Изготовление сварочных и наплавочных материалов. Практикум

Порядоквыполненияработы

Рис. 1. Схема удаления покрытия:

1 — стержень электрода; 2 — покрытие электрода

Определить коэффициент массы покрытия как отношение массы покрытия к массе покрытой части металлического стержня по формуле

К Mэ Mст , МП Мст

где Мэ — масса электрода, г; Мст — масса покрытой части стержня, г. Масса определяется путем взвешивания на весах с точностью

(± 10) мг.

Величина предельных отклонений фактически полученного коэф фициента массы покрытия КМП не должна превышать (±0,02) от рас

четного КМП.

Проверить прочность покрытия. Оно не должно разрушаться при свободном падении электрода плашмя на гладкую стальную плиту с высоты 1 м. При этом допускаются отколы отдельных мест покры тия общей протяженностью до 5 % длины покрытой части электрода, но не более 20 мм.

15) Проверить сварочно-технологические свойства электродов. Для испытания сварочно-технологических свойств электродов

применять сталь марки Ст3сп. Сварка одностороннего тавра — в ниж нем положении. Размеры пластин и технология сварки — по ГОСТ 9466–75, пп. 5.9 и 5.10.

Сварочный электрод считать качественным, если в процессе горе ния дуги не наблюдается ее обрывов, шлак равномерно покрывает ва лик и легко отделяется после остывания, наплавленный металл име ет мелкую равномерную чешуйчатость, поры и трещины отсутствуют.

21

Лабораторная работа № 1. Изготовление покрытых электродов рассчитанного состава

Оформление отчета

Лабораторная работа считается выполненной при наличии отчета о ней и после защиты, включающей ответы на контрольные вопросы.

Отчет составляется на скрепленных листах формата А4 и должен со держать титульный лист и текстовую часть:

— название и цель работы; — схемы оборудования, применяемого для изготовления электродов;

— порядок работы с указанием технологических режимов по от дельным операциям;

— данные о контроле исходных материалов; — рецептуру покрытия, диаметр и коэффициент массы покрытия

изготовленных электродов; — результаты проверки качества электродов;

— выводы и объяснение полученных результатов. Отчет необходимо сдать на проверку преподавателю.

Контрольные вопросы

1. Перечислите виды покрытий электродов, регламентируемые ГОСТ 9467, ГОСТ 10052, ГОСТ 10051; марки электродов, соответству ющие данным видам.

2. Перечислите основные функции материалов электродных по крытий.

3. Как обозначаются по ГОСТам типы плавящихся электродов раз ного назначения?

4. Каковы основные операции, составляющие технологический процесс изготовления покрытых электродов?

5. Что характеризует коэффициент массы покрытия электрода? 6. Какие исходные данные необходимы для расчета состава элек

тродного покрытия?

22

Лабораторная работа № 2. Изготовление порошковой проволоки рассчитанного состава

Основы изготовления порошковой проволоки

Технологические характеристики порошковых проволок

Порошковая проволока — это непрерывный электрод, состо ящий из металлической оболочки и находящегося в ней по рошкового сердечника (порошка-наполнителя). Главными

факторами, определяющими широкое распространение порошковых проволок в различных отраслях промышленности, являются:

— возможность оперативно изменять химический состав наплав ленного металла путем легирования через сердечник проволоки при неизменном химическом составе оболочки проволоки;

— небольшое подготовительно-заключительное время в общем нормативе времени на сварку швов малой протяженности, в т. ч. при ремонтных работах;

— возможность осуществлять при сварке различные технологиче ские приемы, уменьшающие коробление сварных конструкций;

— простота оборудования сварочного поста, что обеспечивает вы сокую надежность работы оборудования и малые затраты на его ре монт и техническое обслуживание.

Технологические характеристики порошковых проволок вклю чают:

— возможность устойчивого горения дуги и плавления проволо ки на постоянном (при прямой или обратной полярности) или пере менном токе или же обеспечения универсальности по устойчивости горения дуги вне зависимости от рода тока;

— достаточную защиту расплавляемого металла проволоки и сва рочной ванны от накопления в них вредных примесей (оксидов, нитри

23

Лабораторная работа № 2. Изготовление порошковой проволоки рассчитанного состава

дов, сульфидов и др.); достаточная изоляция от воздуха осуществля ется при этом обычно путем комбинированной газовой и шлаковой защиты;

— возможность выполнения сварки при различном расположении швов в пространстве;

— возможность при применении оптимальных режимов сварки по лучения хорошо сформированных швов с достаточной мелкочешуй чатой наружной поверхностью и плавными переходами от шва к рас плавляющимся кромкам основного металла;

— получение легко удаляемой с поверхности швов шлаковой корки; — исключение при сварке выделения газов и пылевидных частиц, превышающих установленные нормы и обеспечение санитарно-гиги

енических условий для персонала, выполняющего сварку; — обеспечение возможно высокой производительности сварки

и сопутствующих технологических операций.

Одна из основных функций шихты — защищать сварочную ванну от влияния атмосферных газов, раскислять и легировать наплавлен ный металл (смесь ферросплавов и металлических порошков). Ших та обычно составляется из условия обеспечения комбинированной га зошлаковой защиты плавящегося металла.

Шлакообразующие составляющие — основная часть большинства составов шихты. Это прежде всего полевой шпат, кремнезем, каолин, слюда, тальк, ильменитовый и рутиловый концентраты, марганцевая руда, гематит, мрамор, плавиково шпатовый концентрат и др. Назван ные компоненты шихты при расплавлении образуют шлак, который защищает капли электродного металла и собственно сварочную ван ну от непосредственного контакта с окружающей атмосферой.

Газообразующие составляющие вводят в шихту в виде органи ческих веществ (оксицеллюлоза, крахмал, древесная мука, декстрин

идр.) или в виде неорганических веществ, чаще всего карбонатов (мра мор, известняк, доломит, магнезит, сидерит и др.). Возможен и ком бинированный вид защиты — углесодержащие компоненты (графит, древесный уголь, сажа) в смеси с активным окислителем, например гематитом. Органические составляющие шихты и карбонаты при на греве разлагаются и образуются газы, которые оттесняют воздух от ду гового промежутка.

Использование такой проволоки позволяет наиболее просто, в т. ч.

ив лабораторных условиях, получить наплавленный металл практиче

24

Основыизготовленияпорошковойпроволоки

ски любого состава, что особенно важно при выполнении исследова тельских работ по наплавке поверхностей с различными свойствами.

Технологический процесс изготовления порошковой проволоки сводится к обработке материалов шихты, составлению сухой смеси и ее смешиванию, формированию в калиброванных роликах мягкой ленты шириной В и толщиной δ в исходную заготовку в виде раскры того сверху желоба, в который из расположенного бункера с помо щью питателя ссыпается предварительно смешанная порошкообраз ная шихта. Последующее формирующее устройство, загибая верхние края желоба вокруг порошкообразной сердцевины, создает проволо ку большой протяженности. Далее при помощи фильер проволока де формируется до нужного диаметра.

Одним из основных показателей качества изготовления порошко вой проволоки является величина и равномерность заполнения обо лочки шихтой сердечника. Массовую долю сердечника в проволоке характеризует коэффициент заполнения ( %)

Кз Gпор 100,

G

пров

где Gпор — масса порошкового наполнителя, Gпор = Gпров — Gоб. Здесь Gоб — масса оболочки; Gпров — общая масса проволоки.

Массовая доля коэффициента заполнения для сварочных порош ковых проволок обычно составляет 5–40 %, для наплавочных порош ковых проволок — 15–45 %. При этом массовая доля предельных от клонений коэффициента заполнения от его номинального значения (если нет специальных оговорок в нормативно-технической доку ментации) не должны превышать (±1,5) % для сварочной проволоки. Разность наибольшего и наименьшего значений массовой доли ко эффициента заполнения должна быть не более 4 % для наплавочной порошковой проволоки.

Классификация порошковых проволок

Порошковые проволоки в зависимости от основного назначения имеют отличающиеся системы классификации. Для сварочных порош ковых проволок наиболее важен класс свариваемого металла, способ применяемой защиты, возможность использования для сварки в раз

25

Лабораторная работа № 2. Изготовление порошковой проволоки рассчитанного состава

личных пространственных положениях, гарантируемые показатели механических свойств наплавленного металла. Наплавочные порош ковые проволоки классифицируют по химическому составу наплав ленного металла, назначению наплавки. Сварочные и наплавочные порошковые проволоки по таким показателям, как вид сердечника, производительность процесса, сварочно-технологические свойства, гигиенические характеристики, не классифицируются. Требования к этим и некоторым другим показателям определяются в стандартах и технических условиях на конкретную порошковую проволоку.

Поверхность проволоки должна быть гладкой, без вмятин, надры вов, без следов коррозии, масла и других загрязнений. Допускаются про дольные риски и следы волочильной смазки. Для снятия волочильной смазки с поверхности порошковой проволоки чаще всего используют ее термообработку при температуре 150–250 ºС в течение 2–4 ч. Недо пустимо высыпание порошка-наполнителя из концов проволоки.

Порошковая проволока поставляется в свободных и формован ных мотках или намотанной на стандартные катушки. Размеры мотков готовой проволоки ограничены по внутреннему и наружному диаме трам, масса мотка не должна превышать 80 кг, спутывание проволо ки в мотке недопустимо. Каждый моток должен состоять из одного куска проволоки.

Мотки или катушки помещают в мешки из полиэтиленовой плен ки и укладывают в металлические барабаны (бочки) со сварными или закатанными швами. Для предупреждения увлажнения сварочной по рошковой проволоки, в каждый мешок помещают силикагель в коли честве 0,5–1,0 % от массы проволоки.

Порошковая проволока для сварки

Назначение проволоки определяется по классу свариваемого ме талла. Порошковые проволоки применяются для сварки низкоуглеро дистых и низколегированных конструкционных сталей, легированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов. Наибольшее применение имеют проволоки для сварки низкоуглеродистых и низколегирован ных конструкционных сталей.

Классификация, сортамент и технические требования на порош ковую проволоку для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением до 900 МПа регламентированы ГОСТ 26271–84.

26

Основыизготовленияпорошковойпроволоки

По условиям применения сварочная порошковая проволока под разделяется:

— на газозащитную (ПГ), применяемую для сварки в углекислом газе или газовых смесях (обычно смесь аргона с углекислым газом);

— самозащитную (ПС) — для сварки без дополнительной защиты.

Всоответствии с допустимыми пространственными положения ми сварки и условиями формирования сварного шва проволока под разделяется:

— для нижнего (Н); — нижнего и горизонтального на вертикальной плоскости (Г);

— нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вер тикального (В);

— всех положений (У); — горизонтального на вертикальной плоскости с принудительным

формированием шва (ГП); — вертикального с принудительным формированием шва (ВП);

— всех положений с принудительным формированием шва (УП). По гарантируемому пределу текучести наплавленного металла сва

рочная порошковая проволока подразделяется на 9 типов.

По гарантируемой минимальной ударной вязкости наплавленно го металла (не менее 35 Дж/см 2), на образцах типа IX, по ГОСТ 6996– 66, при определенной температуре испытаний порошковая проволо ка подразделяется на 9 уровней.

Всоответствии с химическим составом наплавленного металла, порошковая проволока подразделяется на категории А, Б, С.

ГОСТ 26271–84 устанавливает изготовление порошковой прово локи 18 диаметров, 0,8–6,0 мм, и их предельные отклонения.

Всоответствии с вышеуказанной классификацией характеристик порошковых проволок по ГОСТ 26271–84, условное обозначение сва рочных порошковых проволок проставляется по приведенной ниже схеме (рис. 2).

Обозначение марки проволоки должно начинаться индексом ПП (проволока порошковая), после которого через дефис ставятся буквен ные или цифровые символы, указывающие шифр регистрации свароч ного материала, принятый в организации разработчика.

Пример условного обозначения порошковой проволоки марки ПП-СП2 диаметром 2,0 мм, самозащитной (ПС), по значению пре дела текучести наплавленного металла типа 44, по химическому со

27

Лабораторная работа № 2. Изготовление порошковой проволоки рассчитанного состава

ставу наплавленного металла категории А, обеспечивающей ударную вязкость наплавленного металла не ниже 35 Дж/см 2 при температуре минус 20 °С (2), для сварки во всех положениях (У):

ПП-СП2 2,0 ПС44 — А2У ГОСТ 26271–84.

Порошковую проволоку следует изготавливать в соответствии с требованиями ГОСТ 26271–84 по технологическим регламентам, утвержденным в установленном организацией-изготовителем поряд ке. Пример технического регламента приведен в учебном пособии [4]. Марка проволоки, ее конструкция, химический состав и свойства обо лочки и сердечника (порошка-наполнителя), номинальное значение коэффициента заполнения устанавливаются в нормативно-техниче ской документации.

Х Х Х Х Х Х Х Х

Марка

Диаметр (мм)

Условия применения

Тип

Категория по химическому составу

Уровень по ударной вязкости

Допустимое положение сварки

Обозначение стандарта

Рис. 2. Условные обозначения по ГОСТ 26271–84

Сварочно-технологические свойства проволоки проверяют с помо щью наплавки валика на пластину и сварки таврового или стыкового соединения. На поверхности валика или сварного шва не допускают ся поры и трещины. Размеры и количество допускаемых внутренних дефектов на любом участке шва длиной 100 мм не должно превышать значений, регламентированных ГОСТ 26271–84.

Содержание углерода, серы и фосфора в наплавленном метал ле, которые должна обеспечивать проволока, регламентирован ГОСТ 26271–84. Содержание других химических элементов в наплавленном металле и допустимые отклонения по содержанию каждого из них ре

28

Основыизготовленияпорошковойпроволоки

гламентируются в нормативно-технической документации на конкрет ные марки проволоки. Механические свойства наплавленного металла в соответствии с типом и уровнем проволоки должны отвечать требо ваниям ГОСТ 26271–84.

Порошковая проволока для наплавки

Классификация, сортамент и технические требования на порошко вую проволоку для дуговой механизированной наплавки поверхност ных слоев с особыми свойствами регламентированы ГОСТ 26101–84.

Всоответствии с химическим составом наплавляемого металла (второй и последующие слои), в ГОСТ 26101–84 описано изготовление наплавочных порошковых проволок 23 марок. Стандарт устанавлива ет изготовление проволок 11 диаметров и их предельные отклонения. Конструкции наплавочных проволок могут быть трех видов: трубчаты ми стыковыми (Т); трубчатыми с нахлестом кромки (Н); двухслойны ми (Д). Предусмотрены следующие условные обозначения способов наплавки: наплавка под флюсом (Ф), наплавка в защитных газах (Г), наплавка без дополнительной защиты или самозащитная (С), универ сальная проволока для наплавки под флюсом, в защитных газах и без дополнительной защиты (У).

Всоответствии с вышеуказанной классификацией характеристик по ГОСТ 26101–84, условное обозначение наплавочных порошковых проволок проставляется по приведенной ниже схеме (рис. 3).

Х Х Х Х Х

Марка

Вид конструкции проволоки

Способ наплавки

Диметр, мм

Обозначение стандарта

Рис. 3. Условное обозначение наплавочных порошковых проволок по ГОСТ 26101–84

Пример условного обозначения наплавочной порошковой про волоки марки ПП-Нп 45 В9Х3СФ трубчатой стыковой конструкции (Т), самозащитной (С), диаметром 2,8 мм:

29

Лабораторная работа № 2. Изготовление порошковой проволоки рассчитанного состава

ПП-Нп 45В9Х3СФ-Т С 2,8 ГОСТ 26101–84.

Порошковую проволоку следует изготавливать в соответствии с требованиями ГОСТ 26101–84 по технологическим регламентам, утвержденным в установленном организацией-изготовителем порядке. Пример технического регламента приведен в учебном пособии [4]. Хи мический состав оболочки и порошка-наполнителя определяется в со ответствии с нормативно-технической документацией. Порошок-на полнитель должен заполнять проволоку без пропусков и неплотностей.

Химический состав наплавленного металла (второй и последую щие слои) должен соответствовать требованиям ГОСТ 26101–84.

В наплавленном металле при наплавке проволоками типа Г, С и У не должно быть шлаковых включений и пор размером более 1,5 мм. На зачищенной шлифованием поверхности наплавленного металла площадью (1000 ± 10) мм 2 не должно быть двух шлаковых включений или пор. При наплавке проволокой типа Ф поры и шлаковые вклю чения не допускаются.

Применительно к лазерной наплавке поверхностных слоев ма териалов с особыми свойствами, требования к порошковым прово локам регламентированы ГОСТ Р 59735–2021 «Оптика и фотоника. Материалы для лазерной наплавки. Проволока порошковая. Техни ческие условия».

Для оценки зарубежных порошковых проволок и поставки по рошковых проволок за рубеж применяют международные стандарты:

1)EN ISO 12153:2011 «Welding consumables — Tubular cored electrodes for gas shielded and non-gas shielded metal arc welding of nickel and nickel alloys — Classifcation» («Сварочные материалы. Электроды трубчатые для дуговой сварки в защитных газах и без них никеля и никелевых сплавов. Классификация»);

2)DIN EN ISO 17632 «Welding consumables — Tubular cored electrodes for gas shielded and non-gas shielded metal arc welding of non-alloy and fne grain steels — Classifcation» («Материалы, расходуемые при сварке. По рошковые сварочные электроды для дуговой сварки в среде защитно го газа и без нее нелегированной и мелкозернистой сталей. Класси фикация»);

3)EN ISO 17633:2017 «Welding consumables — Tubular cored electrodes for gas shielded and non-gas shielded metal arc welding of stainless and heat resisting steels — Classifcation» («Сварочные материалы. Электроды

30