Сварка порошковой проволокой

Пористость швов при сварке проволокой различных типов

Сварка проволокой рутил-органического типа. Повышение содержания кремния в стали , введение в проволоку активных раскислителей, увеличение силы тока, вылета электрода — факторы, способствующие появлению пористости при сварке проволокой с рутил-органическим сердечником. Увлажнение материалов сердечника, ржавчина и окалина на поверхности металла не вызывают пористости.

В проволоке рутил-органического типа насыщение металла азотом в основном ограничивают органические материалы. Увеличение доли крахмала в сердечнике позволяет снизить содержание в металле азота и кислорода, поступающих из атмосферы. Однако введение больших количеств органики в сердечник приводит к неравномерному плавлению и ухудшению сварочно-технологических свойств и, кроме того, оно малоэффективно с точки зрения дальнейшего снижения содержания азота.

. Как следует из

во всех исследованных случаях ниже равновесного, равного 0,0023 при 1550° С. Из этого можно сделать вывод о том, что окисление углерода в ванне не получает существенного развития и не может служить скрытой причиной пористости швов. Данные, полученные в результате

расчета скрытого парциального давления газов по экспериментальным данным (табл. 16) приведены в табл. 17. Они показывают, что ведущая роль в возникновении пористости принадлежит водороду. Высокие значения суммарного скрытого давления газов при отсутствии пор в швах свидетельствуют о том, что условия кристаллизации металла в этом случае далеки от равновесных.

При отсутствии крахмала в проволоке кроме водорода образованию пор могут способствовать окись углерода и азот. Для объяснения причин пористости швов при повышенных содержаниях сильных раскислителей воспользуемся экспериментальными данными о влиянии графита и ферросилиция на газонасыщенность и плотность швов, выполненных проволокой рутил-органического типа. Приведенные в табл. 18 данные свидетельствуют о том, что вероятность образования окиси углерода во всех случаях очень мала. Увеличенное количество углерода и кремния в ванне подавляет образование СО, но не устраняет пористости. Как было указано выше, блокирование этими элементами межфазной поверхности снижает скорость десорбции газов. Зарождение пузырьков начинается в момент, непосредственно предшествующий затвердеванию. Пузырьки газа не успевают всплыть, и в металле образуются поры. Характерно, что дополнительная защита углекислым газом не устраняет пористости в данном случае. Это свидетельствует о том, что поры вызываются преимущественно водородом, содержание которого в металле остается достаточно высоким.

Пористость металла при сварке с повышенной силой тока характерна для проволоки рутил-органического типа. Воспользуемся, как и в предыдущем случае, экспериментальными данными, полученными при сварке проволокой марки ПП-АН1 диаметром 2,8 мм (табл. 19). Изучение результатов газового анализа и расчеты показывают, что при больших токах вероятность образования окиси углерода не возоастает

С увеличением сварочного тока заметным становится отставание плавления сердечника от плавления оболочки. Попадающие в ванну нерасплавившиеся частицы сердечника могут служить центрами зарождения пузырьков газа.

Увеличиваются также размеры и время кристаллизации ванны, что облегчает условия ее дегазации. Тем не менее скрытое давление водорода в металле остается высоким и его следует считать ответственным за пористость швов при сварке на повышенных токах.

Сварка проволокой карбонатно-флюоритного типа. Пористость швов при сварке проволокой этого типа наблюдается при удлинении дуги, увлажнении материалов сердечника проволоки, а также при сварке ржавого металла.

для всех рассмотренных случаев значительно ниже равновесного, т. е. окисление углерода в ванне маловероятно. В табл. 21 приведены результаты расчета скрытого парциального давления газов, выполненного по данным табл. 20.

При сварке в атмосфере углекислого газа и в смеси аргона с кислородом суммарное скрытое давление газа ниже атмосферного и поры не образуются. Высокая концентрация водорода при сварке в смеси аргона с водородом приводит к значительному повышению его скрытого парциального давления, поэтому ответственным за возникновение пористости в этом случае следует считать водород. Повышение скрытого парциального давления водорода, а следовательно, и склонность к пористости в рассмотренных случаях могут быть вызваны увлажнением сердечника проволоки. При увеличении влажности сердечника свыше 2% уже появляется опасность возникновения пор. Содержание водорода в металле при этом близко к стандартной растворимости его в жидком железе при температуре плавления (см. рис. 71).

Возрастание напряжения при сварке открытой дугой приводит к увеличению скрытого парциального давления азота, который и следует считать ответственным за пористость. Поэтому для предупреждения пористости надежная защита металла от воздуха для проволоки карбонатно-флюоритного типа играет исключительно важную роль. Шлаки, образующиеся при расплавлении такой проволоки, имеют высокую основность, плохо смачивают и покрывают металл.

При наличии нитридобразующих элементов в проволоке даже высокое содержание азота может не вызывать пористости, если концентрация этих элементов достаточна для связывания его в стойкие нитриды в жидком металле сварочной ванны. Следует отметить, что в проволоке карбонатно-флюоритного и флюоритного типов трубчатой конструкции применение нитридобразователей является практически обязательным для получения беспористых швов, так как защита от азота в этом случае является нерешенной проблемой.

Применение проволоки сложной, особенно двухслойной конструкции всегда желательно с точки зрения снижения пористости швов, вызываемой азотом.

Ржавчина, окалина и влага на основном металле могут вызвать пористость металла швов при сварке под флюсом, в защитных газах или покрытыми электродами. Основную роль водорода в образовании пор в этом случае отмечают многие исследователи 162, 134, 1371. Определены количественные зависимости влияния ржавчины на склонность швов к пористости при сварке под флюсом. Стойкость швов против пор, вызванных ржавчиной или окалиной при сварке под флюсом, определялась по методике, предложенной К. В. Любавским. Эта методика предусматривает засыпку дозированных количеств ржавчины в канавку на металле, по которой выполняется сварка.

При сварке порошковой проволокой открытой дугой без дополнительной защиты и в углекислом газе указанная методика непригодна, так как дугой и потоком газов ржавчина выдувается из канавки. Для более равномерного распределения вносимой примеси и устранения возможности ее сдувания предложено использование специальной порошковой проволоки, сердечником которой является ржавчина или окалина. Доведение количества примеси на единицу длины до заданного достигается изменением диаметра проволоки путем волочения. Сравнение предложенного способа с известным ранее при сварке под флюсом показало, что при использовании порошковой проволоки ржавчина используется более эффективно, чем при насыпании ее в канавку.

Методикой оценки стойкости против пор при сварке порошковой проволокой по ржавчине или окалине предусматривается использование составного образца для инициирования пористости. Образец собирается в жестком фиксирующем приспособлении без зазора между кромками. В канавку укладывается проволока с дозированным количеством ржавчины или окалины и производится

сварка. Для выявления пор образец разрушается вдоль шва. Принято называть поры единичными при количестве их четыре и менее на 100 мм излома.

Данные оценки стойкости против возникновения пор и изменения химического состава металла шва при сварке по окалине проволокой карбонатно-флюоритного типа (ПП-АНЗ) приведены в табл. 22. Вследствие попадания окалины в зону шва повышается угар кремния и марганца, содержание кислорода при этом возрастает. При введении ржавчины в металле шва одновременно увеличивается содержание кислорода и водорода. Данные сравнительных испытаний проволоки ПП-АНЗ открытой дугой и СВ-08 при сварке

под флюсом АН-348 (флюс прокален при 450° С) приведены в табл. 23.

Сравнительные испытания показывают, что в рассмотренном случае стойкость против пор, вызванных ржавчиной, при сварке порошковой проволокой выше, чем при сварке под флюсом.

Сварка а углекислом газе. Причиной пористости при сварке порошковой проволокой в углекислом газе является увлажнение материалов сердечника проволоки, применение неосушенного газа, ржавчина на поверхности металла, а также недостаточный расход газа или сдувание струи защитного газа.

По сравнению со сваркой проволокой сплошного сечения в углекислом газе защита от азота более совершенна, так как имеется возможность дополнительно защитить расплавленный металл шлаком. Это подтверждают данные газового анализа металла, наплавленного электродами УОНИ-13, сплошной проволокой Св-08 Г2С и порошковой проволокой в сравнимых условиях (табл. 24).

Потенциальное содержание водорода в порошковой проволоке выше. Поэтому при сварке проволокой с рутиловым сердечником без применения специальных металлургических мер борьбы с водородом не удается всегда получать плотные швы. Главным средством борьбы с водородом является введение фтористых соединений. В проволоке рутил-флюоритного типа флюорита обычно бывает достаточно для обеспечения низких содержаний водорода в металле и высокой стойкости против пор. В сердечник проволоки рутилового типа часто необходимо вводить легкоразлагающиеся фториды. Для всех типов проволоки, применяющейся при сварке в углекислом газе, прокалка при температуре 240—250° С способствует удалению влаги из сердечника и органических материалов с поверхности проволоки.

Как видно из данных, приведенных в табл. 24, при сварке в углекислом газе порошковой проволокой обеспечивается низкое содержание газов в металле, благодаря чему возможно получение плотных швов и высокого качества металла.