Типы проволок, классификация.

Стальная сварочная проволока, изготавливаемая по ГОСТ 2246-70, который предусматривает 77 марок проволоки. В условные обозначения марок проволоки входит индекс Св (сварочная) и следующие за ним цифры и буквы. Цифры после индекса Св указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Так же, как и в марках стали, легирующие элементы в марках проволоки обозначаются буквами: А - азот, Ю - алюминий, Р бор, Ф - ванадий, В -вольфрам, К - кобальт, С - кремний, Г - марганец, Д - медь, М - молибден, Н -никель, Б - ниобий, Е - селен, Т - титан, X - хром. Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, указывают среднее содержание элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента менее 1%, то ставится только соответствующая буква. Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и легированной проволок указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки СВ-08АА содержится не более 0,020% серы и не более 0,020% фосфора. Условное обозначение сварочной проволоки состоит из цифры, обозначающей диаметр проволоки, мм, букв Св, условного обозначения марки проволоки и номера ГОСТ. Например, сварочная проволока диаметром 3 мм марки Св-08А, предназначенная для сварки (наплавки), с неомедненной поверхностью условно обозначается таким образом: проволока 3 Св-08А ГОСТ 2246-70.

Если проволока поставляется с омедненной поверхностью, то после марки проволоки ставится буква О. Буква Э обозначает, что проволока предназначена для изготовления электродов. Буквы Ш, ВД или ВИ обозначают, что проволока изготовлена из стали, выплавленной электрошлаковым или вакуумнодуговым переплавом, или переплавом в вакуумноиндукционных печах.

Сварочные проволоки делятся на:

- низкоуглеродистые (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2%);

- легированные (суммарное содержание легирующих элементов от 2 до 6%);

- высоколегированные (суммарное содержание элементов более 6%).

Для обеспечения требуемых прочности и хладостойкости металла шва при сварке низколегированных и высокопрочных сталей состав сварочной проволоки следует выбирать таким, чтобы содержание углерода в шве не превышало 0,10 - 0,12%, а содержание кремния было меньше 0,5%. Оптимальное содержание других легирующих элементов находится в таких пределах, %: 0,6 -1,6 Мn, 0,9-1,1 Сr, 0,2 - 0,4 Мо, до 2 Ni и до 0,25 V. Степень легирования выбирается на основании требований к прочностным свойствам металла шва.

Высоколегированные аустенитные и ферритные проволоки применяются для сварки нержавеющих, жаростойких и других специальных сталей различного состава. Следует иметь в виду, что аустенитная проволока после волочения сильно нагартовывается и обладает большой жесткостью. Это облегчает подачу проволоки диаметром 2 - 3 мм по гибким шлангам при полуавтоматической сварке, но весьма затрудняет работу с проволокой большого диаметра. При автоматической сварке наклепанной аустенитной проволокой диаметром 4 - 6 мм ее следует предварительно подвергнуть термической обработке. В зависимости от состава проволоки и степени наклепа термическая обработка может заключаться в отжиге или закалке.

В соответствии с требованиями EN 756 обозначение сварочных проволок строится по схеме:

При выборе состава проволоки для сварки алюминия и алюминиевых сплавов следует учитывать, что при одинаковом химическом составе металла шва и основного металла механические и другие свойства металла шва хуже, чем основного металла вследствие различия их структуры. Основной металл обычно имеет структуру проката, а металл шва - литую. Химический состав сварочной проволоки имеет тем большее значение, чем больше доля электродного металла в металле шва. Для сварки химически чистого алюминия и алюминиево-марганцевых сплавов обычно используется проволока, близкая по химическому составу к свариваемому металлу. Сварочные проволоки сплошного сечения поставляют по ГОСТ 7871-75 «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов». Такие проволоки бывают тянутыми или прессованными диаметром от 0,8 до 12 мм.

При сварке алюминиево-магниевых сплавов целесообразно применять проволоку с несколько большим содержанием магния, чем в основном металле, чтобы компенсировать улетучивание и окисление магния в процессе сварки. Это необходимо для повышения прочности металла шва. Например, для сплавов АМг_З и АМг₅ можно применять проволоку марок СвАМгб или СвАМгб.

В алюминии и его сплавах обычно содержатся примеси железа и кремния, существенно влияющие на их свариваемость и физико-химические свойства. Чем больше этих приме сей, тем ниже коррозионная стойкость металла. Кремний, кроме того, снижает стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, а железо повышает ее. С увеличением содержания указанных примесей в алюминиевых сплавах повышается прочность и снижается ударная вязкость металла шва. Для увеличения стойкости швов против образования кристаллизационных трещин необходимо обеспечить с помощью проволоки благо приятное соотношение между содержаниями в них железа и кремния. Для предупреждения образования кристаллизационных трещин в швах на алюминии высокой чистоты рекомендуется применять алюминиевую проволоку, содержащую титан. С целью повышения коррозионной стойкости сварных соединений в агрессивных средах, например в HNO3, применяют проволоку, легированную цирконием, хромом и титаном. Проволоки марок СвАК5, СвАКЮ, СвАК12 применяют для заварки дефектов литья из силумина.

Типы флюсов.

Флюсы можно классифицировать по способу изготовления, назначению, химическому составу, строению и размеру частиц.

По способу изготовления флюсы делятся на плавленые и неплавленые.

Плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов шихты в электрических или пламенных печах.

При изготовлении неплавленых флюсов частицы флюсовой шихты скрепляют без их сплавления. К числу неплавленых флюсов относятся керамические и спеченные флюсы, а также флюсы-смеси. Керамические флюсы производят из смесей порошкообразных материалов, скрепляемых с помощью клеящих веществ, главным образом жидкого стекла. Спеченные флюсы изготовляют путем спекания компонентов шихты при повышенных темпера турах без их сплавления. Полученные комки затем измельчают до требуемого размера. Флюсы-смеси изготовляют механическим смешением крупинок различных материалов или флюсов. Большим недостатком механических смесей является склонность к разделению на составляющие при транспортировке и в процессе сварки вследствие разницы в плотности, форме и размере крупинок. Поэтому механические смеси не имеют постоянных составов и сварочных свойств и недостаточно надежно обеспечивают получение стабильного качества сварных швов.

В зависимости от назначения и преимущественного применения различают флюсы для электродуговой и для электрошлаковой сварки, а также для механизированной сварки и на плавки углеродистых сталей, легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Такое разделение в известной степени условно, поскольку флюсы, преимущественно применяющиеся для сварки и наплавки металлов или сплавов одной группы, могут быть с успехом использованы для сварки и наплавки металлов другой группы. Вместе с тем флюсы, предназначенные для сварки одних цветных металлов или одних марок легированных сталей, мо гут оказаться непригодными для сварки других цветных металлов или других марок легированных сталей.

Различают флюсы общего назначения и специальные.
Флюсы общего назначения предназначены для механизированной дуговой сварки и наплавки углеродистых и низколегированных сталей низкоуглеродистой и легированной сварочной проволокой, специальные флюсы - для отдельных видов сварки, например, электрошлаковой или сварки высоколегированных сталей.

В соответствии с EN 760 сварочные флюсы классифицируют по химическому составу табл.2.

Табл.2.

Одним из важных показателей оценки сварочно-технологических свойств флюса и механических характеристик металла сварного шва является индекс основности флюса В (Bа sisety index). Определение В основано на том, что кислые оксиды (SiO2;TiO2) способствуют снижению межфазного натяжения и интенсификации реакций на границе раздела металл шлак, в результате которых из шлака в расплавленный металл переходят кислород, кремний и марганец. Чаще всего этот переход осуществляется в виде оксидов, т. е. в металле шва растет содержание неметаллических включений типа силикатов марганца. Основные оксиды (СаО, МnО и др.) подавляют этот переход за счет увеличения межфазного натяжения на границе металл-шлак.

Основность флюса в соответствии с рекомендациями МИС рассчитывают по формуле:

СаО + MgO + ВаО + К₂О + Na₂O + CaF₂ + 0,5(MnO + FeO
0,5(Al₂О₃ +TiO₂ + ZrO2) + SiO₂.

Кислые флюсы (В<1,0) за счет низкого значения межфазного натяжения на границе металл-шлак обеспечивают хорошие сварочно-технологические свойства при сварке как однопроходных, так и многопроходных швов. Однако кремний и марганцевосстановительные процессы, характерные для этих флюсов, снижают уровень механических свойств металла сварных швов.

Основные флюсы (В >1,5) подавляют переход кислорода, кремния и марганца в наплавленный металл, но из-за высокого уровня межфазного натяжения на границе металл-шлак обладают худшими, по сравнению с кислыми флюсами, сварочно-технологическими свойствами.

Нейтральные флюсы (1,0<В>1,5) в зависимости от химического состава обладают сочетанием свойств, характерных для кислых и основных флюсов.

Кислые флюсы используют, как правило, для сварки неответственных конструкций, изготавливаемых из углеродистых сталей, основные флюсы используют при сварке ответственных конструкций, сталей со специальными свойствами.

Классификация сочетаний проволока-флюс и наплавленный металл шва.

При изготовлении конструкций из углеродистых сталей к сварным соединениям предъявляются требования равнопрочности шва с основным металлом и отсутствия дефектов. Выполнение этих требований обеспечивается в случае применения флюсов общего назначения, предназначенных для сварки углеродистых и некоторых низколегированных сталей. В последние годы интенсивно ведется разработка флюсов для сварки низколегированных сталей повышенной и высокой прочности. Это обусловлено тем, что многие конструкции в настоящее время выполняются не из углеродистых сталей, а из низколегированных. Работы по созданию флюсов для сварки средне- и высоколегированных сталей проводятся пока в небольшом объеме, так как масштабы применения указанных сталей еще сравнительно не велики.

По принятой в сварочной технике классификации, легированные стали разделяют на низко-, средне- и высоколегированные. Если содержание каждого из легирующих элементов не превышает 2%, а суммарное их содержание - 5%, то сталь называется низколегированной. При содержании каждого из легирующих элементов в пределах от 2 до 5% и суммарном их содержании не более 10% сталь называется среднелегированной. Высоколегированной называется сталь, в которой содержание одного из легирующих элементов составляет не менее 5%, а сумма легирующих элементов - не менее 10%.

В общем случае для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением Rm < 450 МПа целесообразно использовать флюсы типа MS, CS или AR, которые обеспечивают высокую производительность процесса и отличное формирование металла швов. При сварке низколегированных сталей повышенной прочности (Rm > 450 МПа), к металлу швов и сварных соединений которых предъявляют требования по обеспе чению холодостойкости при температурах ниже минус 20 °С, необходимо использовать ней тральные или слабоосновные флюсы (1,0 > В < 2,0) типа CS, AR, AB. Для сталей более высокой прочности, при сварке которых могут возникнуть проблемы с образованием холодных трещин, следует использовать высокоосновные флюсы типа АВ или FB.

Получение качественных швов на углеродистых и некоторых низколегированных конструкционных сталях обеспечивается путем использования следующих сочетаний флюсов и сварочных проволок: плавленый высококремнистый марганцевый флюс и низкоуглеродистая или марганцовистая сварочная проволока, плавленый высококремнистый безмарганцевый флюс и марганцовистая сварочная проволока, керамический флюс и низкоуглеродистая или марганцовистая проволока.

При использовании плавленого высококремнистого марганцевого флюса и низкоуглеродистой или марганцовистой сварочной проволоки либо плавленого высококремнистого безмарганцевого флюса и марганцовистой сварочной проволоки последняя должна быть из кипящей или полуспокойной стали. Успокоение металла сварочной ванны и предупреждение пористости при сварке кипящей стали осуществляется в результате введения некоторого количества кремния из флюса в зону сварки. Легирование металла шва марганцем с целью повышения его стойкости против образования кристаллизационных трещин производится через флюс (первое и третье сочетания) или через проволоку (второе и третье сочетания).

Сварочные свойства высококремнистых марганцевых флюсов несколько лучше, чем свойства высококремнистых безмарганцевых. Положительной характеристикой высококремнистых марганцевых флюсов является высокая стойкость сварных швов против образования кристаллизационных трещин. Это обусловливается малым переходом серы из флюсов данного типа в металл шва и сравнительно сильным выгоранием углерода из металла сварочной ванны. Кроме того, на качество шва положительно влияет более низкое по сравнению с марганцовистой проволокой содержание углерода в низкоуглеродистой проволоке, используемой в сочетании с высококремнистыми марганцевыми флюсами. При сварке под ними пористость сварных швов меньше, чем при сварке под высококремнистыми безмарганцевыми флюсами.

Преимуществом высококремнистых безмарганцевых флюсов является лучшая отделимость шлаковой корки с поверхности шва, что обеспечивается в результате меньшего окислительного действия флюса на твердеющий металл шва, вследствие чего образование окисной пленки на поверхности шва происходит медленнее и сцепление шлака с этой поверхностью затрудняется. В швах, сваренных под высококремнистыми безмарганцевыми флюсами, содержится меньше фосфора, потому что в шихте для их выплавки нет марганцевой руды. С точки зрения выделения вредных газов первое и второе сочетания равноценны. Первое сочетание хуже в отношении выделения в атмосферу соединений марганца.

Флюсы для сварки низколегированных сталей должны не только отвечать перечисленным выше общим требованиям, но и способствовать получению металла шва повышенной прочности с высокой ударной вязкостью при низких температурах. Если прочность и химический состав металла шва определяются химическими составами сварочной проволоки и основного металла, то его ударная вязкость в значительной степени зависит от флюса. Высокая ударная вязкость металла шва обеспечивается при его мелкокристаллической структуре, низком содержании неизбежных вредных примесей и неметаллических включений. Для выполнения этих требований во флюсе обычно снижают содержание SiO₂. Поэтому при сварке низколегированных сталей преимущественно применяются низкокремнистые флюсы. Дополнительным требованием является возможно более низкое содержание водорода в металле шва. Измельчению структуры металла шва способствует также уменьшение погон ной энергии сварки. Однако при этом уменьшается эффективность процесса сварки вследствие увеличения количества проходов.

Ввиду опасности образования кристаллизационных трещин необходимая прочность металла шва при сварке низколегированных высокопрочных сталей достигается путем легирования его марганцем, хромом, никелем, молибденом и ванадием, а не за счет повышения содержания углерода.

В процессе сварки современных низколегированных сталей повышенной прочности допускается лишь ограниченный подвод тепла для исключения повреждения структуры основного металла в околошовной зоне. Это требование обеспечивается путем наложения многослойных швов при сварке металла средней и большой толщины. В связи с этим флюсы, предназначенные для сварки таких сталей, должны обеспечивать легкую отделимость шлаковой корки, высокие качество формирования шва и его механические свойства. В результате повышения механических свойств металла шва путем применения соответствующего сочетания флюса и проволоки исключается необходимость наложения неэкономичных тонких швов при многопроходной сварке толстого металла. При этом уменьшается возможность загрязнения шва шлаковыми включениями, образующимися из не удаленного после сварки шлака.

Хотя к свойствам флюсов для сварки среднелегированных сталей предъявляются такие же требования, как и к свойствам флюсов для сварки низколегированных сталей, однако имеется ряд металлургических особенностей, обусловливающих необходимость применения специальных флюсов при сварке среднелегированных сталей. К этим особенностям прежде всего относится более высокая степень легирования металла, вызывающая его большую чувствительность к содержанию неметаллических включений и водорода. Поэтому опасность образования трещин при сварке среднелегированных сталей выше, чем при сварке низколегированных. В процессе сварки среднелегированных сталей труднее обеспечить равнопрочность металла шва с основным металлом, потому что вследствие опасности образования кристаллизационных трещин содержание углерода в шве жестко ограничивается. Поэтому требуются введение в шов со сварочной проволокой дополнительных количеств легирующих элементов и снижение их окисления в процессе сварки. Низкая окислительная способность флюса необходима и для обеспечения легкой отделимости шлака со швов, содержащих ванадий, ниобий или хром.