Состав металла шва определяется в зависимости от состава свариваемого металла, вида и условий эксплуатации конструкции, термического цикла сварки и других факторов. Чаше всего стремятся получить металл шва, близкий или идентичный основному металлу. Пути легирования наплавляемого металла при этом могут быть самыми различными.
Способ легирования за счет сварочной проволоки — один из наиболее надежных для легирования наплавляемого металла с точки зрения получения стабильных результатов при сварке легированных сталей. При этом легирующие элементы (добавки) могут либо содержаться в металле электродного стержня, либо вводиться в виде порошкообразных металлов внутрь проволоки трубчатого сечения (порошковой проволоки). Последний способ нашел широкое применение при механизированной наплавке, в том числе и под флюсом.
Легирование посредством электродного стержня — наиболее простой и эффективный способ. К сожалению, далеко не всегда удается подобрать проволоку нужного состава. Поэтому широко используют другие пути легирования.
Способ легирования за счет проплавления основного металла необходимо использовать при сварке и наплавке специальных сталей и сплавов в тех случаях, когда режимом сварки может быть обеспечено глубокое проплавление свариваемого металла, например при сварке короткой дугой, особенно тонких листов. Этот путь легирования дает возможность при однопроходной сварке некоторых легированных сталей малого сечения получать достаточно высокие прочностные свойства металла швов при использовании обычных электродов общего назначения, предназначенных для сварки низкоуглеродистых сталей.
Вместе с этим следует отметить, что рассмотренный путь легирования металла шва может быть использован в весьма ограниченном числе случаев сварочной практики и только после экспериментальной проверки.
Способ легирования через электродное покрытие характерен для легирования наплавляемого металла при сварке покрытыми электродами. При дуговой сварке с использованием нивкоуглеродистой проволоки этот способ позволяет получать сварной шов из легированной стали или специальных износостойких, абразивостойких или инструментальных сплавов (специальные наплавочные электроды).
В качестве легирующий добавок преимущественно используют различные металлургические полуфабрикаты, предварительно подготовленные в виде металлических порошков. Такие порошки вводят с другими компонентами в шихту электродных покрытий в виде смеси.
В большинстве случаев дополнительные металлические материалы в период существования сварочной ванны должны равномерно распределиться по ее объему. Иногда этот процесс начинается в каплях и продолжается в сварочной ванне. Если такие добавки играют роль раскислителей, их равномерное распределение в сварочной ванне и обеспечение этим процесса раскисления не является обязательным. Они могут оказывать и превентивное действие, связывая кислород еще в электродных каплях.
К металлическим порошкам, вводимым в электродные покрытия, предъявляют особые требования, связанные с их размерами. Например, если вводимый металлический порошок предназначен выполнять функции раскислителя, следует увеличивать поверхность взаимодействия такой добавки с окислителями. Это достигается применением более дисперсного металлического порошка-раскислителя. Если металлический порошок выполняет функции легирующего компонента, то для уменьшения его потерь на окисление целесообразно использовать порошок большего гранулометрического состава.
Вместе с этим чрезмерное увеличение размеров порошка может осложнить производство электродов, ухудшить их технологические характеристики. Чрезмерное уменьшение частиц раскислителей может полностью ликвидировать их основную функцию, поскольку такой дисперсный порошок способен к окислению еще в период изготовления электродов. Поэтому в технологическом процессе изготовления покрытых электродов названные факторы учитывают в виде определенных требований к гранулометрическому составу порошкообразных компонентов.
Способ легирования через шлакообразующие компоненты покрытия наиболее просто использовать применительно к элементам, обладающим сродством к кислороду меньшим, чем железо (медь, никель, вольфрам, молибден), и ограниченно для таких активных элементов, как хром, марганец, кремний и другие, окисляющихся по реакции
(МеxOy) + yFeж ↔ у(FeO) + x(Me).
Рассматриваемый способ легирования имеет существенный недостаток, заключающийся в неизбежном окислении сварочной ванны и насыщении ее продуктами указанных реакций.
Большее распространение этот способ легирования нашел при механизированной сварке под плавлеными флюсами, когда ограничены другие пути легирования металла шва.