ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ СВАРКИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИИ (ОПОРНЫХ БАЛОК) С ПОМОЩЬЮ СВАРКИ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ

Наиболее распространённым методом сварки строительных конструкции, с последующим монтажом на месте строительства является механизированная сварка проволокой в среде защитных газов или под слоем флюса. Однако, в последнее время на ряде предприятий карагандинской области, произошло внедрение сварки порошковой проволокой.

Сварка порошковой проволокой - это один из способов механизированной дуговой сварки плавлением, когда в качестве-электродного материала применяется проволока трубчатой или более сложной конструкции с порошкообразным наполнителем (сердечником) [1, с. 56].

Сердечник состоит из смеси материалов - руд, ферросплавов, металлических порошков и других материалов, обеспечивающих защиту расплавлен­ного металла от воздуха, раскисление и легирование металла и т.д.

Составляющие сердечника должны, кроме того, обеспечивать ряд общепринятых требований, предъявляемых ко всем сварочным материалам: хорошее формирование швов, легкую отделимость шлаковой корки, провар основ­ного металла, минимальное разбрызгивание металла, отсутствие пор, трещин, шлаковых включений и других дефектов в швах, определенные механические свойства металла швов и сварных соединений и т.д.

Порошковые проволоки наиболее широко используют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей. Они применяются также для сварки легированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов и т.д.

Порошковые проволоки используются без дополнительной защиты зоны сварки, а также с дополнительной защитой газом или флюсом. Проволоки, используемые без дополнительной защиты, называются самозащитными. В настоящее время распространение получили самозащитные проволоки и проволоки с дополнительной защитой углекислым газом [1, с. 127].

В состав проволок, применяющихся с дополнительной защитой углекислом газом, газообразующие материалы, как правило, не вводятся или вводятся в ограниченном количестве. Защита детали от воздуха здесь обеспечивается углекислым газом и шлаком, образующимся при плавлении минеральных составляющих сердечника. Подобно электродам для ручной сварки порошковые проволоки классифи­цируют по типу сердечника. По этому признаку проволоки, выпускаемые промышленностью, можно разделить на пять типов: рутил-органические, карбонатно-флюоритные, флюоритные, рутиловые и рутил-фяюоритные. Проволоки рутил-органического, карбонатно-флюоритного и флюоритного типов применяются в основном как самозащитные.

Рутиловые и рутил-флюоритные проволоки используются с дополнительной защитой углекислым газом [2, с. 32].

Сердечник проволоки рутил-органического типа состоит из рутилового концентрата и алюмосиликатов (полевой шпат, гранит, слюда и др.). В качестве раскислителей употребляется ферромарганец, а газообразупцих материалов - крахмал или целлюлоза.

В проволоке карбонатно-флюоритного типе в качестве газообразующих материалов используются карбонаты кальция, магния, натрия. Шлакообразующими материалами служат рутиловый концентрат, алюмосиликаты, окислы щелочноземельных металлов, флюоритовый концентрат. Раскисляется ме­талл ферромарганцем и ферросилицием. Для дополнительного раскисления металла и связывания азота в нитриды в сердечник проволок этого типа иногда вводят титан или алюминии.

Сердечник проволок флюоритного типа состоит в основном из флюоритового концентрата. Раскислителями служат ферромарганец, алюминий, магния. Алюминий и магнии связывают азот металла сварочной ванны в нитриды.

В качестве шлакообразующих материалов сердечник проволок рутиловоготипа содержит рутиловый концентрат, алюмосиликаты и руды. Раскисление металла осуществляется ферромарганцем, ферросилицием, ферротитаном, ферроалюминием,

В проволоках рутил-флюиритного типа шлакообразующая часть сердечника состоит из рутилового и флюоритового концентратов, В проволоки этого типа иногда вводят окислы щелочноземельных металлов, алюмосиликаты. Функцию раскислителей выполняют ферромарганец и ферросилиций.

В сердечник проволок всех типов для увеличения производительности сварки и придания благоприятных сварочно-технологических свойств вводится железный порошок [2, с. 16].

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, диаметром, конструкцией про­волоки и физико-химическими свойствами смеси порошков.

Одной из основных реакций в твердой фазе при нагреве сердечника является диссоциация карбонатов. Исследованиями, выполненными в магистерской диссертации, установлено, что добавление окислов, фторидов и металлических порошков к карбонатам приводит к смещению температурного интервала диссоциации карбонатов. Так, добавление порошков железа, алюминия ккарбонатом магния и кальция вызывает значительное смещение температурного интервала их диссоциации в область низких температур. Это вызвано, прежде всего, улучшением теплопроводности смеси и развитием экзотерми­ческих реакций окисления. Указанные процессы сопровождаются более сложными реакциями и процессами, которые более полно описаны в магистерской диссертации.

При сварке порошковой проволокой наблюдается капельный перенос металла. Для проволок рутилового и рудно-кислого типов характерен мелкокапельный перенос электродного металла.

Проволоки с сердечниками, при расплавлении основные шлаки, как правило, 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 2300-2900^сС и зависит от рода тока, полярности и параметров режима сверки. 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 композиция сердечника. Важнейшими показателями, определяющими общие характеристики проволоки, являются: обеспечение минимального отставания процесса плавления сердечника от плавления оболочки, возможно более раннее получение шлакового расплава, равномерное и полное разложение газообразующих материалов, обеспечивающее равномерное ее плавление и увеличение доли металла, защищенного шлаком.

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

В защитных проволоках поменяется комбинированная газовая защита металла от воздуха. Однако ведущая роль принадлежит газо­вой защите. Как уже отмечалось выше, в проволоках рутил-органического типа для образования газовой защиты вводятся органические материалы, практически полностью разлагающиеся в дуге.

Швы, выполненные порошковой проволокой, отличаются более глубоким проплавлением основного металла, В связи с этим эффективность применения порошковой проволоки может быть существенно повышена за счет уменьшения катетов швов.

Несмотря на высокую производительность порошковых проволок, применяющихся с дополнительной газовой защитой, расчетная себестоимость наплавленного ими металла несколько выше, чем наплавленного проволокой Св-08Г2С. Это объясняется разностью в установленной в настоящее время цене проволоки сплошного сечения и порошковой. Однако следует учесть, что расчеты выполнены без учета времени, необходимого для удаления брызг электродного металла, которые при сварке проволокой Св-06Г2С диаметром 1,6-2,0 ш составляют значительную долю трудоемкости сварочных работ.

На заводе "КЛМЗ", применяется порошковую проволоку Ш1-АН8 взамен проволоки Св-08Г2С, трудоемкость сварки ковша экскаватора только за счет устранения операции по очистке швов от брызг уменьшилась на 25-30 %. На ряде заводов до внедрения порошковой проволоки ПП-АК8 каждых двух сварщиков обслуживал рабочий, занятый удалением брызг и механической доводкой формы швов. Если учесть эти трудозатраты и принять во внимание более высокое качество швов, обеспечиваемое порошковой проволокой, становятся очевидными преимущества последней.

Для изготовления машин с тяжелым режимом работы широко применяются низколегированные отели. Применение сварки самозащитной порошковой проволокой карбонатно-флюоритного типа или рутил-флюоритного типа в углекислом газе взамен электродов фториото-кальциевого типа (УОНИ- 13/55, ДСК-50) позволяет повысить производительность труда более чем в два раза. Расчет, проведенный по результатам внедрения сварки порошковой проволокой ходовой части роторного экскаватора, показал, что при этом себестоимость сварочных работ снижается более чем на 30 %,

На Карагандинском заводе металлоконструкций при замене ручной сварки электродами на полуавтоматическую порошковой проволокой производительность труда сварщиков возросла на 46 %. За этот же период времени количество постов для ручной сверки уменьшилось вдвое. Применение порошковых проволок ПП-АНЗ, ПП-АН4, дает заводу экономический эффект около 300000тенге на каждой тонне попользованной проволоки.

Высокая эффективность сварки порошковой проволокой на ближайший период времени станет одним из основных направлений механизации изго­товления металлических конструкций.

Список литературы:

1. А.М. Суптель – Механизированная сварка порошковой проволокой. Киев. Наукова думка.1999 г.;
2. Ивочкин И. И., Малышев Б. Д. Сварка под флюсом с дополнительной присадкой:— М.: Стройиздат, 1981.— 173 с.