пористость швов. Причиной пористости в этом случае является выделение водорода Источниками водорода в зоне дуги при сварке порошковыми проволоками могут являться влага материалов сердечника проволоки, влага и ржавчина на металле, смазка на поверхности проволоки. Для снижения содержания водорода в исходных материалах производится сушка и прокалка материалов сердечника, прокалка готовой проволоки с целью удаления волочильной смазки и т. п. Стойкость сухой порошковой проволоки рутил-карбонатно-фтористого типа против пор, вызванных ржавчиной на поверхности металла, выше, чем проволоки Св-08 при сварке под флюсом АН-348.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется порошковой проволокой?
2. Какие марки порошковых проволок существуют?