Самозащитная порошковая проволока на магистральных газопроводах

Введение
Актуальность. В настоящее время в нашей стране разрабатывается и реализуется много крупных проектов по строительству и ремонту магистральных и промысловых трубопроводов. При капитальном ремонте магистральных трубопроводов используются различные способы сварки.
Основной задачей всех видов сварки является качественное выполнение сварки неповоротных стыков труб. Главная проблема сварки неповоротных стыков труб заключается в том, что при сварке постоянно изменяется пространственное положение сварочной ванны. На сварочную ванну в каждом пространственном положении действует различный комплекс сил. Это осложняет задачу формирования корневого и последующих слоев шва в связи с возникновением прожогов, наплывов и других дефектов сварного соединения.
В настоящее время особую популярность получили методы сварки самозащитной порошковой проволокой, в связи с чем весьма актуальными являются вопросы их изучения.
Цель данной работы заключается в изучении самозащитной порошковой проволоки, которая применяется на магистральных газопроводах. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- рассмотрено понятие порошковой проволоки;
- описан процесс сварки самозащитной порошковой проволокой;
- перечислены преимущества и недостатки использования самозащитной порошковой проволоки.
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступает магистральный газопровод, а предметом исследования является самозащитная порошковая проволока, применяемая в процессе сварки.
1 Понятие порошковой проволоки
Порошковая проволока представляет из себя электрод, вывернутый наизнанку. Это полая трубка из нелегированной стали, которая заполнена флюсом. Конструкция порошковых проволок бывает различна (см. рисунок 1).
Рисунок 1 – Конструкция порошковых проволок [1]

Каждый вид порошковой проволоки может иметь разный состав флюса. Флюс оказывает влияние на характеристику дуги, на перенос электродного металла. С его помощью можно влиять на формирование сварного шва и на металлургические особенности шва. Процесс сварки порошковой проволокой позволяет при помощи флюса вводить в металл шва легирующие элементы, что невозможно сделать при сварке проволокой сплошного сечения, так как не будет должного контроля за сварочной ванной.
2 Типы порошковой проволоки
Для полуавтоматической сварки в сложных пространственных положениях лучше всего подходит проволока класса E71T-1. Ее быстрозастывающий шлак рутилового типа обеспечивает высокую производительность наплавки при сварке на подъем до 3 кг/час, недоступную ни для одного другого процесса полуавтоматической сварки. Кроме того, проволока E71T-1 также обеспечивает стабильную сварочную дугу и минимальное разбрызгивание даже при использовании 100% двуокиси углерода. Чтобы сделать дугу еще более стабильной и упростить сварку в сложных пространственных положениях, можно использовать газовые смеси аргон/CO2. Именно по этим причинам E71T-1 стала самой популярной порошковой проволокой в мире. Эта проволока рекомендуется для судостроения, сварки конструкционной стали и других задач общего назначения

.
Для полуавтоматической сварки в сложных пространственных положениях без использования защитного газа эффективнее всего оказываются проволоки типа E71T-8. Проволока Coreshield 8 от компании ESAB обеспечивает производительность наплавки до 2 кг/час. При вертикальной сварке на подъем она оказывается на 50% быстрее, чем другие проволоки типа E71T-8. Так как эта проволока самозащитная, ее часто используют под открытым небом и для сварки металлоконструкций в монтажных условиях.
Для полуавтоматической сварки пластин большой толщины в нижнем положении рекомендуются проволоки типа E70T-4. Они обеспечивают самую высокую производительность наплавки среди всех проволок для полуавтоматической сварки - до 18 кг/час. Эта проволока широко применяется для сварки толстопрофильных материалов, когда к ним не предъявляются требования по ударной вязкости. Эта проволока также самозащитная и поэтому может легко использоваться под открытым небом.
Для сварки стали с цинковым или другим покрытием рекомендуется проволока типа E71T-14. Самозащитная проволока E71T-14 содержит вещества, которые взрываются в дуге, удаляя частицы покрытия и тем самым снижая риск последующего растрескивания и пористости. В результате получается обеспечить высокое качество соединения и увеличить скорость сварки. Проволока E71T-14 применяется в автостроительной отрасли при изготовлении оцинкованной стали [2].
3 Процесс сварки самозащитной порошковой проволокой
Сварка самозащитной порошковой проволокой - это полуавтоматический процесс, не требующий внешней газовой защиты сварочной ванны. Сварка самозащитной порошковой проволокой выполняется от источников питания с жесткой внешней характеристикой в комбинации с механизмами подачи проволоки. Комплект оборудования, в целом, сходен с применяющимся для обычной полуавтоматической сварки сплошной проволокой в среде защитных газов. С другой стороны, используемое для этого процесса оборудование, весьма схоже с тем что применяется для выполнения обычной сварки сплошной проволокой в среде защитных газов. Механизм подачи подключается к источнику питания, поставляющему необходимый электрический ток, проволока подается из бухты, закрепленной на механизме подачи. Сварочный ток подводится к проволоке через закрепленный в горелке контактный наконечник. При контакте проволоки со свариваемой деталью дуга инициируется спонтанно [3].
Во время сварки самозащитной порошковой проволокой тепло от дуги приводит к распаду и испарению флюса внутри проволоки, который защищает расплавленный металл от атмосферного воздействия (см. рисунок 2).
Рисунок 2 – Процесс сварки самозащитной порошковой проволокой [2]
Так как ингредиенты флюса включают восстановители и денитрирующие вещества, самозащитная проволока идеально подходит для многих задач в монтажных условиях, особенно при сильном ветре. Кроме того, сварка самозащитной проволокой более мобильна, потому что для нее нужен только механизм подачи проволоки и источник питания на жесткой вольт-амперной характеристике. Для нее не нужны газовые баллоны, редукторы и шланги.
Составляющие флюса в сердечнике играют несколько ролей, в частности:
- они раскисляют и денитрифицируют расплавленный металл;
- образуют защитный шлак, который, помимо прочего, придает форму сварному шву и удерживает расплавленный металл при сварке в сложных пространственных положениях; 
- вводят в сварочный металл определенные легирующие элементы для обеспечения нужных механических характеристик;
- влияют на характеристики сварки (например, глубину проникновения и скорость наплавления) [4]. 
При необходимости в высокопроизводительной наплавке часто применяется большой вылет проволоки (до 10 см)