Цель работы и задачи исследования

Целью данной работы является исследование сварочно-технологических характеристик порошковой проволоки 48ПП-8Н диаметром 1,2 мм в среде СО₂, включающее проведение сравнительной оценки стабильности горения порошковой проволоки 48ПП-8Н при различных режимах сварки и разработку рекомендаций по стабилизации процесса сварки порошковой проволокой, обеспечивающих снижение степени разбрызгивания, хорошее качество формирования шва и достаточную смачиваемость).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать методику оценки сварочно-технологических характеристик проволоки;

• провести экспериментальную оценку стабильности горения порошковой сварочной проволоки 48ПП-8Н;

• разработать способ стабилизации процесса сварки порошковой проволоки в среде СО₂ "короткой дугой";

• изготовить видеоматериалы, иллюстрирующие процессы протекающие в сварочной ванне при сварке порошковой проволокой в нестабилизированном и стабилизированном режимах.

Материалы и методика исследования

В соответствии с поставленной задачей исследования сварочно-технологических характеристик порошковой проволоки в среде СО₂, включающее проведение сравнительной оценки стабильности горения и разработку рекомендаций по повышению стабильности процесса сварки порошковой проволокой с переносом электродного металла во время коротких замыканий, была проведена серия экспериментов по изучению процессов массопереноса при плавлении порошковой проволоки 48ПП-8Н диаметром 1,2 мм при различных режимах сварки. Порошковая проволока 48ПП-8Н разработана и поставлена Заказчиком, состав и механические свойства наплавленного с её использованием металла приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Химический состав металла, наплавленного с использованием порошковой проволоки 48ПП-8Н (данные ЦНИИ КМ «Прометей»)

Вариант	Массовая доля элементов, %
	Кремний	Марганец	Углерод	Никель	Сера	Фосфор
1	0,3-0,4	1,1-1,3	0,06-0,08	-	0,015	0,012
2	0,3-0,5	1,6-1,8	0,10-0,12	-	0,009	0,022
3	0,2-0,4	1,5-1,7	0,10-0,12	0,8-1,0	0,007	0,025
4	0,2-0,4	1,1-1,3	0,09-0,10	1,6-1,8	0,015	0,020

Таблица 2.

Механические свойства металла, наплавленного с использованием порошковой проволоки 48ПП-8Н (данные ЦНИИ КМ «Прометей»)

Вариант	σ в , МПа	σ 0,2,, МПа	δ, %, не менее	Работа удара KV, Дж
				Т исп -20 С^0	Т исп -40 С^0
1	520-560	440-480	23	67-72	52-63
2	710-730	650-690	18	15-19	-
3	710-720	630-670	18	12-17	-
4	540-590	420-500	22	78-92	72-79

Кинетику плавления и переноса электродного металла исследовали с использованием информационно-измерительного комплекса (ИИК), укомплектованного интерфейсной платой на основе аналого-цифрового преобразователя, позволяющей вводить в компьютер в цифровом виде аналоговые сигналы, поступающие с датчиков ИИК (значения тока сварки, напряжения). Была проведена компьютерная оптимизация временных параметров импульсно-дугового процесса сварки. Повышение частоты коротких замыканий до ~ 100 Гц позволяет в одном процессе совместить преимущества как «короткой», так и «длинной» дуги: высокую энергию плавления и управляемую проплавляющую способность дуги, гарантированную для различных толщин свариваемых деталей с минимальным уровнем разбрызгивания расплавленного металла. С помощью ИИК получены осциллограммы, кинограммы, диаграмма процессов сварки в среде защитных газов.

Более подробное описание ИКК приведено в тексте ниже (п. 1.4.).

Для оценки сварочно-технологических свойств порошковой проволоки использовали следующие характеристики сварочного процесса:

• стабильность зажигания дуги;

• стабильность горения дуги;

• стабильность переноса капель электродного металла;

• величина разбрызгивания.

Стабильность зажигания дуги, стабильность горения дуги и стабильность переноса капель электродного металла определяли с помощью ИКК и методом скоростной киносъёмки (5000 кадров/с).

Кинетику плавления порошковой проволоки 48ПП-8Н исследовали при следующих режимах сварки:

• без защиты в режиме импульсной стабилизации короткой дугой;

• без стабилизации массопереноса в среде СО₂ короткой дугой;

• со стабилизацией массопереноса в среде СО₂ короткой дугой;

• без стабилизации длинной дугой в аргоне;

• в режиме импульсной стабилизации короткой дугой в аргоне;

• без стабилизации в среде СО₂ длинной дугой;

• в режиме импульсной стабилизации длинной дугой в аргоне.

Для сравнения получены данные о кинетике плавления электродной проволоки без защиты в стационарном режиме.

В качестве источника сварочной дуги использовали выпрямитель типа ВС –300Б с жесткой внешней вольт – амперной характеристикой и механизм подачи сварочной проволоки ПДГ – 516. Для стабилизации процесса сварки в режиме «короткой дуги» применяли устройство УДГИ – 201, которое включается в сварочную цепь и работает по принципу импульсно регулируемого сопротивления [11].

Для стабилизации процесса сварки в режиме «длинной дуги» использовали устройство УДГИ – 301, так же включаемое в сварочную цепь для формирования импульсов, с возможностью изменения по длительности в пределах (0,9 – 1,2) х 10^–3 с и регулированию частоты следования импульсов в пределах 25 – 100 Гц [12].

Для сварки длинной дугой использовали аргон высшего сорта (не менее 99,99 % Ar, ГОСТ 10157 - 79), для сварки короткой дугой – углекислый газ первого сорта (не менее 99,5 % СО₂ , ГОСТ 8050 - 76).