Модуль мульти-подачи подогретой присадочной проволоки для автомата сварки под слоем флюса

Метод увеличения коэффициента наплавки и, как следствие, производительности путем подачи в сварочную ванну дополнительного присадочного материала был известен достаточно давно - с середины 80-х годов прошлого века. Сущность метода заключена в том, что в сформированную дугой сварочного автомата ванну дополнительно подается присадочный материал, который при расплавлении в ванне увеличивает объем наплавленного металла, и при этом он может регулировать отвод тепла (забирать часть тепла сварочной ванны на расплавление). Изначально применения этого метода заключалось в  засыпании рубленной сварочной проволоки с зазор сварочного шва – способ сварки с МХП (металлохимической присадкой). Недостатки такого способа крылись в самом способе приготовления МХП и в неравномерности ее засыпки и, соответственно, в  отсутствии возможности регулировать погонную энергию процесса сварки (процесс отведения тепла), а также в выгорании легирующих элементов под воздействием сварочной дуги. При приготовлении МХП отсутствовала методика, гарантирующая  стабильное содержание двуокиси  титана 0,3%. На практике применялся такой способ изготовления МХП как так называемое "опудривание "- смешивание рубленной крупки с TiO2 в смесителе "пьяной бочке", а затем ее просеивание на сите, что не могло гарантировать стабильность МХП и соответственно в последствии химическую однородность наплавленного металла, далее структуры и соответственно механических свойств.

Следующим этапом развития этого метода и попыткой перейти к контролируемому процессу стала подача дополнительного присадочного материала в виде проволоки, где объем присадочного материала можно было регулировать диаметром присадки и скоростью ее подачи.

В середине 90-х годов было изготовлено специализированное экспериментальное оборудование и проведены первые натурные испытания с участием МВТУ им. Баумана и АО ЦТСС, они проводились на базе судостроительного предприятия - АО ПО «Севмаш», г. Северодвинск. Испытания проводились путем подачи в сварочную ванну одной холодной или слабо нагретой (до 200⁰С) присадочной проволоки диаметром 2 мм. Полученные практические результаты подтверждали теоритические предпосылки по значительному увеличению производительности известного процесса сварки под слоем флюса. На момент проведения испытаний уровень развития техники не позволил обеспечить приемлемый вес сварочной установки и удобство ее эксплуатации, что вызвало принципиальное неприятие со стороны сварщиков и представителей потенциального заказчика оборудования, и испытания, а также развитие дальнейших исследований этого способа были прекращены.

В течение последних 5 лет экспериментальное продолжение исследования способа сварки с контролируемой подачи присадочной проволоки в сварочную ванну было возобновлено на научной базе кафедры сварки МВТУ им. Баумана. Принципиальное отличие от  первых экспериментов заключилось в применении одной сильно нагретой присадочной проволоки (до 1200⁰С), но сохранился старый зависимый метод подачи присадочной проволоки в сварочную ванну, где скорость подачи непосредственно была связана со скоростью ее нагрева (применялся трансформаторный источник). Также принципиально оборудование осталось узкоспециализированным и достаточно громоздким и неудобным для последующего промышленного применения.

Тем не менее, в процессе проведенных испытаний и исследований были отмечены дополнительные преимущества способа сварки с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну – возможность проводить микролегирование состава металла сварного шва. Интерес к практическому применению такого способа сварки проявили отраслевые потенциальные заказчики – представители мостостроительных предприятий (в лице МО-4 филиал ПАО «Мостотрест»), а также судостроительные предприятия (в лице АО ПО «Севмаш»). Особенный интерес в применении такого способа сварки вызывает потенциальная возможность значительно увеличить производительность процесса сварки при работе с хладостойкими легированными конструкционными марками стали, которые стали широко применяться при проектировании мостовых сооружений и платформ для освоения арктического шельфа. Металл дополнительной присадки, в отличие от металла электрода, не претерпевает высокотемпературный нагрев в дуге, за счет чего значительно уменьшается выгорание активных легирующих и модифицирующих элементов, например алюминия, титана, ванадия, циркония, а также уменьшается насыщение сварочной ванны водородом. При вводе нагретой присадки избыточная теплота сварочной ванны расходуется на расплавление присадки, что в сочетании с вводом модификаторов эффективно измельчает кристаллиты в шве. Эффективность такого способа легирования   при сварке аустенитных, бейнитных и мартенситных сталей ранее была доказана в ряде научных работ.

При всей перспективности применения описанной технологии сварки под флюсом с подачей горячей присадки ее практическое использование до недавнего времени было невозможно в виду отсутствия необходимого оборудования.

Реализация применения технологии:

В середине 2017 года нами была сформулирована задача по созданию модуля подачи присадочной проволоки для его установки на стандартное сварочное оборудование для автоматической сварки под слоем флюса. Во главу угла ставилась задача универсальности использования оборудования, его удобство, компактность и надежность.

Нами был предложен новый интересный подход – подача не одной, а двух присадочных проволок меньшего диаметра в хвост сварочной ванны. Предлагаемое решение потребовало дополнительного изучения новых параметров, таких как расстояние между присадочными проволоками, углы их ввода и способы их равномерного нагрева. В качестве основных весомых аргументов для использования не одной, а двух присадочных проволок были следующие преимущества:

1. Удобство компоновки и сохранении развесовки сварочного оборудования.

2. Возможность применения не 15 кг кассет для присадки, а 5 кг – соответственно снижение веса снаряженного оборудования (что очень важно при его монтажной эксплуатации).

3. Более равномерное плавление более тонких проволок и за счет расширения зоны их ввода в сварочную ванну контроль за микролегированием в зонах сплавления с основным металлом.

4. Уменьшение мощности, габаритов и соответственно веса источника подогрева.

5. Гарантированное обеспечение угла сопряжения усиления облицовочного шва с основным металлом, что уберет необходимость в дополнительной зачистке. (сейчас это требование СТО 005 зачастую игнорируется даже технадзором из-за сложности контроля, в настоящий момент это требование выполняется путем дополнительной зачистки).

К концу 2017 года нами был получен первый опытный образец сварочного автомата с модулем подачи 2-х горячих присадочных проволок и был проведен ряд  практических экспериментов на производственной базе МО-4 ПАО «Мостотрест».

Результаты первых экспериментов подтвердили, что после промышленного внедрения описываемого способа сварки производительность сварки хладостойких легированных конструкционных сталей будет увеличена более чем на 30% при обеспечении необходимого уровня механических свойств металла шва и околошовной зоны.

В настоящее время испытания находятся в стадии отработки технологии, сварки контрольных образцов и подготовки к дальнейшей аттестации. На этом этапе тесно сотрудничество ведется с кафедрой сварки МВТУ им. Баумана.

После завершения цикла испытаний нашему партнеру будут выданы рекомендации по отработанным техническим параметрам для оптимизации компоновки оборудования и изготовлению предсерийного образца.

Планируемый срок получения готового к серийному производству оборудования – конец 2018 года.

Техническое решение запатентовано!