Основное назначение флюса при газовой сварке деталей из алюминиевых сплавов

Обновлено: 18.05.2024

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.

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.

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.

Общие сведения о сварочных флюсах

Сварочными флюсами называют спец. приготовленные металлические гранулированные порошки с размером отдельных зерен 0,25-4 мм. При механизированных дуговых способах сварки под флюсом защита сварочной ванны и ее металлургическая обработка осуществляется сварочными флюсами. Флюсы расплавляясь, создают газовый и шлаковый купол над зоной сварочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, сера, фосфор и газы.

К флюсам для автоматической и полуавтоматической сварки плавящимся электродам предъявляются ряд общих требований:

- обеспечение стабильности горения дуги и процесса сварки;

- получение заданного химического состава металла сварочных швов и их свойств;

- обеспечение хорошего формирования металла шва;

- получение швов без дефектов (шлаковых включений, пор и трещин);

- легкая отделяемость шлаковой корки от поверхности швов;

- стабильность горения дуги обеспечивается за счет ионизируемых компонентов, которые введены в состав флюса.

Заданный химический состав металла шва обеспечивается за счет основного и электродного металла, учитывая их изменения вследствие взаимодействия с флюсом.

Хорошее формирование металла шва и легкая отделимость шлаковой корки обеспечивается путем регулирования физико-химических свойств флюса (температур плавления, жидкотекучесть шлака и др). Трещины, шлаковые включения и пористость металла швов подавляется за счет рафинирующих, раскисляющих, легирующих компонентов, которые введены в состав флюса.

4.2. Классификация флюсов

Флюсы принято подразделять по следующим признакам:

1. По способу их изготовления:

2. По назначению:

а) для определенного способа сварки (флюсы для дуговой сварки, для электрошлаковой сварки);

б) для сварки определенных металлов (флюсы для сварки стали, для сварки алюминия, для сварки титана, для сварки меди, для сварки магния и т.д.).

3. По химическому составу:

а) Окислительные флюсы, содержащие в своем составе MnO и SiO₂ Чем больше содержится во флюсе MnO и SiO₂, тем сильнее флюс может легировать металл кремнием и марганцем, но одновременно тем сильнее он окисляет металл. Окислительные флюсы преимущественно применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей.

б) Безокислительные флюсы, практически не содержащие окислы кремния и марганца или содержащие в небольших количествах. В основном содержат весьма окислы CaO, MgO, Al₂O₃, и фтористый кальций (CaF₂). Их преимущественно используют для сварки высоколегированных сталей.

в) Безкислородные флюсы, состоящие из фторидных и хлоридных солей щелочных и щелочно-земельных металлов, а также других составляющих, не содержащих кислород. Их используют для сварки химически активных металлов (алюминия, магния, титана).

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Алюминиевые сплавы сваривают ручной дуговой сваркой угольными или штучными электродами, дуговой сваркой в защитных газах плавящимся и неплавящимся электродами, дуговой сваркой под флюсом и по слою флюса, газопламенной и контактной сваркой.

Почти при всех способах сварки (кроме контактной) применяют электродную или присадочную проволоку. ГОСТ 7871-75 предусматривает 14 марок проволоки для сварки алюминия диаметром 0,8. 12,5 мм: из технического алюминия Св А97, Св А85Т, Св А5; алюминиево-марганцевую Св АМц; алюминиево-магниевую Св АМгЗ, Св АМг4, Св АМг5, Св 1557, Св АМг61, Св АМгбЗ; алюминиевокремниевую Св АК5, Св АК10 и алюминиево-медистую Св 1201. Проволока диаметром до 4 мм на заводе-изготовителе очищается химической обработкой, наматывается на катушки и упаковывается в полиэтиленовые мешки вместе с порошком силикагеля - индикатором влажности. Если упаковка негерметична, порошок становится розовым. Проволока большего диаметра может быть в мотках, перед сваркой ее надо очистить от консервирующей смазки горячей водой или паром, затем травить 5. 10 мин в 2. 5 %-м растворе щелочи NaOH при температуре 60. 70 °С, промыть в проточной воде при температуре 50 °С, в холодной проточной воде и осветлить в 15 %-м растворе азотной кислоты в течение 2. 5 мин при температуре 60. 70 °С.

При ручной дуговой сварке применяют неплавящиеся угольные электроды СК (сварочные круглые) диаметром 4, 6, 8, 10 и 18 мм и длиной до 250 мм (ГОСТ 10720-75). Штучные электроды делают из проволоки, соответствующей составу свариваемого сплава, с обмазкой на основе хлористых и фтористых солей. Для сварки используют электроды ОЗА-1, для заварки дефектов литья ОЗА-2. При дуговой сварке в защитных газах применяют неплавящиеся вольфрамовые электроды и инертные газы: аргон первого или второго сорта и гелий, либо их смеси.

Флюсы применяют при всех способах сварки алюминия, кроме дуговой в защитных газах и контактной. Назначение их - убрать окисную пленку. Поэтому основа всех флюсов - это смеси хлористых и фтористых солей калия, натрия, бария, лития. Марки флюсов разли^ чаются сочетанием этих солей и добавками.

При дуговой сварке в инертных газах применяют любые типы соединений. При других способах сварки плавлением, когда необходимо применение флюсов, чаще сваривают стыковые соединения. Перед сборкой деталей стыкуемые кромки нужно зачистить на ширине 20. 30 мм шабером или стальной щеткой из нагартованной коррозионно-стойкой проволоки диаметром 0,1 . 0,2 мм при длине ворса 30 мм. Затем кромки обезжиривают растворителем (бензином, ацетоном). Качество и безопасность обезжиривания будут выше, если вместо растворителя детали травить 5. 8 мин в щелочной ванне при температуре 65 °С с последующей промывкой водой и сушкой. При массовом производстве механическую зачистку кромок лучше заменять травлением по режиму, приведенному выше для проволоки.

Собирать детали можно с помощью прихваток, располагая их со стороны, обратной наложению первого валика шва. Если это невозможно, то прихватку тщательно зачищают, желательно заподлицо с основным материалом. Без прихваток собирать детали можно в приспособлениях, закрепляя их прижимами и фиксаторами, дающими возможность относительного перемещения деталей в процессе сварки, чтобы уменьшить деформации, неизбежно большие при жестком закреплении.

С обратной стороны стыка деталей устанавливают подкладные планки из материала с низкой теплопроводностью, например из хромоникелевой стали. В планке под стыком делают канавку такой величины, чтобы при сварке туда поместился весь металл, содержащий окисные пленки с торцов стыка. Тогда в основной части шва вероятность окисных включений уменьшится. Если подкладные планки установить нельзя, можно сделать с обратной стороны стыка на кромках небольшую, глубиной 0,2. 0,3 толщины кромки, разделку, через которую окисные пленки выйдут в проплав.

Аргонодуговая сварка неплавящимся электродом на переменном токе - лучший способ сварки тонколистового алюминия. Она обеспечивает минимальную деформацию свариваемой конструкции и высокое качество шва, не требуя специального флюса. Зажигание дуги непосредственным касанием поверхности детали вольфрамовым электродом нежелательно из-за загрязнения поверхности электрода алюминием, что приводит к его разрушению. Дугу лучше зажигать на вспомогательной графитовой пластинке и переносить разогретый электрод на свариваемые кромки. Ручная сварка неплавящимся электродом может производиться как с присадочным материалом, так и без него. Длина дуги не должна превышать 1,5. 2,5 мм, а расстояние от выступающего конца электрода до нижнего среза сопла горелки при стыковых соединениях - 1,0. 1,5 мм,

при тавровых (угловых) - 4. 8 мм. Давление защитного газа в зависимости от его расхода устанавливают в пределах 0,01. 0,05 МПа. Техника ручной сварки в защитных газах напоминает газопламенную сварку: когда под неподвижным электродом образуется ванна жидкого металла, в нее подают присадочный пруток до заполнения ванны. Затем присадку отводят и электрод быстро перемещают по направлению сварки на нерасплавленные кромки. Вновь разводят сварочную ванну и процесс повторяют. Поскольку алюминий обладает высокой жидкотекучестью, при сварке вертикальных и горизонтальных швов необходимо внимательно следить за объемом расплавляемого металла и вовремя подавать присадочный материал, который, охлаждая металл ванны и увеличивая его вязкость, предотвращает его вытекание. Подачу газа прекращают не раньше, чем через 3. 5 с после обрыва дуги. Это обеспечивает высокую стойкость вольфрамового электрода, предотвращая его окисление в разогретом состоянии и последующее растрескивание окисленной поверхности - главную причину появления в шве вольфрамовых включений, одного из основных дефектов сварки неплавящимся электродом. Признаком, окисления вольфрама является синий до черного цвет. Нормальное состояние рабочего конца электрода характеризует серебристо-белый цвет без трещин и налипаний алюминия.

При полуавтоматической и автоматической сварке, в отличие от ручной, неплавящийся электрод располагается вертикально, а присадочная проволока подается так, чтобы ее конец опирался на передний край ванны.

При сварке вольфрамовым электродом на переменном токе условия горения дуги в полупериоды разной полярности отличаются. Когда вольфрам является катодом, из-за мощной термоэлектронной эмиссии с него проводимость дугового промежутка возрастает, сила тока увеличивается, напряжение дуги снижается. Наоборот, в полупериод обратной полярности проводимость дуги уменьшается, сила тока уменьшается, напряжение увеличивается. В сварочной цепи появляется постоянная составляющая тока. Она снижает стабильность горения и уменьшает проплавляющую способность дуги, ослабляет интенсивность катодного распыления окисной пленки на поверхности детали. Ухудшается качество шва. Поэтому при сварке алюминия нужно подавлять постоянную составляющую тока. Для этого в сварочную цепь нужно последовательно включать батарею конденсаторов, которая хорошо пропустит переменный ток и не пропустит постоянный. Специализированные установки для сварки алюминия, например УДГ-301, УДГ-501 , такую батарею имеют в своей конструкции.

Основное преимущество сварки вольфрамовым электродом в аргоне - высокая устойчивость дуги - позволяет сваривать алюминиевые сплавы с толщиной кромок деталей 0,8. 3,0 мм и выше. Еще меньшие толщины (до 0,2 мм) позволяет сваривать импульсная дуга с неплавящимся электродом. При этом процессе между электродом и деталью непрерывно горит маломощная дуга, поддерживая дуговой промежуток в ионизированном состоянии. На нее периодически накладывают горящих трех дуг: независимой дуги между двумя вольфрамовыми электродами и двух зависимых дуг, горящих между каждым из электродов и свариваемым изделием (см. рис.84, д). Большая проплавляющая способность трехфазной дуги позволяет сваривать за один проход без разделки кромок на подкладке из коррозионно-стойкой стали алюминиевые детали толщиной до 30 мм. При этом резко уменьшается пористость металла шва, так как сварка производится без присадочного металла, за счет поверхности которого обычно увеличивается количество водорода, поступающего в зону плавления.

При сварке трехфазной дугой металла большой толщины, когда проплавляющая способность должна быть максимальной, необходимо, чтобы сила тока в изделии была больше, чем в электродах. И наоборот, когда требуется минимальная проплавляющая способность дуги, например при наплавке, сила тока в изделии может быть установлена меньше силы тока в электродах. Кроме того, регулировать глубину проплавления основного металла можно за счет расположения электродов относительно оси шва. Последовательное их расположение вызывает увеличение глубины проплавления и уменьшение ширины шва, а поперечное - глубину проплавления уменьшает, а ширину шва увеличивает. При трехфазной сварке вольфрамовыми электродами с присадочным металлом для уменьшения загрязнения металла шва водородом и окислами рекомендуется применение присадочной проволоки большого диаметра: при ручной сварке - 3. 6 мм, при автоматической 2. 4 мм. Источником питания трехфазной дуги могут служить два однофазных трансформатора, соединенных открытым треугольником, или специальный трехфазный сварочный трансформатор. Плавящийся электрод применяют при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов толщиной более 4 мм. Электродную проволоку берут при этом диаметром 1,2 мм и выше. Дугу питают от источника постоянного тока с жесткой или пологопадающей характеристикой. Сварку ведут на обратной полярности, что обеспечивает хорошее разрушение окисной пленки на деталях за счет катодного распыления. Возбуждают дугу замыканием под током электродной проволоки на изделие. Автоматическую сварку плавящимся электродом ведут на подкладках с формирующей канавкой. Максимальный сварочный ток, на котором устойчиво горит дуга и обеспечивается струйный перенос электродного металла, 130 А. Расход аргона такой же, как и при сварке неплавящимся электродом, расстояние между нижним срезом сопла горелки и деталью должно быть 5. 15 мм. Улучшить формирование шва при сварке плавящимся электродом можно, применяя импульсный режим питания дуги. Так же, как и при сварке импульсной дугой неплавящимся электродом, между электродной проволокой и деталью горит непрерывная маломощная дуга, которая оплавляет конец электрода и поверхность детали. Периодически на эту дугу накладывают импульсы тока большой силы (до 1 ООО А), частота которых больше, чем при сварке неплавящимся электродом. Электрод быстро оплавляется, капля с силой сбрасывается в сварочную ванну. Увеличивается глубина проплавления, появляется возможность управлять формированием шва даже в различных пространственных положениях.

При сварке плавящимся электродом вместе с электродной проволокой в шов заносятся находящийся на ней водород и окисная пленка, поэтому качество шва получается хуже, чем при сварке неплавящимся электродом, где поверхность присадочной проволоки может быть меньше.

Алюминиевые сплавы толщиной 10. 30 мм можно сваривать на переменном токе плавящимся электродом под слоем флюса. Для этого применяют специальный флюс ЖА-64, состоящий из криолита, хлористого калия, хлористого натрия и кварцевого песка. Флюс разрушает окисную пленку, задерживает охлаждение и затвердевание сварочной ванны - из нее выходит водород, уменьшается пористость. Однако этот способ развития не получил, так как большинство флюсов с солями хлора и фтора гигроскопичны (легко впитывают влагу) и электропроводны. Первое увеличивает количество водорода в шве, второе ухудшает горение дуги, шунтируя ток.

Лучшие результаты получают при дуговой сварке плавящимся электродом по флюсу, который насыпают на поверхность тонким слоем, не закрывающим дугу. Сварку ведут на постоянном токе обратной полярности при вылете электрода 50. 60 мм, по зазору между деталями 1. 2 мм на флюсовой подушке или стальных подкладках. Применяют плавленые флюсы АН-11, УФОК-А1, МАТИ-10, основные компоненты которых хлориды и фториды натрия, калия и лития.

Электрошлаковую сварку алюминиевых сплавов выполняют с флюсами АМ-А301, АН-А302, основа которых также фтористые и хлористые соли калия, лития, бария. Сварку ведут пластинчатым электродом. Технология сварки такая же, как и для других металлов. При толщине металла 50. 100 мм производительность сварки достигает 50. 90 кг/ч. На сплавах АД1, АМц, АМгб и АЦМ обеспечивается прочность 0,8. 0,9 от прочности основного металла.

Ручную сварку угольным электродом применяют при исправлении дефектов отливок и при сварке по отбортовке тонколистовых алюминиевых деталей. Дугу питают постоянным током прямой полярности. На свариваемые кромки наносят флюс, состоящий из 45 % КС1, 30 % LiCl, 7 % KF, 3 % Na2S03. Можно применять флюсы, используемые при газопламенной сварке. Сварка угольным электродом дает плотные швы высокой прочности.

Газопламенную сварку алюминия ведут кислородно-ацетиленовым пламенем при соотношении 02/С2Н2 = 1,1. 1,2. По отношению к алюминию все зоны пламени имеют окислительный характер. Для защиты от окисления и для удаления окисной пленки применяют флюсы на основе хлоридов и фторидов натрия, калия и лития, например флюс АФ-4А. Флюс разводят в воде непосредственно перед сваркой, а затем наносят в виде пасты на кромки детали и на конец присадочного прутка. Мощность пламени (л/ч) выбирают в зависимости от толщины S (мм) свариваемого металла: А = (100. 150)5.

После сварки с применением флюсов или электродных обмазок необходимо тщательно удалять шлаки с поверхности металла и промывать детали водой, так как остатки шлака сильно разъедают алюминий.

Перед контактной сваркой алюминия лучший способ удаления окисной пленки с поверхности деталей - ультразвуковая обработка. Одна из проблем контактной сварки алюминия - это низкая стойкость электродов из-за налипания алюминия на их поверхность. Сплавы алюминия имеют малое электрическое сопротивление и высокую теплопроводность, поэтому их сваривают на жестких режимах. Деформируемые сплавы типа АМц, АМг и особенно термоупрочняемые сплавы типа Д16Т обладают склонностью к трещинам. При их контактной сварке нужно в конце цикла увеличивать усилие проковки в 3. 6 раз по сравнению со сварочным усилием.

Газовая сварка алюминия

Алюминий и его сплавы широко применяют в промышленности в виде листов, труб и другого профильного материала. Сплавы алюминия имеют высокие механические свойства при малой плотности, что достигается легированием их марганцем (Mn), магнием (Mg), кремнием (Si), никелем (Ni), хромом (Сr) и другими элементами. Алюминиевые сплавы делят на две группы - деформируемые и литейные. Деформируемые, в свою очередь, подразделяют на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой. К деформируемым неупрочняемым сплавам алюминия относят сплавы алюминия с Mg или Мn, а к термически упрочняемым - дюралюмины Д1, Д16 и сплавы АВ, АК и В-95. Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины - сплавы алюминия с кремнием Si (4-12% Si). Литейные сплавы применяют для деталей, имеющих сложную конфигурацию.

Основной трудностью при сварке алюминия является образование на его поверхности оксидной пленки с температурой плавления 2050°С, которая затрудняет плавление металла и сплавление свариваемых кромок. Оксидная пленка имеет плотность 3,85 г/см 3 и остается на поверхности сварочной ванны. Другая трудность при газовой сварке алюминия заключается в том, что при нагреве алюминий не меняет цвет, и поэтому трудно уловить момент начала его плавления. Для этого требуются опыт и навык сварщика.

При газовой сварке алюминия необходимо учитывать низкую температуру плавления и высокую теплопроводность, что требует правильного выбора мощности сварочного пламени. При газовой сварке алюминия возникают также значительные остаточные напряжения и деформации, связанные с высокими значениями коэффициента теплового расширения этих сплавов. Диаметр присадочной проволоки выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла:

Толщина свариваемого металла, мм	до 1,5	1,6-3,0	3,1-5,0	5,1-10,0	10-15
Диаметр присадочной проволоки, мм	1,5-2,5	2,5-3	3-4	4-6	6-8

Для газовой сварки алюминия и его сплавов согласно ГОСТ 7871-75 используют 11 марок присадочной проволоки: Св-А97, Св-А5с, Св-АМц, Св-Мг3, Св-АМг5, Св-АМг6, Св-АМг7, Св-АК3, Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АК12. При сварке алюминия используется сварочная проволока Св-АК5. Сплавы алюминий-магний сваривают сварочной проволокой Св-АК5, Св-АКЮ, Св-АМг3, Св-АМг5, в качестве присадка используют проволоку Св-АМц и Св-АК5.

Согласно ГОСТ 7871-75, применяют следующие диаметры сварочной проволоки: 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10; 11; 12 мм.

Сварочная проволока должна иметь ровную, гладкую поверхность, без трещин, закатов и вмятин. Проволока поставляется в бухтах, масса бухты не должна превышать 40 кг. При сварке литейных алюминиевых сплавов применяют присадочной металл того же состава, что и основной. Основным видом соединений при газовой сварке деталей из алюминия и его сплавов являются стыковые соединения. Применение тавровых, угловых и особенно нахлесточных соединений не рекомендуется. Зазор между свариваемыми деталями следует устанавливать, руководствуясь данными, приведенными в таблице.

Стыковые соединения деталей толщиной до 4 мм выполняют без скоса кромок, с зазором между ними от 0,5 до 2 мм. При толщине металла свыше 5 мм обязательно делается V-образный скос кромок (угол 30-35° с каждой стороны). При толщинах свыше 12 мм рекомендуется двусторонняя Х-образная разделка кромок (угол 30-35° с каждой стороны). Разделку кромок осуществляют механическим способом. Кромки свариваемых деталей и присадочный материал перед сваркой необходимо тщательно очистить от грязи и масла напильником или металлической щеткой на ширину 30-40 мм с каждой стороны шва и обезжирить. Присадочную проволоку и свариваемые кромки промывают в течение 10 мин в щелочном растворе, составленном из 20-25 г едкого натра и 20-30 г углекислого натрия на 1 дм 3 воды при температуре 65°С с последующей промывкой в проточной воде. После этого кромки и присадочную проволоку травят в течение 2 мин в 25%-ном растворе ортофосфорной кислоты или в 15%-ном растворе азотной кислоты. После травления детали и проволоку промывают в горячей, а потом в холодной воде и протирают ветошью.

Для удаления оксидов алюминия из сварочной ванны, а также облегчения разрушения оксидной пленки при газовой сварке алюминия и его сплавов применяют флюсы. Флюсы содержат легкоплавкие смеси хлористых соединений, щелочных и щелочноземельных элементов, к которым добавляют небольшое количество фтористых соединений. Флюсы наносят на свариваемые кромки или нагретую сварочную проволоку в виде порошка или пасты, приготовленной на воде или спирте. Для разведения флюса применяется фарфоровая, стеклянная или эмалированная посуда, разводят флюс в необходимом количестве из расчета хранения его 4-5 ч. Более длительное хранение флюса в разведенном состоянии снижает его активность.

Флюс на проволоку и кромки наносят чистой кистью или конец присадочной проволоки погружают в разведенный флюс. Флюс наносят тонким слоем на подготовленные кромки детали и на прилегающие к шву поверхности на расстояние, равное трехкратной ширине шва.

Содержащиеся во флюсах фтористые соединения растворяют в расплавленном состояний оксид алюминия. Хлористые соли лития отнимают кислород от оксида алюминия. Все флюсы для сварки алюминия, особенно те, которые содержат хлористый литий, очень гигроскопичны, поэтому их хранят в герметически закрытых банках и открывают лишь перед употреблением. При выполнении прихватки флюс наносят только на присадочный металл. После сварки остатки флюса необходимо удалять с поверхности шва и прилегающей к нему зоне для предотвращения коррозии сварного соединения. Сварные швы очищают металлической щеткой с последующей промывкой 2%-ным раствором азотной кислоты, затем горячей водой и просушкой.

При газовой сварке алюминия и его сплавов пламя берется нормальное. Избыток кислорода и горючего газа не допускается, так как свободный кислород окисляет алюминий, а избыток горючего газа приводит к сильной пористости шва. Мощность сварочного пламени выбирается из расчета расхода ацетилена 75 дм 3 /ч на 1 мм толщины свариваемого изделия. Расход ацетилена в зависимости от толщины свариваемого металла приведен ниже:

Толщина металла, мм	Расход ацетилена, дм 3 /ч
1,5	50-100
1,6-3	100-200
3,1-5	200-400
5,1 -10	400-700
10,1-15	700-1200
15,1-25	900-1200
25,1-50	900-1200

Газовую сварку выполняют восстановительной зоной пламени, расстояние от конца ядра до свариваемой поверхности 3-5 мм. Сварку ведут левым способом. Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла в начале сварки должен составлять почти 90°, а затем по мере прогрева свариваемых деталей угол устанавливается в зависимости от их толщины. Мундштук горелки располагают под углом 20-45° к свариваемой поверхности. Угол наклона присадочной проволоки во всех случаях составляет 40- 60° к свариваемой поверхности.

Виды поперечных колебаний мундштука горелки и сварочного прутка зависят от толщины свариваемого металла. При газовой сварке деталей из алюминиевых сплавов толщиной до 3 мм поперечных колебаний не делают, а при. больших толщинах в процессе сварки горелки выполняют различные поперечные колебания. При сварке алюминиевых деталей свыше 5 мм применяют правый способ сварки.

При газовой сварке алюминия необходимо стремиться к тому, чтобы сварка выполнялась только в нижнем положении. Сварку листов необходимо начинать, отступив от края на 50-100 мм, с последующей заваркой оставленного участка в обратном направлении. Сварочный процесс должен выполняться непрерывно, отрыв сварочного пламени от ванны расплавленного металла не допускается. Свариваемые детали толщиной более 10 мм перед сваркой рекомендуется подогревать до температуры 300-350°С. Подогрев осуществляется в электрических, газовых печах или газовыми горелками. Литые детали из алюминиевых сплавов сваривают с общим подогревом до температуры 250°С, отливки из силумина - до температуры 350-400°С. При заварке трещин концы их засверливают, разделывают до определенного угла и заваривают от середины к краям. Длинные трещины заваривают обратноступенчатым способом.

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.

Читайте также: