Сварка металла с использованием среды защитных газов в настоящее время пользуется высокой популярностью среди мастеров в этой области. Особую роль при этом занимает сварочная проволока, которая является материалом, способным существенно влиять на характеристики и состав сварного шва. Кроме того, во многом именно от свойств такой проволоки будет зависеть и технологическая сторона сварки.

 

Стоит отметить, что к тем видам проволоки, которые применяются для работы в среде из защитного газа, выдвигаются особые требования. Они должны содержать в своем составе элементы-раскислители — алюминий, кремний, титан, марганец и цирконий – необходимые для выведения вредной примеси кислорода из металла. При выборе таких элементов нужно опираться в первую очередь на то, в каких именно условиях будет происходить сварка. В зависимости от состава, проволока способна:

  • Предупредить появления пор внутри сварного шва (возникающих вследствие воздействия окиси углерода);
  • Обеспечить устойчивое горение дуги;
  • Снизить уровень разбрызгивания металла;
  • Повысить уровень отделения металлических шлаков (в первую очередь продуктов окисления металла) от свариваемой детали.
  • Повысить перенос электродного металла.

различные виды катушек для сварочной проволоки

 

Если говорить про сварку стали, то в большинстве случаев создание универсальной электродной сварочной проволоки является очень затруднительным, поскольку она должна быть способна обеспечить высокое качество соединения деталей однослойного и многослойного типа, выполняемого на различных видах стального сплава (на спокойной и кипящей стали). Это связано с тем, что в самой стали содержится достаточно широкий диапазон элементов-раскислителей. Кроме того, интенсивность окисления таких элементов будет тесно связано с используемым режимом сварки.

 

Под кипящей сталью подразумевается низкоуглеродистая сталь, которая поступает из металлургических печей в слабо раскисленном расплавленном состоянии, то есть с содержанием примеси растворенного кислорода. При затвердевании такого стального расплава продолжается окисление содержащегося в нем углерода кислородом, сталь при этом словно «кипит» — на ее поверхности образуются пузыри оксида углерода.

 

Под спокойной сталью понимается более раскисленная сталь, то есть с более низким содержанием вредной примеси кислорода. Такой стальной сплав получается при вводе в исходный расплав сильных раскислителей (Si, Al, Mn), снижающих содержание кислорода. После застывания такая сталь имеет более плотный тип структуры, поскольку при ее затвердевании не образуются пузыри, как это происходит у кипящих сталей.

 

По причине содержания в самой стали элементов раскислителей, широкое распространение в мире получила практика применения проволоки ограниченного действия, создаваемой, к примеру, исключительно для работы с кипящими или же, наоборот, спокойными сталями (а также для работы с многослойными или однослойными швами). Подробнее о том, что означает цвет сварного шва, вы можете прочесть здесь.

сварочная проволока в катушке

Какие химические элементы входят в состав сварочной проволоки в качестве элементов раскислителей?

Существует огромное множество моделей проволоки для сварки, предназначенных для работы в среде защитных газов, отличающихся наличием и соотношением содержания различных раскислителей. Среди основных элементов такого плана следует выделить:

  • Углерод. Повышенное количество углерода способствует кипению металла при работе в высокотемпературном режиме, а также снижает вероятность возникновения пор внутри шва из-за содержания водорода и азота. Однако, содержание углерода свыше 0.12-0.14% может вызвать образование горячих трещин.

Таким образом, целесообразно использовать 0.06-0.12% углерода в случае сварки низкоуглеродистых легированных сталей;

  • Марганец. Сам по себе этот химический элемент обладает достаточно невысокой раскислительной способностью, но он может усиливать воздействие других элементов раскислителей, в первую очередь алюминия и кремния.

Так, для сварки в среде CO2 низкоуглеродистых и низколегированных сталей следует использовать такое соотношение элементов: 0.05-0.12% С, 0.6-1% Si, 1.4-2.4 Mn;

  • Кремний. Кремний должен содержаться в составе металлического сварного шва в количестве не менее 0.2% для предупреждения появления пор, возникших при воздействии окиси углерода. В то же время, повышенное содержание этого элемента (более 0.45%) может увеличить вероятность появления горячих трещин;

сварочная проволока с медью и кремнием

  • Алюминий. Этот элемент относится к сильным, энергичным раскислителям. Он способен не только обеспечить отсутствие пор, возникающих при воздействии азота и окиси углерода, но и выступать в качестве модификатора структуры, повышающего механические характеристики металлического сплава. Но в слишком больших количествах алюминий может снизить пластические свойства металла, уменьшить ударную вязкость и способствовать образованию горячих трещин;
  • Титан. Снижает вероятность возникновения пор, обеспечивая в то же время более устойчивое горение сварочной дуги при использовании метода сварки на прямой полярности. Также этот элемент способствует удалению из сплава продуктов раскисления и несколько снижает уровень разбрызгивания;
  • Цирконий. Способствует повышению ударной вязкости шва в углекислотной среде при низкой температуре, а также защищает от образования пор. Применение проволоки с цирконием при сварке на прямой полярности увеличивает производительность наплавки и защищает тонкий металл от прожогов.
  • Кальций. Особенностью этого элемента является то, что он обладает низкой температурой кипения и труднорастворим в железе. По этой причине его добавление в стальной сплав в строго нужном объеме является достаточно непростой задачей. Тем не менее, находящийся в парообразном состоянии кальций способен вступать в реакцию с жидким сплавом стали, вследствие чего возникает особый вид неметаллических соединений. При этом повышается ударная вязкость металла и изменяется металлическая структура шва.

катушка со сварочной проволокой

Что следует знать о продуктах раскисления и окисления металла?

Повышение уровня содержания окисных неметаллических включений в составе шва, в большинстве случаев, снижает его качество. Ранее считалось, что при проведении сварочных работ в среде окислительных защитных газов и с использованием голой проволоки, нельзя обеспечить хорошие свойства сварного шва по причине загрязнения сплава неметаллическими соединениями.

 

Тем не менее, позднее выяснилось, что при проведении сварочных работ в среде углекислого газа (как и других окислительных газов), только около одного процента окисла, возникающего в зоне сваривания, сохраняется в составе металлического шва в качестве неметаллических включений. Но нужно помнить, что даже столь небольшое количество дополнительных включений способно негативно повлиять на характеристики сварного шва.

 

Важное условие для очищения металла шва от неметаллических окислов – выбор соотношения марганца и кремния в металле. Чем больше марганца относительно кремния, тем меньше вредных включений.

 

Характеристика сварочной проволоки: на что влияет тип поверхности и жесткость такого изделия

Жесткость проволоки зависит от ее химического состава. При работе с использованием технологии полуавтоматической сварки применяются тонкие проволоки толщиной до 2 мм. Они подаются в открытую зону из специальных кассет с использованием гибких шлангов длинной до 6 метров. При этом мягкая проволока достаточно плохо передается по шлангам, а также не обеспечивает должного контакта с токопроводящим наконечником. В то же время слишком жесткие пружинистые проволоки могут запутываться при использовании внутри кассет.

 

Таким образом, оптимальным вариантом является использование проволоки средней жесткости. Для измерения жесткости используется показатель временного сопротивления разрыву (измеряется в кгс/мм2). Наилучшие характеристики при сварке в среде углекислого газа обеспечивают стальные изделия с показателями 90-140 кгс/мм2. Диапазон в данном случае следует выбирать исходя из толщины проволоки, которая может варьироваться от 0.3 до 2 мм. Чем больше диаметр, тем показатель временного сопротивления разрыву должен быть ближе к 90 кгс/мм2.

 

На качество проводимых работ во многом влияет поверхность электродной проволоки. В связи с этим ведущие компании-производители оборудования и расходных материалов для сварки выпускают проволоку в специальной защитной и полностью герметичной упаковке. Чаще всего она продается уже в кассетах, предназначенных для использования в сварочных полуавтоматах и автоматах. Поверхность изделия очищена от смазочных материалов и любых других веществ, способных отрицательно повлиять на свойства металлического соединения.

 

В заключение, отметим, что сварочная проволока — очень важный компонент процесса сварки, способный повлиять на качество и долговечность соединения, в связи с чем следует крайне ответственно и методично подойти к выбору состава и толщины проволоки.