Классификация флюсов для сварки

Обновлено: 05.10.2024

ГОСТ Р ИСО 14174-2010

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЛЮСЫ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ

Welding consumables. Fluxes for submerged arc welding. Classification

Дата введения 2012-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным учреждением "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им.Н.Э.Баумана (ФГУ НУЦСК при МГТУ им.Н.Э.Баумана), Национальным агентством контроля и сварки (НАКС), ООО Аттестационный центр "Сплав" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 364 "Сварка и родственные процессы"

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 14174:2004* "Материалы сварочные. Флюсы для дуговой сварки. Классификация" (ISO 14174:2004 "Welding consumables - Fluxes for submerged arc welding - Classification", IDT).

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2020 г.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к классификации флюсов для дуговой сварки и наплавки нелегированных и мелкозернистых сталей, высокопрочных сталей, сталей, стойких к ползучести, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей, никеля и сплавов на никелевой основе с использованием сварочной проволоки и ленточных электродов.

1 Используемое в настоящем стандарте наименование сталей "нелегированные и мелкозернистые стали" в соответствии с системой обозначения сталей и сплавов, принятой в Российской Федерации, соотносится с понятием "углеродистые и низколегированные стали перлитного класса", наименование "стали стойкие к ползучести" соотносится с "теплоустойчивыми сталями".

2 Область применения настоящего стандарта в части групп и марок основных металлов, для сварки которых используют классифицированные в настоящем стандарте сварочные материалы, определяют в соответствии с системой группирования металлов, принятой в ISO/TR 15608 и ISO/TR 20172.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения).

ISO 3690, Welding and allied processes. Determination of hydrogen content in ferritic steel arc weld metal (Сварка и родственные процессы. Определение содержания водорода в металле шва при дуговой сварке ферритных сталей)

3 Классификация

Флюсы для дуговой сварки изготовляют различными способами. Флюсы состоят из определенной смеси веществ минерального (природного) происхождения, которые обладают способностью плавиться при сварке и имеют вид гранул (зерен) заданного размера. Флюсы в зависимости от назначения могут оказывать различное влияние на химический состав и механические свойства наплавленного металла. На сварочно-технологические свойства флюсов в некоторой степени оказывает влияние такое свойство флюса, как электропроводность в расплавленном виде. Однако указанные выше свойства флюсов не были приняты во внимание при установлении классификации в настоящем стандарте.

Классификационное обозначение флюсов представляет собой группу индексов, состоящую из следующих шести отдельных индексов:

1) первый индекс - обозначает способ сварки;

2) второй индекс - обозначает способ изготовления флюса (см. 4.2);

3) третий индекс - обозначает тип флюса, характеризующий химический состав (см. таблицу 1);

4) четвертый индекс - обозначает класс флюса (см. 4.4);

5) пятый индекс - обозначает род тока (см. 4.5);

6) шестой индекс - обозначает уровень содержания водорода в наплавленном металле (см. таблицу 2).

Классификационное обозначение для удобства его применения имеет условное разделение на две части - обязательную и необязательную:

a) обязательная часть классификационного обозначения (индексы, описанные в 4.1-4.4) включает индексы для обозначения способа сварки, способа изготовления, типа и класса флюса;

b) необязательная часть классификационного обозначения (индексы, описанные в 4.5 и 4.6) включает индексы для обозначения рода тока и уровня содержания водорода в наплавленном металле.

4 Индексы

4.1 Индекс для обозначения способа сварки

Индекс, имеющий обозначение "S", указывает на применяемый способ сварки - дуговая сварка под флюсом.

4.2 Индекс для обозначения способа изготовления флюса

В зависимости от способа изготовления флюса в классификационном обозначении применяют следующие индексы:

- плавленый флюс - F;

- агломерированный флюс - А;

- смешанный флюс - М.

Плавленые флюсы изготовляют путем расплавления всех необходимых ингредиентов, последующей разливки и дробления после застывания. Агломерированные флюсы изготовляют путем измельчения минеральных (природных) веществ, их смешивания, добавления связующих веществ и последующей грануляции. Смешанные флюсы изготовляют путем смешивания плавленых и агломерированных флюсов.

Требования к гранулометрическому составу приведены в разделе 5 настоящего стандарта.

4.3 Индекс для обозначения типа флюса, характеризующий химический состав

Индексы, приведенные в таблице 1, обозначают типы флюсов в соответствии с их химическим составом.

Таблица 1 - Индексы для обозначения типа флюса, характеризующие химический состав

Сварочные флюсы

Чтобы качественно выполнить соединение электродуговой сваркой, необходима сила тока достаточной величины, присадочный материал для заполнения шва, и газовая среда для защиты расплавленного металла от воздействия кислорода из окружающего воздуха. Для реализации последнего условия используют сварочный флюс. Что это такое? Каков функционал этого вещества, и как он классифицируется? Где применяются флюсы для сварки?

Определение и предназначение

Сварочный флюс — это гранулированное средство, подаваемое в зону сварки, непосредственно перед проходом через данный участок плавящегося электрода и зажженной электрической дуги. Вещество похоже на крупнозернистый порошок, бывающий прозрачного, белого, желтого, зеленого или коричневого цвета.

Это средство используется для защиты сварочной ванны от взаимодействия с атмосферой, и препятствия вытеснению углерода из состава основного металла. Некоторые марки флюсов дополнительно обогащают шов укрепляющими связками в виде легирующих элементов.

Используется гранулированное вещество в:

электродуговой сварке плавящимся электродом, где последним выступает проволока, подающейся с катушки в горелку;
электрическом методе сваривания покрытыми электродами как дополнительное средство;
полуавтоматической сварке в среде инертного газа, где порошок находится во внутренней части трубчатой проволоки;
газовой сварке пропан-кислородным пламенем на легированных сталях и цветных металлах;
электрической сварке угольными электродами.

Функционал гранулированного средства

Сварочные флюсы играют большую роль в обеспечении процесса соединения металлов. Их функции, в зависимости от состава вещества и свариваемого материала, могут заключаться в поддержании четырех действий.

Изоляция

Главной целью флюсов является создание непроницаемого газового облака, позволяющего основному и присадочному металлам беспрепятственно сплавляться в сварочной ванне. Чтобы порошок выполнял эту функцию необходима правильная дозировка вещества на линии соединения. Хорошими изоляционными газовыми свойствами обладают мелкие гранулы плотной структуры. Но возрастающая плотность укладки фракций на поверхности соединения отрицательно сказывается на формировании поверхности шва.

На изолирующую способность оказывает влияние не только размер посыпаемых частиц, но и их насыпная масса. Применяя специальные таблицы с данными можно устанавливать точную подачу стекловидного средства в сварочную зону.

Стабилизация

Кроме защитных свойств порошка, позволяющих вести сварочные работы без внешних газовых включений, флюсы создают благоприятную среду для горения электрической дуги, которая проявляется в разряде электрического тока между концом электрода и изделием. Расстояние между сторонами полюсов составляет около 5 мм. Для стабилизации горения дуги в состав гранул добавляют специальные вещества, позволяющие более устойчиво проходить электрическому разряду. Это дает возможность работать не только на постоянном, но и на переменном токе, и применять разнообразные режимы сварки.

Легирование

Благодаря воздействию высоких температур и взаимодействию основного и присадочного металлов, создается сварочный шов. Его химический состав зависит от используемых материалов. Из-за электрической дуги некоторые полезные элементы могут выгорать или передаваться с металла шва в шлаковые массы. Чтобы этого не произошло, в некоторые флюсы добавляют легирующие вещества, обогащающие шовный металл, и препятствующие насыщению шлака кремнием и марганцем. Для большего легирования используют соответствующую присадочную проволоку.

Формирование поверхности

Когда кристаллическая решетка в расплавленном металле только начинает образовываться, все, что соприкасается с ней, оказывает влияние на вид будущего шва. Флюсы, благодаря различной степени вязкости и межфазного натяжения, имеют сильные формирующие способности, благоприятно сказывающиеся на сварочном соединении.

Например, при работе на большой силе тока и толстых материалах, более практичны флюсы с долгим вязким состоянием. Такие порошки называют «длинными». Это позволяет глубоко прогретому сплаву постепенно кристаллизоваться и остыть, образуя гладкочешуйчатую структуру. Для сварки на малых токах, сильная жидкотекучесть будет мешать видеть сварочную ванну и качественно выполнять процесс, поэтому здесь применяются «короткие» флюсы, у которых вязкость быстро переходит в твердое состояние при снижении температуры.

Классификация

Классификация сварочных флюсов имеет четыре критерия, которые разделяют присадочное средство. Заключаются они в следующих пунктах:

назначение флюса;
способ его изготовления;
структура и физические параметры;
химический состав.

Назначение

В зависимости от состава и свойств гранулированного средства, оно может быть применено для обеспечения сварочных процессов в работе с углеродистыми, легированными и цветными металлами. Его используют для электродуговой, газовой и электрошлаковой сварки, а также работах с неплавящимися электродами. Некоторые классы флюсов взаимозаменяемы. Так, флюс для сварки алюминия, может быть использован и для создания соединений на легированных сталях. В его состав входят натрий, калий и литий, которые будут положительно сказываться и на других металлах. «Алюминиевый» флюс хорошо подойдет для сварки угольными электродами. Другие гранулированные смеси узко специализированны и не пригодны для широкого применения.

Способ изготовления

В промышленности имеются три способа производства флюса:

Плавленные. Для этого применяют электрические или угольные печи. Компоненты шихты разогревают до жидкого состояния и, сплавляясь, образуют полезную смесь. Брикеты и комки материала разбиваются до мелких частей. В готовом виде такие порошки имеют мелкодисперсную структуру серого цвета.
Механические смеси. Это соединение нескольких видов флюса в один состав путем физического перемешивания гранул между собой. Технология применяется для конкретных видом металлов. Постоянного состава не существует, а изготовление производится на заказ. Имеет существенный недостаток в виде разности веса и размера частиц, что приводит к их разделению при транспортировке и подаче из бункера.
Керамические. Соединение образовывается за счет скрепления порошкообразных веществ клеем, в роли которого выступает жидкое стекло. Альтернативным методом является спекание без сплавления. Компоненты шихты разогреваются до слипания в комки. После остывания они проходят процедуру измельчения. Благодаря недопущению сплавления сохраняются легирующие вещества.

Структура и параметры

Внешний вид и физическое строение порошкообразных средств для сварки может отличаться. Наиболее распространенными являются стекловидные зерна. Они имеют прозрачный цвет и круглую структуру. Отличаются более высокой насыпной массой, поэтому плотно укрывают соединение, защищая его от внешней среды.

Вторая категория флюсов создается в виде пемзообразного вещества. Это пенистые гранулы овальной или круглой формы. Цвет может варьировать от белого до коричневого. Порошок, из-за легкого веса, требует более высокого слоя присыпания соединения.

Химический состав

Из компонентов, входящих в состав порошкообразного вещества для присыпки сварного соединения, выделяются низкокремнистые смеси, где оксида последнего содержится меньше 35%. При этом участие марганца граничит на уровне 1%. Вторая группа — это флюсы с высоким содержанием оксида кремния, которое начинается от 35%. Третья категория называется бескислородной.

Отличаются флюсы и по степени взаимодействия с основным и присадочным металлами. Пассивные смеси только создают газовое облако, но никак не воздействуют на химический состав стали. Слаболегирующие порошки — это категория флюсов, производимая путем плавления, которые снабжают свариваемые материалы небольшим количеством кремния, марганца, и других полезных включений. Это придает шву большую прочность и ударную вязкость. Легирующие гранулированные составы обогащают металл в значительной степени, улучшая его физические и химические свойства. Швы после такой сварки лучше сопротивляются коррозии.

Обозначения

Флюс, используемый в ручной дуговой сварке, должен не мешать формированию шва, обеспечивать стабильное горение электрической дуги, и предотвращать образование дефектов в виде трещин и пор в застывающей структуре соединения. Во время плавления нижнего слоя порошка требуется минимальное выделение вредных веществ, угрожающих дыхательной системе сварщика. После окончания горения дуги, корка над швом должна легко отделяться, а гранулированное средство иметь низкую стоимость ввиду больших объемов выполняемых сварочных работ.

Все это нашло отображение в таблице обозначений типов флюса, чтобы пользователи могли легко ориентироваться и приобретать необходимое вещество для конкретного вида работ.

Нормативы по применению

В зависимости от выполняемых сварочных работ определяется количество и иные факторы задействования флюса. Это происходит по следующей таблице:

В зону сварки флюс подается предварительной ручной присыпкой, либо автоматически из специального бункера. Недостатком метода считается возможность вести сварочные работы только в нижнем положении. Но для сварки труб решение нашлось в прокручивании изделия, а не головки горелки. При использовании трубчатой порошковой проволоки сварку можно проводить в любом пространственном положении.

Применение этого относительно недорогого гранулированного вещества значительно улучшает качество сварки, защищая процесс горения дуги, и содействуя образованию прочного соединения.

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».

Что такое флюс для сварки

В зоне сварки всегда присутствует высокая температура, которая способствует увеличению скорости окислительных реакций с образованием большого количества оксидов. Оксиды ухудшают качественные показатели шва настолько, что делают процесс сварки невозможным. Для недопущения попадания кислорода в сварочную ванну применяют несколько методов, одним из которых является сварка под слоем флюса.

Принцип работы флюсов для сварки

Флюс для сварки выполняет функцию, аналогичную той, которую выполняет обмазка на электродах для ручной дуговой сварки. При поднятии высоких температур сварочной зоны флюс плавится, частично перекрывая доступ кислорода в зону сварки, и растворяя оксиды, которые образуются на кромках свариваемых деталей. Таким образом, улучшаются условия горения сварочной дуги.

Каждому виду соединяемых металлов подбирают свой, предназначенный специально для них флюс. Поэтому существует множество их видов и составов. Наиболее часто используемые элементы в их составе, это фториды, оксиды и другие соединения.

Классификация флюсов для сварки

Для удобства подбора флюсов при различных технологиях сварки их классифицируют. Существуют различные системы классификации, но, в основном, общепринятыми считаются классификации по составу химических элементов, способу, которым они были изготовлены, их назначением и физическим свойствам.

По составу химических элементов, делят на:

Марганце-силикатные;
Кальций-силикатные;
Алюминатно-основные;
Флюоритно-основные;
Алюминатно-рутиловые;
Другие типы.

Отличаются флюсы и по активности взаимодействия с основным и присадочным металлами. Пассивные флюсы только создают газовое облако, но никак не воздействуют на химический состав стали. Слаболегирующие флюсы — это категория флюсов, производимая путем плавления, которые легируют свариваемые материалы небольшим количеством кремния, марганца, и другими элементами. Это придает шву большую прочность и ударную вязкость. Легирующие гранулированные составы обогащают металл в значительной степени, улучшая его физические и химические свойства.

По физическому состоянию

По физическому состоянию флюсы классифицируются следующим образом:

порошкообразные;
стекловидные;
кристаллические.

Порошкообразные сварочный флюс представляет собой гранулы белого или светло-коричневого цвета. Встречаются гранулы круглой или овальной формы. При использовании такого флюса необходимо учитывать их малую плотность и насыпать более толстым слоем. Объемная масса таких флюсов находится в пределах от 0,6 до 1 кг/дм 3.

Стекловидными назвали флюсы за прозрачность, что напоминает стеклянные шарики. Они бывают совершенно бесцветными или окрашенными в цвета от синего до черного. Имеют высокую плотность и качественно укрывают место сварки. Их объёмная масса 1,4 – 1,8 кг, дм 3 .

Несколько иначе выглядят кристаллические виды. Их окраска во многом повторяет цвета пемзовидного флюса, но зерна имеют кристаллическое строение.

По способу изготовления

По типу производства различают несколько видов флюсов:

Плавленные. Такие флюса изготавливают из минеральных руд путем плавления в пламенных или электропечах с последующим гранулированием, фракционированием и прокаливанием.
Механические смеси. Это соединение нескольких видов флюса в один состав путем физического перемешивания гранул между собой. Технология применяется для конкретных видом металлов. Постоянного состава не существует, а изготовление производится на заказ. Имеет существенный недостаток в виде разности веса и размера частиц, что приводит к их разделению при транспортировке и подаче из бункера.
Керамические. Первые получают путем смешивания сухих компонентов. Далее подготовленную смесь минералов и ферросплавов замешивают на жидком стекле, сушат, прокаливают и фракционируют. Преимущества такого вида флюса: низкий расход, возможность повторного использования (в системах рециркуляции), высокое качество получаемого шва.

По назначению

Флюсы классифицируются в зависимости от того, какие металлы свариваются с их помощью:

низкоуглеродистые стали;
низколегированные стали;
высоколегированные стали;
цветные металлы и сплавы.

Также, они классифицируются по виду сварки: электродуговой, газовой, электрошлаковой, неплавящимися электродами. Существует большая группа флюсов, которые можно применять для нескольких видов металлов.

Флюсы для дуговой сварки

Технология сварки под флюсом предполагает применение материалов, которые должны обладать следующими качествами:

иметь температуру плавления ниже, чем у свариваемых металлов;
хорошо растекаться и не выделять ядовитых веществ;
образовывать легкоотделимые шлаки;
быть легкодоступными и не дорогими.

Работы с применением электродуговой сварки ведутся при использовании флюсов в виде гранул размером 0,2 – 0,4 мм. По мере расплавления гранулы создают защиту сварочной ванны в виде газов и шлаков. Это способствует лучшему переносу металла электрода и высокую стабильность дуги. При этом количество оксидов резко уменьшается, а те, которые образовываются, выводятся в шлаковую зону.

За длительное время применения электродуговой сварки разработано множество материалов для предотвращения попадания кислорода в зону образования шва. Такое разнообразие позволяет обеспечить качественное соединение огромного количества вариантов металлических деталей. В настоящее время этот способ соединения металлов практически полностью вытеснил все остальные виды и продолжает развиваться в сторону упрощения и удешевления процессов.

Сварочные флюсы. Защита сварочной зоны

В процессе газовой и электродуговой сварки высокотемпературная зона обработки чрезвычайно увеличивает свою химическую активность. Следствием являются интенсивное окисление металла, испарение части материала сварочной проволоки, снижение интенсивности металлургических процессов, что препятствует эффективному плавлению. Наконец, с увеличением продолжительности сварки в ванне начинается скапливаться всё больше шлаков. Поэтому такую зону необходимо эффективно изолировать, что и выполняется сварочными флюсами – неметаллическими композициями с определённым набором свойств.

Принцип действия

Типовая сварочная зона при установившейся стадии процесса включает в себя следующие области:

Зону дугового столба с внутренней температурой не менее 4000…5000 °С.
Зону газового пузыря, которая образуется вследствие интенсивного атомарного испарения компонентов в кислородной среде.
Шлаковый расплав, который, будучи легче металла, располагается в верхней части газовой полости.
Слой расплавленного металла в нижней части полости.
Шлаковую корку, которая образует верхнюю, твёрдую границу сварочной зоны.

Кроме того, свой вклад в поведение свариваемого металла вносит также сварочная проволока. Таким образом, при всех разновидностях сварки в миниатюре моделируется обычный металлургический процесс получения металла, но без защитного покрытия и чёткой протяжённости, которые в первом случае ограничиваются объёмом мартеновской или электропечи.

Обезопасить свариваемый металл от окисления и шлаковой корки, ухудшающей качество готового шва можно, применив непрерывную подачу в сварочную зону легкоплавких и в то же время – химически инертных компонентов. Ими и являются сварочные флюсы. Они могут применяться также для целей поверхностной наплавки. Применение флюсов снижает уровень пыли, которая всегда образуется при сварке.
При использовании данных материалов должны обеспечиваться следующие условия:

Сварочный флюс не должен снижать производительность сварки, а, наоборот, стабилизировать её;
Материал не должен вступать в химические реакции, как с основным металлом, так и с металлом сварочной проволоки;
На протяжении всего рабочего цикла должна обеспечиваться изолированность зоны сварочного пузыря от окружающей среды;
После окончания процесса остатки флюса, связываясь со шлаковой коркой, должны легко удаляться из зоны обработки. При этом до 70…80% материала флюса можно, после соответствующей очистки, вновь использовать при сварке.

Эти требования довольно сложны и противоречивы, поэтому оптимальный состав и технология подачи сварочных флюсов определяется под конкретный вид сварки, конфигурацию соединяемых частей металла и производительность процесса.

Классификация сварочных флюсов

Все разновидности сварочных флюсов характеризуются следующими параметрами:

Своим внешним видом – могут быть порошковидными, зернистыми/кристаллическими, пастоподобными и даже газовыми. Например, для целей электросварки или наплавки оптимальными считаются сварочные флюсы в виде порошка или мелких гранул (при этом материал должен обладать ещё и соответствующими показателями электропроводности). В то же время при газосварке или пайке лучше применять флюсы в виде паст, порошка или газа.
Химическим составом, к которому предъявляются требования химической инертности при весьма высоких температурах, а также способности к эффективной диффузии некоторых составляющих флюсов в металл сварного шва.
Способом получения. Различают плавящиеся и неплавящиеся флюсы. Первые эффективнее при наплавке, когда поверхность металла должна быть эффективно дополнена иными химическими элементами (например, для улучшения внешнего вида и повышения антикоррозионных свойств). Неплавящиеся флюсы призваны улучшить механические показатели готового шва, поэтому их используют при сварке высокоуглеродистых сталей и цветных металлов, например, алюминия, которые в обычных условиях плохо свариваются.
По своему назначению. Например, легированная сварочная проволока с флюсом позволяет улучшить химсостав, и повысить уровень механической прочности исходного металла. Особо ценятся флюсы универсального применения, которые можно использовать не только для сварки стали, но также для сварки цветных металлов и сплавов.

Типовыми составляющими любого сварочного флюса являются кремнезём и марганец. Однако для целей легирования в состав флюсов могут включаться различные ферросплавы и металлы.

Классификацию рассматриваемых материалов часто производят также и по их марке. Она определяется предприятием-разработчиком. Например, все марки флюсов, которые были разработаны Институтом электросварки имени Патона, в своём обозначении обязательно имеют буквы АН (академия наук). Своё «фирменное» обозначение ФЦ имеют и флюсы, разработанные Центральным НИИ транспортного машиностроения. Несмотря на то что рецептура практически всех флюсов стандартизирована (например, флюсы, предназначенные для автоматической сварки под флюсом сварочными тракторами, выпускаются по требованиям ГОСТ 9087), единой маркировки данных материалов нет.

Технология получения

Она определяется химическим составом сварочного флюса.

Неплавленые флюсы имеют керамическую основу, и получаются механическим измельчением компонентов на шаровых мельницах. В зависимости от размера фракций такие флюсы подразделяются на мелкие с размером зерна 0,25…1,0 мм, и нормальные, с размером зерна до 3…4 мм. Первые применяются при сварке проволокой небольших диаметров, не превышающих 1,0…1,5 мм; в обозначение таких флюсов добавляют букву М. В случае значительного количества компонентов в марке неплавленого флюса, их предварительно связывают между собой склеиванием, а затем уже размалывают до требуемого размера частиц.

В состав неплавленых флюсов входят, кроме кремнезёма, марганцевая руда, ферросплавы, металлические порошки и оксиды некоторых элементов. Критерием отбора считается способность этих компонентов усиливать металлургические процессы, которые протекают в зоне сварки. В результате улучшаются условия для поверхностного легирования и раскисления металла, сварной шов приобретает более мелкозернистую структуру, а количество вредных примесей в шве уменьшается. Легирующие способности неплавленых флюсов позволяет применять более дешёвую сварочную проволоку.

Вместе с тем, неплавленые флюсы имеют и свои недостатки. Например, их упаковка должна быть гораздо более тщательной, поскольку все компоненты таких флюсов гигроскопичны и легко впитывают влагу, ухудшающую качество материала. Неплавленые флюсы более требовательны к соблюдению технологического процесса сварки, поскольку при этом могут существенно измениться условия легирования.

К неплавленым флюсам относят также магнитные. По своей эффективности они подобны керамическим, но содержат дополнительно ещё железный порошок, что увеличивает производительность сварки.

Плавленые флюсы используются преимущественно в технологиях автоматической сварки всех разновидностей. Технология их получения более сложная, и включает в себя следующие этапы:

Подготовку, и размол всех компонентов, которые должны быть в составе флюса (кроме тех, что используются в неплавленых флюсах, туда включают также плавиковый шпат, глинозём, мел и ряд других);
Перемешивание механической смеси в специальных вращающихся мельницах;
Плавку в газопламенных печах с защитной атмосферой или в электродуговых печах;
Гранулирование, которое выполняется для того, чтобы итоговые фракции имели нужных размер зёрен. Для этого расплав флюса выпускается в воду, где и затвердевает в шарообразные частицы;
Сушку во вращающихся сушильных барабанах;
Окончательное просеивание и упаковку.

Плавленые сварочные флюсы состоят из оксида марганца и кремнезёма SiO₂. Марганец обеспечивает восстановление оксидов железа, которые постоянно образуются в процессе сварки, а также связывает находящуюся в шлаках серу в сульфид, который впоследствии легко удаляется с поверхности сварного шва. Кремний, в свою очередь, повышает сплошность металла в зоне шва, поскольку препятствует росту концентрации окиси углерода при сварке. Хорошие раскисляющие свойства кремния способствуют увеличению однородности химического состава металла при сварке под флюсом.

Плавленые флюсы имеют прозрачную или светло-жёлтую окраску. Их плотность не превышает 1,6…1,8 г/см 3 .

Действие сварочных флюсов при проведении сварки

Для ручной сварки флюс насыпается слоем толщиной до 60 мм на поверхности металла, которые прилегают к будущему стыку. При недостаточной толщине слоя флюса может быть непровар металла, с образованием трещин и раковин. После этого возбуждается разряд (при электросварке) или поджигается горелка – при газопламенной. По мере перемещения сварочного электрода слой флюса подсыпается на новые поверхности. Поскольку размеры столба в дуги больше высоты флюса, то разряд протекает полностью в жидком расплаве компонентов, которые воздействуют на металлический расплав с удельным давлением до 8…9 г/см 2 . В результате проведения сварки под флюсом исключается разбрызгивание металла, сокращается расход сварочной проволоки и повышается производительность процесса. Это происходит потому, что наличие флюса позволяет использовать более высокие значения рабочего тока без опасности получения прерывистого сварочного шва. Для сравнения – токи 450…500 А при открытой сварке применять невозможно, т. к. дуга выплёскивает металл из сварочной ванны.

В условиях автоматической или полуавтоматической сварки сварочные флюсы используются так. Флюс подаётся из бункера по специальной трубке. Чуть позже включается подача электродной проволоки с катушки, которая расположена после ёмкости с флюсом. По мере выполнения сварки часть флюса, которая не была использована и связана шлаками, пневматически отсасывается в специальную ёмкость. Расплавленная и охлаждённая шлаковая корка впоследствии механически удаляется с поверхности сварного шва.

Положительными факторами применения сварочных флюсов являются:

Отсутствие потребности в предварительной разделке кромок будущего шва, поскольку при больших токах (для электросварки), либо повышенной концентрации кислорода (при газовой сварке) расплавление металла протекает значительно интенсивнее.
Отсутствие угара металла, как в зоне шва, так и на поверхностях, которые прилегают к нему. Всё это сопровождается повышением качества готового сварного шва.
Более устойчивое горение дуги.
Увеличение КПД источника питания, поскольку снижаются потери энергии, затрачиваемой на нагрев металла, его разбрызгивание и повышенного расхода сварочной проволоки с флюсом.
Более комфортные условия труда сварщика, поскольку значительная часть пламени дуги экранируется слоем флюса.

Ограничением для применения сварочных флюсов считается невозможность быстрого осмотра места выполненной сварки. Это повышает требования к качеству подготовительных работ, особенно, если сваркой соединяют детали сложной конфигурации. Кроме того, сами флюсы достаточно дороги, а их расход сопоставим с затратами на сварочную проволоку.

Читайте также: