Что такое дуговая сварка под флюсом

Обновлено: 16.05.2024

Сварка под флюсом – это способ сварки деталей из высоколегированной марганцевой, никелевой или фторидной стали, при котором сварочная ванна и шов защищены от окисления слоем флюса в виде порошка или гранул.

Процесс формирования шва протекает в газовой полости под слоем непрерывно подаваемого флюса. Кроме функции защиты от окисления, флюс также легирует формируемый шов марганцем и кремнием, повышая его прочность и формируя соединение с высокой степенью однородности.

ГОСТ на сварку флюсом 8713-79 устанавливает размеры и типы сварных соединений, а также способы наложения шва под флюсом.

Виды флюсов и их особенности

По способу изготовления флюсы бывают:

Плавленые флюсы изготавливают из шлакообразующих марганцевых руд и кварцевого песка путем размалывания, смешивания и расплавления с последующим гранулированием. Такие флюсы экономичны и хорошо подходят для сварки деталей из низколегированной стали.

Керамические (неплавленные) флюсы изготавливают из окислителей и солей амфотерных металлов, которые измельчают, смешивают с жидким стеклом до однородного состояния, после чего гранулируют и прокаливают.

Примерная стоимость керамических флюсов на Яндекс.маркет

Керамические флюсы имеют мелкодисперсную порошкообразную структуру, они применяются для сваривания сложных высоколегированных стальных сплавов, при этом состав флюса подбирается под конкретную марку свариваемой стали.

По химическому составу флюсы бывают:

Солевые флюсы содержат соли фторидов и хлоридов, применяются для электросварки титана и стали, легированной никелем и хромом. Оксидные флюсы содержат оксиды активных металлов и кремния, применяются для сварки низкоуглеродистой стали. Смешанные флюсы содержат оксиды и соли металлов в различных пропорциях, применяются для сваривания многокомпонентных сплавов или деталей из разных металлов.

Описание технологии процесса

Существует три основных способа сварки под флюсом:

При автоматической сварке траектория и скорость движения электрода, а также скорость подачи проволоки регулируется управляющим процессором, рабочие участвуют только в качестве контролеров процесса для экстренного отключения сварочного агрегата.

Полуавтоматическая сварка под флюсом предполагает, что скорость подачи проволоки, сила тока сварки и угол наклона электрода к линии сварки регулируются автоматически, а ведение дуги осуществляется сварщиком вручную – через рукоятку или дистанционное управление. Полуавтоматический сварочный агрегат позволяет вручную изменять отдельные параметры тока непосредственно во время процесса сварки.

Сварка под флюсом вручную применяется в небольших агрегатах, где система подачи флюса встроена в неплавящийся электрод, при этом сварщик регулирует направление движения, угол наклона и скорость хода электрода в ручном режиме, специальными кнопками управляя подачей флюса и силой тока сварки.

Общий порядок действий при сварке под флюсом:

С поверхностей деталей снимается оксидная пленка.
Детали закрепляются на сварочной плите.
Выбираются настройки и режим сварочного аппарата.
Заполняется резервуар для флюса.
Устанавливается бухта наплавной проволоки, конец которой заправляется в электрод.
Происходит процесс сваривания.
После остывания деталей собирается неизрасходованный флюс, и шов очищается от шлака.

Важно следить за расходованием проволоки и флюса, чтобы не допустить работы электрода вхолостую и повреждения деталей.

Оборудование для сварки

Для сварки флюсом потребуются стационарные условия и оборудование:

Сварочные плиты выполняются на бетонном основании из жаростойких материалов с возможностью закрепления деталей. Проволока берется из материала свариваемых деталей, толщина от 0,3 до 12 мм. Электрод изготавливается из вольфрамового сплава с керамической оплеткой.

Система подачи флюса представляет собой резервуар и шланг, конец которого отстоит от электрода на 10-30 см. Диаметр шланга подачи флюса должен позволять гранулам свободно сыпаться перед электродом.

Схема процесса автоматической сварки под слоем флюса

Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом контролируется программным обеспечением, регулирующим направление и скорость движения электрода вдоль линии сваривания.

Выбор режима сварки

В зависимости от толщины и металла свариваемых деталей выбирается режим сварки под флюсом. Для каждого режима существует свой диапазон напряжения, силы тока сварки и диаметр проволоки. Скорость формирования шва колеблется в пределах от 6 до 100 метров в час.

Если толщина свариваемых деталей от 2 до 10 мм, то выбирается режим сварки на стальной подкладке под стыком деталей. Режим на флюсовой подушке подходит для сварки деталей толщиной 10-25 мм, а сварка деталей толщиной 16-70 мм выполняется в режиме предварительной ручной проварки нижней части шва.

С увеличением толщины свариваемых деталей растет диаметр проволочного электрода и сварочный ток, но уменьшается скорость формирования сварного шва.

Сила тока сварки (А) зависит от толщины проволоки (мм) следующим образом:

Напряжение сварки существенно увеличивается только при толщине деталей свыше 25 мм.

Достоинства и недостатки

К преимуществам сварки под флюсом относятся:

высокая степень автоматизации процесса;
возможность проведения сварки под большой силой тока;
высокая скорость сварки;
качественный шов без окислов и раковин;
возможность увеличения сварной ванны для более качественного провара.

Системы автоподачи флюса и сохранение постоянного расстояния от электрода до шва позволяет сваривать сложные детали с минимальным участием рабочих. Защитный слой флюса не дает расплавленному металлу разбрызгиваться, что позволяет производить сварку под высокими токами, многократно увеличивая скорость формирования и качество шва.

Однородность шва достигается за счет изоляции сварной ванны от кислорода воздуха, а также из-за легирования шва компонентами флюса, которые можно подобрать специально для материала свариваемых деталей. Также сварка под флюсом дает возможность использования одновременно двух электродов, расположенных на расстоянии 10-20 мм друг от друга и питаемых от одного источника тока – это позволяет сделать больше сварную ванну под флюсом, увеличив таким образом скорость сварки и степень однородности готового изделия.

К недостаткам сварки под флюсом относят трудности контроля процесса и технологическую сложность. Агрегаты для сварки под флюсом занимают большие площади и требуют обслуживания квалифицированными кадрами. Сварной шов формируется под слоем флюса и у сварщика нет возможности контролировать качество шва в режиме реального времени. Избежать брака можно путем дополнения агрегата ультразвуковыми или лазерными системами контроля наличия дефектов.

Общая информация и принципы дуговой сварки под флюсом

Дуговая сварка под флюсом (SAW-сварка) является процессом, при котором наплавленный металл образуется от комбинации двух сварочных материалов, флюса и проволоки, при котором проволока плавиться в дуге, горящей под слоем флюса, образующим зону сварки. Данный процесс сварки используется при производстве различных изделий, но обычно это достаточно крупные объекты, такие как корабли, сосуды, работающие под давлением, морские нефте- и газодобывающие платформы, мосты, емкостные хранилища, трубы магистральных трубопроводов и т.п. Обычно сварка под флюсом выполняется в нижнем положении, как для угловых, так и для стыковых швов. Дуговая сварка под флюсом является наиболее высокопроизводительным процессом, для которого можно применять проволоки как из нелегированных или низколегированных сталей, так и из высоколегированных. Дуговая наплавка под флюсом ленточными электродами также является достаточно популярным процессом, используемым для наплавки коррозионностойких слоев на поверхности конструкционных углеродистых сталей.

Дуговая сварка под флюсом, как правило, применяется в цеховых условиях. Сварка вне цеховых условий сопряжена с рядом проблем, таких как насыщение флюса влагой. Однако вне цеха данный вид сварки тоже применяется, особенно на монтаже крупногабаритных изделий.

SAW-сварка наиболее рациональна когда соединение надо заварить за минимальное количество проходов и в шву предъявляются высокие требования, например по ударной вязкости.

Сварку изделия также можно выполнять с двух сторон, используя разделки кромок различных конфигураций, в зависимости от толщины свариваемых деталей. Существуют марки сталей, которые надо сваривать за много проходов, чтобы гарантировать заданный уровень ударной вязкости сварного соединения или выдержать другие требования.

Сварка с большим количеством проходов ведет к удорожанию процесса, однако, если к конструкции предъявляются очень высокие требования по работоспособности, стоимость сварки уходит на второй план.

При SAW-сварке, также как и при других видах сварок, в шве могут образовываться дефекты, однако в целом, если параметры подобраны правильно, данный вид сварки менее склонен к образованию дефектов.

Принципы дуговой сварки под флюсом

Для дуговой сварки под флюсом необходимо иметь механизм подачи сварочной проволоки, источник питания, систему подачи флюса и контроллер, управляющий этим процессом. В качестве сварочных материалов используется голая сварочная проволока, подаваемая под слой флюса, которые совместно поступают в зону сварки через контактный наконечник и шланг подачи флюса. Электрический ток на проволоку передается через контактную трубку или контактные губки, изготавливаемые из меди.

Флюс подается из большого бункера по шлангу через сопло, расположенное перед контактными губками по направлению сварки или через воронку. Электрическая дуга возбуждается при контакте проволоки с изделием. Необходимые ток и напряжение вырабатывает источник питания постоянного или переменного тока. Интенсивное выделение тепла в дуге плавит флюс и проволоку, подаваемую в зону сварки. Флюс, также как и проволока, переходят в жидкое состояние. Из-за разницы в их плотности, расплавленный флюс всплывает над поверхностью расплавленного металла сварочной ванны и застывает. Флюса может, как легировать металл шва, так и вести себя нейтрально. Шлак, образующийся из флюса в процессе сварки, защищает расплавленный металл от кислорода атмосферы, а в последствие отделяется от поверхности наплавленного валика и уходит в отходы. При этом расходуется не весь высыпаемый в зону сварки флюс, а его нерасплавившиеся остатки возвращаются во флюсовый бункер по системе рециркуляции флюса.

Основной принцип SAW-сварки

Шлак, образующийся при сварке, создает теплоизолирующий эффект и снижает тепловые потери дуги. Благодаря этому энергия вырабатываемая дугой может быть гораздо выше, чем при сварке открытой дугой. Коэффициент эффективного тепловложения выше и, как результат, достигается более высокая скорость сварки. При SAW-сварке этот коэффициент может достигать 60% в сравнении с 25%, характерными для сварки покрытым электродом или другими видами ручной сварки. Для SAW-сварки может использоваться как постоянный, так и переменный ток, но постоянный используется чаще.

Правила сварки

Сравнение сварок на постоянном токе со сваркой на переменном токе.
Для дуговой сварки под флюсом используется как постоянный, так и переменный ток, но на практике сварка на постоянном токе обратной полярности (на электроде «+») применяется чаще всего. Ниже даны сравнительные преимущества между сварками на постоянном токе и сваркой на переменном токе:

Особенности автоматической сварки под флюсом

Автоматическая сварка под флюсом рассматривается как процесс жесткого соединения двух металлических поверхностей при помощи электрической дуги между проволокой и швом под расплавленным слоем флюса. Данный метод применяют в стационарных условиях (заводской цех, верфь) для работы со сталью и разнородными металлами в диапазоне 1,5-150 мм толщины.

Технология процессов

Автоматическую дуговую сварку под флюсом на промышленные рельсы во время 2-й Мировой войны поставил академик Е. О. Патон в киевском институте, который сегодня носит его имя. Но сама идея данного метода принадлежит Н. Г. Славянову: в качестве флюса он использовал мелкодробленое стекло.

Как это работает

Схема дуговой сварки под флюсом выглядит так, как это показано на фото вверху, но все эти процессы лучше рассмотреть более подробно. В результате плавки/испарения флюса с металлом образуется газовое облако, которое окутывает сварочную дугу или газовый факел. В процессе гашения непрерывного электрического разряда в сварочной ванне образуется корка шлака, которая легко отслаивается.

Преимущество работы с автоматом перед ручной сваркой в данном случае заключается в том, что резко сокращаются потери на угар и разбрызгивание металла, хотя принцип процесса в любом случае остается неизменным.

В промышленности в качестве электродов чаще всего применяется сварочная проволока разного диаметра. Но также есть потребность в ленточных электродах толщиной до 2 мм и шириной до 40 мм или в комбинации проволока-лента.

В среднем насыпной флюс весит 1,5 г/см2 и его давление на расплавленный металл составляет 7-9 г/см2. Такого прижима вполне достаточно для исключения механических воздействий электрической дуги на сварочную ванну: даже при очень больших токах шов формируется правильно.

Важно! Дуговая сварка без флюса при силе тока выше 500 A практически невозможна. Происходит разбрызгивание металла, не сдерживаемого газовым облаком, тогда как под флюсом можно применять токи до 3000-4000 A без ущерба для ударопрочности, вязкости и эстетичности шва.

Примечание. Для погружной дуговой сварке под флюсом существует английская аббревиатура SAW (Submerged Arc Welding).

Роль флюса при сварке

Суть соединения металлов или, что такое дуговая сварка под флюсом, станет понятнее, если разобраться в принципах действия этих самых флюсов. По предназначению он выполняет функции, соответствующие покрытию или обмазке электродов для обычной дуговой сварки. В самом процессе производства всегда присутствуют высокие температуры, плавящие этот состав, что почти полностью перекрывает доступ воздуха, а точнее, O2 в область шва и растворяющие оксиды по кромке соединения. Совокупность таких процессов максимально оптимизирует условия для создания дуги.

Классификация подбора

В зависимости от металла, меняются физические параметры процесса, следовательно, для повышения качества используются разные флюсы. Для компоновки того или иного состава применяются различные фториды, оксиды и подобные им элементы.

При подборке особое внимание уделяется химическому составу, который можно классифицировать как:

алюминатно-основные (по маркировке AB);
алюминатно-рутиловые (по маркировке AR);
кальций-силикатные (по маркировке CS);
марганец-силикатные (по маркировке MS);
флюоритно-основные (по маркировке FB);
и др (по маркировке W).

Основа различия флюсов заключается в их активности при взаимодействии основного металла детали с присадочным материалом. Например, пассивные флюсы содействуют образованию газового облака, которое никак не отражается на химическом составе соединяемых материалов. Слаболегирующие категории легируют сварочный шов небольшим количеством кремния (Si), марганца (Mn) и др., придавая ему ударную вязкость.

Виды по назначению

Что нужно учитывать при выборе сварочных флюсов:

Низкоуглеродистые стали. Здесь возможны два варианта: это флюсы с повышенным содержанием кремния (Si) и марганца (Mn) либо сварочный пруток с легирущими добавками, но с малым содержанием и даже полным отсутствием Mn.
Низколегированные стали. Химическая инертность флюса однозначно должна быть более высокой, чем в первом рассмотренном случае. Здесь элементы Si и Mn не используются либо присутствуют в малых дозах – их заменяет флюорит (CaF2), также известный, как плавиковый шпат. Это способствует образованию легкоплавких шлаков, которые с лёгкостью отделяются от шва. Такие флюсы зачастую делают с содержанием оксида алюминия (Al2O3) и негашеной известью (CaO).
Активные металлы (титан - Ti). Применяются фторидные/хлоридные соли щелочных металлов. Примеси O2 в данном случае исключены – они резко понижают пластичность швов.

Таблица с примерами назначений сварочных флюсов:

Для газосварки

Технология сварки под флюсом также включает в себя газосварку цветметов, чугуна, инструментальных сталей (содержание C от 0,7%) с использованием защитного газового слоя. Для этого применяются пастообразные и порошковые флюсы, которые наносятся на:

кромку стыкуемых деталей;
присадочный пруток;
непосредственно в сварную ванну.

Подача флюса в рабочую сварочную зону осуществляется разными путями и это зависит от физических характеристик материала. Например, порошковые композиты склонны сдуваться газовым факелом, поэтому необходимо следить за равномерным поступлением флюса в расплав.

Существующие нормативы

Согласно РД 34.15.132-96 дуговая сварка под слоем флюса производится по следующим параметрам, указанным в таблице ниже.

Технология автоматической сварки под флюсом подразумевает дозированную ручную или автоматическую присыпку порошка из бункера. У данного метода есть один существенный недостаток: он не позволяет проводить работы в нижнем положении. Тем не менее, для сварки трубопроводов решение нашлось: прокручиваются сами трубы, в то время как головка горелки вместе с подающим устройством остаются неподвижными. Огромным преимуществом в этом вопросе обладает сварочная порошковая проволока – работы с ней могут проводиться в любой плоскости (сверху, сбоку, снизу).

Важно! Качество всех сварочных флюсов регулируется в соответствии с ГОСТ 9087-81. Там указаны порядка 50 марок таких композитных материалов и требования, распространяющиеся на них.

Преимущества автоматизированной сварки

Безусловно, у автоматической сварки под флюсом есть ряд преимуществ относительно трудовых затрат. Человеку остается лишь отладить оборудование для соответствующего режима и пассивно контролировать процесс.

К месту стыковки деталей флюс подается в автоматическом режиме. Высота (h) слоя регулируется в соответствии с толщиной металла, а забор порошка проводится из специального бункера.
Сварная проволока подается из кассетного механизма без участия человека.
Скорость процесса регулируется автоматически, с учетом толщины металла, чтобы создать качественную сварочную ванну.

Но бывают ситуации, когда приходится работать без каких-либо инструкций, например, нужно сделать всего один сварочный шов на трубопроводе. В таких случаях лучше придерживаться следующих правил:

Дуга должна быть стабильной - только так можно добиться высокого качества. Параметры можно отрегулировать по силе тока и толщине металла, как это указано в таблице раздела «Существующие нормативы».
Скорость сваривания будет зависеть от интенсивности подачи проволоки.

Скорость. Это определяется подачей сварочной проволоки (количество м/час). Использование флюса разгоняет этот процесс примерно в 10 раз.
Равномерность. За счёт подачи проволоки с определённой скоростью существенно повышается ударопрочность, вязкость и эстетика шва.
Мощность. Закрытая дуга несет в себе высокую мощность, что позволяет расплавлять металл на нужную глубину. Если используется открытая дуга, то мощность падает, а это требует предварительного раздела кромок и качество стыка снижается.
Автономность. После отладки оборудования присутствие оператора при процессе не является обязательным.
Экономия. От электрода при сварке остается всего лишь 2%, которые невозможно использовать.
Структура. Благодаря стабильности дуги создается красивая мелкочешуйчатая структура шва.
Простота. Для работы сварщика в данной сфере не нужно длительное обучение – достаточно приобретения общих навыков.

Оборудование для автоматической сварки под флюсом

Для создания рабочего места, в первую очередь потребуется источник переменного или постоянного тока. Обычно в целях экономии используют переменную сеть, снабженную достаточно мощным трансформатором, который не допускает перепадов напряжения. Но иногда (в основном, это касается сельской местности) мощности ТП недостаточно и тогда приходится подключать оборудование через стабилизатор.

На сегодняшний день чаще всего используют трансформаторы марки ТСД-500-1, ТСД-1000-4 и ТСД-2000. При больших объемах производства или повышенных требованиях к качеству можно задействовать сварочный трактор Jasic MK-1, как на фото вверху или АДС-1000-2, TC-17М-У, TC-35, АДФ-500 и др. Также сейчас выпускают преобразователи ПС-500, ПСО-500, ПС-100 и сварочные выпрямители BC-500, BC-1000-2, ВДУ-504, ВДУ-1001, ВДУ-1601.

Вернемся к трактору Jasic MK-1 и рассмотрим его более подробно. С помощью этого агрегата осуществляется автоматическая дуговая сварка длинных прямолинейных и/или кольцевых швов в любой плоскости. Минимальная сила тока, выдаваемого этим аппаратом, составляет 100 A, а максимальная 1000-1250 A в зависимости от модификации.

Трактор Jasic MK-1 позволяет использовать для сварочных работ все виды проволоки Ø 2-6 мм. При необходимости поперечную балку и сварочную головку можно перемещать по горизонтали и по вертикали или вращать. Качественную центровку шва обеспечивает стабильная подача проволоки кассетой с четырьмя роликами (возможный сбой скорости составляет от 0,3 до 3 мм/мин).

Тележка аппарата приводится в движение электрическим двигателем постоянного тока с регулировкой скорости – диапазон составляет от 0,1 до 1,5 м/мин. На каретке находится ручка для смены режимов движения. Так, режим AUTO позволяет не вмешиваться в процесс, а MANUAL требует ручного управления – эта функция позволяет позиционировать режим в соответствии с техническими характеристиками свариваемых деталей.

Существует много другого аналогичного оборудования для выполнения сварочных работ под флюсом. Рассмотреть даже половину моделей, не говоря уже об их модификациях, в рамках одной статьи просто технически невозможно, но это и не является нашей целью.

Плазменная наплавка

В настоящее время вопрос плазменной наплавки стоит перед специалистами достаточно остро, так как такая технология сварки под слоем флюса значительно увеличивает эксплуатационный ресурс композиций. По сути, высокая потребность метода сводится к меркантильным интересам: в машиностроении это означает выпуск конкурентоспособной продукции и более высокие доходы от продаж. Конечно, этот метод не является каким-то ноу-хау, но его преимущества не вызывают сомнений.

Общий статус

В данном случае под плазмой подразумевается ионизированный газ и для получения которого используются разные методы (механический, электрический). Некоторые источники высказывают мнение, что плазма, это та же классика или четвёртое агрегатное состояние вещества после твёрдого, жидкого и газообразного, но, соглашаться с этим или нет – право каждого человека. Как бы там ни было, ионизированный газ, обладая рядом полезных качеств, широко используется в научных и технических отраслях.

Работа с плазменно-дуговыми наплавками

В первую очередь сварочным оператором настраивается оборудование. Нужно выставить верный угол сопла газовой горелки по отношению к рабочей плоскости, выверить зазор между ним и деталью (обычно, это 5-8 мм) и вставить сварочную проволоку. В случае, когда требуются колебания сопла, головка выставляется точно по центральной продольной линии шва. Средина определяется очень просто: амплитуда колебаний делится на два.

Несмотря на простоту процесса наплавки, оператором может работать только достаточно опытный сварщик – это требует максимальной концентрации внимания. Если не придерживаться таких требований, то вероятность порчи заготовки возрастёт до максимума.

Газ ионизируется при помощи постоянного электрического разряда или дуги: на атомном уровне происходит отрыв отрицательно заряженных частиц (механический способ). Это возможно благодаря мощному тепловому воздействию разряда на поток газовой смеси. Аналогичного результата можно добиться при воздействии мощного электрического поля, но придётся соблюсти ряд дополнительных условий (электрический способ).

Для ионизации полаётся струя газа под давлением 20-25 атм, которую прошивает электрическая дуга с напряжением 120-160 V и силой тока до 500 A (для сравнения: в потребительской электросети 220-230 V и 50 A). Положительно заряженные ионы при помощи магнитного вихря летят к катоду с огромной скоростью, которой достаточно, чтобы при столкновении с металлом резко поднимают его температуру до 10000-18000°C.скорость движения ионов в таком процессе достигает 15000 м/сек!

Заключение

В заключении следует отметить, что дуговая сварка под флюсом регламентируется требованиями ГОСТ 9087-81, но нормы межгосударственных стандартов между странами СНГ были подписаны только в 1992 году. Тем не менее, вышеупомянутый норматив от 1981 года остался неизменным для России, Украины и Беларуси.

Под флюсом — значит, качественно и надёжно. Метод сварки металла, разработанный академиком Патоном

Прямой доступ кислорода в сварочную ванну чреват тем, что шов получится некачественным и просуществует недолго: начнётся окисление, образуются трещины. Чтобы избежать этого, усовершенствовали процесс. Один из способов разработал в институте сварки академик Евгений Патон. Электрическая дуга горит между концом проволоки и соединяемым металлом под слоем флюса, который перекрывает доступ кислорода. Отличие от классической электродуговой сварки только в том, что процесс проходит в защитной среде.

Применяется для всех металлов и сплавов, в том числе для неоднородных. Кроме защиты зоны сварки, флюс выполняет ещё одну функцию: стабилизирует электрическую дугу и раскисляет металл.

Государственное регламентирование технологии, типов соединения, характеристики

ГОСТ 8713-79 классифицирует и маркирует буквенными обозначениями подвиды способа соединения под флюсом:

АФ – на весу. Производится без средств, предотвращающих протекание металла в зазоры между соединяемыми кромками. Если требуется проварить на полную глубину, то это делают в два приёма с обеих сторон шва.
АФф – на флюсовой подушке. Название способа иллюстрирует суть: под свариваемый стык подкладывают флюс, через огнеупорную подкладку прижимают к стыку прорезиненным шлангом. Подают в трубку воздух под давлением – порошок плотно прижат к изделиям в области шва.
АФм – на флюсомедной подкладке. Применяется для предотвращения пережога металла кромок, соединения угловых, стыковых и тавровых сопряжений с флюсомедными подкладками, формирующими обратную сторону шва.
АФо – на остающейся подкладке. Применяется при односторонней сварке, когда нельзя сваривать на флюсовой подушке. Стальные подкладки – гарантия полного провара швов.
АФп – на медном ползуне. Его конструкция обеспечивает соединение порошковой проволокой с принудительным образованием углового шва. Жидкий шлак образуется по ходу горения дуги, затем всплывает на поверхность.
АФш — с предварительным наложением подварочного шва. Применяется реже из-за значительных трудозатрат. Упрощает процесс сборки изделия.
АФк – с предварительной подваркой корня шва. Выполняют покрытым или плавящимся электродом в защитном газе. Глубина провара достигает 1/3 толщины детали.

Сварные соединения – как их определяет государственный стандарт

По ГОСТ 8713-79 сварные швы классифицируются как:

В свою очередь, они подразделяются на соединения:

с отбортовкой кромки;
без скоса;
со скосом одной кромки;
с криволинейным скосом одной кромки;
с ломаным скосом одной кромки;
с двумя симметричными скосами одной кромки.

Технология автоматической сварки под флюсом

Подготовительные операции: очистка места соединения от ржавчины, грязи и других посторонних включений металлической щеткой и шлифовальным кругом. Процесс идёт автоматически, оператор задаёт только один из режимов, перечисленных выше.

Флюс насыпают слоем 50-60 мм. Дуга скрыта под массой порошка и горит в его жидкой среде. Этот метод ведётся чаще на токе высокой плотности, поэтому используют автоматы с постоянной скоростью подачи проволоки. Она извлекается из бобины автоматически, как и флюс, который предварительно засыпают в специальный резервуар.

Особенности технологического процесса, материалы

Сварочная дуга горит в облаке газа, образованном плавлением и испарением флюса. Когда она гаснет, расплавленный порошок остывает и образует шлаковую корку. Его засыпают перед дугой слоем шириной 40-80 мм и длиной 40-100 мм. Неиспользованный материал отсасывается обратно в бункер и запускается повторно.

В промышленных масштабах сваривают проволокой или ленточными электродами. В качестве флюсов выступают искусственные силикаты: закись марганца, окиси магния, алюминия, кальция.

Процесс более экономичный, чем ручная электродуговая сварка, потому что коэффициент использования тепла дуги выше. Нет вредного воздействия на зрение и органы дыхания оператора – дуга скрыта под слоем порошка.

Недостаток – отсутствие возможности сваривать вертикальные швы.

Оборудование: принцип действия

Для работы этим методом существует два типа аппаратов:

Электродная проволока подаётся с постоянной скоростью и не зависит от напряжения на дуге.
Напряжение на дуге регулируется автоматически, от него зависит скорость подачи электродной проволоки.

На установках с постоянной скоростью сварочный ток подбирают в соответствии со временем подачи гибкого электрода, напряжение – изменением внешней характеристики источника питания.

Примерная стоимость сварочных аппаратов на Яндекс.маркет

Настройки остальных параметров процесса – вылета электрода и высоты флюса – одинаковы для обоих типов аппаратов и зависят от конструкционных особенностей самих установок.

Варианты дуговой сварки под флюсом

В качестве электрода применяются проволоки диаметром от 1,2 до 6,0 мм, а токи сварки находятся в диапазоне от 120 А для малых диаметров до 1 500 А для больших. Для получения более высокой производительности наплавки, вместо сварки одиночной проволокой применяют сварку расщепленной дугой или двухдуговую сварку. Причем для обоих этих методов SAW-сварки можно использовать как проволоки сплошного сечения, так и порошковые флюсонаполненные и металопорошковые.

Сварка расщепленной дугой

Взамен сварки одиночной проволокой диаметром 3 мм, механизм подающий проволоку переоборудуется под две проволоки диаметром по 2,4 мм каждая (твин-процесс). Расстояние между проволоками в контактном наконечнике или контактных губках составляет 8 мм, которые можно располагать как вдоль, так и поперек линии стыка. Преимуществами являются более высокая производительность и большая доля участия присадочного материала в металле шва. Питания дуги осуществляется от одного источника, а сварочный ток протекает по обеим проволокам. На электрод подается положительный потенциал. Подобное переоборудование достаточно просто и экономически жизнеспособно.

Двухдуговая сварка

С точки зрения производительности, еще более эффективным является метод двухдуговой сварки под флюсом (тандем-процесс).
В данной схеме задействованы две независимых сварочных системы объединенных в один блок. Данное устройство должно содержать в себе:

Два независимых источника питания дуги, один постоянного тока, второй переменного.
Два независимых блока управления
Два независимых механизма подачи сварочной проволоки

По первому электроду протекает постоянный ток, а по второму переменный. Задняя головка наклонена в сторону головной, благодаря этому ее проволока поступает в хвостовую часть сварочной ванны. Система «тандем» также может быть оснащена под конфигурацию твин. При такой конфигурации в зону сварки подаются 4-е проволоки. Производительность такой системы может достигать 30 кг/час. При сварке стыкового соединения применяются проволоки 2х2.0, 2х2.4 и 2х3.0 мм. Расстояние между твин-проволоками составляет 8 мм. Использование сварки на постоянном токе более предпочтительно из-за лучшей стабильности дуги.

Прямая полярность (DC-), как известно, применяется при наплавке. Глубина проплавления меньше, производительность выше.

Позиционирование электродов, преимущества и недостатки

При сварке расщепленной дугой положение электродных проволдок относительно линии стыка можно изменять от перпендикулярного до параллельного. Это осуществляется за счет поворота контактной трубки в диапазоне от нуля до 90°.
При повороте проволок параллельно стыку глубина проплавления увеличивается, а риск образования подрезов и пор снижается. Связано это с тем, что длина ванны получается наибольшей, а потому времени на удаление газов из ванны в этом случае больше.
При перпендикулярном расположении проволок относительно стыка глубина проплавления наименьшая. Однако, такое расположение электродов позволяет заполнять разделки с большим углом раскрытия, накладывая валики по той же линии, что и корневой проход. Корневой проход лучше выполнять при параллельном расположении проволок относительно стыка, а заполняющие и облицовочный при перпендикулярном.
Проволоки также можно располагать по диагонали к линии стыка, что применяется для разделок с меньшим углом раскрытия.

Сравнение сварок одиночной проволокой и расщепленной дугой

Многодуговая сварка

Когда электроды подключены к разным источникам питания, а сварочные головки связаны в общий блок, такая сварка называется многодуговой. Для такой сварки применяют электроды большого диаметра (3-5 мм). Данный метод, используемый для сварки толстого листового металла, основной задачей является заполнение сечения разделки.

Недостатком данного метода можно считать очень большие размеры сварочной ванны и, соответственно, медленное затвердевание шлаковой корки.

Скорость сварки м/мин

Род тока и полярность

Наплавка лентой

Оборудование, применяемое для дуговой сварки под флюсом различными видами проволок, может также быть приспособлено для наплавки лентами. Вместо проволоки в качестве электрода используется лента и требуется специальный флюс.

Для наплавки обычно применяются ленты шириной 30, 60 и 90 мм толщиной 0,5 мм. Ленточная наплавка процесс достаточно медленный. Лента подается достаточно медленно, поэтому подающий механизм должен иметь мотор и редуктор с соответствующим передаточным отношением, обеспечивающие необходимую медленную скорость подачи. Преимуществом ленточной наплавки является достаточно низкая доля участия основного металла в составе наплавленного металла. Обычно сварочные токи находятся в диапазон от 600 до 1500 А. Чаще всего, ленточная наплавка применяется для наплавки на поверхности толстостенных сосудов плакирующих слоев из коррозионностойких сплавов. Это позволяет изготавливать сосуды, работающие в коррозионных средах из конструкционных сталей, что значительно снижает их стоимость.

Примеры расположения электродов при многодуговой сварки и сварочные токи

Сварка в узкую разделку

Метод сварки под флюсом в узкую разделку (NGW - Narrow Gap Welding) разработки ЭСАБ предназначен для изготовления сосудов работающих под давлением с толщиной стенки до 350 мм. Ширина разделки в ее верхней части составляет примерно 18 мм, а угол раскрытия кромки не превышает 3°. Если для подобных толщин использовать традиционные формы разделки, то заполнение таких разделок будет занимать очень длительное время. Затраты на сварочные материалы, рабочую силу и электроэнергию будут огромными. По данным показателям сварка в узкую разделку имеет неоспоримые преимущества. Данный метод значительно упрощает и удешевляет сварку толстостенных сосудов.

После сварки корневого прохода, сварка в узкую разделку выполняется с раскладкой наплавляемых валиков на левую и правую стенку разделки после каждого оборота сосуда. NGW может выполняться как для кольцевого, так и для продольного стыка. Т.к. наплавка валиков осуществляется с раскладкой то на левую, то на правую стенку, проблем с отделением шлака не возникает, т.к. он отделяется сам. Использование для сварки высокоосновных флюсов позволяет получать шов с высокой вязкостью.

В итоге NGW дает следующие преимущества:

Уменьшение времени сварки
Меньше расход сварочных материалов
Ниже остаточные напряжения в сварном соединении
Более узкая зона термического влияния
Меньше удельное тепловложение
Высокое качество шва
Хорошие экономические показатели

Сварка с холодной проволокой

Токонесущая сварочная головка может быть доукомплектована системой подачи холодной проволоки. Идея заключается в подаче в сварочную ванну проволоки, по которой не протекает сварочный ток, что позволяет несколько увеличить производительность наплавки. Холодная проволока подается в ванну таким же образом, как и проволока, по которой сварочный ток протекает. В некоторых приводах системы подачи проволоки используются редукторы с двумя выходными валами. От одного из них подается горячая проволока, от второго холодная. Наиболее правильным соотношением диаметров этих проволок считается вариант, когда диаметр холодной проволоки по размерному ряду на 1 или два шага меньше чем холодной.

Железный порошок

Другим путем повышения производительности является добавление железного порошка. Из специального дозатора железный порошок подается в сварочную ванну. При сварке на постоянном токе, под воздействием магнитного поля, образуемого сварочной проволокой, порошок притягивается к ней и поступает в сварочную ванну.

Читайте также: