Сварка порошковой проволокой

При сооружений судов с небольшим водоизмещением для выполнения сварочных работ на открытом стапеле по корпусу и надстройке успешно применяют самозащитную проволоку диаметром 2,0 и 2,3 мм, позволяющую выполнять сварку металла толщиной 4--10 мм в различных пространственных положениях.

При монтаже корпусов судов успешно применяется автоматическая сварка вертикальных и наклонных швов принудительным формированием. Корпуса судов из стали ВМСт. Зсп. и 09Г2 сваривают на стапеле порошковой проволокой ПП-АН5 с помощью аппаратов А-1150 (рис. 131). Это позволяет повысить производительность монтажных работ по корпусу судна, улучшить внешний вид швов, уменьшить деформации.

Из других областей применения сварки порошковой проволокой на монтаже следует отметить сварку конструкций нефтепромысловых сооружений, в частности балок эстакад из низколегированных сталей. Порошковая проволока обеспечивает необходимые прочностные и пластические характеристики швов, а также требуемую коррозионную стойкость соединений.

Среди принятых на монтаже способов механизированной сварки способ полуавтоматической и автоматической сварки порошковой проволокой уже сейчас занимает одно из ведущих мест в нашей тране и за рубежом. Расширение области применения известных способов и внедрение новых специализированных высокопроизводительных способов сварки порошковой проволокой является одной из важнейших неотложных задач повышения производительности монтажных работ.

6.3 Экономическая эффективность

Механизированная сварка порошковой проволокой является эффективным средством повышения производительности и качества сварочных работ. Диаграмма, приведенная на рис. 132 иллюстрирует производительность при сварке различными материалами (коэффициент использования сварочного поста при сварю-электродами составляет 0,5, при механизированной сварке -- 0,6). По этим данным наибольшая производительность достигается при сварке порошковой проволокой в углекислом газе.

Рис. 132. Сравнение времени наплавки 1 кг металла различными сварочными материалами.

Самозащитная порошковая проволока обычно рекомендуется взамен электродов с аналогичным типом покрытий. Так, проволока рутил-органического типа применяется взамен электродов с руднокислым, рутиловым или ильменитовым типом покрытий, а проволока карбонатно-флюоритного типа рекомендуется взамен электродов с покрытием того же типа. Порошковую проволоку для сварки в углекислом газе, учитывая ее высокие технико-экономические показатели, можно рекомендовать как вместо электродов так и других материалов для полуавтоматической сварки.

Высокую эффективность применения порошковой проволоки подтверждают экономические расчеты [139].

В табл. 73 и 74 приведена технологическая себестоимость 1 кг металла, наплавленного электродами различных марок и порошковой проволокой. В расчетах, использовались паспортные данные электродов. Для механизированных способов сварки порошковой проволокой и проволокой Св-08Г2С приняты максимальные режимы, при которых обеспечивается получение хорошего формирования и качества сварных швов.

Таблица 73

Примечание. В дробных величинах в числителе приведены данные для электрода диаметром 4 мм, в знаменателе--для электрода диаметром 5 мм.

Таблица 74

Примечание. В дробных величинах в числителе приведены данные для электрода диаметром 4 мм, в знаменателе - для электрода диаметром 5 мм.

Экономическая эффективность определяется по разности себестоимости работ сравниваемых вариантов. Поэтому себестоимость рассчитывалась по сумме затрат, величина которых в сравниваемых вариантах изменяется: затрат на сварочные материалы, основную и дополнительную плату, электроэнергию, амортизацию, содержание и эксплуатацию сварочного оборудования.

Стоимость сварочных материалов, расходуемых на наплавку 1 кг металла (Р_и), определяется по формуле

Рм = к_р с_м, руб., (83)

где с_м--прейскурантная стоимость 1 кг сварочного материала, руб.; к_p -- коэффициент расхода (для электродов он принимается по паспортным данным, а для проволоки ПП-АН1 равен 1,35 ПП-АНЗ--1,30; ПП-АН4--1, 25; ПП-АН8--1,20;Св-08Г2С--1,10).

Стоимость углекислого газа рассчитывают, исходя из его расхода для принятых режимов сварки.

Время ф для наплавки 1 кг металла определяется по формуле

, ч (84)

где а_н--коэффициент наплавки, г/а-ч; k г-- коэффициент, учитывающий время горения дуги в общем времени сварки (для ручной сварки он принимался равным 0,55; для механизированной-- 0,65).

Во всех случаях в расчетах было принято, что сварщик имеет четвертый разряд.

Заработная плата

, руб., (85)

где рт -- тарифная часовая ставка сварщика.

Дополнительная заработная плата принималась равной 10% основной заработной платы, отчисление на социальное страхование-- 6,1% основной и дополнительной зарплаты.

Затраты на электроэнергию

(86)

где з -- коэффициент полезного действия установки (для сварочных преобразователей он принят равным 0,55; для выпрямителей-- 0,75); 0,02--стоимость 1 квтч электроэнергии.

Амортизационные отчисления Р_а определяются из выражения

, руб., (87)

где р₀ -- стоимость сварочного оборудования, руб.; Тф -- годовой плановый фонд времени оборудования, ч; К -- коэффициент использования планового фонда времени оборудования, учитывающий его простои (в расчете он принят равным 0,75); 0,312-- норма амортизационных отчислений.

Расходы по текущему обслуживанию и ремонту оборудования Рре_М определяются по формуле

, руб., (88)

где 0,2 -- норма отчислений.

Для расчета годового экономического эффекта от внедрения порошковой проволоки пользуются формулой

руб., (89)

где C₁, С₂ -- годовая себестоимость продукции соответственно по базовому и внедряемому вариантам производства, руб.; К₁, К₂ -- капитальные вложения соответственно по базовому и внедряемому вариантам производства, руб.; Еп -- нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (для машиностроения он равен 0,33).

Из сопоставления показателей электродов ОММ-5, АНО-3, АНО-4 и АНО-5 и порошковой проволоки ПП-АН1 (табл.72.) видно, что производительность труда сварщиков при полуавтоматической сварке этой проволокой в 1,8--4, 2 раза выше, чем при сварке покрытыми электродами. Себестоимость 1 кг металла при сварке проволокой ПП-АН1 уменьшается по сравнению с ручной на 10--40%.

Анализ показателей ручной сварки электродами УОНИ-13/55, ДСК-50, СМ-11 и полуавтоматической порошковой проволокой ПП-АНЗ и ПП-АН7 (табл.72) показывает, что порошковая проволока обеспечивает повышение производительности труда в 2--5 раз. Себестоимость 1 кг металла, наплавленного проволокой ПП-АНЗ, почти на 40 % ниже, чем при ручной сварке электродами УОНИ-13/55.

Проплавление основного металла при сварке порошковой проволокой более глубокое по сравнению со сваркой покрытыми электродами. Поэтому за счет уменьшения катетов швов, при соблюдении условия равнопрочности сварных соединений, эффективность применения порошковой проволоки может быть значительно увеличена.

В табл. 74 приведен расчет себестоимости 1 кг металла, наплавленного в углекислом газе порошковой проволокой ПП-АН4 диаметром 2,5 мм и ПП-АН8 диаметром 3,0 мм, а также проволокой сплошного сечения марки Св-08Г2С диаметром 1,6 и 2,0 мм. Себестоимость 1 кг металла, наплавленного порошковой проволокой, несколько выше, чем проволокой Св-08Г2С. Это объясняется более высокой ценой порошковой проволоки. Однако следует учесть, что в расчетах не учтено время, затрачиваемое на удаление брызг электродного металла и механическую обработку швов, которое при сварке проволокой Св-08Г2С диаметром 1,6 и 2,0 мм составляет значительную долю всей трудоемкости сварочных работ. Так, на Днепропетровском заводе им. Бабушкина при изготовлении отдельных металлоконструкций двух сварщиков обслуживает один рабочий по зачистке и доводке сварных швов. При массовом производстве трудоемкость зачистки швов от брызг составляет 30--35% всего объема сварочных работ. На киевском заводе «Красный экскаватор» при замене проволоки Св-08Г2С порошковой ПП-АН8 трудоемкость сварки ковша экскаватора уменьшается только за счет устранения операции по очистке швов от брызг на 25--30%.

Если учесть эти трудозатраты и принять во внимание более высокое качество швов, обеспечиваемое проволокой ПП-АН8, то применение последней (особенно больших диаметров -- 2,5 и 3,0 мм) эффективней и экономичней даже по сравнению с проволокой Св-08Г2С.

Структура себестоимости (%) наплавленного металла приведена в табл. 75.

Таблиця 75

* В числителе -- данные для проволоки диаметром 1,6 мм., в знаменателе--для проволоки диаметром 2 мм.

** В числителе--данные для проволоки ПП-АН4, в знаменателе-- для проволоки ПП-АН8.

Наибольшая доля затрат при ручной сварке приходится на заработную плату, что связано' с ее низкой производительностью. При механизированных способах сварки значительную долю себестоимости наплавленного металла составляют расходы на * сварочные материалы. Снижение себестоимости сварочных работ достигается за счет высокой производительности и уменьшения затрат на заработную плату.

Таблица 76

Приведенные расчеты себестоимости 1 кг наплавленного металла дают общее представление об эффективности отдельных сварочных материалов. Более точны расчеты, выполненные применительно к конкретным видам продукции в условиях данной организации. Так, например, при внедрении порошковой проволоки ПП-АН1 на предприятиях треста «Спецэлеватормельмонтаж» производительность сварки возросла по сравнению с ручной сваркой на 36,8%.

На котельно-механических заводах внедрение порошковой проволоки ПП-1ДСК и ПП-АНЗ производительность сварщика возросла в 1,8--2,0 раза, а экономический эффект от использования каждых 100 т проволоки составил 21 тыс. руб.

На Ждановском заводе металлоконструкций производительность сварочных работ при внедрении порошковой проволоки ПП-АНЗ взамен электродов марок УОНИ-13/55 и ДСК-50 диаметром 5 мм увеличилась в 2--2,5 раза, а при использовании проволоки ПП-АН4 -- в 3--3,5 раза [114]. По данным этого завода, себестоимость 1 кг металла, наплавленного электродами УОНИ-13/55 и ДСК-50 диаметром 5 мм, составляет соответственно 1,32 и 1,29 руб., а наплавленного порошковой проволокой ПП-АНЗ диаметром 3 мм и ПП-АН4 диаметром 2,5 мм -- соответственно 1,03 и 0,79 руб. Экономический эффект от 26 до 50 тыс. руб. на каждые 100 т порошковой проволоки достигается благодаря повышению производительности сварки, коэффициента использования сварочного поста, уменьшения расхода электроэнергии.

По данным завода «Строймонтажконструкция», технологическая себестоимость изготовления 1 т металлоконструкций электролизеров различными способами дуговой сварки составляет: при ручной сварке 9,84 руб., при полуавтоматической сварке порошковой проволокой ЭПС-15/2--7,5 руб., при автоматической сварке под флюсом -- 7,81 руб.

На заводе металлоконструкций им. Бабушкина стоимость 1 кг металла, наплавленного порошковой проволокой ПП-АН8 диаметром 3 мм я электродами РБУ-5 и ДСК-50 диаметром 5,0 мм, соответственно составляет 0,797; 1,38 и 1,27 руб. Только в 1970 г. экономический эффект от применения порошковой проволоки на этом заводе составил 144 тыс. руб.

Широкое внедрение сварки порошковой проволокой на заводах и монтажных площадках позволило получить экономический эффект в размере свыше 40 тыс. руб. от применения каждых 100 т проволоки [152].

6.4 Сварка порошковой проволокой за рубежом

За последнее десятилетие в наиболее развитых в промышленном отношении капиталистических странах наблюдается резкое увеличение объемов производства и потребления порошковой проволоки. Порошковая проволока применяется для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей, высокопрочных и легированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов и т. д.

Наибольшее развитие сварка порошковой проволокой нашла в США. На рис. 133 и в табл. 76 приведены данные Американскогосварочного общества о выпуске различных сварочных материалов и прогнозы развития их производства на 1975-1980 гг. [181]. Как видно из этих данных, уже сейчас сварка порошковой проволокой в США занимает равноправное положение среди других механизированных способов сварки. Предполагается бурный рост производства порошковой проволоки; в США ее выпускают практически все основные фирмы -- производители электродов

Рис. 133. Данные и прогнозы Американского сварочного общества по выпуску основных сварочных материалов.

Таблица 77

Примечание. В числителе - выпуск в тысячах тонн, в знаменателе--в процентах.

Большинство фирм экспортирует свою продукцию или имеют свои отделения за пределами страны.

В настоящее время 30--40% объема производства порошковой проволоки в США приходится на долю сварки самозащитной проволоки и 60--70% на долю сварки в углекислом газе. Большинство фирм выпускает проволоку трубчатой конструкции.

Наиболее часто для полуавтоматической сварки используют проволоку диаметром 2,4--3,2 мм. Для монтажной сварки применяется проволока диаметром 1,6--2,0 мм. позволяющая выполнять сварку в различных пространственных положениях. Для автоматической сварки иногда применяют проволоку большого диаметра -- 4 мм. В 1969 г. Американское сварочное общество разработало стандарт на сварочную порошковую проволоку AWS A5.20-69. По этому стандарту порошковая проволока для сварки малоуглеродистых сталей делится на девять классов: Е60Т-7, Е60Т-8, Е70Т-1, Е70Т-2, Е70Т-3, Е70Т-4, Е70Т-5, Е70Т-6, E70T-G. В табл. 77 приведены механические свойства металла, наплавленного проволокой всех классов, а в табл. 79 -- его химический состав.

Таблица 78

* Сварка выполняется на постоянном т©ке прямой полярности .

** Сварка выполняется на постоянном токе обратной полярности .

*** Для однопроходной сварки.

**** Для многопроходной сварки.

Классификация порошковой проволоки по типу сердечника дана в работе Д.С. Смита [180]. Проволока, применяющаяся с дополнительной защитой углекислым газом, делится на три типа I -- высокорутиловую, II -- известково-рутиловую, III -- карбонатную.

Таблица 79

* Может присутствовать в металле, но не вводится в проволоку специально.

Проволока типа I по своим свойствам подобна рутиловым электродам. В отличие от сварки электродами, при сварке порошковой проволокой можно выполнять угловые швы с меньшим катетом. Большинство изготовителей порошковой проволоки производят высокорутиловую проволоку нескольких марок (класс Е70Т-1), варьируя содержание марганца и кремния в сердечнике. В табл. 80 приведено содержание Мп и Si в металле швов и механические свойства этих швов. Проволока типа II, содержащая окись кальция и двуокись титана в сердечнике, сравнима с низководородными электродами, которые содержат в покрытии около 8% Ті0₂, значительное количество флюоритового концентрата и небольшое-- карбонатов. Эта проволока образует основной шлак, обеспечивает высокую стабильность дуги, незначительное разбрызгивание металла. Сердечник проволоки типа III содержит небольшое количество двуокиси кремния и не содержит⁵ двуокиси титана.

Таблица 80

Проволока типа II и III применяется в основном для сварки низколегированных конструкционных и высокопрочных сталей. Она может быть использована и как самозащитная, однако пластичность швов при этом значительно снижается.

Типичный состав сердечника проволоки трех типов для сварки в углекислом газе и шлаки, образующиеся при их плавлении приведены в табл. 81.

Таблица 81

Примечание. В числителе приведены данные для сердечника, в знаменателе--для шлака.

Самозащитная проволока по составу сердечника делится на четыре типа [180]: I -- флюоритно-алюминиевая, II -- флюоритно-рутиловая, III -- флюоритно-карбонатно-рутиловая,1V-- флюоритно-карбонатная. Наиболее распространена проволока первых двух типов. Состав в весовых частях сердечников и шлаков, образующихся при плавлении самозащитной проволоки, приведен в табл. 82.

Сварка самозащитной проволокой типа I производится на повышенном вылете (6--13 см). При плавлении образуются легкоудаляемые шлаки с низкой плотностью. При сварке такой проволокой выделяется большое количество дыма. Угловые швы имеют благоприятную форму. Проволока Е70Т-4 и Е60Т-8 (тип I) находит применение в машиностроении, строительстве, на монтаже, в полевых условиях, при ремонте дорожных машин и т. д. Проволока класса Е60Т-7 диаметром 2 мм и ниже используется для сварки швов в различных пространственных положениях. Ударная вязкость, особенно при низких температурах, низка.

При расплавлении проволоки типа II (класс Е70Т-3) образуются тяжелые плотные шлаки. Эта проволока предназначена для высокоскоростной автоматической сварки однопроходных угловых швов и реже -- для многопроходной сварки.

Таблица 82

Примечание: В числителе приведены данные для сердечника, в знаменателе-- для шлака.

Сварка металла толщиной 2--3 мм выполняется на следующем режиме: /_св= 500ч600 а; Uд = 26 ч30 в, скорость подачи проволоки диаметром 2,4 мм -- 330--420 м/ч. Проволока флюоритно-рутилового типа рекомендуется для сварки неответственных конструкций. Химический состав и механические свойства металла шва, полученного при сварке проволокой типа I и 11, приведены в табл. 83.

При расплавлении самозащитной флюоритно-карбонатно-рути-ловой проволоки типа III (класс Е70Т-6) образуются тяжелые плотные шлаки. Механические свойства швов, выполненных ею, являются наилучшими по сравнению со свойствами других типов самозащитной проволоки.

Таблица 83

Проволока типа III рекомендуется для сварки высокоуглеродистых, высокосернистых сталей, поскольку она обеспечивает незначительное проплавление. Эта проволока должна найти широкое применение при ремонте отливок. Области применения проволоки типа III аналогичны областям применения проволоки типа I.

При расплавлении проволоки флюоритно-карбонатного типа (класс Е70Т-5) образуется тонкий легкий шлак коричневого цвета.

Рис.134.Сравнительная стоимость 1 кг наплавленного металла [171]:

а -- сварка универсальными электродами рутилового типа; б -- сварка высоко» производительными электродами рутилового типа; в -- сварка в углекислом газе сплошной проволокой диаметром 1,6 мм; г -- сварка под флюсом проволокой диаметром 3,2 мм; д -- сварка порошковой проволокой диаметром 2,8 мм.

Металл швов обладает сравнительно высокой пластичностью при низких температурах. Недостатки проволоки -- повышенное разбрызгивание электродного металла и склонность к образованию дефектов в металле шва. При сварке угловых швов малых катетов часто образуются наплывы. Типичные механические свойства металла, наплавленного проволокой типа III и IV, приведены в табл. 83, а химический состав -- в табл. 84.

Высокая эффективность наряду с хорошим качеством сварных швов способствует проникновению механизированной сварки самозащитной проволокой в самые различные области промышленности. Она получила широкое распространение при сооружении каркасов высотных зданий, спортивных сооружений, мостов, резервуаров. Порошковая проволока применяется для сварки труб, узлов паровых турбин, дорожных машин и т. д. На рис. 134 приведены данные американской фирмы «Маккей» о стоимости 1 кг малоуглеродистого металла, наплавленного различными способами сварки [171]. Стоимость сварки угловых швов порошковой проволокой

Таблица 84

Таблица 85

Таблица 86

ниже, чем стоимость сварки покрытыми электродами, под флюсом и сплошной проволокой в С0₂ (рис. 135).

Основными изготовителями порошковой проволоки в Японии являются фирмы «Ниппон стил» и «Кобе стил». Фирмы выпускают самозащитную проволоку и проволоку для сварки в С0₂. За последние годы наблюдается тенденция увеличения объемов производства самозащитной проволоки.

В Японии сварка порошковой проволокой применяется в строительстве и в судостроении. Она используется также при электрошлаковой сварке и для сварки изделий из легированных сталей.

Самозащитную проволоку марки NA- 50В диаметром 3,2 мм, нашедшую широкое применение в строительстве [174], выпускает фирма «Ниппон стил». При многослойной сварке соединений на вертикальной плоскости применяется следующий режим:/_св = 270 ч 400 а, U_д = 24 ч 28 в, скорость сварки 12--18 м/ч. В нижнем положении сварка выполняется на режиме: /_св= 440 ч490 а, U_д = 28 ч34 в, скорость сварки 12--15 м/ч. Ниже приведен химический состав металла, наплавленного проволокой NA-50B (в %):

Сравнительная стоимость выполнения сварного соединения электродами и порошковой проволокой дана в табл. 85. Сварка производилась в нижнем положении; толщина металла 60 мм, угол разделки кромок 35°. По этим данным стоимость работ при сварке порошковой проволокой NA-50B в 1,4 раза ниже, чем при сварке электродами Д5016.

Фирма «Кобе стил», рекламируя самозащитную порошковую проволоку OW-55 и OW-56, отмечает, что более высокая скорость сварки порошковой проволокой по сравнению с ручной позволяет получить значительный экономический эффект и компенсирует вы сокую стоимость порошковой проволоки. Стоимость 1 кг металла,, наплавленного электродами и порошковой проволокой, соответственно составляет 2,54 и 2,21 доллара.

Рис. 135. Сравнительная стоимость сварки Рис. 136. Сравнение произуглового шва катетом 6 мм и длиной 1 фт водительности Q различных [171]: способов сварки [157] при

а-сварка универсальными электродами; б - по- коэффициенте использования луавтоматическая сварка в углекислом газе про- сварочного поста, равном волокой сплошного сечения; в -- полуавтоматическая сварка под флюсом - 1 (/) и 0 ,5 (//) :; г -- полуавтоматическая сварка порошковой проволокой. 1 -- сварка электродами; 2 - сварка порошковой проволокой в углекислом газе.

Основными производителями порошковой проволоки в Англии являются фирмы «Мюрекс», «Бритиш оксиджен компани», «Рок-велд» и «Линкольн электрик» [1573. Фирма «Роквелд» изготавливает проволоку сложной конструкции (см. рис. 4, ж), остальные -- простой трубчатой формы. В Англии отдается предпочтение порошковой проволоке для сварки в углекислом газе. Лишь одна фирма «Мюрекс» выпускает самозащитную проволоку. Английские специа^-листы предполагают, что дальнейшее развитие сварки порошковой проволокой в Англии пойдет по пути применения самозащитной проволоки.

На рис. 136 приведены данные английской фирмы ^«Роквелд» о производительности сварки электродами и порошковой проволокой. Глубокое проплавление при сварке порошковой проволокой в углекислом газе, по сравнению со сваркой штучными электродами, позволяет уменьшать катет угловых швов на 15--30%, что еще больше повышает производительность. Ниже приведены размеры сопоставимых катетов угловых швов.

Таблица 87

Катет шва, выполнен- Эквивалентный катет ного порошковой про- шва, выполненного волокой, мм покрытыми электродами, мм.

Во Франции порошковую проволоку изготовляют по советской лицензии фирма «Трефилери», а также фирма «САФ». Выпускаемая фирмой «Трефилери» проволока Cysogaz и Cyso-І является фирменными названиями отечественной проволоки ПП-АН4 и ПП-АНЗ. Проволока Cyso-I допущена регистрами Англии, США, ФРГ и Франции, для сварки наиболее ответственных судостроительных конструкций по классу ЗМН.

Фирма «Эрликон» (Швейцария) выпускает для сварки в углекислом газе бесшовную порошковую проволоку (см. рис. 4, а) с сердечником основного и рутилового типа. Отсутствие стыка в оболочке предупреждает высыпание сердечника и проникновение в него влаги, благодаря чему в металле швов содержание водорода невелико. К недостаткам бесшовной проволоки следует отнести необходимость гранулирования шихты и термической обработки проволоки. Учитывая особенности технологии изготовления, весьма трудно ввести в сердечник такой проволоки необходимое количе ство защитных газообразующих материалов и использовать ее без дополнительной защиты.

Рис. 137. Полуавтомат типа Д-128 фирмы «Трефилери».

Рис. 138. Полуавтомат типа AH-50-F фирмы «Аирко».

Таблица 88

* В скобках указаны диаметры проволоки неосновного исполнения.

Фирма «Эрликон» рекламирует 14 марок порошковой проволоки диаметром от 1,2 до 3,2 мм для сварки углеродистых и легированных сталей.

Рис. 139. Сварочная установка фирмы «ЭСАБ» для полуавтоматической сварки порошковой проволокой.

В Швеции порошковую проволоку в основном выпускают фирма «ЭСАБ», в Голландии -- «Смит» и «Филлипс», в Бельгии -- «Аркос» и «Судокей».

В литературе имеются также многочисленные сведения о применении порошковой проволоки в Канаде, ФРГ, Австралии, Дании, Италии и других странах.

Таблица 89

В табл. 90 дана характеристика некоторых зарубежных марок порошковой проволоки, применяющихся с дополнительной защитой углекислым газом

Полуавтомат...