Для электрошлаковой сварки каких металлов применяют окислительные флюсы

Обновлено: 21.09.2024

Сварочными флюсами называют специально приготовленные неметаллические гранулированные порошки с размером отдельных зерен 0,25—4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы, рас плавляясь, создают газовый и шлаковый купол над зоной сва рочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне образуют на поверх иости шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, сера, фосфор, газы.

В зависимости от свариваемых металлов и требований, предъ являемых при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые различные композиции. Флюсы принято разделять в зависимости от способа их изготовления, назначения и химического состава. По способу изготовления флюсы разделяют па нсплавленые (керамические) и плавленые.

Технология изготовления керамических флюсов сходна с технологией изготовления покрытий электродов. Сухие компоненты шихты замешивают на жидком стекле; полученную массу измельчают путем продавливання ее через сетку на специальном устройстве типа мясорубки, сушат, прокаливают при тех же режимах, что и электродные покрытия, и просеивают для получения частиц зерен определенного размера. Частицы сухой смеси компонентов могут скрепляться спеканием при повышенных температурах без расплавления. Полученные комки гранулируют до необходимого размера (так называемые спеченные флюсы).

Неплавленые флюсы могут быть приготовлены и в виде пропой механической смеси (флюсы — смеси). Из группы неплавле - IIих флюсов наибольшее распространение получили керамические флюсы, состав которых близок к составу покрытий основного типа. Легирование металла такими флюсами достигается введением в лих необходимых ферросплавов. Флюсы при изготовлении ие подвергаются операции расплавления, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других легирующих элементов может быть различным, что позволяет легко получать любой требуемый состав металла наплавки.

Эта особенность флюсов является главным их преимуществом. Однако при использовании таких флюсов химический состав металла шва сильно зависит от режима сварки. Изменение величины сварочного тока, и особенно напряжения дуги, изменяет соотношение масс расплавленных флюса и металла, а следовательно, и сос тав металла шва, который может быть неоднородным даже по длине шва.

Керамические флюсы обладают и другим серьезным недостатке]1.! - - легко разрушаются вследствие малой механической прочности его частиц, что делает его разнородным по размерам. Эти флюсы имеют большую стоимость и при сварке обычных сталей не применяются. Основная область их использования — сварка высоколегированных специальных сталей и поплавочные работы.

Плавленые флюсы представляют собой сплавы окислов и солей металлов. Процесс изготовления их включает следующие стадии: расчет и подготовку шихты, выплавку флюса, грануляцию, сушку после мокрой грануляции и просеивание. Предварительно измельченные и взвешенные в заданной пропорции компоненты смешивают и загружают в дуговые или пламенные печи. После расплавления и выдержки, необходимой для завершения реакций, жидкий флюс при температуре около 1400° С выпускают из печи.

Грануляцию можно осуществлять сухим и мокрым способами. При сухом способе флюс выливают в металлические формы, после остывания отливку дробят в валках до крупки размерами 0,1—3 мм, затем просеивают. Сухую грануляцию применяют для гигроскопичных флюсов (содержащих большое количество фтористых и хлористых солей). Преимущественно это флюсы для сварки алюминиевых и титановых сплавов. При мокром способе грануляции выпускаемый из печи тонкой струей жидкий флюс направляют в бак с проточной водой. В некоторых слу - чпих струю флюса дополнительно над поверхностью воды разбивают сильной струей воды.

Высушенную при температуре 250—350° С массу дробят и пропускают через два сита с 16 и 400 отверстиями на 1 см2. Остаток на втором сите представляет собой готовый флюс. Обычно ото неровные зерна от свеглй-серого до красно-бурого или коричневого цвета (в зависимости от состава).

Хранят и транспортируют флюсы в стальных бочках, полиэтиленовых мешках и другой герметичной таре.

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в том, что плавленый флюс не может содержать легирующих элементов в чистом виде, в процессе выплавки они неизбежно окислятся. Легирование плавлеными флюсами происходит путем восстановления элементов из окислов, находящихся во флюсе.

В основу классификации флюсов по химическому составу положено содержание в них окислов и солей металлов. Различают окислительные флюсы, содержащие в основном окислы МпО и Si02. Для получения необходимых свойств флюса в него вводят и другие составляющие, например плавиковый шиат, а также весьма прочные окислы СаО, MgO, А1203, которые в сварочных условиях практически не реагируют с металлом.

Чем больше содержится во флюсе МпО и Si02, тем сильнее флюс может легировать металл кремнием и марганцем, но и одновременно тем сильнее он окисляет металл. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше должно содержаться во флюсе МпО и Si02, в противном случае недопустимо возрастает окисление легирующих элементов в стали; нежелательны* может быть и дополнительное легирование металла кремнием и марганцем. Поэтому окислительные флюсы преимущественно применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Безокнсли - тельные флюсы практически не содержат окислов кремния и марганца или содержат их в небольших количествах. В них входят фториды СаГ2 и прочные окислы металлов. Их преимущественно используют для сварки высоколегированных сталей.

Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидпых и хло - ридных солей металлов, а также других составляющих, не содержащих кислород. Их используют для сварки химически активных металлов (алюминия, титана и др.).

В связи с широким применением плавленых флюсов на основные марки флюсов существует ГОСТ 9087—69 «Флюсы сварочные плавленые», в котором регламентирован химический состав 10 марок плавленых флюсов, указаны цвет, строение и размеры зерна и даны рекомендации по области их применения (табл. 19).

Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не толі, ко по размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса — стекловидного или пемзовидного характера. Строение зерен флюса зависит от состава расплава флюса, степени перегрева в момент выпуска в воду, в связи с чем флюс может получиться плотным, с прозрачными зернами — «стекловидный», либо пористым, рыхлым — «пемзовидным». Пемзовидный флюс при том же составе имеет в 1,5—2 раза меньший удельный вес. Эти флюсы хуже защищают металл от действия воздуха, но обеспечивают лучшее формирование швов при больших силах тока и скоростях сварки.

Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки. Характеристика, классификация

Сварочный флюс – гранулированный порошок с размером зерен 0,2–4 мм,предназначенный для подачи в зону горения дуги при сварке. Под действием высокой температуры флюс расплавляется, при этом:

создает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны;
обеспечивает стабильность горения дуги и переноса электродного металла в сварочную ванну;
обеспечивает требуемые свойства сварного соединения;
выводит вредные примеси в шлаковую корку.

Сварочные флюсы классифицируются по технологии производства, химическому составу, назначению и др. характеристикам.

По способу производства сварочные флюсы делятся на плавленые и керамические (неплавленые). Рудоминеральные компоненты плавленых флюсов расплавляются в печи, а затем гранулируются, подвергаются прокалке и фракционированию. Керамические флюсы представляют собой сухие смеси компонентов, получаемые в результате смешивания минералов и ферросплавов с жидким стеклом с дальнейшей сушкой, прокалкой и фракционированием. Наиболее распространенными являются плавленые флюсы.

В зависимости от химического состава флюсы бывают оксидные, солеоксидные и солевые.

Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фторидных соединений. Они предназначены для сварки низколегированных и фтористых сталей. Оскидные флюсы по содержанию SiO2 подразделяются на бескремнистые (содержание SiO2 меньше 5%), низкокремнистые (6–35% SiO2), высоко кремнистые (содержание SiO2 больше 35%), а по содержанию марганца – на без марганцевые (содержание марганца меньше 1%), низко марганцевые (меньше 10% марганца), средне марганцевые (10–30% марганца) и высоко марганцевые (более 30% марганца).

Солеоксидные (смешанные) флюсы по сравнению с оксидными содержат меньше оксидов и большее количество солей. Количество SiO2 в них снижено до 15–30%, MnO до 1–9%, а содержание CaF2 увеличено до 12–30%. Солеоксидные флюсы используются для сварки легированных сталей.

Солевые флюсы не содержат оксидов и состоят из хлоридов и фторидовNaF, CaF2, BaCl2 и др. Они применяются для сварки активных металлов, а также для электрошлакового переплава.

Флюсы могут предназначаться для сварки высоколегированных сталей, углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов.

По строению зерен (частиц) сварочный флюс может быть стекловидным, пемзовидным или цементированным.

Химическая активность флюса – одна из его важных характеристик, определяемая по суммарной окислительной способности. Показателем активности флюса служит относительная величина Аф со значением от 0 до 1. В зависимости от химической активности флюсы подразделяются на четыре вида:

высокоактивные (Аф > 0,6);
активные (Аф от 0,3 до 0,6);
малоактивные (Аф от 0,1 до 0,3);
пассивные (Аф < 0,1).

Флюсы для сварки низкоуглеродистых сталей

Наиболее распространенными отечественными флюсами для сварки низкоуглеродистых сталей являются следующие:

высококремнистые высокомарганцевые – стекловидные АН-348, АНЦ-1, ОСЦ-45,ФЦ-3, ФЦ-6, ФЦ-9 и пемзовидный АН-60; химическая активность Аф – от 0,75 до 0,9;
высоко кремнистые средне марганцевые стекловидные АН-1, АН-65, ФЦ-7; химическая активность Аф – от 0,75 до 0,9;
высоко кремнистый низко марганцевый флюс ФВТ-4 (стекловидный); химическая активность Аф = 0,6;

Флюсы для сварки низколегированных сталей

При сварке низколегированных сталей используются флюсы с более низкой химической активностью (Аф от 0,3 до 0,6), чем при сварке низкоуглеродистых сталей. В них содержится меньшее количество оксидов SiO2 и MnO и большее количество CaF2 и СаО. За счет меньшей активности сварочного флюса снижается окисление легирующих элементов в стали и улучшается пластичность шва, однако при этом несколько ухудшается формирование шва, повышается вероятность порообразования.

Наиболее распространенные отечественные флюсы для сварки низколегированных сталей:

низко кремнистые низко марганцевые – ФЦ-11, ФЦ-15, ФЦ-16, ФЦ-22, ФВТ-1,АН-43;
низко кремнистые средне-марганцевые – АН-42, АН-47.

Флюсы для сварки средне- и высоколегированных сталей

При сварке средне- и высоколегированных сталей обычно используются малоактивные флюсы (Аф от 0,1 до 0,3). В них содержится еще меньшее количествоSiO2, практически отсутствует MnO, содержание CaO – от 8 до 20%, CaF2 – от 20 до 60% (для более легированных сталей содержание CaF2 во флюсе повышается).

Известные отечественные флюсы для сварки средне- и высоколегированных сталей:

малоактивные – АН-15, АН-17, АН-18, АН-20, АН-45, АВ-5, ФЦ-17, ФЦ-19,НФ-18, ОФ-6;
активный сварочный флюс АН-26 (Аф составляет около 0,5).

Флюсы для сварки активных металлов

Для сварки активных металлов, например, титана, применяются полностью солевые флюсы. В них не добавляются оксиды, поскольку это приводит к загрязнению швов кислородом и резкому снижению их пластичности. Флюсы производят на основе фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов,например, с таким составом: 85–95% CaF2, 0–19% BaCl, 1–6% NaCl, 0-4% CaCl.

Производство флюса

Технология производства плавленого сварочного флюса включает следующие этапы технологии производства:

Подготовка шихты
Выплавка флюса
Грануляция
Обработка
Контроль качества произведенного флюса
Упаковка

Компоненты флюса должны храниться раздельно по партиям согласно нормативно-технической документации. При подготовке шихты выполняются крупное,среднее и мелкое дробление кусковых компонентов, их мойка и сушка. Далее производятся их взвешивание, дозировка согласно рецепту и смешивание.

Выплавка флюса осуществляется в электродуговых или газопламенных печах.Сварочный флюс после выплавки в газопламенной печи всегда гранулируется мокрым способом и получается стекловидным, а флюс, выплавленный в электродуговой печи может гранулироваться сухим способом и быть пемзовидным.

Грануляция флюса может выполняться мокрым и сухим способом. При мокрой грануляции расплав выливается в наполненный водой бассейн и при соприкосновении с холодной водой делится на мелкие частицы. При сухом способе грануляции расплав сливают в металлический поддон или изложницу с последующим дроблением слитка.

При обработке флюса выполняются его сушка, дробление и просеивание. По окончании просеивания мелкую и крупную фракции, не соответствующие ТУ,возвращают на переплав.

При контроле качества флюса проверяются размер зерен, удельный вес, химический состав, влажность и другие характеристики.

Упаковка флюса может осуществляться в полиэтиленовые мешки, пятислойные бумажные мешки, металлические барабаны или ящики.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Флюсы, применяемые при электрошлаковой сварке

Сварочный флюс должен удовлетворять определенным требованиям, которые можно разделить на две самостоятельные группы: металлургические и технологические. Значение этих требований неодинаково и меняется в зависимости от способа сварки.

При обычной сварке под флюсом наиболее важными являются металлургические требования. Это обусловлено тем, что в процессе дуговой сварки протекают реакции химического взаимодействия между шлаком и жидким металлом, которые оказывают существенное влияние на состав, структуру и механические свойства металла шва, а также на его склонность к образованию пор и горячих трещин.

При электрошлаковой сварке реакции взаимодействия между шлаком и металлом протекают значительно слабее. Только в случае электрошлаковой сварки на постоянном токе, когда к обычным химическим реакциям между шлаком и металлом присоединяется электролитический процесс — электролиз, интенсивность взаимодействия между шлаком и металлом может быть равна или даже выше, чем в случае обычной сварки под флюсом.

При электрошлаковой сварке интенсивность реакций взаимодействия между шлаком и металлом настолько низка, что изменение химического состава флюса в широких пределах вызывает лишь незначительное изменение химического состава металла шва. В силу этого при электрошлаковой сварке решающим фактором, определяющим пригодность флюса, становятся технологические требования.

Пригодным будет прежде всего тот флюс, который при нормальном сочетании составляющих компонентов исключает разбрызгивание шлака и обеспечивает устойчивый режим сварки.

Устойчивость электрошлакового процесса определяется электропроводностью флюса. Чем выше электропроводность флюса, тем устойчивее будет процесс электрошлаковой сварки.

Но при чрезмерном повышении электропроводности флюса, предназначенного для электрошлаковой сварки, уменьшается выделение тепла в шлаковой ванне и тем самым затрудняется проплавление свариваемых кромок.

Так, например, керамические флюсы, которые из-за наличия в их составе значительного количества ферросплавов обладают высокой электропроводностью, менее пригодны для электрошлаковой сварки, чем обычные плавленые флюсы.

Современные сварочные флюсы представляют собой силикаты, содержащие в своем составе сочетание различных количеств Si0₂, А1₂3, CaO, MgO, МпО и CaF₂. При таком составе те физические свойства флюса, которые определяют устойчивость электрошлакового процесса, а следовательно, и пригодность флюса для электрошлаковой сварки, зависят прежде всего от содержания в нем кремнезема.

В настоящее время имеется немало данных, свидетельствующих о том, что электропроводность силикатов типа сварочных флюсов заметно понижается с увеличением в них концентрации Si0₂. Обусловлено это тем, что чистый кремнезем практически не диссоциирует на ионы.

Существенное значение здесь имеет и то обстоятельство, что с ростом содержания Si0₂ повышается вязкость силикатов. Электропроводность, как известно, зависит не только от числа ионов, но и от коэффициента внутреннего трения среды, в которой они перемещаются.

На устойчивость процесса электрошлаковой сварки влияет также плавиковый шпат CaF₂. С увеличением во флюсе содержания CaF₂ улучшается устойчивость процесса электрошлаковой сварки. Следует, однако, иметь в виду, что увеличение CaF₂ во флюсе требует снижения напряжения сварки.

В случае применения фторидных флюсов, которые представляют собой чистый плавиковый шпат либо сплав его с небольшими добавками Si0₂, CaO, А1₂0₃ и др., напряжение сварки должно быть не выше 30—32В. Иначе появляются вспышки дугового разряда, которые при дальнейшем повышении напряжения сварки учащаются и выходят на поверхность шлаковой ванны, образуя открытый дуговой процесс.

Второе технологическое требование, которое предъявляется к флюсу, предназначенному для электрошлаковой сварки, сводится к тому, что он в расплавленном состоянии не должен иметь высокую вязкость, так как чрезмерно высокая вязкость шлака способствует образованию подрезов и шлаковых включений.

Не следует также применять флюс, дающий очень жидкотекучий шлак, который может протекать в зазоры между формирующимися приспособлениями и поверхностью свариваемого изделия. Это приведет к нарушению процесса сварки.

Вязкость современных сварочных флюсов определяется в основном содержанием в них кремнезема и окиси кальция. Чем больше во флюсе содержится Si0₂ и меньше СаО, тем выше его вязкость. Следовательно, во флюсах, предназначенных для электрошлаковой сварки, необходимо снижать содержание Si0₂ и повышать СаО.

При электрошлаковой сварке значительно возрастает объем металла, нагреваемого до высоких температур. Это намного замедляет охлаждение шва и тем самым увеличивает время пребывания при высоких температурах поверхности усиления шва в контакте с образующейся на нем шлаковой коркой, а следовательно, увеличивается время химического взаимодействия между поверхностью металла шва и шлаковой коркой.

В результате на поверхности металла шва толщина окисной пленки становится больше. С увеличением же толщины окисной пленки усиливается сцепление шлаковой корки с поверхностью металла шва.

Таким образом, при электрошлаковой сварке создаются условия, способствующие сцеплению шлака с поверхностью металла шва. В силу этого ухудшается отделимость шлаковой корки. На поверхности шва остается шлак, который при остывании скалывается и отлетает с такой силой, что может травмировать работающих.

Следовательно, хорошая отделимость шлаковой корки является третьим требованием, которое следует предъявлять к флюсу, предназначенному для электрошлаковой сварки.

Отделимость шлаковой корки зависит прежде всего от содержания во флюсе окислов марганца, особенно высшего порядка. Чем меньше во флюсе таких окислов марганца, как Мп₂0з и МпО, тем лучше отделяется шлаковая корка.

Из специально разработанных для электрошлаковой сварки флюсов в настоящее время применяются флюсы АН-8, АН-8М и АН-22. Химический состав этих флюсов приведен в табл. 91.

Таблица 91. Химический состав флюсов, разработанных для электрошлаковой сварки.

Флюсы для сварки

При сварке электродной проволокой заданной марки флюс должен обеспечивать требуемый химический состав и механические свойства (предел прочности, относительное удлинение, ударную вязкость) металла шва. Это зависит от химических реакций, протекающих между расплавленными флюсом и жидким металлом, а также условий кристаллизации металла шва.

Флюс должен также обеспечивать устойчивое горение сварочной дуги, образование плотного шва нужного размера и формы, без трещин, пор и шлаковых включений.

После застывания наплавленного металла флюс должен образовывать шлаковую корку, легко отделяемую от поверхности шва.

Отвечать этим требованиям может флюс, обладающий определенным химическим составом и физическими свойствами: температурой плавления, вязкостью, насыпным весом. Температура плавления флюса должна быть на 200—300° ниже температуры плавления свариваемого металла. Более вязкий флюс применяется при сварке кольцевых швов малого диаметра. Для сварки стыковых и угловых швов на больших скоростях требуется более жидкотекучий флюс.

От насыпного веса флюса зависит формирование шва. Чем меньше насыпной вес, т. е. чем легче флюс, тем больше будет растекаться металл шва, так как давление слоя флюса на него будет меньше. С увеличением насыпного веса флюса шов получается более выпуклым. В практике используют два сорта флюса: пемзовидный (флюс-пемза) с малым насыпным весом и стекловидный (флюс-стекло) с более высоким насыпным весом. Тот или другой сорт флюса применяют в зависимости от типа и расположения шва в пространстве и режима сварки.

Химический состав флюса выбирают в зависимости от состава свариваемого металла и электродной проволоки. Как и электродные покрытия, флюсы делятся на кислые и основные в зависимости от характера образуемых флюсом шлаков. Основными элементами, входящими в состав флюса, являются кремний и марганец. Кремний входит в виде окиси кремния и способствует получению плотных, беспористых швов.

При автоматической сварке появление пор вызывается реакцией окисления углерода, в результате которой образуется газообразная окись углерода. Окись углерода растворяется в металле и вызывает появление мелких газовых пор при его застывании. Кремний легче вступает в соединение с кислородом, чем углерод, поэтому он окисляется раньше углерода, тем самым подавляя реакцию окисления углерода и обеспечивая получение беспори - стых швов. Причиной появления пор может быть также поглощение жидким металлом водорода, образующегося при наличии ржавчины и попадании во флюс влаги.

Марганец является ценным элементом, так как предупреждает появление при сварке горячих трещин. Марганец способствует раскислению наплавленного металла и удалению из него серы. Марганец в металл шва может вводиться через флюс или электродную проволоку. В соответствии с этим при сварке малоуглеродистой стали применяют флюсы: высокомарганцовистые, содержащие более 30% МпО; среднемарганцовистые, содержащие от 15 до 30% МпО, и низкомарганцовистые, содержащие менее 15% МпО, или безмарганцовистые.

При сварке малоуглеродистой и низколегированной стали металл шва легируют марганцом путем введения его через высокомарганцовистый (кислый) флюс и используют малоуглеродистую электродную проволоку. Для сварки высоколегированных сталей легированной проволокой применяются безмарганцовистые (основные) флюсы типа ФЦЛ-1, ФЦЛ-2. Составы некоторых наиболее распространенных плавленых флюсов приведены в табл. 23.

Для приготовления флюсов используются кварцевый песок, доломит, плавиковый шпат, кальций, марганцевая руда, кокс и др. Эти вещества дробятся, просеиваются и смешиваются в нужной пропорции. Затем шихта сплавляется при температуре 1400—1500° для получения однородной массы. Эту массу для образования зерен требуемого размера (от 0,5 до 3 мм) подвергают грануляции путем выливания жидкого флюса в проточную воду. Гранулированный флюс просеивается на ситах. Флюсы мелкие с размером зерен 1,6— 0,25 мм имеют в своем обозначении букву М (например, АН-348АМ, ОСЦ-45М). Кислый марганцовистый флюс ОСЦ-45 получается стекловидным, зеленовато-бурого или темно-бурого цвета. Он пригоден для сварки со скоростью до 60—70 м/час. При большей скорости сварки дуга под этим флюсом горит неустойчиво.

Фтористый кальций вводится во флюсы в виде плавикового шпата с целью придания шлаку большей жидкотекучести и уменьшения температурного интервала затвердевания шлака. Такой шлак называется «коротким» в отличие от «длинного» шлака, характеризуемого более широким интервалом затвердевания. Однако присутствие во флюсе фтористого кальция обусловливает выделение при сварке вредных для дыхания газов, содержащих фтор (в виде фтористого кремния). Поэтому при автоматической сварке необходимо обеспечивать хорошее проветривание помещения, а при работах внутри сосудов — также и внутреннего объема сосуда.

закись мар - ганца МпО

фтористый кальций CaFa (пла*

До 5,0 4,5—6,5 до 5,5

для автоматической сварки

двуокись титана ТЮ,

сера и фосфор S и Р

загрязнения (FeO и др.)

Серы до 0,15, фосфора до 0,05

Закись железа 1,5, прочие примеси до 0,5

Сварка всех типов соединений малоуглеродистых сталей от Ст. 1 до Ст. 4 (за исключением кольцевых швов малого диаметра) малоуглеродистой проволокой

Сварка малоуглеродистой стали марганцовистой проволокой

То же, для Шланговой полуавтоматической сварки

То же То же, марганцовистой проволокой

Сварка продольных многопроходных швов стали большой толщины током 1400—2600 а, малоуглеродистой проволокой

То же, для кольцевых швов, ток 950—1050 а

Многопроходная сварка трехфазной дугой малоуглеродистой проволокой. Электрошлаковая сварка

Сварка высоколегированных сталей

Для сварки низколегированных сталей элек - трошлаковой сваркой

ЦНИИТМАШ разработал новые флюсы марок: ФЦ-3 и ФЦ-4, в которых содержание фтористого кальция снижено, благодаря чему уменьшилось выделение вредных газов при сварке. Для повышения устойчивости горения дуги во флюсы вводятся щелочи (соединения натрия и кальция), а для улучшения формирования шва — двуокись титана.

Кислый марганцовистый флюс АН-348А несколько более чувствителен к наличию серы и ржавчины в свариваемом металле и проволоке, чем флюс ОСЦ-45. С флюсом АН-348А можно сваривать малоуглеродистой электродной проволокой низколегированную сталь HJI-2. Флюс АН-348А может быть двух видов: стекловидный и пемзовидный. Стекловидный флюс темно-бурого цвета имеет насыпной вес 1,4—1,6 г/сма и используется для сварки стыковых и угловых швов со скоростью не более 60 м/час. Пемзовидный флюс светло-бурого цвета имеет насыпной вес 0,7—0,9 г/смъ и предназначен для сварки со скоростью до 150—200 м/час и более.

Влажность флюса не должна превышать 0,1%. Влажный флюс не пригоден для сварки, так как вызывает пористость шва. Отсыревший флюс перед сваркой должен быть просушен в течение 2—2,5 час при температуре 250—300°.

Для сварки малоуглеродистой стали марганцовистой проволокой применяют также среднемарганцовистый флюс АН-51, разработанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Состав его дан в табл. 23. При сварке под этим флюсом с использованием марганцовистой проволоки выделяется значительно меньше вредных паров и газов.

Инж. И. А. Давыденко разработаны флюсы на основе двуокиси титана, не содержащие фтористых соединений и не выделяющие при сварке фторосодержащих вредных газов. В качестве примера приведем состав одного из флюсов этого типа марки Д-2П: 41 % окиси кремния; 46% закиси марганца; 3,5% двуокиси титана; до 3% окиси алюминия; до 5% окиси кальция и окиси магния в сумме; до 1,5% закиси железа. Флюсы с двуокисью титана обеспечивают высокую устойчивость дуги при сварке.

Плавленые флюсы позволяют легировать "наплавленный металл шва только в ограниченных пределах за счет элементов, выделяющихся из содержащихся во флюсах окислов (закиси марганца, окиси кремния). Поэтому при сварке легированных сталей и наплавке приходится применять специальную легированную проволоку.

Для устранения этого недостатка акад. К. К - Хренов предложил применять неплавленые флюсы, названные им керамически м и. В состав керамического флюса вводятся обычно мрамор, плавиковый шпат, графит и ферросплавы — ферросилиций, ферротитан, ферромарганец, феррохром. Мрамор и плавиковый шпат составляют минерально-шлаковую основу флюса и определяют его физические свойства: жидкотекучесть, интервал температур затвердевания и др. Ферросилиций, ферротитан и графит служат раскислителями и частично легирующими примесями. Ферромарганец и феррохром являются легирующими примесями. Введение во флюс окиси магния (магнезии) улучшает его физические и технологические свойства, снижая вязкость и температуру плавления флюса, а также уменьшает выделение вредных газов при сварке.

К таким флюсам на известково-магнезиальной основе относится, например, керамический флюс КС-2, для приготовления которого используется шихта, содержащая: 48,1% мрамора, 13% плавикового шпата, 20% магнезитового кирпича, 5% кварцевого песка, 1,5% ферромарганца, 2,4% ферросилиция, 6% ферротитана, 4% ферроалюминия и 22% жидкого стекла (плотность 1,3; модуль 2,5) к весу сухой шихты. Составные части керамического флюса предварительно тонко размалываются, просеиваются й смешиваются в нужных соотношениях аналогично тому, как это делается при изготовлении покрытий для электродов. Затем в смесь добавляется водный раствор жидкого стекла, масса тщательно перемешивается, просушивается, гранулируется в виде крупки с зернами нужного размера, которая прокаливается при 250—350° для полного удаления влаги.

Керамический флюс позволяет получать легированный наплавленный металл при сварке обычной малоуглеродистой проволокой. Керамические флюсы не чувствительны к ржавчине, а также менее чувствительны к повышенному содержанию в металле серы, фосфора и углерода. Керамические флюсы находят применение также при наплавке штампов, режущего инструмента и выполнении других подобных работ. Недостатком керамических флюсов является меньшая, чем у плавленых флюсов, механическая прочность зерен. Поэтому при многократном использовании в процессе сваркц. керамические флюсы истираются и дают много пыли.

Для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей применяют слаболегирующие флюсы, а для сварки высоколегированных сталей и наплавки — сильно легирующие.

Для автоматической и полуавтоматической сварки нержавеющей стали 1Х18Н9Т Д. М. Кушнеров и М. П. Гребельник разработали керамический флюс К-8, приготовляемый из шихты следующего состава: 59% мрамора, 10% магнезитового кирпича, 5% глинозема, 6% плавикового шпата, 15% двуокиси титана, 5% ферросилиция (75%-ного), 24% жидкого стекла плотностью 1,35 (от веса сухой смеси). Флюс пригоден для сварки на постоянном и переменном токе проволокой Св-1Х18Н9Т и 0Х18Н9Ф2С (ЭИ606). Флюс К-8Р отличается от К-8 тем, что в нем вместо двуокиси титана содержится более дешевый рутиловый концентрат в таком же соотношении по весу.

Сварочные флюсы классификация и особенности

При электродуговой или газовой сварке в условиях высоких температур значительно увеличивается химическая активность обрабатываемой зоны. Металл усиленно окисляется под воздействием атмосферного воздуха, в результате шлаки и окислы попадают в него, снижая интенсивность металлургических процессов и в итоге ухудшая качество сварного шва. Для предотвращения этих процессов необходима защитная газовая или жидкая среда, которая изолирует зону сварки. Ее и создают флюсы — неметаллические композитные порошковые компоненты.

Таким образом, назначение флюсов при сварке — изоляция сварочной ванны от атмосферного воздуха, защита наплавляемого металла от интенсивных окислительных процессов, стабильное горение сварочной дуги и получение сварного шва необходимого качества.

Для чего нужен флюс при сварке

Использование флюсов обеспечивает следующие преимущества при сварке.

Как при электродуговой, так и при газовой сварке флюс сварочный обеспечивает более интенсивное расплавление металла — (соответственно при больших токах или высокой концентрации кислорода). Благодаря этому нет необходимости заблаговременно разделывать кромки будущего сварного шва.
В зоне шва и на прилегающих к нему поверхностях удается избежать угара металла — его потерь на окисление и испарение.
Горение дуги имеет более высокую стабильность, что особенно важно при сложных конфигурациях шва
Снижаются потери энергии источника тока на нагрев металла, соответственно увеличивается его КПД.
Оптимизируется расход присадочного материала.
Более удобное выполнение работ для сварщика, потому что флюс экранирует некоторую часть пламени дуги.

Условия использования сварочных флюсов

Задача флюса — стабилизация металлургических процессов при сохранении необходимой производительности электродов. Для этого в процессе сварки следует соблюдать определенные условия.

Флюс не должен вступать в химическую реакцию с металлом стержня и основным металлом.
Зона сварной ванны должна оставаться изолированной на протяжении всего сварочного процесса.

Остатки флюса, связанные со шлаковой коркой в результате сварки, по завершении работ должны легко удаляться. При этом до 80% материла после очистки можно использовать заново.

Недостатки

Условных минусов в использовании сварочных флюсов немного.

Высокая стоимость, которая примерно сопоставима с ценой на сварочную проволоку.
Yевозможность сразу осмотреть сварной шов. В силу этого, особенно в конструкциях сложной формы, место сварки предварительно тщательно подготавливается.

Как работают флюсы

Перед сваркой на места соединений наносится толстый (40-60 мм) слой флюса.
Электрод вводится в зону сварки, происходит поджиг дуги.
Под воздействием высоких температур (до 6000 °C) флюс с его низкой плотностью быстро плавится в газовом пузыре, изолируя сверху сварную ванну, перекрывая к ней доступ газовых, водяных паров и других химических веществ.
Имея высокое поверхностное натяжение, таким же образом расплав флюса предотвращает интенсивное разбрызгивание металла.
Это позволяет значительно увеличить ток дуги (до 1000-2000 Ампер) без серьезных потер материала электрода и с сохранением хорошего качества шва.
Под воздействием флюса в зоне дуги происходит концентрация тепловой мощности — в результате плавление металла происходит быстрее.
При этом металлом заполняются все стыки, независимо от состояния кромок.
Изменяется материальный баланс сварного шва — 60-65% процентов в нем составляет металл свариваемых деталей, и только остальное — это металл сварочного электрода.

Сварочные флюсы - классификация

Классификация флюсов чрезвычайно широка. Их различают по внешнему виду и физическому состоянию, химическому составу, способу получения, назначению. Так, например, для наплавки или дуговой сварки, как правило, используются гранулированные или порошковые флюсы с определенными показателями электропроводности, а для газовой — газы, порошки, пасты.

По способу получения композитов

Различают флюсы плавленые и неплавленые.

Флюс сварочный плавленый широко используют не только при сварке, но при наплавке. Он демонстрирует высокую эффективность в случаях, когда поверхность металла сварного шва путем добавления дополнительных химических элементов должна получить более высокие технические характеристики — например, повышенную стойкость к коррозии или очень ровный и гладкий шов.

Наплавка под флюсом

Получают плавленые флюсы следующим способом: компоненты размалывают, смешивают, затем расплавляют в пламенных или электропечах при полном отсутствии кислорода. Далее нагретые частицы пропускаются через непрерывный поток воды, затвердевая и превращаясь таким образом в гранулят. Размер частиц различен — чем тоньше сварочный пруток, тем меньше должны быть и гранулы.

Неплавленые флюсы (керамические) для сварки изготавливаются путем перемешивания измельченных частиц шихты из ферросплавов, минералов, шлакообразующих без последующего плавления. Частицы смешиваются со стеклом и далее спекаются.

В ряду их преимуществ:

низкий расход,
возможность многократного использования,
высокое качество получаемого шва.

Пример - керамический сварочный флюс марки UF (UF-01, UF-02, UF-03) который используется в энергетике и гражданском строительстве для сварки металлоконструкций из низколегированных сталей повышенной прочности.

Химический состав флюсов для сварки

Химический состав — важная составляющая в характеристике флюсов. Материал должен быть химически инертен в условиях очень высоких температур. Помимо этого, он должен обеспечивать эффективную диффузию отдельных элементов (например, легирующих) в металл шва.

Наибольшую массовую долю (от 35…80% от общего объема) в сварочном флюсе обычно (но не во всех) составляет диоксид кремния (кремнезём) — кислотный оксид, бесцветный прозрачный кристаллический минерал. Кремний препятствует процессу образования углерода, тем самым снижая риски появления трещин и пор в металле шва.

Значительную часть составляет марганец. Как активный раскислитель, этот компонент флюсов для сварки снижает образование окислов в зоне сварочной ванны, вступая в реакцию вначале с кислородом в окислах железа, затем и с оксидом кремния. Результат сложной реакции — оксид марганца, нерастворяемый в стали и впоследствии легко удаляемый. Кроме того, марганец реагирует с вредной для металла шва серой — он связывается с ней в сульфид, который затем также удаляется с поверхности шва.

Также в ряду химических элементов флюсов — легирующие добавки — помимо кремния и марганца это молибден, хром, титан, вольфрам, ванадий и другие. Из задача — восстановить первичный химический состав металла, а в ряде случаев — путем легирования восполнить собой выгоревшие основные примеси стали и обеспечить металлу шва дополнительные специальные свойства. Обычно во флюсе они представлены соединениями с железом — ферросплавами (феррохром и т. д.).

Виды флюсов для сварки по назначению

От назначения сварочных флюсов напрямую зависит их выбор по химическому составу.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются флюсы с большим содержанием кремния и марганца в сочетании с проволокой из низкоуглеродистой стали без легирующих добавок. Второй вариант — малая доля марганца (или вообще его отсутствие) во флюсе, но легирующие добавки присутствуют в стали сварочного прутка.
Для сварки низколегированных сталей используются флюсы с высокой химической инертностью, — выше, чем для низкоуглеродистых сталей. Благодаря этому получают более пластичный сварной шов. Пример — флюс для сварки стали АН-46.
Для сварки высоколегированных металлов применяются флюсы с минимальной химической активностью. Кремний, как и марганец, практически не используется — его заменяет флюорит (плавиковый шпат), благодаря которому образуются легко отделяемые легкоплавкие шлаки. Также в таких флюсах обычно содержатся оксид алюминия, негашеная известь.
Для сварки активных металлов (таких, как титан) используют солевые флюсы — как правило, это хлоридные и фторидные соли щелочных металлов. Примесь кислорода в них полностью отсутствует, поскольку она снижает пластичность шва.

Назначение сварочного флюса - примеры

Флюсы для газовой сварки

Для сварки алюминия и других цветных металлов, чугуна, инструментальных сталей, отдельных марок тонколистовой стали используется защитная газовая атмосфера. Ее обеспечивают газообразные, пастообразные, а также порошковые флюсы. Они могут наносится:

на кромки соединяемых деталей;
напрямую в сварную ванну;
на присадочный пруток.

В зависимости от физического состояния материала флюсы для сварки подают в рабочую зону по-разному. Некоторую сложность вызывают порошкообразные композиты — их необходимо равномерно и точно вносить в расплав, не позволяя потоку газа раздувать порошок. Составы в виде паст подают на участок соединения. Для подачи газообразных флюсов используют расходомеры — с их помощью газ дозированно подается в рабочую зону.

Электромагнитный расходомер

Важный момент: для газовой сварки флюс по составу подбирают в зависимости от образующихся в ходе сварки оксидов. Если они кислые, флюсы должны быть щелочными (основными), напротив, если щелочные оксиды — выбирают кислые флюсы.

Флюсы, применяемые при газовой сварке наиболее широко:

медь, латунь, бронза — для их сварки используют кислые флюсы с включением борсодержащих соединений (борная кислота и т. д.) — например, такие марки, как МБ-2 или БМ-1;
чугун — для его сварки обычно используются флюсы с включением различных соединений щелочных металлов — натрия и калия;
алюминий — здесь используются составы с содержанием фторидов калия, лития и натрия, а также хлориды. В этом случае наиболее широко применяется сварочный флюс марки АФ-4А.

Флюсы для газовой сварки не используются для соединения деталей из низкоуглеродистых сталей, поскольку на поверхности расплавленного металла интенсивно скапливаются легкоплавкие оксиды железа.

Флюсы для автоматической сварки

Автоматическая и полуавтоматическая сварка наиболее широко применяется при работе с большими конструкциями. Благодаря высоким токам и флюсу возможно сваривание деталей значительной толщины, при этом — без предварительной разделки кромки. Области использования — сваривание труб, изготовление резервуаров, судостроение.

Для такого способа сварки характерно автоматическое поддержание стабильно горящей электродуги, необходимого количества флюса (с отсосом нерасплавившегося), а также непрерывное обновление расплавленного электрода. Чтобы поддерживать в сварочной зоне защитное газовое облако нужного состава, толщина слоя флюса должна быть 40-80 мм, ширина 50-100 мм. Марка флюса для автоматической сварки, как и для классической дуговой, также зависит от характеристик свариваемого металла. Сварка осуществляется в нижнем пространственном положении.

Выгодно купить флюс для сварки различных типов и марок вы можете в компании «Центр Метиз».

Читайте также: