Вибір зварювального дроту

Виробники зварних металоконструкцій постійно намагаються винайти засоби зниження їх собівартості, особливо на фоні наближення вартості металу та витратних матеріалів на ринку України до цін європейських виробників.

Оскільки зварювання є основним технологічним процесом виготовлення металоконструкцій, в більшості випадків саме воно стає головною статтею мінімізації витрат. На жаль багато власників та керівників підприємств вважають, що найбільшу економію вони отримають за рахунок використання найдешевшого зварювального дроту. При цьому зовсім не враховується той факт , що частка вартості зварювального дроту в собівартості металоконструкції складає всього   4 - 5 %, тобто зниження витрат на зварювальний дріт не призведе до якогось помітного зменшення вартості об'єкта в цілому.

Насправді більш дешевий зварювальний дріт може мати суттєво гіршу якість, що на практиці замість економії коштів, навпаки призведе до зниження продуктивності виробництва, збільшення витрат на експлуатацію обладнання, необхідність купівлі запасних частин та витратних матріалів для підтримання зварювального обладнання в належному робочому стані, а також до додаткових витрат на підготовку зварних з'єднань та їх післязварювальну зачистку.

Навпаки якісніший дріт, незважаючи на більш високу ціну, зможе забезпечити дійсну економію коштів за рахунок оптимізації перелічених вище витрат, та підвищення продуктивності праці.

Тому, якщо для підприємства - виробника металоконструкцій, питання загальної вартості зварювальних робіт є актуальним, перш за все треба звернути увагу на якість зварювального дроту. Вибирати дріт правильно не тільки дивлячись на ціну, а обов'язково брати до уваги його зварювально-технологічні властивості, та інші характеристики дроту, які впливають на продуктивність праці, надійність тривалої роботи, та мінімізують витрати на додаткову обробку швів та навколошовної зони після завершення самого процесу зварювання.

Основні зварювально-технологічні властивості дроту такі як здатність рівномірно подаватись, рівень розбризкування, стабільність горіння дуги, першочергово залежать від стану поверхні дроту, його геометричних розмірів, механічних властивостей, а також від спеціальних характеристик, які англійською йменуються як "cast & helix".

Найбільш важливим фактором який впливає на комплекс зварювально-технологічних властивостей зварювального дроту є стан його поверхні. Дріт не повинен мати на поверхні закатів, деформаційних складок, подряпин, залишків окалини, а також залишків волочильного мастила та підмастильного шару. Все це перешкоджає рівномірній, сталій подачі дроту подаючими роликами, суттєво погіршує електричний контакт між поверхнею дроту та струмопідводячим накінечником зварювального пальника, що в результаті призводить до нерівномірного горіння зварювальної дуги, дріт час від часу застрягає в зварювальному пальнику, в шві утворюються дефекти. Разом з порушеннями руху дроту в каналах обладнання обумовленою його неякісною поверхнею, суттєво зростає розбризкування, забруднюються та інтенсивно зношуються робочі елементи напівавтомата - направляючі канали, ролики, струмопідводи

Неметалічні включення та залишки волочильного мастила на поверхні дроту є джерелом виникнення таких дефектів зварного шва, як пори, включення, тріщини, вони також суттєво підвищують виділення диму та зварювального аерозолю які ще більше погіршують свій шкідливий вплив на органи дихання зварника.

Відносно надійним засобом поліпшення якості поверхні зварювального дроту є нанесення на неї мідного покриття. Це покриття дозволяє поліпшити електричний контакт між поверхнею дроту та струмопідводячим накінечником, нівелювати вплив механічних дефектів поверхні готового дроту на його зварювально-технологічні властивості.

Разом з тим неякісна підготовка поверхні дроту перед нанесенням покриття, а також якість самого покриття може суттєво збільшити усі вищезгадані проблеми. Так під час нанесення мідного покриття на поверхню дроту, що має "закатані" неметалічні включення, та залишки окалини, призводить до нерівномірної адгезії міді до стальної поверхні дроту. В процесі зварювання в місцях недостатнього зчеплення мідне покриття починае відставати від поверхні та лущитися, засмічуючи весь тракт подачі дроту в зону горіння зварювальної дуги - ролики, канал пальника, струмопідводячий накінечник тощо. Такий самий негативний ефект має місце в області неякісного очищення поверхні від залишків волочильного мастила.

Відшарування та відлущення мідного покриття під час зберігання обмідненого дроту суттєво пришвидчує процес його корозії. Це пов'язане з тим, що недостатньо зчеплене з поверхнею стального дроту мідне покриття утворює з нею електрохімічну гальванічну пару. Під впливом різниці потенциалів та слабкого перетікання електричного струму в таких місцях процес корозії суттєво прискорюється, причому ділянки з корозією ховаються під мідним покриттям і тому їх не завжди можна виявити візуально.

Також для обмідненого дроту важливим показником є товщина мідного покриття. Стандартами передбачено обмеження максимальної товщини мідного покриття у вигляді відсоткової частки маси мідного покриття до загальної маси дроту. Так багаторічний досвід виробництва обмідненого дроту показує, що сумарний зміст міді (сам дріт + покриття), не повинен перевищувати 0,3% від загальної маси дроту, разом з тим  діючий донині ГОСТ 2246-70 обмежує цю кількість 0,25%. В дійсності виробники обмідненого зварювального дроту прагнуть отримати 0,10 - 0,15 % міді на поверхні керуючись виключно зовнішнім виглядом поверхні дроту, та звертаючи увагу на рівномірність мідного покриття. При цьому для дроту діаметром  1,2 мм, наприклад, товщина шару мідного покриття складає близько 0,16 мкм.

Якщо виникають сумніви відповідності товщини мідного покриття загальноприйнятим нормам або вимогам стандартів, виконується перевірка товщини способом зважування під час якого  мідь видаляється з поверхні зварювального дроту хімічним або електрохімічним травленням.

Найбільш сучасним методом обробки поверхні зварювального дроту, що забезпечує його максимальну чистоту та рівномірність, на сьогодні є електромеханічна або електрохімічна поліровка поверхні з подальшим нанесенням мікроскопічного, або навіть наноскопічного шару токопровідного антифрікційного мастила.

Така обробка дозволяє повністю видалити з поверхні дроту різноманітні включення, залишки волочильного мастила, іржі, а також видалити деформаційні дефекти, які могли виникнути під час волочіння. Під час полірування також виконується додаткове калібрування діаметру дроту Токопровідне антифрікційне покриття, зазвичай є плівкою мікроскопічної товщини, що повністю виключає можливість його відшарування або розриву, тобто проблеми пов'язані з засміченням зварювального обладнання частками міді перестають існувати. Електричний контакт між полірованою поверхнею дроту та накінечником зварювального пальника також суттєво поліпшується. Застосування такого дроту є більш безпечним і з точки зору гігієни зварювального процесу в цілому, оскільки зварювальний аерозоль не містить пару міді.

Зварювальний дріт з полірованою поверхнею зараз випускають практично всі великі виробники зварювальних матеріалів В Україні перший дріт з поліпрованою поверхнею представлений торгівельною маркою ХОРДА

Окрім якості поверхні дроту, всі великі виробники (ESAB, Thissen-Bohler, Lincoln Electric та інші) попри відсутність в стандартах, дотримуються низки інших, нерегламентованих показників якості дроту, які додатково впливають на зварювально-технологічні властивості, а саме:

- відхилення діаметру дроту від номінального (незважаючи на вимоги стандартів виробники витримують ці відхилення в межах не більш ніж - 0,02 мм);

- тимчасовий опір розриву (1300-1500 N/mm² для низьколегованого дроту, та 1600-1800 N/mm² для нержавіючого та високолегованого дроту);

- дрессура дроту (cast & helix);

- вид пакування та його якість;

Більш жорстке дотримання діаметру дроту напряму пов’язане з в внутрішніми стандартами виробників струмопідводячих накінечників. Оскільки ці накінечники зроблені зі сплавів на основі міді (з додаванням хрому, цирконію, вольфраму та ін.) внутрішній діаметр каналу, яким рухається дріт в процесі зварювання, повинен враховувати термічне розширення матеріалу накінечника та самого дроту, який рухається каналом. Діаметр цього каналу в результаті термічного розширення дещо зменшується, а діаметр дроту збільшується. Так, наприклад, для зварювального дроту діаметром 1,2 мм (насправді діаметр дроту дорівнює 1,18-1,19 мм), внутрішній діаметр накінечника дорівнює 1,35-1,38 мм.

Тимчасовий опір розриву не є показником, який якось помітно впливає на характеристики подавання дроту під час зварювання. Єдине, що можна зазначити з цього приводу – дріт не повинен бути м’яким і не повинен бути крихким.

Набагато більш важливим є те, яким чином дріт віддресировано. Дресура – це кількаразове згинання – розгинання дроту в двох взаємно перпендикулярних площинах, яке має на меті вирівнювання (усереднення) механічних властивостей дроту по перерізу та довжині.   Поведінку віддресированого дроту, який виходить з токопідводного накінечника після проходження каналів зварювального обладнання, оцінюють вимірюванням діаметру одного витка, який лежить на рівній плаский поверхні. Так наприклад, більшість провідних виробників вважають, що дріт діаметром 1,2 мм, який намотаний на стандартні котушки діаметром 300 мм, має розпрямлятися при цьому до діаметру 800 мм. Вільні кінці одного витка дроту, який лежить на плаский поверхні не повинні підніматися більше ніж на  20-25 мм. Той самий дріт, який виходить з великогабаритної упаковки - "MarathonPack", "Accu-Trak", "ДіжкаПак" тощо, має укладатися майже прямою лінією, що сприяє ще більш стабільному веденню зварювального процессу.

Пакування дроту є також важливим фактором стабільності та ефективності процесу зварювання.

Зараз переважна більшість виробників поставляє зварювальний дріт намотаним на касети з прецизійною рядною укладкою. Але і тут можуть мати місце деякі відмінності намотки, які можуть бути виявленими тільки під час зварювання. Так наприклад, незважаючи на рядну укладку дроту на касеті, в процесі виконання зварювальних робіт дріт, який виходить зі струмопідводного накінечника, буде постійно змінювати напрям, та примушувати зварника "ловити" вісь шва. Для роботизованого або повністю механізованого зварювання це є взагалі неприпустимим, таким дротом неможливо буде виконувати зварювання. Описане явище виникає, якщо процес намотування дроту на касету виконувався з неправильною попередньою дрессурою, а окремі витки укладалися один до одного примусово, вручну, а не на автоматичному намотувальному пристрої. Дріт, який відповідним чином підготовлений до рядного намотування, самостійно укладається на касету рівномірно виток до витка, та під час зварювання виходить із токопровідного накінечника без постійної зміни напрямку, коливань, забезпечуючи правильнее, якісне  формування шва.

Виробники зварювального дроту пропонують наступні різновиди намотки та пакування:  

D200 – котушка з полістиролу із зовнішнім діаметром 200 мм та отвором діаметром 52 мм під установку на вал механізму подавання дроту. Маса сталевого дроту на котушці дорівнює 5 кг.

D300 – котушка з полістиролу із зовнішнім діаметром 300 мм та отвором діаметром 52 мм під установку на вал механізму подавання дроту. Маса сталевого дроту на котушці дорівнює 15 – 18 кг.

BS200 – каркасна котушка з дроту підвищеної міцності, яка має зовнішній діаметр 200 мм, та отвір діаметром 52 мм під установку на вал механізму подавання дроту. Маса сталевого дроту на котушці дорівнює 5 кг.

BS300 – каркасна котушка з дроту підвищеної міцності, яка має зовнішній діаметр 300 мм, та отвір діаметром 52 мм під установку на вал механізму подавання дроту. Маса сталевого дроту на котушці дорівнює 15 – 18 кг

К415–каркасна котушка з дроту підвищеної міцності, яка має зовнішній діаметр 415 мм, та внутрішній діаметр 300 мм. Встановлюється на спеціальний перехідний адаптер. Маса сталевого дроту на котушці дорівнює 25 - 30 кг.

Зовнішнє пакування котушок це як правило – картонна коробка в середині якої обов’язковим є вологостійкий пакет з полімерної плівки. Вологостікий пакет може бути герметичним або умовно герметичним. Якщо немає гарантії герметичності, в середині пакету обов’язковим є наявність матеріалу який поглинає вологу, яка може утворюватись за умов перепаду температур під час зберігання та транспортування дроту. Найбільш надійним видом пакування є запаювання котушки з дротом в вакуумний пакет з подальшим вкладанням пакету в гофрировану картонну коробку.

Останнім часом все більшу популярність дістає пакування дроту в великогабаритні ємності – діжки з гофрируваного картону, або твердого картону. Дріт в процесі пакування в діжку дресирується, а потім укладається таким чином, щоб його окремі витки вільно виходили з діжки розпрямленими та не мали скручування навколо вісі дроту.

Увага з боку виробників металоконструкцій до поданих вище показників якості зварювального дроту дає можливість забезпечити відповідну якість виконання зварювальних робіт, забезпечити високу продуктивність праці та ефективність виробництва, а в результаті оптимізувати загальні виробничі витрати.