1.2 Сущность процесса

Схема процесса наплавки самозащитной порошковой проволокой со свободным формированием шва приведена на рис. 1. 1

Рисунок 1.1 - Схема процесса наплавки самозащитной порошковой проволокой.

Электрическая дуга возбуждается между оболочкой 1 порошковой проволоки и основным металлом 10 . За счет тепла, выделяемого в дуге, плавятся оболочка и сердечник 2 проволоки. Расплавившийся металл оболочки и сердечника образует на торце проволоки капли 3 , которые растут и переносятся в сварочную ванну 5 . При расплавлении минералов, руд и химикатов, входящих в состав сердечника, образуется шлак 6 , покрывающий тонким слоем капли и сварочную ванну. Дуга 4 горит между каплей или оболочкой и сварочной ванной. При разложении карбонатов и органических материалов сердечника выделяются газы 9 , которые защищают расплавленный металл от воздуха. Проволока по мере оплавления автоматически подается в зону наплавки. При удалении дуги жидкий металл сварочной ванны кристаллизуется, образуя наплавленный слой 7 , покрытый затвердевшим шлаком 8 .

1.3 Физико-химические процессы, происходящие при полуавтоматической наплавке самозащитной порошковой проволокой

Сердечник проволоки на 50-70 % состоит из неметаллических материалов и поэтому его электросопротивление велико – в сотни раз больше, чем металлической оболочки. Поэтому практически весь сварочный ток проходит через металлическую оболочку, расплавляя ее. Плавление же сердечника, расположенного внутри металлической оболочки, происходит в основном за счет теплоизлучения дуги и теплопередачи от расплавляющегося металла оболочки. Ввиду этого сердечник может выступать из оболочки (рисунок 1.2), касаться ванны жидкого металла или переходить в нее частично в нерасплавленном состоянии. Это увеличивает засорение металла шва неметаллическими включениями.

Рисунок 1.2-Плавление металлической оболочки и сердечника порошковой проволоки.

Нерасплавившиеся компоненты сердечника, переходя в ванну, способствуют появлению газообразных продуктов. Диссоциация мрамора, окисление и восстановление углерода при нагреве и плавлении ферромарганца в сочетании с мрамором и другие процессы также могут привести к образованию в зоне наплавленного металла газовой фазы. В результате этого в наплавке появляются внутренние и поверхностные поры.

В этих условиях режим наплавки (сила тока, напряжение, вылет электрода) оказывает большое влияние на возможность возникновения в швах пор (рисунок 1.3.)

Повышает вероятность возникновения пор также влага, попавшая в наполнитель при хранении проволоки, а кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.

Рисунок 1.3-Область режимов наплавки проволокой ПП-2ДСК, обеспечивающих получение швов без пор: а) влияние тока (вылет электрода L=50 мм);б) влияние вылета электрода (I_св=300 А);I – область неустойчивого горения дуги; области II поры есть, в области III пор нет.

В зависимости от состава наполнителя для наплавки используют постоянный ток прямой или полярности от источников питания с жесткой или крутопадающей характеристикой.

Кислород является наиболее вредной примесью в зоне наплавки, так как окисляет элементы, входящие в состав металла шва, и ухудшает его качество, образуя химические соединения — окислы. Окисление элементов в основном происходит за счет кислорода, содержащегося в газах и шлаках наплавленной зоны. В меньшей степени окисление может быть вызвано кислородом поверхностных окислов наплавляемого металла (окалины, ржавчины). При случайном увеличении длины дуги капли электродного металла могут окисляться кислородом окружающего воздуха. С железом кислород образует три окисла:

Закись железа по реакции 2Fe+O2 → 2FeO

Окись железа по реакции 2Fe+1,5O2 → Fe2O3

Закись-окись железа по реакции3Fe+2O2=Fe3O4

При окислении сперва образуется закись железа, которая в дальнейшем при соответствующих условиях (температуре, соотношение кислорода и железа в сварочной ванне) может переходить в окись и закись-окись железа. При окислении железа в процессе наплавки основное значение имеет закись железа, так как только

она способна растворяться в жидком металле. Когда содержание кислорода в стали достигнет 0,035%, избыточный кислород будет выделяться из раствора в виде закиси-окиси железа и располагаться между зернами металла. В общем виде реакцию между элементом металла и кислородом можно выразить следующей формулой:

mМe+n/2O2 → MemOn

где Me — масса элемента металла; О2 — масса кислорода; m и п — численные коэффициенты формулы химической реакции. При наплавке стали окисление железа может происходить также под действием Н20 по реакции:

Fe+Н2 О→ FeO+Н2

Присутствие кислорода в наплавленном металле в виде твердого раствора или включений окислов, в первую очередь, сказывается на ухудшении механических свойств наплавленного металла: понижаются временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение.

Порошковые проволоки используются для наплавки без дополнительной защиты зоны наплавки, а также для наплавки в защитных газах, под флюсом, электрошлаковой. Проволоки, используемые для наплавки без дополнительной защиты, называются самозащитными. Входящие в состав сердечника таких проволок материалы при нагреве и расплавлении в дуге создают необходимую шлаковую и газовую защиту расплавленного металла. В зависимости от диаметра и состава порошковой проволоки наплавка может осуществляться во всех трех пространственных положениях.