Порошковая проволока — это непрерывный электрод, состоящий из металлической оболочки и находящегося в ней порошкового сердечника (порошка-наполнителя).
Оболочкой для большинства проволок, предназначенных для сварки и наплавки сталей, сплавов и чугуна служит холоднокатаная лента толщиной 0,2—0,8 мм из низкоуглеродистой стали, имеющей высокую, необходимую для формирования и волочения проволоки пластичность. При изготовлении порошковых проволок для сварки и наплавки цветных металлов используют ленту из металла соответствующего состава.
Сердечник проволоки представляет собой смесь порошков минералов, руд, металлов, ферросплавов, других веществ, обеспечивающих стабильное и устойчивое ведение процесса сварки и получение сварных соединений с требуемыми эксплуатационными характеристиками.
Компоненты сердечника по своему основному функциональному назначению подразделяют на газообразующие, шлакообразующие, стабилизирующие и легирующие материалы, раскислители и специальные добавки. Многие материалы выполняют в процессе сварки несколько функций.
Газообразующие материалы служат для создания в зоне сварки газовой фазы, оттесняющей воздух от поверхности сварочной ванны и защищающей жидкий металл от вредных, с точки зрения металлургии, газов (азота, водорода). В качестве газообразующих материалов используют карбонаты щелочных и щелочно-земельных металлов (мрамор, магнезит, кальцинированная сода), органические вещества (целлюлоза, крахмал, древесная мука).
Шлакообразующие материалы вводят для получения сварочного шлака, выполняющего металлургические и технологические функции, обеспечивая, в частности, хорошее формирование сварного шва. Шлакообразующими материалами являются соли металлов и их сочетания в виде минералов и руд (рутил, кремнезем, глинозем, алюмосиликаты, мрамор, магнезит и др.), фториды и оксиды щелочных металлов.
В качестве раскислителей применяют активные металлы, обладающие высоким сродством к кислороду. Эти металлы вводят в состав сердечника в виде ферросплавов (ферромарганца, ферросилиция, ферротитана и др.) и металлических порошков.
Легирующие материалы, обеспечивающие металлу шва необходимые свойства, используют также в виде ферросплавов и металлических порошков (феррохрома, ферровольфрама, феррованадия, хрома, молибдена, никеля и др.). Легирующие функции выполняют и материалы-раскислители.
Стабилизирующие материалы предназначены для поддержания стабильного и устойчивого горения дуги в широком диапазоне режимов сварки. Для этой цели используют соединения элементов с низким потенциалом ионизации, которые, как правило, присутствуют в газообразующих и (или) шлакообразующих материалах.
Специальные добавки служат для дополнительного косвенного воздействия на процесс сварки или наплавки. В качестве таких добавок применяют ингибиторы коррозии (для защиты от ржавчины металлических составляющих проволоки), железный порошок. Последний является обязательным компонентом большинства порошковых проволок, — участвует в образовании сварного шва, повышает производительность процесса.
В целом по своему составу сердечники порошковых проволок могут относиться к пяти видам: рутил-органическому, карбонатно-флюоритному (основному), флюоритному, рутиловому и рутил-флюоритному.
При изготовлении порошковой проволоки не только определяют композицию ее сердечника, но и выбирают рациональную конструкцию сечения. Для наплавочных порошковых проволок преимущественно применяют простую конструкцию оболочки: трубчатую или трубчатую с нахлестом.
Порошковые проволоки применяют для сварки и наплавки без защиты или с дополнительной защитой сварочной ванны газом или флюсом. Проволоки, не требующие дополнительной защиты, называют самозащитными, при этом газовая и шлаковая защита металла осуществляется за счет диссоциации и расплавления содержащихся в них газообразующих и шлакообразующих материалов.
Непосредственно перед началом сварочных или наплавочных работ порошковую проволоку необходимо прокаливать на режимах, указанных в нормативной или технологической документации.
Многие, особенно сварочные порошковые проволоки, можно использовать как при механизированном, так и при автоматизированном процессе, сварку и наплавку проволоками большинства марок выполняют с использованием постоянного тока обратной полярности. Применение порошковых проволок повышает производительность сварочных и наплавочных работ по сравнению с ручным процессом в 1,5—4 раза.
Порошковые проволоки в зависимости от основного назначения имеют отличающиеся системы классификации.
Для сварочных порошковых проволок наиболее важны класс свариваемого металла, способ применяемой защиты, возможность использования для сварки в различных пространственных положениях, гарантируемые показатели механических свойств наплавленного металла. Наплавочные порошковые проволоки, прежде всего, классифицируют по химическому составу наплавленного металла, назначению наплавки.
Классификация сварочных и наплавочных порошковых проволок по таким показателям, как вид сердечника, производительность процесса, сварочно-технологические свойства, гигиенические характеристики, не производится. Требование к этим и некоторым другим показателям определяют в стандартах и технических условиях на проволоку.
Одним из основных показателей качества изготовления порошковой проволоки является величина и равномерность заполнения оболочки шихтой сердечника.
Значения коэффициента заполнения для сварочных порошковых проволок находятся в пределах 5—40%, наплавочных — 15—45%.
Порошковая проволока должна удовлетворять ряду технических требований, определяющих возможность и целесообразность ее промышленного применения. Общие технические требования для всех видов проволоки по сварочно-технологическим свойствам следующие: легкое возбуждение дуги и устойчивое горение; плавление проволоки без чрезмерного разбрызгивания электродного металла; хорошая растекаемость образующегося при сварке и наплавке шлака и легкое отделение его после охлаждения; хорошее формирование сварного шва или наплавленного валика без недопустимых дефектов; надежное и без затруднений перемещение подающими механизмами.
Поверхность проволоки должна быть гладкой, без вмятин, надрывов, без следов коррозии, масла и других загрязнений. Допускаются продольные риски и следы волочильной смазки. Для снятия волочильной смазки с поверхности порошковой проволоки чаще всего используют ее термообработку при температуре 150—250 °С в течение 2—4 ч. Недопустимо высыпание порошка-наполнителя из конца проволоки.
Порошковая проволока поставляется в свободных и формованных мотках или намотанной на стандартные катушки. Размеры мотков готовой проволоки ограничены по внутреннему и наружному диаметрам, масса мотка не должна превышать 80 кг; спутывание проволоки в мотке недопустимо. Каждый моток должен состоять из одного отрезка проволоки.
Мотки или катушки (для ряда проволок — обернутые в водонепроницаемую бумагу или помещенные в мешки из полиэтиленовой пленки) укладывают в металлические барабаны (бочки) со сварными или закатанными швами. Для предупреждения увлажнения сварочной порошковой проволоки в каждый барабан помещают силикагель в количестве 0,5—1% массы проволоки.
Наибольшее применение имеют проволоки для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Порошковая проволока для сварки легированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов выпускается в небольших количествах.
Классификация, сортамент и технические требования на порошковую проволоку для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением до 900 МПа регламентируются ГОСТ 26271—84.
По условиям применения сварочная порошковая проволока подразделяется на газозащитную (ПГ), применяемую для сварки в углекислом газе или газовых смесях, и самозащитную (ПС) для сварки без дополнительной защиты.
В соответствии с допустимыми пространственными положениями сварки и условиями формирования сварного шва проволока подразделяется: для нижнего (Н), нижнего и горизонтального на вертикальной плоскости (Г); нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального (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).