Нагрев и плавление проволоки. В процессе сварки оболочка и сер­дечник проволоки на вылете подвергаются нагреву, сопровождающемуся окислением железа и легирующих элементов, диссоциацией органических материалов, карбонатов, образованием расплавов и т. д. Развитие этих процессов в сердечнике существенно влияет на взаимодействие расплав­ленного металла с газами и шлаком и во многом определяет технологиче­ские показатели сварки, Завершенность этих процессов к моменту расплав­ления проволоки зависит от условий подвода тепла к отдельным участкам сердечника, определяемых режимом сварки, діаметром, конструкцией про­волоки и физико-химическими свойствами смеси порошков. Одной из основ­ных реакций в твердой фазе при нагреве сердечника является диссоциация карбонатов. Исследованиями, вьіполнєніікми в Институте электросварки, установлено, что добавление окислов, фторидов и металлических порош­ков к карбонатам приводит к смещению температурного интервала диссо­циации карбонатов. Так, добавление порошков железа, алюминия к карбо­натом магния и кальция вызывает значительное смещение температурного интервала их диссоциации в область низких температур. Зго вызвано, прежде всего, улучшением теплопроводности смеси и развитием экзотерми­ческих реакций окисления. Наибольший по величине температурный диапа­зон выделения углекислого газа наблюдается у смесей порошков, содержа­щих, кроме карбоната магния или кальция, карбонат натрия и отшлакоьы — ващую примесь.

Несмотря на то что сердечник порошковой проволоки содержит до 60% металлических порошков, его удельное электрическое сопротивление на несколько порядков выше удельного сопротивления стальной оболочки.

При такой разнице в проводимостях сердечник является практически неэ — лектропроводшш. и оварочный ток проходит по металлической оболочке. Поэтому активное пятно дуги занимает не все сечение проволоки, а на­ходится на оболочке или капле расплавленного металла. Сердечник пла­вится за счет излучения дуги и конвективного теплообмена о расплав­ленным металлом и разогретыми газами. В связи с этим плавление оболоч­ки несколько’опережает плавление сердечника. Это явление нежелатель­ное, Оно способствует снижению эффективности газошіаковой защиты ме­талла от воздуха. Отставание плаьления сердечника затрудняет сварку короткой дугой и способствует засорению металла шва шлаковыми вклкь — 46 шеями»

Более благоприятное соотношение скоростей плавления оболочки и сердечника достигается повышением тепло — и электропроводности послед­него, понижением температуры плавления смеси минеральных составляющих или введением плавней, например фтористого кальция, изменением конст­рукции проволоки.

На рис,4 приведены некоторые конструкции порошковых проволок, на­шедшие практическое применение, Ь проволоках сложной конструкции (рис.4, б, в,г) оолее благоприятное плавление оболочки и сердечника достигается за счет разделения последнего на части металлическими перегородками, представляющими одно целое с оболочкой.

При создании композиций порошковых проволок различных назначений пользуются всеми названными путями, способствующими уменьшению отста­вания плавления сердечника от плавления оболочки.

При сварке порошковой проволокой наблюдается капельный перенос ме­талла. Для проволок рутиловох’о и рудно-кислого типов характерен мелко — капельный перенос электродного металла.

Проволоки с сердечниками, дающими при расплавлении основные шлаки, как правпло, характеризуются крупнокапельным переносом металла. Увели­чение плотности тока приводит к измельчению капель электродного метал­ла, Устойчивость горения дуги при этом повышается.

Методом калориметрирования установлено, что температура капель ме­талла при сварке порошковыми проволоками большинства марок находится в пределах 2300-2900сС и зависит от рода тока, полярности и параметров режима сварки. Существенно влияет на температуру капель состав сердеч­ника. Увеличение количества железного порошка в сердечнике приводит к снижению температуры капель.

Особенности плавления порошковой проволоки учитываются при построе­нии композиций сердечника. Ьаккейвими показателям, определяющими об­щие характеристики проволоки, являются: обеспечение минимального отста­вать процесса плавления сердечника от плавления оболочки, возможно бо­лее раннее получение шлакового расплава, равномерное и полное разложе­ние газообраэуздих материалов, обеспечивающих равномерное ее плавление и увеличение доли металла, защищенного шлаком.

Взаимодействие металла с газами. Одной ::з самых серьезных проблем, которую необходимо решать при создании композиции самозащитной порошко­вой проволоки, является создание эффективной защиты металла от воздуха и, прежде всего, от азота. Обычное следствие плохой защиты от воздуха — пониженная пластичность металла шва и пористость. По содержанию азота в металле шва обычно и судят об эффективности защиты металла от возду­ха.

В самозащятных проволоках применяется комбинированная газовая и ида — ковая защита металла от воздуха. Однако ведущая роль принадлежит газо­вой запріте. Как уже отмечалось выше, в проволоках рутил-ооганич е с ког о типа для образования газовой защиты вводятся органические материалы, практически полностью разлагающиеся в дуте. В проволоках кароонатно — флюорнткого типа газовая защита металла обеспечивается за счет разложе­ния карбонатов.

Несмотря на различие химического состава, физических свойств, а так­же состава выделяющихся при разложении газов, характер влияния количе­ства вводимых в проволоку газооОразуюцих на содержание азота в металле шва очень близок для проволок с органическими веществами и проволок с карбонатами. На рис.5 показана зависимость содержания азота в наплав­ленном металле от количества газообразуювщх для некоторых опытных сро-

волок, В качестве приведенных количеств ( Q приЛ^ ) газообразупцих взя­

ты доли этих материалов в проволоке, идущие на образование защитной атмосферы. Увеличение количества гаэообрезующих материалов выше опре­деленного предела становится неэффективным с точки зрения снижения содержания азота, приводит к чрезмерному разбрызгиванию металла и на­рушению стабильности процесса.

Содержание азота в металле шва зависит также от режима сварки, Влия­ние параметров режима сварки связано о изменениями важнейших факторов, определяющих процессы поглощения азота жидким металлом, прежде всего на стадии капли. Увеличение сварочного тона при сварке самоэащитной проволокой рутил-органического типа приводит к уменьшению содержания азота в металле шва. При сварке проволокой карбонатно-флюоритного ти­па изменение сварочного тока существенно не влияет на содержание азота в металле шва. Использование в качестве защитной среды углекислого га­за позволяет сохранить содержание азота на низком уровне при высоких сварочных токах увеличением расхода газа. С повышением напряжения дуги содержание азота в металле растет. Эта зависимость справедлива для проволок различных типов, диаметров и конструкций. При увеличении дли­ны дугового промежутка в ид едящегося при плавлении проволоки газа мо­жет оказаться недостаточно для оттеснения воздуха от поверхности расп­лавленного металла, парциальное давление азота в зоне дуги увеличива­ется, и содержание его в металле растет. На рис.6. представлены зави­симости, отрахащие влияние количества карбоната в сердечнике на со­держание азота в наплавленном металле при различных напряжениях дуги.

Содержание азота в металле наплавки меняется при изменении дли"ы

вылета проволоки. Увеличение вылета приводит к ранней диссоциации га — аообраэукцих материалов, к потере части защитного газа за счет его уда­ления через стык в оболочке порошковой проволоки. Вероятность этих по­терь в проволоке рутил-органического тига выше, поскольку температура диосоциации органических материалов ниже, чем кароокатов.

Конструктивное выполнение проволоки может существенно изменить ус­ловия защиты металла от воздухе. Зависимость содержания азота в метал­ле шва от напряжения на дуге для проволок ]различных конструкций одина­кового состава показана на рис.7. Сравнение графиков подтверждает рациональность применения проволок оложной (двухслойной) конструкции.

При двухслойной конструкции проволоки можно увеличить дола гаэо — щлакосОразузощих материалов в сердечнике без опасности нарушения равно­мерности плавления сердечника я оболочки. Эффективная защита металла от воздуха при плавлении проволоки двухслойной конструкции позволяет получить плотные швы с низким содержанием азота в более широком диапа — воне напряжений дуги, чем при сварке проволокой трубчатой конструк­ции.

Вредное влияние водорода на качество металла шва известно. Водо­род является причиной образования пористости и снижения пластических характеристик металла. При сварке порошковой проволокой водород по­ступает в зону дуги из материалов сердечника, окружающего воздуха и с поверхности свариваемого металла. Поставщиком водорода в дугу явля­ются также остатки волочильной смазки па проволоке.

При плавлении проволоки рутил-оргенкчеокого типа воледствие боль­ших концентраций водорода в зоне дуги, источником поступления которого в ооновном являютоя органичесііие материалы и влага сердечника, суммар­ное содержание диффузионного и оотаточного водорода в наплавленном ив-
талле достаточно высоко и находится на уровне 20-30 омэ на 100 г ме­талла. Металлургические пути снижения содержания водорода в металле шва при сварке проволокой этого типа ограничены. Уменьшить содержание водорода можно либо значительным снижением количества вэдородосодер — жащих компонентов в проволоке (что не всегда допустимо), либо за счет интенсифицирования процесса водородного кипения сварочной ванны, Пос­леднее обычно достигается за счет снижения содержания в проволоке крем­ния или введения в сердечник минералов, имеющих в своей структуре кри­сталлизационную воду, Сіїижение кремния ь сварочной ванне и повышение концентрации водорода способствуют интенсификации процессе выделения газов и обеспечивают удаление значительных количеств водорода из ван­ны, Регулирование содержания водорода в металле шва может осуществ­ляться также за счет изменения параметров, оказывающих наибольшее влия­ние на скорость кристаллизации ванны — сварочного тока и скорости свар­ки.

Содержание водорода в металле, наплавленном проволокой карбонат — но-рлюоритного или флюоритного типа, значительно ниже, чем при ис­пользовании проволоки рутил-органичэского типа. Главным источником водорода в проволоке этих типов является влага, адсорбированная на поверхности частиц сердечника. При высокой влажности сердечника в ме­талле шва возникает пористость, предотвратить которую позволяет прокол­ка при температуре 2БО-250°С, Влияние прокалки проволоки на содержание влаги в проволоке и диффузионного водорода в металле шва показано в табл.2.

Тип сердечника

Карбонатно-флюори — тный То же Рутиловый

Рутил-флюорит- ный

Действенным средством борьбы с водородом является введение в сер­дечник проволоки этого типа фторсодержащих материалов. Порошковые проволоки карбонатно-,{люоритного типа, содержащие в сеодечнике крем — нефтористыа натрий, допускают сварку при небольшом увлажнении сердеч­ника и без удаления смазки с поверхности проволоки. їїакой аффект до­стигается благодаря связыванию водорода в дуге фтором в нерастворил :и

в стали фтористый водород. В табл. З приведены данные, отражающие влия­ние кремнефтористого натрия на содержание водоіх>да в металле, наплав­ленном проволокой карбонатно-флюоритного типа.

Таблица 3

Содержание в проволоке кремне­фтористого натрия,

Содержание водорода в металле,

*

0

18,3

0,5

15,8

10

12,9

5

9.7

Содержание водорода в наплавленном металле уменьшается при увели­чении вылета электродной проволоки. Это достигается благодаря предва­рительному нагреву проволоки на вылете и частичному удалению влаги из сердечника и смазки с поверхности проволоки.