ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА, ЭЛЕКТРОДНЫЕ СТЕРЖНИ И ПРУТКИ, ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА, НЕПЛАВЯЩИЕСЯ ЭЛЕКТРОДЫ

Наиболее часто при сварке в качестве присадочного металла используют сварочную проволоку, полученную либо горячей про­каткой, либо волочением после горячей прокатки. При наплавке наряду с проволокой широко применяют металлическую ленту.

При механизированных способах сварки плавлением прово­локу используют в виде непрерывного плавящегося электрода, намотанного на специальные кассеты; при ручной дуговой сварке — в виде прутка определенной длины (300—600 мм), т. е. плавя­щихся штучных электродов.

Если электродная проволока или электроды включены в сва­рочную цепь, скорость их введения, а следовательно, и доля электродного металла в образовании шва зависят от режима сварки и могут регулироваться только в определенных пределах. При сварке плавлением неплавящимися электродами (вольфра­мовым, угольным) присадочный металл в зону сварки подают автономно, поэтому его долю в формировании шва можно регу­лировать в значительно более широких пределах. Дополнительная проволока, пруток или стержень, подаваемые в зону сворки, в этом случае называют присадочным прутком. По условиям удобства использования при ручной сварке пруток имеет длину до 1000 мм, при механизированной подаче специальным подаю­щим механизмом — большую длину и сматывается со специаль­ной кассеты.

Обычную сварочную проволоку изготовляют из хорошо дефор­мируемых металлов. Однако, если металл шва должен иметь высокую твердость и исходный присадочный металл плохо дефор­мируется в холодном и горячем состояниях, изготовление про­волоки прокаткой или волочением невозможно; дополнительный металл изготовляют литьем в виде присадочных прутков.

Используют также специальную порошковую проволоку в виде металлической трубки, внутри которой заложены необходимые сварочные материалы (легирующие, раскисляющие и другие компоненты).

Для электрошлаковой сварки наряду с проволочными приме­няют пластинчатые электроды, изготовляемые из широкополосной ленты или крупногабаритных листов.

Однако в основном в качестве металлических присадочных материалов применяют сварочную проволоку — стальную или из цветных металлов и сплавов. На основании многолетнего опыта сварки разработаны государственные стандарты: на основные марки стальной проволоки для сварки ГОСТ 2246—70 «Про­волока стальная сварочная»; для наплавки ГОСТ 10543—75 «Проволока стальная наплавочная»; на марки сварочных про­волок из алюминия и его сплавов ГОСТ 7871—75 «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов»; на марки

сварочной проволоки и прутки из моди и медных сплавов К К У Г 16130—72 «Проволока и прутки из меди и сплавов па мед - ііоіі основе сварочные». Сварочные проволоки и прутки, приме - ниомые для многих других металлов и сплавов, поставляют по различным техническим условиям, имеющим ведомственный Характер.

Наиболее важное значение имеет стандарт ГОСТ 2246—70, м котором регламентирован химический состав 77 марок свароч­ных проволок. Стандарт регламентирует только химический состав и размеры проволоки, так как механические свойства металла шва зависят от многих других факторов (доли участия основного металла, марки флюса, режима сварки и т. д.). Стан­дартом регламентированы диаметры проволок (мм): 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0. Из отой номенклатуры проволоки диаметром 1,6—8 мм применяют для сварки и изготовления электродов, остальные только для сварки или наплавки.

В обозначении проволоки по стандарту указаны ее назна­чение «Св», т. е. что она сварочная, затем система легирования и примерное содержание элементов (табл. И). По общепринятой символике химические элементы обозначены буквами: Б — нио­бий; В — вольфрам; Г — марганец; Д — медь; М — молибден; [I — никель; С — кремний; Т — титан; Ф — ванадий; X — хром; Ц — цирконий; 10 — алюминий. Средний процент содержания углерода указан без буквенного обозначения цифрой в сотых долях процента сразу за символом «Св». При содержании эле­ментов менее 2% цифра не ставится. Например, обозначение проволоки Св-08Г2С расшифровывается так: Св — сварочная, 08 — содержание углерода 0,08%, марганца до 2%, кремния до 1%; проволоки Св-06Х19Н9'Г расшифровывается: сварочная, среднее содержание элементов: углерода 0,06%, хрома 19%, никеля 9%, титана до 1%.

Более точное содержание элементов указано в стандарте. Диаметр проволоки указывается только при поставках в виде цифры, которая стоит перед маркой проволоки (например 2-Сп- 08Г2С, где 2 означает диаметр проволоки указанной марки).

Повышенные требования к чистоте проволоки по вредным примесям (снижение содержания серы и фосфора на 0,01 % каждого) отмечаются в марке проволоки (только углеродистой и легиро­ванной) буквой А и АА, например Св-08А. Для высоколегирован­ных проволок вообще не допускается содержание серы свыше 0,030% и фосфора свыше 0,035%.

Стандарт ГОСТ 10543—75 регламентирует 30 марок проволоки для наплавки, из них 9 марок углеродистых, 11 марок легиро­ванных и 10 марок высоколегированных. Проволоки также клас­сифицируются по химическому составу. Символ «Нп» означает, что проволока для наплавки (только для механизированной наплавки, по не для изготовления электродов). После символа <'Нп» цифрами указано содержание углерода в сотых долях про­цента, затем буквами и цифрами — содержание других элементов. Например, проволока Нп-30 расшифровывается: проволока угле­родистая для цаплавки со средним содержанием углерода 0,30% и содержанием других элементов до 2%; проволока «Нп-105Х» расшифровывается: проволока для наплавки со средним содер­жанием углерода 1,05% и хрома менее 2%.

При поставке диаметр проволоки указывается цифрой перед символом «Нп», в стандарте предусмотрены проволоки диаметром 0,3—8,0 мм. Например, полное обозначение проволоки для на­плавки имеет вид: проволока ЗНп-105Х ГОСТ 10543—75.

ГОСТ 7871—75 регламентирует химический состав 14 марок тянутой и прессованной проволоки из алюминия от Св А97 до Св А5 (А1 > 99,5%), алюминиево-марганцевого сплава (СвАМц), алюминиево-магниевых сплавов (СвАМгЗ, СвАМг4, СвАМг5, СвАМгб и др.), алюминиево-кремнистых сплавов (СвАК5; СвАКЮ; Св1201).

Состав проволок достаточно ясен из их обозначения, диаметры проволок 0,8—12,5 мм. Пример условного обозначения проволоки по этому ГОСТу: 2-СвАМц ГОСТ 7871—75.

ГОСТ 16130—72 регламентирует химический состав проволо­ки и прутков из меди и сплава на медной основе для сварки, наплавки и пайки. Стандарт регламентирует 17 марок проволоки и 12 марок прутков. Обозначение марок соответствует буквен­ным и цифровым обозначениям, принятым для меди и ее сплавов

Гиг. 07. Поперечные сечения порошковых проволок:

и пристав трубчатая; б — с одним загибом оболочки; в — с двумя загибами оболочки; г фигурная с повышенной долей металла; д — из трубки сплошного сечения (бесшов - III II)

(без символа «Св»), Диаметры проволок 0,8—8,0 мм. Диаметры прутков 0,0 и 8,0 мм. Этот стандарт содержит также рекоменда­ции по применению проволок и прутков.

Порошковая проволока представляет собой трубчатую, часто сложного внутреннего сечсиия проволоку, заполненную порош­кообразным наполнителем (рис. 67). Порошкообразный наполни­тель имеет состав, обычно соответствующий покрытиям основ­ного типа с отношением его массы к массе металлической обо­лочки в пределах 15—40%. Сохраняя технологические преи­мущества голой проволоки, порошковая проволока позволяет создавать газовую и шлаковую защиту металла сварочной ванны от воздуха, обеспечивать легирование металла шва и его очистку от вредных примесей. Надежность защиты металла сварочной панны от атмосферного воздуха можно характеризовать по содер - жанию азота (попадающего в металл шва именно из воздуха); так, при сварке порошковой проволокой содержание азота обычно не превышает 0,02—0,025%.

Порошковая проволока — универсальный сварочный материал, пригодный для сварки сталей практически любого легирования, для наплавки слоев с особыми свойствами, — в ряде случаев начинает успешно конкурировать с такими сварочными материа­лами, как флюсы и защитные газы. Наиболее широко порошковую проволоку применяют для сварки пизкоуглеродистых и низколе­гированных сталей и наплавочных работ, что обусловлено воз­можностью варьирования химического состава и массы напол­нителя — порошкообразной шихты, обеспечивающей высокое качество сварных соединений. В некоторых случаях порошковые проволоки (с наполнителем рутилового и рутил-флюоритового типов) выпускают для сварки с применением дополнительной защиты при сварке (флюса или углекислого газа).

Наиболее часто порошковую проволоку изготовляют из ленты (рис. 68). Легко деформируемая лента из рулона 1 подается в специальное очистное устройство 2, откуда поступает в ролики 3, предварительно деформирующие из ленты желоб (сечение а — а). Эптем из дозатора 4 желоб наполняется шихтой, после чего лента, уже имеющая форму желоба, заполненного шихтой, попадает в ролики 5, в которых формируется собственно сечение проволоки (см. сечения б — б и в — с). Проходя через фильеры 6, проволока

деформируется до меньшего диаметра (2,0 — 2,5 мм), проходит через волочильный барабан 7 и наматывается на кассету 8.

В связи с тем, что но рассмотренной технологии невозможно получить проволоку меньшего диаметра, в последние годы раз­рабатывают процессы изготовления порошковой проволоки из

Таблица 12. Основные марки порошковых проволок и их назначение

Марка проволоки

Механизированная сварка нпзкоуглеродпетых ста­лей в низшем положении

Механизированная сварка нпзкоуглеродпетых и низколегированных сталей и нижнем положении То же, для сварки в любых пространственных по­ложеннях

Механизированная наплавка уплотнительных по­верхностей арматуры

Механизированная наплавка деталей, работающих в условиях трепня металла о металл Механизированная наплавка деталей, работающих в условиях износа н удара

Механизированная наплавка деталей, работающих в условиях высоких давлений п температур Механизированная наплавка деталей, работающих в условиях циклической термической нагрузки и износа

Механизированная наплавка деталей, работающих в условиях высоких ударных нагрузок Механизированная наплавка деталей, работающих в условиях износа и удара Наплавка крановых колес над флюсом Наплавка молотков дробплкн Наплавка деталей подвижного железнодорожного состава, работающих в условиях износа и динами­ческих нагрузок
стальной пластичной сплошного сечения трубки. Трубку необхо­димого состава предварительно заполняют порошковым напол­нителем, а затем путем волочения через несколько фильер умень­шают ее диаметр до 1 мм. Использование порошковой проволоки гакого малого диаметра расширяет технологические возможности сварки и область их применения (табл. 12).

Неплаяящиеся электроды. По материалу, из которого они из­готовлены, могут быть угольными, графитовыми, вольфрамо­выми, циркониевыми, гафниевыми. Все эти материалы относятся к группе тугоплавких. Неплавящиеся электроды служат только для поддержания горения дуги и поэтому должны обладать высо­кой стойкостью при высоких температурах (расход их должен быть минимальным).

Графитовые и угольные электроды различаются строением углерода. В графитовых электродах углерод имеет кристалли­ческое строение, в угольных — аморфное. Для угольного элек­трода электрическое сопротивление кубика с ребром в 1 см со­ставляет 0,0032 Ом, для графитового 0,0008 Ом. Температура на­чала окисления на воздухе угольного электрода 500 °С, графито­вого G40 “С; следовательно, но этим показателям предпочтитель­нее применение графитовых электродов.

Высокая температура кипения углерода (4500 К) обеспечивает его малый расход за счет испарения, но при взаимодействии с воздухом происходит его окисление и угар с возможным науг­лероживанием сварочной ванны. Уменьшить разогрев электрода можно за счет увеличения его сечения. По этой причине уголь­ные и графитовые электроды обычно применяют больших диаметров (6—20 мм и выше), что затрудняет действия свар­щика.

Уменьшить диаметр электродов, исключить опасность наугле­роживания металла шва можно при применении электродов из тугоплавких металлов. Наиболее широкое применение для сварки имеют вольфрамовые электроды диаметрами 1—6 мм, с высокой механической прочностью и сравнительно небольшим электриче­ским сопротивлением. Температура плавления вольфрама 3377 °С, температура кипения 4700 °С. Вольфрамовые стержни изготовляют из порошка (чистотой 99,7%), который прессуют, спекают и проковывают, в результате чего отдельные его частицы свари­ваются. Заготовки подвергают волочению для получения стерж­ней необходимых диаметров.

Вольфрамовые электроды изготовляют из чистого вольфрама и с присадками окислов лантана или иттрия, а также металличе­ского тантала. Легирование вольфрама окислами иттрия или лантана в небольшом количестве резко увеличивает эмиссионную способность вольфрама-катода, в результате чего возрастает стойкость электродов (способность длительное время сохранять заостренную форму) при максимальных токах, повышается ста­бильность горения дуги. Однако все электроды на основе вольфрама требуют при сварке защиты их инертными газами от окисления кислородом воздуха.

Циркониевые и гафниевые электроды используют в илазма - тронах при тепловой резке металлов.