Сварка порошковой проволокой

Пути предупреждения пористости швов и сохранения свойств порошковой проволоки

Приведенный выше анализ роли отдельных факторов в процессе образования пор в сварных швах позволяет наметить некоторые пути металлургического и технологического характера, направленные на снижение вероятности возникновения пор при сварке. Кроме того, могут быть приняты меры, относящиеся к технике и общей технологии сварки, для избежания пористости при сварке конкретной проволокой и в определенных условиях. Описание их содержится в соответствующих разделах книги.

Поскольку основными газами, ответственными за возникновение пористости при сварке порошковой проволокой, являются азот и водород, рассмотрим пути борьбы с пористостью, вызываемой каждым из этих газов.

Пористость вызванная азотом. Выше указывалось, что эффективность защиты металла от воздуха принято оценивать по содержанию азота в металле шва или по диапазону напряжений сварки, в пределах которого отсутствует пористость. Последним показателем в значительной степени определяются технологические возможности проволоки и ее пригодность к широкому производственному применению, так как проволока с малым диапазоном рабочих напряжений требует высокой стабилизации рабочего напряжения дуги, что трудно обеспечить, особенно в условиях полуавтоматической сварки.

Увеличение количества защитных материалов в сердечнике проволоки является одним из путей снижения содержания азота в металле шва и расширения диапазона рабочих напряжений сварки. При сварке проволокой карбонатно-флюоритного и флюоритного типов такого же технологического результата можно достичь, легируя проволоку нитридобразующими элементами, например титаном и алюминием. Связывая азот еще в жидком металле в стойкие нитриды, титан и алюминий снижают его скрытое парциальное давление в металле сварочной ванны, предупреждая таким образом зарождение газовых пузырей

Зависимости величины предельного напряжения дуги, при котором еще не возникает пористость, от содержания титана и алюминия в проволоке иллюстрируются рис. 79 и 80.

Применение описанного способа предупреждения пористости, вызываемой азотом, ограничено, так как наличие больших количеств титана, алюминия и азота в металле шва вызывает охрупчивание его.

Снизить содержание азота в металле шва можно путем рационального выбора состава газошлакообразующей части сердечника проволоки. Как было показано выше, состав газошлакообразующей части во многом определяет кинетику выделения защитного газа и образования шлакового расплава, способных защитить металл от контакта с атмосферой.

Одним из путей снижения содержания азота в металле шва является изменение конструкции порошковой проволоки. Результаты сравнительных испытаний проволоки различных конструкций показывают (рис. 81), что применение проволоки двухслойной конструкции взамен трубчатой позволяет расширить диапазон рабочих напряжений до уровня, достигаемого при использовании электродов с наружным покрытием. Состав сравниваемых материалов и условия испытаний описаны ранее.

При сварке порошковой проволокой с дополнительной защитой углекислым газом содержание азота в металле шва низкое (табл. 24). Защитная роль шлака, образующегося при плавлении сердечника, невелика. Пористость швов, вызванная азотом, как правило, возникает при нарушениях защитной атмосферы (недостаточный расход углекислого газа, чрезмерное повышение напряжения дуги, большое расстояние от сопла до сварочной ванны, сдувание струи газа и т. п.).

Пористость, вызванная водородом. Обеспечение минимального содержания водорода при сварке проволокой карбонатно-флюоритноготипа открытой дугой и при сварке в углекислом газе является одной из решающих мер предупреждения пористости.

Поскольку основным источником, поставляющим водород в дугу, является влага, находящаяся в сердечнике проволоки, следует стремиться к обеспечению минимальной влажности материалов сердечника проволоки. Снизить влажность готовой порошковой проволоки можно низкотемпературной прокалкой ее при температуре 230—250° С. К этому часто прибегают при использовании длительно хранящейся проволоки. Положительные результаты, однако, достигаются лишь в том случае, если при хранении проволоки не произошло необратимой коррозии металла оболочки и металлических порошков сердечника.

Наличие в сердечнике проволоки легкоразлагающихся кремне-фгоридов является эффективным средством снижения содержания водорода, поэтому проволока с кремнефторидами , как правило, менее чувствительна к увлажнению сердечника. Этот путь борьбы с пористостью, вызываемой водородом, применим в композициях проволоки всех типов, за исключением рутил-органического .

При сварке проволокой рутил-органического типа снизить вероятность образования пористости можно, создав условия для повышенного поглощения водорода на стадии капли и интенсивного его выделения из ванны при температурах, превышающих температуру начала кристаллизации. Такие условия создаются при увеличении парциального давления водорода в атмосфере дуги. Для промышленных марок порошковой проволоки эта задача решена путем введения в сердечник минералов, имеющих в своей структуре кристаллизационную воду. Благодаря этому же не возникает пористость при сварке по ржавому металлу

Введение дозированного количества влаги предотвращает также восстановление кремнезема сердечника и переход кремния в металл. Повышение концентрации водорода и снижение содержания кремния в ванне интенсифицируют процесс выделения газов и обеспечивают удаление значительных количеств водорода и азота из сварочной ванны до начала ее кристаллизации.

Увлажнение сердечника и коррозия порошковой проволоки. Порошки, входящие в состав сердечника проволоки, имеют развитую поверхность, на которой может адсорбироваться значительное количество влаги. Увлажнение сердечника при хранении сопровождается ржавлением оболочки и железного порошка, что ухудшает сварочно-технологические свойства проволоки и, в ряде случаев, делает ее непригодной для дальнейшего использования.

Гидрофобизацию шихты производят в мельнице в течение 30—60 мин. Повышение гидрофобности шихты наблюдается уже при содержании ГКЖ-94 0,08—0,15%. При этом улучшается сыпучесть шихты.

После выдержки обработанной и контрольной шихты в гидростате над насыщенным раствором азотнокислого свинца обнаружено, что влажность В обработанной шихты в течение нескольких суток хранения не изменяется (рис. 82). Технологические испытания порошковой проволоки, заполненной контрольной и обработанной шихтой, показали, что свойства одной и другой проволоки непосредственно после изготовления отличаются незначительно, но у проволоки с обработанной шихтой свойства несколько хуже. Однако после двух суток хранения в атмосфере с влажностью 91% при сварке проволокой с контрольной шихтой в металле швов появилась пористость. Проволока с обработанной шихтой сохранила свои свойства даже после недели хранения в аналогичных условиях.

Эти данные свидетельствуют о том, что гидрофобизация шихты порошковой проволоки дает возможность улучшить технологический процесс изготовления проволоки, благодаря сохранению длительное время высокой сыпучести шихты, и снизить гигроскопичность проволоки при хранении. Недостатком этого способа является некоторое ухудшение технологических свойств проволоки.

Для длительно хранящейся проволоки требуется герметичная упаковка. Контакт проволоки с атмосферой приводит к увлажнению сердечника и коррозии металлических составляющих. Для защиты металлических составляющих проволоки при длительном хранении предложено использовать парофазные ингибиторы коррозии.

Особенностью парофазных ингибиторов коррозии является потеря способности замедлять коррозию при разгерметизации рабочего пространства. Механизм действия парофазных ингибиторов заключается в образовании на поверхности металла адсорбционной пленки, защищающей его от воздействия воды и кислорода воздуха. Рабочим пространством действия ингибитора в порошковой проволоке является ее оболочка.

Хорошим защитным действием обладают такие ингибиторы, как нитрит дициклогексиламина (НДА), карбонат и хромат циклогекси-ламина (соответственно КЦА и ХЦА). Указанные ингибиторы способны насытить большой объем, разлагаются они несколько лет, поэтому в порошковую проволоку их вводят в очень малых количествах (примерно 0,1%). Хранение проволоки с ингибиторами без упаковки на складе и в камере искусственного климата (атмосфере морского тумана) показало (табл. 25), что такой путь предупреждения коррозии проволоки является эффективным и надежным. Так, после пяти суток хранения в камере искусственного климата проволока с ингибитором в сердечнике не имела следов коррозии и сохранила свои свойства, в то время как контрольная проволока после суток хранения полностью потеряла свои свойства.