Технологию MIG/MAG сварки порошковыми проволоками трудно назвать новой, но в отечественной промышленности она до сих пор не получила распространения, несмотря на свои очевидные преимущества перед MIG/MAG сваркой проволоками сплошного сечения. Скорее всего, это связано с тем, что в СССР не было промышленного производства качественных порошковых проволок, хотя исследования и разработки в этом направлении проводились в ИЭС им. Патона, НИКИМТ, НИИМонтаж, ЦНИИКМ «Прометей», ЦНИИЧермет.
В принятой международной системе обозначений методов сварки MIG/MAG сварка порошковыми проволоками обозначается FCAW - Flux Core Arc Welding.
Порошковая проволока представляет собой гибкую трубку, свернутую из тонкой качественной стальной ленты (часто подвергнутой электропереплаву или отжигу в вакууме или контролируемой атмосфере), которая заполняется порошкообразной шихтой, состоящей из легирующих, раскисляющих и защитных компонентов и компонентов для стабилизации дуги. По своим сварочным свойствам порошковые проволоки больше схожи со штучными покрытыми электродами для ММА сварки и состав шихты схож с составом их покрытия. Многие порошковые проволоки, содержащие в шихте большое количество защитных элементов, предназначены для сварки без защитного газа - так называемая сварка открытой дугой - и носят название самозащитных.
Так же, как и среди штучных покрытых электродов, среди порошковых проволок можно выделить проволоки с рутиловым и основным наполнением; для сварки легированных сталей разработаны проволоки с шихтой соответствующего легирования; для сварки толстолистовых сталей в основном применяются порошковые проволоки, в шихту которых добавлен порошок железа для повышения коэффициента наплавки (Metal flux core wire).
Применение порошковых проволок при MIG/MAG сварке имеет видимые преимущества: Рис. 12. Типы сечений порошковых проволок
- Высокая производительность наплавки - увеличение составляет до 60% по сравнению с проволоками сплошного сечения;
- Возможность лучшего контроля процессами легирования и раскисления сварочной ванны за счет более точного дозирования добавок в шихте порошковой проволоке;
- Лучшая защита сварочной дуги при работе на открытом воздухе (по степени защиты практически приближается к сварке ММА);
- Лучшая защита остывающего металла шва из-за повышенного шлакообразования (особенно важно при сварке перлитных и феррито-перлитных сталей, а также хромистых и марганцовистых сталей, склонных к закалке)
Конструкция порошковой проволоки определяет некоторые особенности ее расплавления электрической дугой. Порошковый сердечник проволоки на 50-70% состоит из неметаллических материалов и поэтому его электрическое сопротивление весьма велико - в сотни раз больше, чем у металлической оболочки. Поэтому практически весь сварочный ток проходит через металлическую оболочку, расплавляя ее. Плавление же шихты, расположенной внутри металлической оболочки, происходит в основном за счет теплового излучения дуги и теплопередачи от расплавляющегося металла оболочки. Ввиду этого спеченные частицы шихты могут выступать из оболочки, касаться ванны жидкого металла или переходить в нее частично в нерасплавленном состоянии. Это повышает вероятность попадания в металл шва неметаллических включений из нерасплавленной шихты. Поэтому сварку порошковыми проволоками ведут на более жестких режимах с постоянным контролем напряжения дуги.
Сварка порошковыми проволоками имеет свои недостатки. Малая жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки требует применения подающих механизмов с ограниченным усилием сжатия проволоки в подающих роликах. Выпуск проволоки в основном диаметром 2,6 мм и более, требуя применения для устойчивого горения дуги повышенных сварочных токов, позволяет использовать их для сварки только в нижнем и редко в вертикальном положении. Это объясняется тем, что образующаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидкотекучим шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях силой поверхностного натяжения и давлением дуги.
Повышенное шлакообразование порошковых проволок усложняет технику сварки. Наличие на поверхности сварочной ванны шлака, замедляя кристаллизацию расплавленного металла, одновременно ухудшает условия образования шва в пространственных положениях, отличных от нижнего и затрудняет провар корня шва. При многослойной сварке поверхность предыдущих слоев следует тщательно зачищать от шлака. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, - повышенная вероятность образования в швах пор, вызываемая наличием пустот в проволоке из-за производственного брака. Кроме того, нерасплавившиеся компоненты шихты, переходя в сварочную 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 металле сварочной ванны газовой фазы. В результате этого в швах появляются внутренние и поверхностные поры.
В этих условиях режим сварки (сила тока, напряжение, вылет электрода) оказывает большое влияние на возможность возникновения в швах пор. Повышает вероятность образования пор также влага, попавшая в наполнитель при хранении проволоки, а, кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической ленте.
Использование активного защитного газа (углекислый газ, добавки кислорода) снижают образование пор в швах. В зависимости от состава наполнителя для сварки используют постоянный ток прямой или обратной полярности от источников с жесткой или крутопадающей характеристикой.