Чем опасен сварочный флюс

Обновлено: 20.09.2024

Физико-химические процессы технологии сварки под флюсом. Анализ опасных и вредных факторов трудового процесса. Инженерно-технический расчет производственной вентиляции. Разработка мероприятий для защиты от электрического тока и ионизирующего излучения.

Рубрика	Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	18.01.2014
Размер файла	422,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»

Кафедра «Природная и техногенная безопасность и управление риском»

Курсовая работа по дисциплине

«Безопасность труда»

Тема: «Безопасность в технологическом процессе сварки под флюсом»

Студент Ленин М.М.

Руководитель Кукин П.П.

1. Структура технологического процесса

1.1 Физико-химические процессы технологии

1.2 Предмет труда

1.3 Уровень механизации

1.4 Средства труда

1.5 Продукт труда

1.6 Факторы производственной среды и трудового процесса

1.7 Качественный анализ опасных и вредных факторов производственной среды и трудового процесса

1.8 Организация рабочего места

2. Анализ опасных и вредных факторов трудового процесса

2.1 Фактическое состояние условий труда на рабочем месте по показателям вредности и опасности

2.2 Фактическое состояние условий труда на рабочем месте по показателям тяжести трудового процесса.

2.3 Фактическое состояние условий труда на рабочем месте по показателям напряженности трудового процесса

3. Мероприятия по защите работников от трех выбранных факторов технологического процесса

3.1 Инженерно-технический расчет производственной вентиляции

3.2 Организационно-технические мероприятия для защиты от электрического тока

3.3 Санитарно-гигиенические мероприятия по защите от ионизирующего излучения

Безопасность труда - это такое состояние его условий, при котором исключено негативное воздействие на работающих людей опасных и вредных производственных факторов. В наш век, век научно-технического прогресса, когда особенностью производства является применение самых разнообразных технологических процессов, сложных по своей физико-химической основе, использование высокотоксичных, легковоспламеняющихся веществ, различного рода излучений, а также внедрение новых материалов, которые часто недостаточно изучены с точки зрения негативных последствий их применения, особенно остро стоит вопрос о безопасности. И, несмотря на внедрение новых, более современных и безопасных для человека технологий, остается много отраслей, где травматизм являет собой значительную проблему. Таким образом, можно сказать, что уровень производственного травматизма в России сегодня в первую очередь определяется технологическим уровнем производства.

Одна из отраслей, где вопрос о безопасности технологического процесса является наиболее актуальным, является отрасль металлообработки, где не последнее место занимает процесс сварки.

Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью структур - структурной непрерывной связью.

Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и многие другие изделия.

Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные сварочные источники теплоты. Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются: энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда, электронного луча, квантовых генераторов; джоулево тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому проводнику; химическая энергия горения, механическая энергия, энергия ультразвука и других источников.

Все эти способы требуют разработки, производства и правильной эксплуатации разнообразного оборудования, в ряде случаев с применением аппаратуры, точно дозирующей энергию, со сложными схемами, иногда с использованием технической электроники и кибернетики.

защита электрический ионизирующий вентиляция

При сварке под флюсом сварочная дуга между концом электрода и изделием горит под слоем сыпучего вещества, называемого флюсом.

Под действием тепла дуги расплавляются электродная проволока и основной металл, а также часть флюса в зоне сварки образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Газовая полость ограничена в верхней части оболочкой расплавленного флюса. Расплавленный флюс, окружая газовую полость, защищает дугу и расплавленный металл в зоне сварки от вредного воздействия окружающей среды, осуществляет металлургическую обработку металла в сварочной ванне. По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс, прореагировавший с расплавленным металлом, затвердевает, образуя на шве шлаковую корку. После прекращения процесса сварки и охлаждения металла шлаковая корка легко отделяется от металла шва. Не израсходованная часть флюса специальным пневматическим устройством собирается во флюсоаппарат и используется в дальнейшем при сварке.

- Сварка в цеховых и монтажных условиях

- Сварка металлов от 1,5 до 150 мм и более;

- Сварка всех металлов и сплавов, разнородных металлов.

Электродная проволока. Правильный выбор марки электродной проволоки для сварки - один из главных элементов разработки технологии механизированной сварки под флюсом. Химический состав электродной проволоки определяет состав металла шва и, следовательно, его механические свойства.

Для сварки сталей предназначена проволока по ГОСТ 2246--70 Проволока стальная сварочная». В соответствии с этим ГОСТом выпускают низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную проволоку диаметром 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм. Проволока поставляется в бухтах массой до 80 кг. На каждой бухте крепят металлическую бирку с указанием завода-изготовителя, условного обозначения проволоки, номера партии и клейма технического контроля. По соглашению сторон проволоку могут поставлять намотанной на катушки или кассеты. Транспортировать и хранить про волоку следует в условиях, исключающих ее ржавление, загрязнение и механическое повреждение. Если же поверхность проволоки загрязнена или покрыта ржавчиной, то перед употреблением ее необходимо очистить. Проволоку очищают при намотке ее на кассеты в специальных станках, используя наждачные круги. Для удаления масел используют керосин, уайт-спирит, бензин и др. Для устранения влаги применяют термическую обработку: прокалку при температуре 100 - 150 °С. ЦНИИТМАШ рекомендует обрабатывать проволоку в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой при температуре 250 °С 2 - 2,5 ч. Необходимость в обработке электродной проволоки перед сваркой отпадает, если использовать омедненную проволоку .Для механизированной сварки под флюсом и по флюсу алюминия и его сплавов используют сварочную проволоку, выпускаемую по ГОСТ 7871-75 «Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов». ГОСТ 16130-72 «Проволока и прутки из меди и сплавов на медной основе сварочные» предъявляет требования к проволоке для сварки меди и ее сплавов. Подготовка этих проволок к сварке во многом определяет качество сварного соединения. Как правило, подготовка этих проволок к сварке такая же, как и основного металла. Наилучшие результаты обеспечивает химическая обработка или электролитическое полирование.

Сварочные флюсы. Сварочный флюс - один из важнейших элементов, определяющих качество металла шва и условия протекания процесса сварки. От состава флюса зависят составы жидкого шлака и газовой атмосферы. Взаимодействие шлака с металлом обусловливает определенный химический состав металла шва. От состава металла шва зависят его структура, стойкость против образования трещин. Состав газовой атмосферы обусловливает устойчивость горения дуги, стойкость против появления пор и количество выделяемых при сварке вредных газов.

Функции флюсов. Флюсы выполняют следующие функции: физическую изоляцию сварочной ванны от атмосферы, стабилизацию дугового разряда, химическое взаимодействие с жидким металлом, легирование металла шва, формирование поверхности шва.

Лучшая изолирующая способность - у флюсов с плотным строением частиц мелкой грануляции. Однако при плотной укладке частиц флюса ухудшается формирование поверхности шва. Достаточно эффективная защита сварочной ванны от атмосферного воздействия обеспечивается при определенной толщине слоя флюса.

Основными задачами механизации и автоматизации при сварке являются повышение производительности труда, точности и качества свариваемых деталей и материалов,а также исключение тяжелого физического труда, связанного иногда с вредными для здоровья человека и небезопасными условиями труда.

При электродуговой сварке под флюсом различают такие типы механизации, как:

Механизация -- замена ручных средств труда машинами и механизмами с применением для их действия различных видов энергии. Наивысшей формой механизации является комплексная, которая заключается в полной механизации, а иногда и в частичной автоматизации ряда технологических операций, выполняемых на машинах.

Автоматизация - характеризуется освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и машинами и передачей этих функций приборам и автоматическим устройствам. При автоматизации рабочий не связан с ритмом работы машины, как это происходит при механизации, и его роль сводится к первоначальной наладке агрегата и наблюдению за работой машины и ее контрольных устройств. Автоматизация может быть частичной, когда она охватывает только часть операций производственного процесса, и комплексной, когда она охватывает все без исключения операции производственного процесса, выполняемые на данном участке производства. При комплексной автоматизации отдельные автоматические контрольные, регулирующие и программные устройства связаны между собой и образуют единую бесперебойную автоматически саморегулирующуюся систему управления машинами.

Для защиты рабочих от излучения дуги в постоянных местах сварки устанавливают для каждого сварщика отдельную кабину размером 2X2,5 м. Стенки кабины могут быть сделаны из тонкого железа, фанеры, брезента. Фанера и брезент должны быть пропитаны огнестойким составом, например раствором алюмокалиевых квасцов. Каркас кабины изготовляют из трубы или из угловой стали. Пол в кабине должен быть из огнестойкого материала (кирпич, бетон, цемент). Стенки окрашивают в светло-серый цвет красками, хорошо поглощающими ультрафиолетовые лучи (цинковые или титановые белила, желтый крон). Освещенность кабины должна быть не менее 80--100 лк. Кабину оборудуют местной вентиляцией с воздухообменом 40 м3/ч на каждого рабочего. Вентиляционный отсос должен располагаться так, чтобы газы, выделяющиеся при сварке, проходили мимо сварщика.

Сварку деталей производят на рабочем столе. Крышку стола изготовляют из чугуна толщиной 20--25 мм. Сварочный пост оснащен генератором, выпрямителем или сварочным трансформатором.

Шлемы (маски) применяют для защиты лица сварщика от вредного действия лучей сварочной дуги и брызг расплавленного металла. Их изготовляют по ГОСТ 1361 из фибры черного матового цвета или специально обработанной фанеры. Щитки и шлемы должны иметь массу не более 0,6 кг. В щиток или шлем вставляют специальный светофильтр, удерживаемый рамкой размером 120 x 60 мм.

Нельзя пользоваться случайными цветными стеклами, так как они не могут надежно защищать глаза от невидимых лучей сварочной дуги, вызывающих хроническое заболевание глаз.

Защитные светофильтры имеют различную плотность. Наиболее темное стекло имеет марку ЭС-500 и применяется при сварке током до 500 А, среднее ЭС-300 -- для сварки током до 300 А, более светлое стекло ЭС-100 -- для сварки током 100 А и менее. Снаружи светофильтр защищают от брызг расплавленного металла обычным прозрачным стеклом, которое нужно 2--3 раза в месяц заменять новым.

Электрододержатели применяют для закрепления электрода и подвода к нему тока при ручной электродуговой сварке.

Как известно, сварочные процессы отличаются интенсивными тепловыделениями (лучистыми и конвективными), пылевыделениями, приводящими к большой запылённости производственных помещений токсичной мелкодисперсной пылью, и газовыделениями, действующими отрицательно на организм работающих.

Высокая температура сварочной дуги (6500 К) способствует интенсивному окислению и испарению металла, флюса, защитного газа, легирующих элементов. Окисляясь кислородом воздуха, эти пары образуют мелкодисперсную пыль, а возникающие при сварке и тепловой резке конвективные потоки уносят газы и пыль вверх, приводя к большой запылённости и загазованности производственных помещений, воздуха рабочих зон. Сварочная пыль - мелкодисперсная, скорость витания её частиц - не более 0,08 м/с, оседает она незначительно, поэтому распределение её по высоте помещения в большинстве случаев равномерно, что чрезвычайно затрудняет борьбу с ней.

Основными компонентами пыли при сварке и резке сталей являются окислы железа, марганца и кремния (около 41, 18 и 6% соответственно). В пыли могут содержаться другие соединения легирующих элементов. Токсичные включения, входящие в состав сварочного аэрозоля, и вредные газы при их попадании в организм человека через дыхательные пути могут оказывать на него неблагоприятное воздействие и вызывать ряд профзаболеваний. Мелкие частицы пыли (от 2 до 5 мкм), проникающие глубоко в дыхательные пути, представляют наибольшую опасность для здоровья, пылинки размером до 10 мкм и более задерживаются в бронхах, также вызывая их заболевания.

К наиболее вредным пылевым выделениям относятся окислы марганца, вызывающие органические заболевания нервной системы, лёгких, печени и крови; соединения кремния, вызывающие в результате вдыхания их силикоз; соединения хрома, способные накапливаться в организме, вызывая головные боли, заболевания пищеварительных органов, малокровие; окись титана, вызывающая заболевание лёгких. Кроме того, на организм неблагоприятно воздействуют соединения алюминия, вольфрама, железа, ванадия, цинка, меди, никеля и других элементов.

Вредные газообразующие вещества, попадая в организм через дыхательные пути и пищеварительный тракт, вызывают иногда тяжелые поражения всего организма. К наиболее вредным газам, выделяющимся при сварке и резке, относятся окислы азота (особенно двуокись азота), вызывающие заболевания лёгких и органов кровообращения; окись углерода (удушающий газ) - бесцветный газ, имеет кисловатый вкус и запах; будучи тяжелее воздуха в 1,5 раза, уходит вниз из зоны дыхания, однако, накапливаясь в помещении или замкнутом пространстве, вытесняет кислород и при концентрации свыше 1% приводит к раздражению дыхательных путей, вызывая потерю сознания, одышку, судороги и поражение нервной системы; озон, запах которого в больших концентрациях напоминает запах хлора, образуется при сварке в инертных газах, быстро вызывает раздражение глаз, сухость во рту и боли в груди; фтористый водород - бесцветный газ с резким запахом, действует на дыхательные пути и даже в больших концентрациях вызывает раздражение слизистых оболочек.

Последствия воздействия на человеческий организм вредных веществ, выделяющихся при сварочных процессах, ещё, к сожалению, полностью не изучены, хотя совершенно очевидно, что они оказывают на здоровье рабочих в сварочных производствах (и в первую очередь самих сварщиков) вредное влияние. Поэтому необходимо, чтобы концентрация этих веществ в воздухе производственных помещений, рабочих местах была по возможности минимальной.

В отношении гигиены труда процессы сварки неодинаковы, всё зависит от метода сварки, применяемых режимов и сварочных материалов, условий и характера производства.

Рассмотрим гигиенические особенности, применяемые в нашем технологическом процессе.

При автоматической сварке под флюсом сварочная дуга защищена слоем флюса и расплавленного шлака, флюс предотвращает металла, при этом устраняется влияние лучистых выделений дуги на глаза сварщика и предотвращает опасность ожогов брызгами. Сварка под флюсом производится голой проволокой, что уменьшает выделение вредных веществ, обычно содержащихся в покрытых электродах. При автоматической сварке флюс препятствует интенсивному выгоранию легирующих элементов, однако в воздух попадают токсичные соединения марганца, хрома, титана, вольфрама, кобальта и др. Выделение пыли при самой сварке небольшое. Наибольшие концентрации её (до 8 мг/м3) наблюдаются на расстоянии 200 мм от дуги. В состав сварочного аэрозоля при сварке низколегированных сталей входят окислы железа (до 80%), марганца (до12%) и двуокись кремния (8%). Концентрация окислов марганца (в пересчёте на марганец) - 0,4 мг/м3, окиси кремния - 1,6 мг/м3. Запылённость в зоне дыхания при нормальном течении процесса и достаточной квалификации сварщика не превышает ПДК. Однако отсос и сбор флюса, пересыпка для повторного его использования являются дополнительными источниками пылевыделения. Концентрация пыли в зоне дыхания сварщика во время сбора флюса составляет в среднем 30 мг/м3, что превышает ПДК. Установлено, что при повторном использовании флюса запылённость воздушной среды выше в 2 раза, чем при сварке под свежим флюсом. Кроме того, следует иметь в виду общий для всех видов сварки фактор увеличения выделений пыли при интенсификации процесса (работа на больших силах тока) за счёт уноса мелкодисперсных частиц конвективными потоками.

Сварка под флюсом: присадочные материалы и флюсы

Правильный выбор марки сварочной (электродной) проволоки и флюса - один из главных элементов разработки технологии сварки под флюсом.

Электродная проволока: марки, обозначение, поставка

Химический состав электродной проволоки определяет состав металла шва и, следовательно, его механические свойства.

Стальная сварочная проволока, изготавливаемая по ГОСТ 2246-70, который предусматривает 77 марок проволоки.

В условные обозначения марок проволоки входит индекс Св (сварочная) и следующие за ним цифры и буквы. Цифры после индекса Св указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Так же, как и в марках стали, легирующие элементы в марках проволоки обозначаются буквами:

А - азот;
Ю - алюминий;
Р - бор;
Ф - ванадий;
В - вольфрам;
К - кобальт;
С - кремний;
Г - марганец;
Д - медь;
М - молибден;
Н -никель;
Б - ниобий;
Е - селен;
Т - титан;
Х - хром.

Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, указывают среднее содержание элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента менее 1%, то ставится только соответствующая буква.

Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и легированной проволок указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки СВ-08АА содержится не более 0,020% серы и не более 0,020% фосфора.

В условном обозначении сварочной проволоки перед индексом Св указывается цифра, обозначающая диаметр проволоки в мм, а после условного обозначения - номер ГОСТа.

Например: сварочная проволока диаметром 3 мм марки Св-08А, предназначенная для сварки (наплавки), с неомедненной поверхностью условно обозначается таким образом: проволока 3 Св-08А ГОСТ 2246-70.

Если проволока поставляется с омедненной поверхностью, то после марки проволоки ставится буква О.

Буква Э обозначает, что проволока предназначена для изготовления электродов.

Буквы Ш, ВД или ВИ обозначают, что проволока изготовлена из стали, выплавленной электрошлаковым или вакуумнодуговым переплавом, или переплавом в вакуумно-индукционных печах.

Сварочные проволоки делятся на:

низкоуглеродистые (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2%);
легированные (суммарное содержание легирующих элементов от 2 до 6%) и высоколегированные (суммарное содержание элементов более 6%).

Проволока поставляется в бухтах массой до 80 кг. На каждой бухте крепят металлическую бирку с указанием завода-изготовителя, условного обозначения проволоки, номера партии и клейма технического контроля. По соглашению сторон проволоку могут поставлять намотанной на катушки или кассеты.

Транспортировать и хранить проволоку следует в условиях, исключающих ее ржавление, загрязнение и механическое повреждение. Если же поверхность проволоки загрязнена или покрыта ржавчиной, то перед употреблением ее необходимо очистить. Проволоку очищают при намотке ее на кассеты в специальных станках, используя наждачные круги. Для удаления масел используют керосин, уайт-спирит, бензин и др. Для устранения влаги применяют термическую обработку: прокалку при температуре 100 - 150°С. Рекомендуется также обрабатывать проволоку в 20%-ном растворе серной кислоты с последующей прокалкой при температуре 250°С 2-2,5 ч. Необходимость в обработке электродной проволоки перед сваркой отпадает, если использовать омедненную проволоку.

В соответствии с требованиями EN 756 обозначение сварочных проволок строится по схеме:

Ni0,5 ? Ni = 0,4. 0,8;

Сварочные флюсы: функции, классификация, общие требования

Сварочный флюс - один из важнейших элементов, определяющих качество металла шва и условия протекания процесса сварки. От состава флюса зависят составы жидкого шлака и газовой атмосферы. Взаимодействие шлака с металлом обусловливает определенный химический состав металла шва. От состава металла шва зависят его структура, стойкость против образования трещин. Состав газовой атмосферы обусловливает устойчивость горения дуги, стойкость против появления пор и количество выделяемых при сварке вредных газов.

Функции сварочных флюсов

Флюсы выполняют следующие функции:

физическую изоляцию сварочной ванны от атмосферы;
стабилизацию дугового разряда;
химическое взаимодействие с жидким металлом; металла шва;
формирование поверхности шва.

Необходимая высота слоя флюса для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на различных режимах следующая:

Сварочный ток, А	200 - 400	600 - 800	1000 - 1200
Высота слоя флюса, мм	25 - 35	35 - 40	45 - 60

В состав флюса вводят элементы-стабилизаторы, повышающие стабильность горения дуги. Введение этих элементов позволяет применять переменный ток для сварки, более широко варьировать режимы сварки.

Химический состав металла шва формируется за счет основного и электродного металлов. Состав флюса также может приводить к изменениям химического состава металла шва. Однако эти изменения возможны, как правило, только в пределах долей процента. Для легирования металла шва применяют керамические флюсы.

Формирующая способность флюсов определяется вязкостью шлака, характером ее зависимости от температуры, межфазным натяжением на границе металл- шлак и т. п. Формирующая способность в значительной степени зависит от мощности дуги. При сварке мощной дугой (ток свыше 1000 А) хорошее формирование обеспечивают "длинные" флюсы, вязкость которых при повышении температуры монотонно уменьшается. При сварке кольцевых швов малого диаметра для предотвращения отекания шлака следует использовать "короткие" флюсы, вязкость которых резко уменьшается с повышением температуры.

Существенное влияние на формирование шва оказывает газопроницаемость флюса, которая определяется размерами частиц и насыпной массой флюса. Рекомендуемые размеры частиц стекловидного флюса в зависимости от мощности дуги, обеспечивающие удовлетворительное формирование шва, приведены ниже.

Сварочный ток, А	200 - 600	600 - 1200
Грануляция частиц, мм	0,25 – 1,6	0,4 – 2,5

Классификация флюсов

Флюсы можно классифицировать по:

способу изготовления;
химическому составу;
строению и размеру частиц;
назначению.

По способу изготовления флюсы подразделяются на:

плавленые;
керамические;
механические смеси.

Плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов шихты в электрических или пламенных печах.

Керамические флюсы производят из смесей порошкообразных материалов, скрепляемых с помощью клеящих веществ, главным образом жидкого стекла. Спеченные флюсы изготовляют путем спекания компонентов шихты при повышенных температурах без их сплавления. Полученные комки затем измельчают до требуемого размера.

Флюсы-смеси изготовляют механическим смешением крупинок различных материалов или флюсов. Большим недостатком механических смесей является склонность к разделению на составляющие при транспортировке и в процессе сварки вследствие разницы в плотности, форме и размере крупинок. Поэтому механические смеси не имеют постоянных составов и сварочных свойств и недостаточно надежно обеспечивают получение стабильного качества сварных швов.

В зависимости от химического состава флюсы классифицируют по содержанию:

Низкокремнистые флюсы содержат менее 35% оксида кремния (SiO₂). При содержании более 1% оксида марганца (МnО) флюс называют марганцевым. Высококремнистые флюсы содержат более 35% SiО₂; в составе безмарганцевых флюсов менее 1% MnO. Особую группу при классификации флюсов по химическому составу занимают бескислородные флюсы.

По степени легирования различают флюсы:

пассивные (практически не легирующие металл шва);
слаболегирующие (плавленые);
и легирующие (керамические).

По строению частиц плавленые флюсы разделяют на:

стекловидные (прозрачные зерна)
пемзовидные (зерна пенистого материала белого или светлых оттенков желтого, зеленого, коричневого и других цветов).

Пемзовидные флюсы имеют меньшую насыпную массу (0,7-1,0 кг/дм 3 ), чем стекловидные (1,1-1,8 кг/дм 3 ). Наибольшее применение нашли плавленые флюсы.

В зависимости от назначения и преимущественного применения различают флюсы для электродуговой и для электрошлаковой сварки, а также для механизированной сварки и наплавки углеродистых сталей, легированных сталей, цветных металлов и сплавов. Такое разделение в известной степени условно, поскольку флюсы, преимущественно применяющиеся для сварки и наплавки металлов или сплавов одной группы, могут быть с успехом использованы для сварки и наплавки металлов другой группы. Вместе с тем флюсы, предназначенные для сварки одних цветных металлов или одних марок легированных сталей, могут оказаться непригодными для сварки других цветных металлов или других марок легированных сталей.

Общие требования к флюсу

Флюсы для механизированной сварки должны обеспечивать устойчивое протекание процесса сварки, отсутствие кристаллизационных трещин и пор в металле шва, требуемые механические свойства металла шва и сварного соединения в целом, хорошее формирование шва, легкую отделимость шлаковой корки, минимальное выделение токсичных газов при сварке, а также иметь низкую стоимость и возможность массового промышленного изготовления.

В соответствии с EN 760 сварочные флюсы классифицируют по химическому составу как показано в таблице ниже.

Классификация (типы) флюсов по химическому составу

Al₂O₃ > 20%; CaF₂ (общее содержание фтора) 20%

SiO ₂ 20%; CaF₂ (общее содержание фтора) > 15%

Сочетания флюс-проволока при сварке под флюсом

Если сварочно-технологические характеристики процесса сварки под флюсом определяются в основном свойствами флюса, то механические свойства металла швов и сварных соединений зависят от сочетаний "флюс-проволока".

Получение качественных швов на углеродистых и некоторых низколегированных конструкционных сталях обеспечивается путем использования следующих сочетаний флюсов и сварочных проволок: плавленый высококремнистый марганцевый флюс и низкоуглеродистая или марганцовистая сварочная проволока, плавленый высококремнистый безмарганцевый флюс и марганцовистая сварочная проволока, керамический флюс и низкоуглеродистая или марганцовистая проволока.

При использовании плавленого высококремнистого марганцевого флюса и низкоуглеродистой или марганцовистой сварочной проволоки либо плавленого высококремнистого безмарганцевого флюса и марганцовистой сварочной проволоки последняя должна быть из кипящей или полуспокойной стали. Успокоение металла сварочной ванны и предупреждение пористости при сварке кипящей стали осуществляется в результате введения некоторого количества кремния из флюса в зону сварки. Легирование металла шва марганцем с целью повышения его стойкости против образования кристаллизационных трещин производится через флюс (первое и третье сочетания) или через проволоку (второе и третье сочетания).

Сварочные свойства высококремнистых марганцевых флюсов несколько лучше, чем свойства высококремнистых безмарганцевых. Положительной характеристикой высококремнистых марганцевых флюсов является высокая стойкость сварных швов против образования кристаллизационных трещин. Это обусловливается малым переходом серы из флюсов данного типа в металл шва и сравнительно сильным выгоранием углерода из металла сварочной ванны. Кроме того, на качество шва положительно влияет более низкое по сравнению с марганцовистой проволокой содержание углерода в низкоуглеродистой проволоке, используемой в сочетании с высококремнистыми марганцевыми флюсами. При сварке под ними пористость сварных швов меньше, чем при сварке под высококремнистыми безмарганцевыми флюсами.

Если прочность и химический состав металла шва определяются химическими составами сварочной проволоки и основного металла, то его ударная вязкость в значительной степени зависит от флюса. Высокая ударная вязкость металла шва обеспечивается при его мелкокристаллической структуре, низком содержании неизбежных вредных примесей и неметаллических включений. Для выполнения этих требований во флюсе обычно снижают содержание SiO₂. Поэтому при сварке низколегированных сталей преимущественно применяются низкокремнистые флюсы. Дополнительным требованием является возможно более низкое содержание водорода в металле шва. Измельчению структуры металла шва способствует также уменьшение погонной энергии сварки. Однако при этом уменьшается эффективность процесса сварки вследствие увеличения количества проходов.

В процессе сварки современных низколегированных сталей повышенной прочности допускается лишь ограниченный подвод тепла для исключения повреждения структуры основного металла в околошовной зоне. Это требование обеспечивается путем наложения многослойных швов при сварке металла средней и большой толщины. В связи с этим флюсы, предназначенные для сварки таких сталей, должны обеспечивать легкую отделимость шлаковой корки, высокие качество формирования шва и его механические свойства. В результате повышения механических свойств металла шва путем применения соответствующего сочетания флюса и проволоки исключается необходимость наложения неэкономичных тонких швов при многопроходной сварке толстого металла.

Реакции шлак-металл и газ-металл, восстановление и выгорание элементов

Во время сварки плавлением происходит взаимодействие между жидкими шлаком и металлом. Длительность этого взаимодействия обычно очень невелика. При электродуговой сварке она колеблется от 10 с до 1 мин. Взаимодействие прекращается после затвердевания металла и шлака. Несмотря на кратковременность, реакции взаимодействия между шлаком и металлом при электродуговой сварке могут проходить очень энергично, что обусловливается высокой температурой нагревания металла и шлака, большими поверхностями их контактирования и сравнительно большим относительным количеством шлака.

Взаимодействие между шлаком и металлом описывается реакциями вытеснения из шлака в металл одного элемента другим или распределения между шлаком и металлом. Реакции вытеснения преимущественно ведут к обогащению или обеднению металла шва легирующими элементами, реакции распределения - к образованию в металле шва неметаллических включений.

В процессе реакций вытеснения на поверхностях контактирования жидких металла и шлака взаимодействуют атомы металла и молекулы окислов шлака. Весьма существенную роль при этом играют реакции восстановления кремния и марганца:

(МnО) + [Fe] = (FeO) + [Mn]; (SiO₂) + 2 [Fe] = 2 (FeO) + [Si].

Символы в круглых скобках обозначают элементы и соединения, находящиеся в шлаке, в квадратных - в металле. При высоких температурах реакции преимущественно идут слева направо (восстановление марганца и кремния из шлака в металл), при снижении температуры - справа налево (окисление марганца и кремния и переход их из металла в шлак). Направление реакций зависит также от концентрации реагирующих веществ. Если в металле сварочной ванны содержится мало марганца и кремния, а в шлаке много МпО и SiO₂ и мало FeO, марганец и кремний при высоких температурах (вблизи дуги) восстанавливаются из шлака в металл. Если в металле сварочной ванны много марганца и кремния, а в шлаке нет МпО и SiO₂, или много FeO, марганец и кремний окисляются даже в зоне высоких температур сварочной ванны.

Реакции взаимодействия между шлаком и металлом сварочной ванны проходят в условиях быстрого изменения температуры и постоянного обновления состава реагирующих фаз. В связи с этим изменяются как интенсивность прохождения этих реакций, так и их направление. Однако, хотя взаимодействие шлака и металла при сварке не достигает состояния равновесия, оно всегда направлено в сторону его установления.

Интенсивность взаимодействия шлака и металла зависит от режима сварки, причем, наиболее сильно на нее влияют сила тока и напряжение дуги; плотность тока и скорость сварки оказывают малое влияние. Уменьшение силы тока и увеличение напряжения дуги усиливают взаимодействие шлака и металла, увеличивают интенсивность восстановления или окисления кремния и марганца при сварке, усиливают переход серы и фосфора из шлака в металл или из металла в шлак. При автоматической сварке под флюсом заданный режим поддерживается постоянным, в единицу времени плавятся определенные количества электродного и основного металлов, одинаково проходят процессы взаимодействия металлической, шлаковой и газовой фаз при высоких температурах. Благодаря постоянству режима автоматической сварки получается шов стабильного химического состава. Если известны химический состав основного металла и сварочной или присадочной проволоки, а также характер изменения химического состава металла сварочной ванны в результате взаимодействия со шлаковой или газовой фазой, то можно заранее приблизительно рассчитать химический состав шва, который получится при сварке на выбранном режиме.

Обращение с флюсами для сварки и их хранение

Во избежание появления пор в швах влажность сварочных флюсов не должна превышать установленных норм. Влажность флюса АН-60 не должна превышать 0,05%; для остальных марок плавленных флюсов, выпускаемых по ГОСТ 9087-81 не более 0,10%.

Флюсы повышенной влажности просушивают в печах при 100-110°С (стекловидные флюсы) и 290-310°С (пемзовидные флюсы). Фторидные флюсы прокаливают при 500-900°С.

При повторном использовании флюсов размеры их частиц уменьшаются. Поэтому следует периодически просеивать флюс через сито и произоводить сварку под флюсом на меньших сварочных токах.

Флюсы для газовой сварки

В процессе газовой сварки все металлы и их сплавы, соединяясь с кислородом окружающего воздуха и кислородом сварочного пламени, образуют оксиды, которые имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образовавшихся при сварке оксидов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами.

Флюс для газовой сварки вещества, которые вводят в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и удаления из него образовавшихся оксидов и неметаллических включений.

При газовой сварке флюс применяется в виде порошков, паст или легкоиспаряющейся жидкости. В первых двух случаях он подается в зону сварки вручную, т. е. наносится на кромки свариваемого металла и на присадочные прутки, либо вносится в ванну в процессе сварки периодическим погружением присадочного прутка в сосуд с флюсом.

В случае применения флюса в виде паров (например, флюса БМ-1 при сварке меди, медных и никелевых сплавов) он подается в пламя горелки автоматически в строго дозированном количестве специальным прибором.

В процессе газовой сварки флюсы, вводимые в сварочную ванну, расплавляются и образуются с окислами легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность сварочной ванны. При этом пленка покрывает расплавленный металл шва, предохраняя его от дальнейшего воздействия атмосферного воздуха. Необходимость применения флюсов при сварке металлов и сплавов, высоколегированных сталей и чугуна вызывается тем, что при нагревании металлов до высокой температуры на их поверхности образуется оксидная пленка, которая при расплавлении переходит в сварочную ванну, препятствуя при этом надежному сплавлению основного и присадочного металла. При сварке углеродистых сталей флюсы, как правило, не применяют.

К сварочным флюсам, применяемым при газовой сварке и пайке, предъявляют следующие требования:

расплавленный флюс должен хорошо растекаться по нагретой поверхности металла, т. е. обладать достаточной жидкотекучестью;
расплавленный флюс не должен выделять ядовитых газов в процессе сварки и вызывать коррозию сварочного соединения;
флюс должен обладать высокой реакционной способностью, активно раскислять окислы, переводить их в более легкоплавкие химические соединения или удалять их, растворяя так, чтобы процесс растворения заканчивался до затвердевания сварочной ванны;
образовавшийся в процессе сварки шлак должен хорошо защищать металл от окисления кислородом и азотом воздуха;
шлаки должны хорошо отделяться от шва после сварки;
плотность флюса должна быть меньше плотности основного и присадочного металла, чтобы в процессе сварки образуемый флюсом шлак всплывал на поверхность сварочной ванны, а не оставался в металле шва;
флюс должен сохранять свои свойства на протяжении всего процесса сварки:
флюс должен быть дешевым и недефицитным.

В зависимости от вида свариваемого металла в сварочной ванне образуются основные и кислые оксиды. Если образуются основные оксиды, то применяют кислый флюс, если кислые - основной флюс. В обоих случаях реакция протекает по следующей схеме:

кислотный оксид + основной оксид = соль.

В качестве флюсов используют буру, борную кислоту, оксиды и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др. Состав флюса выбирают в зависимости от свойств свариваемого металла. При сварке чугуна в сварочной ванне образуется кислый оксид SiO₂, для растворения его вводят сильные основные оксиды - К₂O, Na₂O. В качестве основных флюсов применяют углекислый натрий Na₂CO₃, углекислый калий К₂СO₃ и буру Na₂B₄O₇.

При газовой сварке меди, латуни образуются основные оксиды (Cu₂O, ZnO, FeO и др.), поэтому для растворения их вводят кислые флюсы. Они обычно представляют собой соединения бора.

При кислородной резке нержавеющих сталей, чугуна и цветных металлов флюс вводится в струю режущего кислорода. Основой флюса для кислородной резки служит железный порошок.

Токсичность флюсов для пайки. Меры предосторожности. Часть вторая

Покупая импортные товары, мы зачастую оказываемся в плену стереотипа, созданного ещё в советские времена. Дескать, импортная, дорогая вещь лучше, качественнее и безопаснее. В этой статье я постараюсь сделать акцент на составе и безопасности известных престижных импортных флюсов.

Компания Amtech одна из первых вывела на рынок гелеобразные флюсы для пайки. Именно её RMA-223 первым добился известности и первым стал жертвой китайских фальсификаторов. Состав оригинального RMA-223 на первый взгляд не сложен. Обычную канифоль подвергают перегонке с перегретым водяным паром, затем обрабатывают специальными катализаторами, придают мазеобразную консистенцию, добавляя растворители и пластификаторы. Другими словами, основная масса этого флюса – модифицированная канифоль высокой степени очистки. Активаторами этого состава служили добавки слабых органических кислот, которые разрушались в процессе пайки. Вред для паяльщика от этого флюса невелик, примерно, то же самое, что паять канифолью, только пайка чище и дозирование удобнее. Попытка китайских умельцев скопировать данный состав на основе канифоли провалился. Самодельный флюс расслаивался и кристаллизовался. Возможно, некоторые радиолюбители помнят китайский продукт, который через месяц после покупки невозможно было выдавить из тюбика. Но специалисты по подделкам не растерялись, и сейчас их творение под названием Amtech RMA-223, с голографической наклейкой для презентабельности, в виде смеси вазелина и сомнительной химии продаётся по всему миру, повторяя оригинал только цветом и упаковкой.

Кроме флюса на канифольной основе Amtech выпускает и бесканифольные флюсы (например, LF-4300). Их основу составляют многоатомные спирты и синтетические смолы, многие из которых являются производными фенолов. И те и другие достаточно вредны, такие флюсы в основном применяют в промышленности

Флюс Martin. Изготавливается в Германии, в России есть несколько фирм, которые им торгуют, но немалая часть этого флюса завозится из Украины, о чём свидетельствует надпись на наклейке. Информации об этом флюсе достаточно много, правда находится она на специализированных сайтах, на немецком и английском языках и мало кто с ней знакомится. А следовало бы. Оказывается состав «Мартина» несложен. Это своеобразный раствор пропиленгликоля, синтетической или модифицированной канифоли и дифенилового эфира. И если первые два вещества сравнительно безвредны, то дифениловый эфир весьма токсичен. Этот химикат с запахом герани, который некоторые радиолюбители сравнивают с запахом солёных огурцов, относится ко второму классу опасности. Он способен вызывать раздражение, дерматиты при контакте с кожей, крайне опасен для глаз. При высоких температурах испаряется, поражает дыхательную систему, вызывает кашель и боль в горле. При вдыхании даже небольшого количества его паров наблюдается головная боль. Производитель предупреждает о недопустимости попадания этого вещества в окружающую среду и о высокой опасности для живых организмов. При использовании флюсов на основе дифенилового эфира рекомендуется использовать профессиональное оборудование и принимать все меры по защите персонала от его паров. По сути, флюс является исключительно промышленным. Несмотря на хорошие технологические качества, его использование в радиолюбительской практике не рекомендуется (ввиду токсичности).

Флюс Fluxplus является детищем американской компании EFD. Он представляет собой синтетическую канифоль высокого качества с добавками растворителей и пластификаторов. Один из растворителей , L-лимонен, как раз и придаёт этому флюсу своеобразный, но достаточно приятный запах. Правда мало кто знает, что это вещество может вызвать или спровоцировать сильную аллергическую реакцию. Кроме этого активаторы, содержащиеся во флюсе вредно действуют на дыхательную систему человека, о чём честно предупреждает производитель и рекомендует соблюдать все правила безопасности, в том числе работать под вытяжкой.

Читатель, возможно, скажет: «Ну это всё теория, возможно вредных веществ во флюсах не так много, паяю без вентиляции, и вроде ничего…»

Отвечу. В поисках информации о токсичности флюсов я наткнулся в ютубе на видео «Проверка флюсов на токсичность». Автор ролика воздействовал парами различных флюсов на насекомых (тараканов) и в ряде случаев наблюдалась их гибель. На самом деле ничего удивительного. Цитирую учебник : «Некоторые производные фенолов являются универсальными пестицидами, оказывающими токсическое действие на вредных насекомых …» А я уже упоминал, что во многих флюсах производных фенола более чем достаточно. Человек конечно не таракан, но не будем забывать об эффекте накопления.

На этом я прощаюсь, желаю всем здоровья и удачи, интересуйтесь составом паяльных материалов, которыми пользуетесь и соблюдайте технику безопасности.

Читайте также: