Проволока сплошного сечения: что влияет на стабильность дуги?

Сварочная дуга и проволока сплошного сечения

Сварочная дуга – это мощный, длительно существующий электрический разряд между электродами в газовой среде, служащий источником тепла при сварке. Для поддержания дуги при процессах сварки плавлением часто используется электродная проволока. Проволока сплошного сечения (она же сварочная проволока, то есть проволока для сварки без порошкового наполнителя) представляет собой металлический пруток определённого диаметра, применяемый при сварке в качестве токоподводящего электрода и одновременно плавящегося присадочного материала. Такая проволока подаётся в зону дуги непрерывно с помощью механизма подачи. В отличие от штучных электродов с покрытием (ММА) или порошковых трубчатых проволок (FCAW), проволока сплошного сечения не содержит флюса – для защиты расплавленного металла от воздуха используется внешний защитный газ. Данный тип проволоки широко применяется в полуавтоматической сварке (MIG/MAG), в автоматизированной сварке под флюсом, а также в роботизированных комплексах.

Сварочная проволока для углеродистой и низколегированной стали

Сплошная проволока для сварки широко применяется при соединении конструкций из углеродистых и низколегированных сталей – от бытового ремонта до промышленного производства. Углеродистая сталь содержит минимум легирующих элементов, тогда как низколегированная сталь включает до ~2,5% специальных добавок (Mn, Ni, Cr и др.) для улучшения свойств. Для сварки этих материалов разработан ряд марок проволоки, выпускаемых по нормативам РФ. Например, ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная» регламентирует состав и размеры проволоки: предусмотрено 17 стандартных диаметров от 0,3 до 12 мм, выбор диаметра производится исходя из толщины свариваемого металла(более тонкая заготовка требует меньший диаметр). Популярной маркой для низкоуглеродистой стали является проволока Св-08Г2С (аналог международного ER70S-6) – омеднённая проволока диаметром ~1 мм для тонколистовой стали, труб и резервуаров, работающих под давлением.

Обычно сварочная проволока для стали выпускается с тонким медным покрытием. Омеднение позволяет снизить разбрызгивание металла примерно на 40%, облегчает протягивание проволоки через кабель-канал подающего механизма и защищает её от коррозии. Благодаря низкому контактному сопротивлению поверхности медная оболочка обеспечивает быстрый поджиг и устойчивое горение дуги с минимальным количеством брызг. Важна и чистота материала: согласно требованиям стандарта, на проволоке допускаются лишь следы технологической смазки (не более 0,05% от массы для марки Св-08Г2С), так как избыток смазки приводит к повышенному разбрызгиванию и дефектам шва. Современные производители учитывают эти нормы: ведётся выпуск проволок с особо чистой полированной поверхностью без омеднения. Новые технологии волочения позволяют наносить прозрачное защитное покрытие против ржавления, которое одновременно обеспечивает отличное зажигание дуги. Практика показала, что использование проволоки сплошного сечения с полированной поверхностью снижает потери металла на разбрызгивание (до ~25%) и обеспечивает стабильное горение дуги за счёт непрерывной подачи проволоки даже на высоких токах. Таким образом, качество и стандартизация присадочной проволоки напрямую влияют на стабильность сварочного процесса.

Факторы, влияющие на стабильность дуги

На стабильность сварочной дуги при работе проволокой сплошного сечения влияет совокупность параметров. В частности, отмечено, что состояние поверхности проволоки оказывает серьёзное влияние на устойчивость горения дуги, качество формирования шва и уровень разбрызгивания, а также на надёжность работы сварочных полуавтоматов и роботизированных комплексов. Ниже перечислены основные факторы, которые необходимо учитывать для обеспечения стабильной дуги:

• Свойства проволоки (диаметр, материал, покрытие). Диаметр проволоки должен соответствовать режиму сварки. Проволока меньшего диаметра обеспечивает более лёгкий поджиг и более стабильное горение дуги при невысоких токах, с меньшим разбрызгиванием металла. Напротив, при работе с проволокой большого диаметра требуется повышенный сварочный ток – если ток слишком мал, толстый электрод может приводить к прерыванию дуги и «залипанию» проволоки в шве. Также материал и состав проволоки влияют на процесс горения дуги: омеднённая стальная проволока благодаря проводящему покрытию способствует более устойчивой дуге. Чем чище поверхность проволоки, тем равномернее она подаётся – отсутствие ржавчины и излишков смазки предотвращает колебания дуги и лишние брызги. Например, полированная (неомеднённая) проволока с высокой чистотой обеспечивает непрерывную подачу без истирания, что заметно стабилизирует дугу на форсированных режимах.

• Режим сварки (ток, напряжение, вылет). Сварочные параметры необходимо настраивать под используемую проволоку. Недостаточная сила тока для данного диаметра приводит к неустойчивому горению дуги – проволока может не расплавляться своевременно и залипать в сварочной ванне. С другой стороны, чрезмерно высокие ток или дуговое напряжение вызывают турбулентное распыление капель металла и усиливают разбрызгивание. Важна также длина свободного вылета проволоки (расстояние от контактного наконечника до изделия): при чрезмерно длинном вылете напряжение дуги возрастает, а ток падает, из-за чего дуга теряет устойчивость и появляются всплески брызг.

• Защитный газ и окружающая среда. Для проволоки сплошного сечения критически важна газовая защита дуги. Состав газа влияет на характер и устойчивость горения: например, чистый двуокись углерода (CO₂) даёт глубокое проплавление, но формирует менее стабильную дугу с большим количеством брызг по сравнению с аргосодержащими смесями. Добавление аргона (Ar) в смесь заметно улучшает стабильность дуги и снижает разбрызгивание. Также необходимо поддерживать достаточный расход газа и защищать зону сварки от ветра. Если поток защитного газа недостаточен или газовый пузырь сдувается ветром, в дугу попадают кислород и азот из воздуха – это сразу делает её нестабильной, вызывает пористость шва и прерывание горения. При сварке на открытом воздухе рекомендуется использовать экраны или увеличивать подачу газа, чтобы дуга не «задыхалась».

Качество проволоки и оборудования. Надёжность работы всего сварочного комплекса влияет на устойчивость дуги не менее, чем материалы и настройки. Проволока от проверенного производителя, изготовленная по стандарту (с соблюдением допусков диаметра, правильным хим-составом и чистой поверхностью), будет плавно подаваться и ровно плавиться. Некачественная проволока с отклонениями в толщине или загрязнениями может застревать в подающем шланге, вызывая рывки подачи и колебания тока. Существующие метизные заводы в прошлом не всегда обеспечивали особо чистую поверхность проволоки, и потребителям приходилось дополнительно перематывать и очищать омеднённую проволоку перед сваркой. Теперь эти проблемы решаются на этапе производства: применение проволоки с полированной микроповерхностью снижает истирание мягкого медного покрытия в каналах, продлевает срок службы контактных наконечников и исключает внеплановые остановки на очистку оборудования. Кроме того, современный инверторный источник питания с функциями стабилизации дуги (например, импульсный режим) и исправный механизм подачи проволоки помогают поддерживать ровную дугу. В автоматизированной и особенно в роботизированной сварке стабильная подача тока и проволоки без сбоев особенно важна, так как любой сбой дуги может остановить процесс.