Для сварки низкоуглеродистой стали открытой дугой нашли применение самозащитные порошковые проволоки с рутилоорганическим и карбонатно-флюоритным сердечником. При использовании указанных порошковых проволок, оболочка которых выполняется из низкоуглеродистой стали, сердечник в результате расплавления обеспечивает защиту и легирование металла сварочной ванны.
Порошковая проволока рутилоорганического типа (марок ПП-АН1, ПП-1ДСК и др.) обеспечивает свойства металла шва, близкие к свойствам металла шва, выполненного электродами с рутиловым покрытием.
Шлаковой основой рутилоорганического сердечника служат рутиловый концентрат и алюмосиликаты - полевой шпат, слюда, гранит. Формирование газовой защиты при сварке этими проволоками обеспечивается за счет введения в состав сердечника крахмала, целлюлозы и других органических компонентов. Раскисление металла шва в основном осуществляется марганцем. Более сильные раскислители - кремний, титан, алюминий - замедляют десорбцию водорода, что приводит к образованию пористости. В сердечник вводят значительное количество железного порошка. Это позволяет повысить коэффициент наплавки и производительность процесса сварки. Для повышения стабильности горения дуги в состав сердечника вводят силикаты натрия и калия (силикатная глыба) или двухромовокислый калий.
Металл шва, формирующийся при сварке порошковой про волокой рутилоорганическото типа, по составу близок к полу спокойной стали (0,6—0,8 % Мn; 0,07—0,15 % Si), имеет относительно большое количество водорода ([Н]сумм =23 см3/100 г металла), загрязнен оксидными включениями (содержание кислорода до 0,1 %).
Малая чувствительность к ржавчине и влаге порошковой проволоки рутилоорганическото типа достигается путем создания условий, обеспечивающих насыщение водородом жидкого металла на стадии формирования капли и сварочной ванны и интенсивного его выделения из жидкого металла до начала кристаллизации. Первая задача решается введением в состав сердечника минералов, содержащих кристаллизационную влагу (слюды, каолина и др.), вторая — ограничением ввода кремния, который задерживает десорбцию водорода.
Образование пор при сварке на повышенной силе тока, а также при увеличении вылета проволоки связано со снижением содержания влаги в сердечнике. Это понижает окислительный потенциал порошковой проволоки, а также содержание водорода в зоне сварки.
Первое приводит к повышению содержания кремния (за счет развития кремневосстановительного процесса); второе — к снижению содержания водорода в жидком металле. Оба фактора затягивают выделение водорода до момента кристаллизации, что и приводит к образованию пор. Помимо отмеченного, ухудшение газовой защиты из-за преждевременного разложения органических составляющих, а также удаления влаги способствует образованию пор из-за азота, попадающего в сварочную ванну из воздуха.
При сварке порошковой проволокой трубчатой конструкции из-за ограниченного количества органических составляющих, которые можно ввести в сердечник, и неблагоприятного расположения газообразующих компонентов не удается достичь хорошей защиты расплавленного металла от контакта с воздухом. Более эффективная защита расплавленного металла от воздуха достигается при использовании порошковой проволоки двухслойной конструкции, которая позволяет получить металл шва с более высокими пластическими свойствами.
Порошковая проволока с рутилоорганическим сердечником обеспечивает получение металла шва и сварных соединений с достаточно высокими механическими свойствами. Например, металл шва, выполненный порошковой проволокой ПП-АН1, имеет σв = 500÷580 МПа; δ = 16÷28 %; KCU = 0,6÷1,2 МДж/м2. При этом после старения KCU = 0,45÷0,55 МДж/м2. Порошковую проволоку с рутилоорганическим сердечником рекомендуется использовать взамен электродов с кислым и рутиловым покрытием. Сварку порошковой проволокой, как правило, выполняют на постоянном токе обратной полярности.
Порошковая проволока карбонатно-флюоритного типа (марок ПП-АН2, ПП-АНЗ, ПП-АН6 и др.) обеспечивает свойства металла шва, близкие к свойствам металла шва, выполненного электродами с основным покрытием.
Шлаковой основой карбонатно-флюоритных сердечников проволок служат продукты разложения карбонатов (мрамор, магнезит), оксиды кремния, титана, алюминия и фтористый кальций. Образующиеся шлаки имеют высокую основность и относительно плохо смачивают и покрывают жидкий металл.
Газовая защита создается за счет углекислого газа, образующегося в результате разложения карбонатов [реакция (6.10)]. Для раскисления сварочной ванны в состав сердечника вводят ферросилиций, ферромарганец.
Высокая основность шлаков и наличие в их составе оксидов кальция обеспечивают возможность развития процесса десульфурации [реакция (6.9)]. Благодаря этому металл шва обладает малой склонностью к образованию горячих трещин. Введение в состав сердечника фтористых соединений, особенно кремнефторидов, позволяет снизить чувствительность проволоки к влаге.
Порошковая проволока с карбонатно-флюоритным сердечником позволяет получить хорошо раскисленный металл шва (0,2— 0,45 % Si; 0,7—1,3 % Мn) с малым содержанием кислорода (0,04— 0,06 %) и водорода (4,5—7 см3/100 г металла). Удлинение дуги при сварке данной проволокой может привести к образованию пop из-за азота. Последнее обусловлено тем, что с удлинением дуги эффективность газовой защиты снижается, а шлаки не обеспечивают достаточной защиты в связи с плохой смачиваемостью. В результате с увеличением длины дуги возрастает вероятность растворения азота в металле сварочной ванны и, как следствие, пористость металла шва.
Для предупреждения пористости из-за азота в сердечник иногда вводят сильные нитридообразующие элементы: титан, алюминий, которые связывают азот в нерастворимые нитриды.
В этом случае степень раскисления металла шва будет определяться содержанием титана и алюминия, а кремний и марганец вводят в состав металла шва для придания определенных свойств. Следует отметить, что нитриды снижают пластические свойства металла шва, поэтому их содержание ограничивают не более 0,15—0,2 % Ti и 0,5—0,6 % А1.
Для улучшения защиты расплавленного металла и повышения рабочего диапазона напряжений более рационально использовать двухслойную порошковую проволоку, которая обеспечивает достаточный диапазон рабочих напряжений без введения в состав сердечника алюминия и титана.
При наличии ржавчины на свариваемых кромках или увлажнения сердечника образование пор вызывает водород. Поэтому при сварке карбонатно-флюоритной проволокой необходимо обеспечивать минимальное содержание свободного водорода в зоне свгрки. С этой целью помимо металлургических мероприятий введения фторидов в состав сердечника — ограничивают содержание влаги в порошковой проволоке и на свариваемых кромках Для этого порошковую проволоку хранят в герметичной упаковке в противном случае перед сваркой ее прокаливают при темпера туре 230—250 °С, если в процессе хранения не произошло необратимой коррозии металла оболочки и металлических порошков сердечника.
Порошковая проволока с карбонатно-флюоритным сердечником обеспечивает высокие механические свойства металла шва: и сварного соединения. Металл шва, выполненный порошковой, проволокой ПП-АНЗ, имеет σв = 500÷560 МПа;δ = 24÷30 %; KCU — 1,3÷1,8 МДж/м2; после старения KCU = 1,3 МДж/м2. Рассматриваемую порошковую проволоку рекомендуется применять взамен электродов с основным покрытием.
Сварка порошковой карбонатно-флюоритной проволокой ведется на постоянном токе прямой полярности. Отсутствие в сердечнике органических компонентов позволяет увеличить рабочий ток по сравнению с рутилоорганической проволокой. При сварке карбонатно-флюоритной проволокой увеличение вылета проволоки позволяет снизить пористость из-за водорода.
