Наплавочные порошковые проволоки и электроды большого (4…6 мм) диаметра характеризуются высокой производительностью и большой проплавляющей способностью, но не обеспечивают достаточно однородный наплавленный металл по причине различной скорости расплавления металлической оболочки и низкоэлекропроводной шихты.

Рисунок 1 - Сечение композиционного порошкового электрода: 1 – металлическая оболочка; 2 – шихта; 3 – металлические стержни; L = l + 2 (d+t) – ширина электрода; B = d + 3t – толщина электрода; l – расстояние между центрами стержней; d – диаметр стержней; t –толщина оболочки.

Улучшить процесс расплавления наполнителя и повысить производительность наплавки порошковыми проволоками и электродами можно введением в полость их оболочек контактирующих с ними металлических сердечников, по которым протекает часть сварочного тока. Но известные конструкции электродных материалов с металлическими сердечниками, благодаря максимальной проплавляющей способности, нашли большее применение в сварке, чем в наплавке.

Уменьшить проплавление металла изделия и получить при высокой производительности однородный и качественный наплавленный металл можно при использовании композиционного порошкового наплавочного электрода новой конструкции (патент РФ № 2152860), рис. 1.

Рисунок 2 - Зависимость доли участия основного металла в наплавленном 0 (сплошные) и массы наплавленного в час металла G (прерывистые) от сварочного тока Iсв: 1 – покрытый электрод диаметром 4 мм; 2 – композиционный порошковый электрод с сердечниками диаметром 2 мм (самозащитный вариант).

Электрод содержит металлическую оболочку, внутри которой в контакте с ней установлены проволочные сердечники диаметром (d) 1…5 мм и размещена шихта. Оболочка выполнена в форме плоской полости с нахлестом кромок в верхней ее части, позволяющим исключить гидратацию шихты. Два сердечника размещены в оболочке на расстоянии между их центрами 2d…4d, что вызывает эффект перемещения дуги с одного сердечника на другой при блуждающем катодном пятне на сварочной ванне. Это способствует попеременному или совместному плавлению обоих стержней, оболочки и шихты, а также влияя на перераспределение тепловой мощности в зоне плавления, приводит к уменьшению проплавления основного металла и обеспечивает высокое качество наплавленного. Расстояние между центрами сердечников менее 2d обусловливает существование на них общей мощной дуги, что повышает проплавление изделия, а увеличение этого расстояния более 4d дестабилизирует дуговой процесс, что сказывается на равномерности расплавления компонентов электрода. Уменьшать диаметры сердечников менее 2 мм нецелесообразно по причине сильного снижения коэффициента заполнения электрода и усложнения технологии его изготовления.

Исследование наплавки композиционного порошкового электрода в процессе электрошлаковой позволяет, кроме увеличения производительности, перераспределить выделяемое в шлаковой ванне тепло. При этом не происходит локального перегрева шлака в приэлектродном объеме шлаковой ванны. В ней с некоторым опережением плавится оболочка электрода и шихта, а затем сердечники. Между сердечниками под влиянием магнитных полей интенсивно движется шлак, что выравнивает температуру ванны в зоне плавления электрода и исключает ее перегрев и выплеск.

Дуговая наплавка композиционным порошковым электродом, в сравнении с наплавкой покрытым электродом, характеризуется меньшим проплавлением, почти двукратным увеличением сварочного тока и, соответственно, массы наплавленного в единицу времени металла (рис. 2).