Подбор флюса и сварочной проволоки

Обновлено: 19.04.2024

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.

Сварочная проволока

Сварка порошковой проволокой может выполняться на том же оборудовании, что и сварка полуавтоматом. Сокращенное наименование этого процесса, принятое за рубежом - FCAW (Flux Cored Arc Welding).

Сварка под флюсом: присадочные материалы и флюсы

Историческая справка об изобретении сварки

Сваркой называется технологический процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Введение в дуговую сварку в защитных газах (TIG, MIG/MAG)

MIG и MAG сварка, что это и как расшифровать?

MIG сварка — это аббревиатура, состоящая из первых букв полного названия данного способа Metal Inert Gas (Метал Инертный Газ), а расшифровка MAG - Metal Active Gas (Метал Активный Газ). У нас же чаще всего используется название полуавтоматическая сварка или механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа, а в США - GMAW т.е. Gas Metal Arc Welding (Газ Метал Дуговая Сварка).

Но все эти различные названия и аббревиатуры — это по сути электрическая дуговая сварка, при которой сварочная проволока подается автоматически с постоянной скоростью, а сварочная горелка перемещается вдоль шва вручную. При этом дуга, вылет сварочной проволоки, ванна расплавленного металла и ее застывающая часть защищены от воздействия окружающего воздуха защитным газом.

Так как при данном способе сварочная проволока подается автоматически, а горелка перемещается вдоль шва вручную, этот способ сварки еще называется механизированным, а сварочная установка – механизированным аппаратом (сварочным полуавтоматом). Однако сварку в защитных газах можно выполнять также и в автоматическом режиме, когда используются передвижные тележки или передвижные сварочные головки.

Сварка под флюсом (SAW)

Юхин Н.А. Механизированная дуговая сварка плавящимся электродом в защитных газах (MIG/MAG)

В иллюстрированном пособии изложены принципы и особенности механизированной дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитных газов. Содержатся данные о сварочных материалах и оборудовании. Приведены рекомендации по технике и технологии сварки сталей, сплавов и цветных металлов. Использованы материалы Института сварки России.

Юхин Н.А. Ручная сварка при сооружении и ремонте трубопроводов пара и горячей воды

В иллюстрированном пособии изложены принципы и особенности ручной дуговой сварки трубопроводов пара и горячей воды покрытым электродом, аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом и газовой сварки ацетиленокислородным пламенем. Содержатся сведения о технологии и технике сварки трубопроводов, их ремонте с помощью сварки. Пособие рассчитано на электросварщиков ручной сварки и газосварщиков, занятых сооружением и ремонтом трубопроводов пара и горячей воды

При сварке под флюсом сварочная дуга горит между изделием и торцом сварочной проволоки. По мере расплавления проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга закрыта слоем флюса. Сварочная проволока перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (полуавтоматическая сварка).

Под влиянием тепла дуги основной металл и флюс плавятся, причем флюс образует вокруг зоны сварки эластичную пленку, изолирующую эту зону от доступа воздуха. Капли расплавляемого дугой металла сварочной проволоки переносятся через дуговой промежуток в сварочную ванну, где смешиваются с расплавленным основным металлом. По мере перемещения дуги вперед металл сварочной ванны начинает охлаждаться, так как поступление тепла к нему уменьшается. Затем он затвердевает, образуя шов. Расплавляясь, флюс превращается в жидкий шлак, который покрывает поверхность металла и остается жидким еще некоторое время после того, как металл уже затвердел. Затем шлак затвердевает, образуя на поверхности шва шлаковую корку.

Одной из разновидностей этого способа сварки является сварка по флюсу. При этом используется значительно меньшая толщина слоя флюса, чем при сварке под флюсом. Дуга горит в условиях свободного доступа воздуха. Расплавляемый металл проволоки при переходе через дуговой промежуток не имеет шлаковой защиты. Металл сварочной ванны и шов покрыты тонким слоем шлака. При сварке по флюсу металл значительно хуже защищен от воздуха, чем в процессе сварки под флюсом. Кроме того, излучение дуги и интенсивное выделение дыма и паров оказывают вредное действие на обслуживающий персонал. Этот способ сварки используется для сварки алюминия и его сплавов.

Оборудование для сварки под флюсом: характеристики источника питания, тип тока

Промышленность выпускает два типа аппаратов для дуговой сварки под флюсом:

С постоянной скоростью подачи электродной проволоки, не зависимой от напряжения на дуге (основанные на принципе саморегулирования сварочной дуги) – для сварки проволокой до 3 мм
С автоматическим регулированием напряжения на дуге и зависимой от него скоростью подачи электродной проволоки (аппараты с авторегулированием) – для сварки проволокой диаметром более 3 мм.

В сварочных головках с постоянной скоростью подачи при изменении длины дугового промежутка восстановление режима происходит за счет временного изменения скорости плавления электрода вследствие саморегулирования дуги. При увеличении дугового промежутка (увеличение напряжения на дуге) уменьшается сила сварочного тока, что приводит к уменьшению скорости плавления электрода. Уменьшение длины дуги вызывает увеличение сварочного тока и скорости плавления. В этом случае используют источники питания с жёсткой вольтамперной характеристикой (см. статью Вольт-амперная характеристика дуги).

В сварочных головках с автоматическим регулятором напряжения на дуге нарушение длины дугового промежутка вызывает такое изменение скорости подачи электродной проволоки (воздействуя на электродвигатель постоянного тока), при котором восстанавливается заданное напряжение на дуге. При этом используют аппараты с падающей вольтамперной характеристикой.

Аппараты этих двух типов отличаются и настройкой на заданный режим основных параметров: сварочного тока и напряжения на дуге. На аппаратах с постоянной скоростью подачи заданное значение сварочного тока настраивают подбором соответствующего значения скорости подачи электродной проволоки. Напряжение на дуге настраивают изменяя напряжение холостого хода внешней характеристики источника питания.

На аппаратах с авторегулированием напряжение на дуге задается на пульте управления и автоматически поддерживается постоянным во время сварки. Заданное значение сварочного тока настраивают изменением крутизны внешней характеристики источника питания.

Настройка других параметров режима сварки (скорости сварки, вылета электрода, высоты слоя флюса и др.) аналогична для аппаратов обоих типов и определяется конструктивными особенностями конкретного аппарата.

Конструкция соединения для сварки под флюсом

Форму разделки кромок для механизированной сварки под флюсом выбирают в зависимости от толщины свариваемых изделий и в соответствии с:

-79 "Швы сварных соединений. Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Основные типы и конструктивные элементы" -75 "Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами" -70 "Швы сварных соединений из двухслойной коррозионно-стойкой стали" -78 "Сварные соединения и швы. Электрошлаковая сварка. Основные типы и конструктивные элементы".

Область применения сварки под флюсом

Механизированная сварка под флюсом является одним из основных способов сварки плавлением. Если в первые годы освоения сварку под флюсом применяли только при изготовлении сварных конструкций из низкоуглеродистых сталей, то сейчас успешно сваривают низколегированные, легированные и высоколегированные стали различных классов, сплавы на никелевой основе. Освоена сварка под флюсом титана и его сплавов. Под флюсом сваривают медь и ее сплавы, а также алюминий и алюминиевые сплавы. Изделия, полученные сваркой под флюсом, надежно работают при высоких температурах и в условиях глубокого холода, в агрессивных средах, в вакууме и в условиях высоких давлений.

Наиболее выгодно использовать механизированную сварку под флюсом при производстве однотипных сварных конструкций, имеющих протяженные швы и удобных для удержания флюса. Экономически целесообразнее сваривать под флюсом металл толщиной от 1,5 - 2,0 до 60 мм. Нецелесообразно сваривать конструкции с короткими швами.

Технологии сварки под флюсом одной или несколькими проволоками

Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в некоторых случаях целесообразно применение двухдуговой или многодуговой сварки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для каждой дуги. При сварке сдвоенным (расщепленным) электродом дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного источника. Это несколько повышает производительность сварки за счет повышения количества расплавленного электродного металла.

Электроды по отношению к направлению сварки могут быть расположены последовательно или перпендикулярно. При последовательном расположении глубина проплавления шва несколько увеличивается, а при перпендикулярном уменьшается. Второй вариант расположения электродов позволяет выполнять сварку при повышенных зазорах между кромками. Изменяя расстояние между электродами, можно регулировать форму и размеры шва. Удобно применение этого способа при наплавочных работах. Однако недостатком способа является некоторая нестабильность горения дуги.

При двухдуговой сварке используют два электрода (при многодуговой несколько). Дуги могут гореть в общую или раздельные сварочные ванны (когда металл шва после первой дуги уже полностью закристаллизовался). При горении дуги в раздельные сварочные ванны оба электрода обычно перпендикулярны плоскости изделия. Изменяя расстояние между дугами, можно регулировать термический цикл сварки, что важно при сварке закаливающихся сталей. Эта схема позволяет вести сварку на высоких скоростях, в то время как применение повышенного тока при однодуговой сварке приводит к несплавлениям - подрезам по кромкам шва. При двухдуговой сварке вторая дуга, горящая в отдельную ванну, электродом, наклоненным углом вперед (угол ?=45-60°), частично переплавляет шов, образованный первой дугой, и образует уширенный валик без подрезов. Для питания дуг с целью уменьшения магнитного дутья лучше использовать разнородный ток (для одной дуги - переменный, для другой - постоянный).

Выбор флюса и проволоки по основности и диаграммам активности

С увеличением разнообразия материалов для сварки под слоем флюса становится все проще получать требуемые свойства сварного шва. Основность флюса и соответствующие диаграммы активности играют в этом случае важную роль. В разделе Сварочные материалы представлены флюсы, производимые ЭСАБ, а также применяемые с ними проволоки. Также здесь Вы сможете найти формулу, которую применяет ЭСАБ для подсчета основности флюсов, а также как пользоваться диаграммами активности и многое другое. Все это позволяет сделать правильный выбор комбинации флюс-проволока для решения ваших задач.

Основность флюса

Долгое время понятием «основность» пользовались для описания химико-металлургической природы сварочных флюсов. Однако, существовавшие формулы давали весьма различные результаты. Для расчета основности флюсов, представленных в данной брошюре, ЭСАБ использует следующую формулу:

Все составляющие подставляются в весовых процентах.

«В»- определяет соотношение между основными и кислыми окислами, входящими во флюс.

MnO и FeO считаются «полуосновными», а AL₂O₃, TiO₂ и ZrO₂ - «полукислыми». CaF₂ считается основным составляющим, т.к. при сварке он частично переходит в СаО, что является причиной снижения активности SiO₂ в шлаке по реакции:

В соответствии с расчетами по формуле основности все флюсы по их химико-металлургическим свойствам можно разделить на группы, имеющие следующий температурный интервал плавления:

Температура плавления

Тип флюса	Основность	Температурный интервал°С
Кислые	В	1100-1300
Нейтральные	В=0,9-1,2	1300-1500
Основные	В=1,2-2,0	>1500
Высокоосновные	В>2,0	>1500

Содержание кислорода в металле шва

Интервал плавления сварочных флюсов сильно влияет на количество и вид микрошлаковых включений, остающихся в металле шва. Сварочные шлаки, имеющие температуру затвердевания более высокую, чем металл шва, присутствуют в жидком металле ванны в виде мельчайших сферических частиц и успевают удалиться из ванны до ее кристаллизации. Таким образом, металл шва при сварке под основными флюсами содержит очень незначительное количество сферических микрошлаковых включений.

С другой стороны, кислые и нейтральные флюсы образуют шлаки с температурой плавления более низкой, чем металл шва. Это значит, что количество микрошлаковых включений в металле шва больше, чем при использовании основных флюсов. Кроме того, форма шлаковых включений в этом случае в основном отлична от сферической. При этом они имеют тенденцию осаждаться вдоль первичных границ зерен.

Механические свойства

Механические свойства металла шва зависят от от его химического состава и микроструктуры. Высокое содержание оксидов в виде микрошлаковых включений в шве уменьшают его вязкость. Низкие их количества, с другой стороны - около 200 ppm, измеренных как кислород* - даже помогают формировать вязкую составляющую структуры. Поэтому выбор того или иного типа флюса зависит от уровня требований, предъявляемых к сварному шву. Содержание оксидных включений во флюсах следующее:

Тип флюса	Основность	Весовые % (О)
Кислые	В	> 750ррm
Нейтральные	В=0,9-1,2	550-750ррm
Основные	В=1,2-2,0	300-550ррm
Высокоосновные	В>2,0	< З00ррm

* Содержание кислорода в металле шва в основном используется как мера количества оксидных микрошлаковых включений. 1 ррm – 10-4 весовых процентов.

Чем ниже содержание кислорода, тем выше ударная вязкость. Это обеспечивается высокоосновными флюсами. Как правило, ударная вязкость металла шва увеличивается с увеличением основности флюсов. При проведении испытаний по методу ISO типичная ударная вязкость металла шва, выполненного под слоем кислого флюса равна приблизительно 50 Дж при 0°С, тогда как при сварке нейтральным, основным и высокоосновным флюсами это значение достигается при -20°С, -40°С и -60°С соответственно. Однако, с другой стороны, флюсы с высоким содержанием кислорода обычно обладают более высокими сварочно-технологическими характеристиками. В этом смысле показательны кислые флюсы, обеспечивающие скорости сварки в два раза выше, чем высокоосновные.

Выбор проволоки и флюса

В случае, если уровень ударной вязкости сварных швов указан в требованиях к конструкции, то при выборе флюса особое внимание следует уделить именно его основности. Однако, имея в виду влияние основности на производительность сварки и другие технологические характеристики, выбранная основность должна быть «разумно достаточной» для получения заданного уровня свойств. Но далеко не ко всем сварным соединениям предъявляются требования только по ударной вязкости. Ведь сварной шов должен обладать и определенными прочностными характеристиками. И если требования по прочности указаны как главенствующие, то в этом случае необходимо следовать правилу, что металл шва по составу должен быть как можно ближе к основному металлу. Достаточный уровень прочностных свойств можно получить при использовании любого флюса при условии применения соответствующей проволоки. При сварке углеродистых сталей три химических элемента имеют определяющее влияние на свойства сварного шва. Это — углерод, марганец и кремний.

Мn является наиболее подходящим легирующим элементом для достижения требуемых прочностных характеристик. Содержание Mn в металле шва зависит от:

содержания Mn в проволоке
выгорания в дуге и перехода Mn из флюса
содержания Mn в основном металле.

Выгорание/переход Mn определяется с помощью диаграммы активности, соответствующей выбранной марке флюса.

Соотношение долей участия основного и присадочного металла в сварном шве зависит в основном от формы подготовки кромок сварного соединения, что может быть наглядно проиллюстрировано следующим примером:

- Cварка без разделки проход с каждой стороны:
80% основной металл
20% наплавленный металл

- Стыковой шов с Х-образной разделкой с 1-м (2-мя) проходами с каждой стороны:
50% основной металл
50% наплавленный металл

- Стыковой шов с X или V-образной разделкой с многослойным сварным швом:
20% основной металл
80% наплавленный металл

При подсчете содержания Mn в сварном шве используется следующая формула:

где: Кр = доля основного металла в металле шва (%)
Mnp = содержание Mn в основном металле (%)
Mnw = содержание Mn в сварочной проволоке в (%)
ΔMnf = потери/переход Mn в результате химической активности флюса (%)

Следует иметь в виду, что высокое содержание Mn в металле шва в количестве более 1,8% может привести к его охрупчиванию. Содержание Si может быть расчитано аналогичным образом. И, напоследок, следует обратить внимание на влияние величины удельного тепловложения во время сварки, а, если быть точным,- скорости охлаждения (°С/сек), которая может значительно повлиять на микро-структуру металла шва и, как следствие, на его механические свойства.

Флюсы и проволоки для дуговой сварки под флюсом углеродистых и низколегированных сталей

ISO 14174 – стандарт, согласно которому производится классификация
1 – индекс, определяющий способ сварки/наплавки
S – дуговая сварка/наплавка под флюсом
ES – электрошлаковая сварка/наплавка под флюсом
2 – индекс, определяющий способ изготовления флюса
F – плавленый
A – агломерированный (керамический)
M – смешанный
3 – индекс, определяющий тип флюса по химическому составу согласно таб.1 стандарта ISO 14174.

4 – индекс, определяющий назначение флюса

5 – индексы, определяющие степени выгорания/легирования из флюса различных элементов

Для флюсов 1-й группы в соответствии с таб. 2 стандарта ISO 14174 (задействованы индексы a-кремний и b-марганец):

Для флюсов групп 2 и 2B в соответствии с таб. 4 стандарта ISO 14174 (задействованы индексы a-углерод, b-кремний, с-хром и d-ниобий). Если флюс легирует металл другими элементами, задействован индекс f, где указывается его химический символ в соответствии с таблицей Менделеева (например, Ni или Mo).

Для флюсов 3 группы задействован только индекс f, где указывается его химический символ в соответствии с таблицей Менделеева и его количество в весовых % (например, C3 Cr20 – наплавленный металл легируется из флюса 3% углерода и 20% хрома).
Для флюсов 4 группы задействован только индекс f, где указывается его химический символ в соответствии с таблицей Менделеева.

6 – индекс, определяющий род тока
AC – флюс предназначен для сварки на переменном и как правило на постоянном токе
DC – флюс предназначен для сварки на постоянном токе
H – диффузионно свободный водород
7 – индекс, определяющий содержание диффузионного водорода в 100 г наплавленного металла согласно таб.2 стандарта ISO 14174

Классификации проволок и наплавленного металла в соответствии со стандартом:
• ISO 14171:2010, а также идентичному ему EN ISO 14171:2010

ISO 14171-А – стандарт, согласно которому производится классификация
S – комбинация проволока + флюс для дуговой сварки под флюсом
1 – индекс, определяющий прочностные и пластические свойства наплавленного металла согласно таб.1A, либо сварного соединения при двухпроходной сварке согласно таб.2A стандарта ISO 14171

2 – индекс, определяющий порог хладноломкости наплавленного металла согласно таб.3А стандарта ISO 14171

3 – индекс, определяющий тип флюса по химическому составу согласно таб.1 стандарта ISO 14174
4 – индекс, определяющий химический состав проволоки сплошного сечения в соответствии с таблицей 4А либо химический состав металла, наплавленного порошковой проволокой под флюсом в соответствии с таблицей 5А стандарта ISO 14171
H – диффузионно свободный водород
5 – индекс, определяющий содержание диффузионного водорода в 100 г наплавленного металла согласно таб.6 стандарта ISO 14171

• SFA/AWS A5.17/A5.17M:1997

AWS A5.17 – стандарт, согласно которому производится классификация
F – флюс для дуговой сварки
S – флюс изготовлен из шлака повторного дробления, либо его смеси с неиспользованным первичным флюсом (индекс отсутствует – флюс является первичным)
1 – индекс, определяющий прочностные свойства наплавленного металла согласно таб.5U стандарта AWS A5.17/5.17M

2 – индекс, указывающий на состояние образца, при котором были проведены механические испытания наплавленного металла
A – непосредственно после сварки
P – после термообработки сваренного образца по режимам, указанным в п. 9.4 стандарта AWS A5.17/5.17M
3 – индекс, определяющий порог хладноломкости наплавленного металла согласно таб. 6U стандарта AWS A5.17/5.17M

E – проволока электродная
С – индекс, указывающий на то, что химический состав регламентируется в металле, наплавленном порошковой проволокой (индекс отсутствует – химический состав регламентируется в проволоке сплошного сечения)
4 – индекс, определяющий химический состав проволоки сплошного сечения согласно таб.1, или металла наплавленного порошковой проволокой согласно таб.2 стандарта AWS A5.17/5.17M.
H – диффузионно свободный водород
5 – индекс, определяющий содержание диффузионного водорода в 100 г наплавленного металла согласно таб.7 стандарта AWS A5.17/5.17M.

Читайте также: