Для электрошлаковой сварки каких металлов применяют нейтральные флюсы

Обновлено: 04.01.2025

Сварочными флюсами называют специально приготовленные неме­таллические гранулированные порошки с размером отдельных зерен 0,25—4 мм (в зависимости от марки флюса). Флюсы, рас плавляясь, создают газовый и шлаковый купол над зоной сва рочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом пространстве и сварочной ванне образуют на поверх иости шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, сера, фосфор, газы.

В зависимости от свариваемых металлов и требований, предъ являемых при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые различные композиции. Флюсы принято разделять в зависимости от способа их изготовления, назначения и химиче­ского состава. По способу изготовления флюсы разделяют па нсплавленые (керамические) и плавленые.

Технология изготовления керамических флюсов сходна с тех­нологией изготовления покрытий электродов. Сухие компо­ненты шихты замешивают на жидком стекле; полученную массу измельчают путем продавливання ее через сетку на специальном устройстве типа мясорубки, сушат, прокаливают при тех же режимах, что и электродные покрытия, и просеивают для полу­чения частиц зерен определенного размера. Частицы сухой смеси компонентов могут скрепляться спеканием при повышенных температурах без расплавления. Полученные комки гранули­руют до необходимого размера (так называемые спеченные флюсы).

Неплавленые флюсы могут быть приготовлены и в виде про­пой механической смеси (флюсы — смеси). Из группы неплавле - IIих флюсов наибольшее распространение получили керамиче­ские флюсы, состав которых близок к составу покрытий основ­ного типа. Легирование металла такими флюсами достигается введением в лих необходимых ферросплавов. Флюсы при изго­товлении ие подвергаются операции расплавления, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других легирующих элементов может быть различным, что позволяет легко получать любой требуемый состав металла наплавки.

Эта особенность флюсов является главным их преимущест­вом. Однако при использовании таких флюсов химический состав металла шва сильно зависит от режима сварки. Изменение вели­чины сварочного тока, и особенно напряжения дуги, изменяет соотношение масс расплавленных флюса и металла, а следова­тельно, и сос тав металла шва, который может быть неоднородным даже по длине шва.

Керамические флюсы обладают и другим серьезным недо­статке]1.! - - легко разрушаются вследствие малой механической прочности его частиц, что делает его разнородным по размерам. Эти флюсы имеют большую стоимость и при сварке обычных сталей не применяются. Основная область их использования — сварка высоколегированных специальных сталей и поплавочные работы.

Плавленые флюсы представляют собой сплавы окислов и солей металлов. Процесс изготовления их включает следующие стадии: расчет и подготовку шихты, выплавку флюса, грануля­цию, сушку после мокрой грануляции и просеивание. Предвари­тельно измельченные и взвешенные в заданной пропорции ком­поненты смешивают и загружают в дуговые или пламенные печи. После расплавления и выдержки, необходимой для завершения реакций, жидкий флюс при температуре около 1400° С выпускают из печи.

Грануляцию можно осуществлять сухим и мокрым способами. При сухом способе флюс выливают в металлические формы, после остывания отливку дробят в валках до крупки размерами 0,1—3 мм, затем просеивают. Сухую грануляцию применяют для гигроскопичных флюсов (содержащих большое количество фтористых и хлористых солей). Преимущественно это флюсы для сварки алюминиевых и титановых сплавов. При мокром спо­собе грануляции выпускаемый из печи тонкой струей жидкий флюс направляют в бак с проточной водой. В некоторых слу - чпих струю флюса дополнительно над поверхностью воды раз­бивают сильной струей воды.

Высушенную при температуре 250—350° С массу дробят и пропускают через два сита с 16 и 400 отверстиями на 1 см2. Остаток на втором сите представляет собой готовый флюс. Обычно ото неровные зерна от свеглй-серого до красно-бурого или корич­невого цвета (в зависимости от состава).

Хранят и транспортируют флюсы в стальных бочках, поли­этиленовых мешках и другой герметичной таре.

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в том, что плавленый флюс не может содержать леги­рующих элементов в чистом виде, в процессе выплавки они неиз­бежно окислятся. Легирование плавлеными флюсами происхо­дит путем восстановления элементов из окислов, находящихся во флюсе.

В основу классификации флюсов по химическому составу положено содержание в них окислов и солей металлов. Разли­чают окислительные флюсы, содержащие в основном окислы МпО и Si02. Для получения необходимых свойств флюса в него вводят и другие составляющие, например плавиковый шиат, а также весьма прочные окислы СаО, MgO, А1203, которые в сва­рочных условиях практически не реагируют с металлом.

Чем больше содержится во флюсе МпО и Si02, тем сильнее флюс может легировать металл кремнием и марганцем, но и одновременно тем сильнее он окисляет металл. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше должно содержаться во флюсе МпО и Si02, в противном случае недопустимо возрастает окисле­ние легирующих элементов в стали; нежелательны* может быть и дополнительное легирование металла кремнием и марганцем. Поэтому окислительные флюсы преимущественно применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Безокнсли - тельные флюсы практически не содержат окислов кремния и мар­ганца или содержат их в небольших количествах. В них входят фториды СаГ2 и прочные окислы металлов. Их преимущественно используют для сварки высоколегированных сталей.

Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидпых и хло - ридных солей металлов, а также других составляющих, не содер­жащих кислород. Их используют для сварки химически актив­ных металлов (алюминия, титана и др.).

В связи с широким применением плавленых флюсов на основ­ные марки флюсов существует ГОСТ 9087—69 «Флюсы свароч­ные плавленые», в котором регламентирован химический состав 10 марок плавленых флюсов, указаны цвет, строение и размеры зерна и даны рекомендации по области их применения (табл. 19).

Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не толі, ко по размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса — стекловидного или пемзовидного характера. Строение зерен флюса зависит от состава расплава флюса, степени пере­грева в момент выпуска в воду, в связи с чем флюс может полу­читься плотным, с прозрачными зернами — «стекловидный», либо пористым, рыхлым — «пемзовидным». Пемзовидный флюс при том же составе имеет в 1,5—2 раза меньший удельный вес. Эти флюсы хуже защищают металл от действия воздуха, но обеспе­чивают лучшее формирование швов при больших силах тока и скоростях сварки.

Флюсы, применяемые при электрошлаковой сварке

Сварочный флюс должен удовлетворять определенным требованиям, которые можно разделить на две самостоятельные группы: металлургические и технологические. Значение этих требований неодинаково и меняется в зависимости от способа сварки.

При обычной сварке под флюсом наиболее важными являются металлургические требования. Это обусловлено тем, что в процессе дуговой сварки протекают реакции химического взаимодействия между шлаком и жидким металлом, которые оказывают существенное влияние на состав, структуру и механические свойства металла шва, а также на его склонность к образованию пор и горячих трещин.

При электрошлаковой сварке реакции взаимодействия между шлаком и металлом протекают значительно слабее. Только в случае электрошлаковой сварки на постоянном токе, когда к обычным химическим реакциям между шлаком и металлом присоединяется электролитический процесс — электролиз, интенсивность взаимодействия между шлаком и металлом может быть равна или даже выше, чем в случае обычной сварки под флюсом.

При электрошлаковой сварке интенсивность реакций взаимодействия между шлаком и металлом настолько низка, что изменение химического состава флюса в широких пределах вызывает лишь незначительное изменение химического состава металла шва. В силу этого при электрошлаковой сварке решающим фактором, определяющим пригодность флюса, становятся технологические требования.

Пригодным будет прежде всего тот флюс, который при нормальном сочетании составляющих компонентов исключает разбрызгивание шлака и обеспечивает устойчивый режим сварки.

Устойчивость электрошлакового процесса определяется электропроводностью флюса. Чем выше электропроводность флюса, тем устойчивее будет процесс электрошлаковой сварки.

Но при чрезмерном повышении электропроводности флюса, предназначенного для электрошлаковой сварки, уменьшается выделение тепла в шлаковой ванне и тем самым затрудняется проплавление свариваемых кромок.

Так, например, керамические флюсы, которые из-за наличия в их составе значительного количества ферросплавов обладают высокой электропроводностью, менее пригодны для электрошлаковой сварки, чем обычные плавленые флюсы.

Современные сварочные флюсы представляют собой силикаты, содержащие в своем составе сочетание различных количеств Si02, А123, CaO, MgO, МпО и CaF2. При таком составе те физические свойства флюса, которые определяют устойчивость электрошлакового процесса, а следовательно, и пригодность флюса для электрошлаковой сварки, зависят прежде всего от содержания в нем кремнезема.

В настоящее время имеется немало данных, свидетельствующих о том, что электропроводность силикатов типа сварочных флюсов заметно понижается с увеличением в них концентрации Si02. Обусловлено это тем, что чистый кремнезем практически не диссоциирует на ионы.

Существенное значение здесь имеет и то обстоятельство, что с ростом содержания Si02 повышается вязкость силикатов. Электропроводность, как известно, зависит не только от числа ионов, но и от коэффициента внутреннего трения среды, в которой они перемещаются.

На устойчивость процесса электрошлаковой сварки влияет также плавиковый шпат CaF2. С увеличением во флюсе содержания CaF2 улучшается устойчивость процесса электрошлаковой сварки. Следует, однако, иметь в виду, что увеличение CaF2 во флюсе требует снижения напряжения сварки.

В случае применения фторидных флюсов, которые представляют собой чистый плавиковый шпат либо сплав его с небольшими добавками Si02, CaO, А1203 и др., напряжение сварки должно быть не выше 30—32В. Иначе появляются вспышки дугового разряда, которые при дальнейшем повышении напряжения сварки учащаются и выходят на поверхность шлаковой ванны, образуя открытый дуговой процесс.

Второе технологическое требование, которое предъявляется к флюсу, предназначенному для электрошлаковой сварки, сводится к тому, что он в расплавленном состоянии не должен иметь высокую вязкость, так как чрезмерно высокая вязкость шлака способствует образованию подрезов и шлаковых включений.

Не следует также применять флюс, дающий очень жидкотекучий шлак, который может протекать в зазоры между формирующимися приспособлениями и поверхностью свариваемого изделия. Это приведет к нарушению процесса сварки.

Вязкость современных сварочных флюсов определяется в основном содержанием в них кремнезема и окиси кальция. Чем больше во флюсе содержится Si02 и меньше СаО, тем выше его вязкость. Следовательно, во флюсах, предназначенных для электрошлаковой сварки, необходимо снижать содержание Si02 и повышать СаО.

При электрошлаковой сварке значительно возрастает объем металла, нагреваемого до высоких температур. Это намного замедляет охлаждение шва и тем самым увеличивает время пребывания при высоких температурах поверхности усиления шва в контакте с образующейся на нем шлаковой коркой, а следовательно, увеличивается время химического взаимодействия между поверхностью металла шва и шлаковой коркой.

В результате на поверхности металла шва толщина окисной пленки становится больше. С увеличением же толщины окисной пленки усиливается сцепление шлаковой корки с поверхностью металла шва.

Таким образом, при электрошлаковой сварке создаются условия, способствующие сцеплению шлака с поверхностью металла шва. В силу этого ухудшается отделимость шлаковой корки. На поверхности шва остается шлак, который при остывании скалывается и отлетает с такой силой, что может травмировать работающих.

Следовательно, хорошая отделимость шлаковой корки является третьим требованием, которое следует предъявлять к флюсу, предназначенному для электрошлаковой сварки.

Отделимость шлаковой корки зависит прежде всего от содержания во флюсе окислов марганца, особенно высшего порядка. Чем меньше во флюсе таких окислов марганца, как Мп20з и МпО, тем лучше отделяется шлаковая корка.

Из специально разработанных для электрошлаковой сварки флюсов в настоящее время применяются флюсы АН-8, АН-8М и АН-22. Химический состав этих флюсов приведен в табл. 91.

Таблица 91. Химический состав флюсов, разработанных для электрошлаковой сварки.

Электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы

Электроды для сварки конструкций из малоуглеродистых и низколегированных марок сталей в зависимости от толщины, качества и состава покрытия подразделяются на электроды с тонким (стабилизирующим) покрытием и электроды с толстым (качественным) покрытием.

Тонкие покрытия наносят слоем 0,1—0,3 мм на сторону, однако они не обеспечивают высоких механических свойств наплавленному металлу. Электроды с тонким покрытием применяют для сварки неответственных конструкций, в настоящее время они употребляются редко.

Толстые покрытия наносят слоем 0,5—2,5 мм на сторону, что составляет 20—40% массы металла электродного стержня.

Наплавленный металл при сварке качественными электродами с толстой обмазкой по механическим свойствам не уступает основному металлу.

Качественные электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей в зависимости от механических характеристик металла шва и сварного соединения подразделяют на несколько типов. Для ручной сварки малоуглеродистых сталей класса С38/23 (СтЗ) применяют электроды Э42, Э42А, Э46 и Э46А. Для низколегированных сталей класса С44/29 (09Г2С, 09Г2, 10Г2С1) и класса С46/33 (14Г2, 10Г2С1Д, 15ХСНД) применяют электроды Э46, Э46А, Э50 и Э50А. Буква Э означает электрод, цифры 42, 46 и 50 — временное сопротивление при растяжении наплавленного металла, кН/см 2 , буква А указывает на повышенные пластические свойства наплавленного металла. Электроды Э42А, Э46А и Э50А применяются для сварки элементов конструкций, подвергающихся непосредственному воздействию динамических или вибрационных нагрузок. Для низколегированных сталей класса С52/40 и С60/45 применяют электроды Э60А, а для сталей класса С70/60 — электроды Э70.

Каждому типу может соответствовать одна или несколько марок электродов, отличающихся составом покрытия, маркой электродного стержня, технологическими свойствами, свойствами металла шва. Покрытия (обмазки) электродов подразделяют на рудно-кислое, рутиловое, фтористо-кальциевое.

Электроды с рудно-кислым покрытием (марки ОММ5, ЦМ7 и ЦМ-8) применяются для сварки во всех пространственных положениях переменным и постоянным током. Металл, наплавленный электродами этих марок, по своему составу соответствует кипящей стали. Недостатком таких электродов является повышенное разбрызгивание металла и выделение в процессе сварки марганцовистых соединений, вредно влияющих на организм человека.

Электроды с фтористо-кальциевым покрытием (марки СМ-11, УОНИ-13/45 и УОНИ-13/55) применяются для сварки постоянным током обратной полярности во всех положениях. Наплавленный металл соответствует спокойной стали и имеет высокие показатели ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах.

Электроды этих марок применяются для сварки расчетных элементов конструкций, подверженных динамическим воздействиям, а также листовых конструкций большой толщины, работающих под давлением. Эти электроды весьма чувствительны к окалине, ржавчине, маслу и влаге, находящихся на кромках свариваемых деталей.

Электроды с рутиловым покрытием (марок МР-1, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-3, АНО-3 и АНО-4) обеспечивают устойчивое горение дуги, хорошее формирование металла шва во всех пространственных положениях, легкую отделяемость шлака, минимальное разбрызгивание металла, небольшое выделение вредных газов и малую их токсичность. По сравнению с электродами ОММ-5 и ЦМ-7 при сварке электродами с рутиловым покрытием уменьшается выделение пыли в два-три раза, а окислов марганца в полтора-четыре раза.

Электроды с рутилово-карбонатным покрытием (АНО-3 и АНО-4) обеспечивают высокую ударную вязкость металла шва при положительных и отрицательных температурах после сварки и после старения.

Высокопроизводительные электроды (ЗРС-1, ЗРС-2, ЗС-200 и МС-200) содержат значительное количество железного порошка в покрытии, что обеспечивает высокий коэффициент наплавки [от 11 до 18 г/(А-ч)] и высокий переход металла электрода в шов (от 107 до 180%).

Для ручной сварки следует применять электроды с большим коэффициентом наплавки который является показателем производительности электродов и указывает массу наплавленного металла в граммах, полученного при сварке в течение 1 ч при силе тока в 1 А. Производить сварку необходимо только электродами с сухим покрытием, для чего их следует хранить в сухом проветриваемом помещении. При длительном хранении перед употреблением электроды необходимо просушить в течение 1 ч при температуре 150—200°С.

Сварочная проволока применяется для сердечников электродов, сварки под слоем флюса, в среде углекислого газа, а также для электрошлаковой сварки.

Согласно рекомендациям СНиП, для механизированной и ручной сварки стальных конструкций применяется низкоуглеродистая проволока марок Св-08, Св-08А, Св-08АА, Св-08ГА, Св-10ГА и Св-10Г2; легированная проволока марок Св-08ГС, Св-08Г2С, СВ-08ХМ, Св-08ХМФ, Св-08ХН2М, Св-18ХМА, Св-10НМА и Св-08ХНМ (ГОСТ). Для сварки стали высокой прочности применяют высоколегированную проволоку.

Условное обозначение марок сварочной проволоки состоит из индекса Св (сварочная), двух цифр (среднее содержание углерода в сотых долях процента), букв (Г — марганец, С — кремний, М — молибден, И — никель, Ф — ванадий, X — хром), букв А и АА на конце (пониженное содержание серы и фосфора).

Сварочная проволока марок Св-08, Св-08А, Св-08АА применяется для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса малоуглеродистых сталей класса 38/23. Проволока марок Св-08ГА и Св-10Г2 применяется для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом низколегированных сталей класса С44/29 и С46/33. Проволока марки Св-08Г2С применяется для сварки низколегированных и малоуглеродистых сталей в среде углекислого газа токами до 600—750 А, а Св-08ГС — токами до 300—400 А. При полуавтоматической сварке под слоем флюса и в среде углекислого газа применяют проволоку диаметром 1,6—2 мм, при электрошлаковой — диаметром 3 мм.

Для автоматической сварки под слоем флюса стали толщиной до 5 мм используют сварочную проволоку диаметром 3 мм, при большой толщине — 5 мм, для электродов применяют проволоку диаметром от 4 до 8 мм,

Сварочная проволока диаметром 1,6—2 мм поставляется в мотках массой 20 кг, а больших диаметров — 40 кг, на которых должны быть заводские бирки.

Сварочная проволока при намотке на кассеты должна быть очищена от ржавчины, жиров и грязи и не должна иметь резких перегибов, затрудняющих ее подачу.

Для сварки углеродистых и низколегированных сталей применяются порошковые проволоки марок ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН6 (сварка открытой дугой), ПП-АН4, ПП-АН5, ПП-АН8, ПП-АН9 (сварка в углекислом газе). Порошковая проволока представляет собой в поперечном сечении трубку с толщиной стенки 0,2—1 мм, заполненную смесью размолотых шлакообразующих компонентов, ферросплавов и железного порошка.

Сварка порошковой проволоки обеспечивает высокий коэффициент наплавки и уменьшение разбрызгивания металла шва. Для сварки конструкций из алюминиевых сплавов применяют электроды и присадочную проволоку из тех же сплавов, из которых изготовлены конструкции.

При ручной сварке на переменном токе в качестве неплавящегося электрода используют вольфрамовые прутки диаметром 3—8 мм и присадочную проволоку из алюминиевых сплавов диаметром 3—4 мм. При автоматической и полуавтоматической сварке применяют электродную проволоку из алюминиевых сплавов диаметром 2 мм. Для механизированной сварки стальных конструкций обычно применяют плавленые флюсы. Для автоматической сварки углеродистых сталей класса С38/23 и низколегированных классов С44/29 и С46/33 применяют флюсы марок АН-348А и ОСЦ45, для полуавтоматической — АН-348АМ и ОСЦ45М.

Для сварки сталей классов С52/40, С60/45 и С70/60 применяют флюс марки АН-22. Флюс АН-60 применяется для автоматической сварки двухдуговыми головками на больших скоростях; флюс АН-8, АН-8М — для электрошлаковой сварки. Влажность флюса не должна превышать 0,1%. При большей влажности флюс необходимо просушить.

Размеры зерен флюса от 1,5 до 3 мм.

Инертный защитный газ аргон марки Б чистотой 99,9% применяют для сварки алюминиевых плавов, а также чистого алюминия. Содержание примесей в виде кислорода, азота и влаги в аргоне должно быть не более 0,05%. Чистый аргон хранят и перевозят в газообразном состоянии в стальных баллонах (окрашенных в серый цвет) под давлением 15 МПа. Расход аргона при ручной сварке около 25 л/мин, при автоматической—12—15 л/мин.

Сжиженный углекислый газ (двуокись углерода С02), применяемый для сварки стальных конструкций, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8050—64 и обычно доставляется в баллонах (окрашенных в черный цвет) вместимостью 25—30 кг газа. Содержание примесей в углекислом газе должно быть не более 1,5%, а воды в свободном состоянии — не более 0,1 %.

Транспортировку углекислого газа также производят в специальных цистернах, отвечающих требованиям Госгортехнадзора.

Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки. Характеристика, классификация

Сварочный флюс – гранулированный порошок с размером зерен 0,2–4 мм,предназначенный для подачи в зону горения дуги при сварке. Под действием высокой температуры флюс расплавляется, при этом:

  • создает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны;
  • обеспечивает стабильность горения дуги и переноса электродного металла в сварочную ванну;
  • обеспечивает требуемые свойства сварного соединения;
  • выводит вредные примеси в шлаковую корку.

Сварочные флюсы классифицируются по технологии производства, химическому составу, назначению и др. характеристикам.

По способу производства сварочные флюсы делятся на плавленые и керамические (неплавленые). Рудоминеральные компоненты плавленых флюсов расплавляются в печи, а затем гранулируются, подвергаются прокалке и фракционированию. Керамические флюсы представляют собой сухие смеси компонентов, получаемые в результате смешивания минералов и ферросплавов с жидким стеклом с дальнейшей сушкой, прокалкой и фракционированием. Наиболее распространенными являются плавленые флюсы.

В зависимости от химического состава флюсы бывают оксидные, солеоксидные и солевые.

Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фторидных соединений. Они предназначены для сварки низколегированных и фтористых сталей. Оскидные флюсы по содержанию SiO2 подразделяются на бескремнистые (содержание SiO2 меньше 5%), низкокремнистые (6–35% SiO2), высоко кремнистые (содержание SiO2 больше 35%), а по содержанию марганца – на без марганцевые (содержание марганца меньше 1%), низко марганцевые (меньше 10% марганца), средне марганцевые (10–30% марганца) и высоко марганцевые (более 30% марганца).

Солеоксидные (смешанные) флюсы по сравнению с оксидными содержат меньше оксидов и большее количество солей. Количество SiO2 в них снижено до 15–30%, MnO до 1–9%, а содержание CaF2 увеличено до 12–30%. Солеоксидные флюсы используются для сварки легированных сталей.

Солевые флюсы не содержат оксидов и состоят из хлоридов и фторидовNaF, CaF2, BaCl2 и др. Они применяются для сварки активных металлов, а также для электрошлакового переплава.

Флюсы могут предназначаться для сварки высоколегированных сталей, углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов.

По строению зерен (частиц) сварочный флюс может быть стекловидным, пемзовидным или цементированным.

Химическая активность флюса – одна из его важных характеристик, определяемая по суммарной окислительной способности. Показателем активности флюса служит относительная величина Аф со значением от 0 до 1. В зависимости от химической активности флюсы подразделяются на четыре вида:

  • высокоактивные (Аф > 0,6);
  • активные (Аф от 0,3 до 0,6);
  • малоактивные (Аф от 0,1 до 0,3);
  • пассивные (Аф < 0,1).

Флюсы для сварки низкоуглеродистых сталей

Наиболее распространенными отечественными флюсами для сварки низкоуглеродистых сталей являются следующие:

  • высококремнистые высокомарганцевые – стекловидные АН-348, АНЦ-1, ОСЦ-45,ФЦ-3, ФЦ-6, ФЦ-9 и пемзовидный АН-60; химическая активность Аф – от 0,75 до 0,9;
  • высоко кремнистые средне марганцевые стекловидные АН-1, АН-65, ФЦ-7; химическая активность Аф – от 0,75 до 0,9;
  • высоко кремнистый низко марганцевый флюс ФВТ-4 (стекловидный); химическая активность Аф = 0,6;

Флюсы для сварки низколегированных сталей

При сварке низколегированных сталей используются флюсы с более низкой химической активностью (Аф от 0,3 до 0,6), чем при сварке низкоуглеродистых сталей. В них содержится меньшее количество оксидов SiO2 и MnO и большее количество CaF2 и СаО. За счет меньшей активности сварочного флюса снижается окисление легирующих элементов в стали и улучшается пластичность шва, однако при этом несколько ухудшается формирование шва, повышается вероятность порообразования.

Наиболее распространенные отечественные флюсы для сварки низколегированных сталей:

  • низко кремнистые низко марганцевые – ФЦ-11, ФЦ-15, ФЦ-16, ФЦ-22, ФВТ-1,АН-43;
  • низко кремнистые средне-марганцевые – АН-42, АН-47.

Флюсы для сварки средне- и высоколегированных сталей

При сварке средне- и высоколегированных сталей обычно используются малоактивные флюсы (Аф от 0,1 до 0,3). В них содержится еще меньшее количествоSiO2, практически отсутствует MnO, содержание CaO – от 8 до 20%, CaF2 – от 20 до 60% (для более легированных сталей содержание CaF2 во флюсе повышается).

Известные отечественные флюсы для сварки средне- и высоколегированных сталей:

  • малоактивные – АН-15, АН-17, АН-18, АН-20, АН-45, АВ-5, ФЦ-17, ФЦ-19,НФ-18, ОФ-6;
  • активный сварочный флюс АН-26 (Аф составляет около 0,5).

Флюсы для сварки активных металлов

Для сварки активных металлов, например, титана, применяются полностью солевые флюсы. В них не добавляются оксиды, поскольку это приводит к загрязнению швов кислородом и резкому снижению их пластичности. Флюсы производят на основе фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов,например, с таким составом: 85–95% CaF2, 0–19% BaCl, 1–6% NaCl, 0-4% CaCl.

Производство флюса

Технология производства плавленого сварочного флюса включает следующие этапы технологии производства:

  • Подготовка шихты
  • Выплавка флюса
  • Грануляция
  • Обработка
  • Контроль качества произведенного флюса
  • Упаковка

Компоненты флюса должны храниться раздельно по партиям согласно нормативно-технической документации. При подготовке шихты выполняются крупное,среднее и мелкое дробление кусковых компонентов, их мойка и сушка. Далее производятся их взвешивание, дозировка согласно рецепту и смешивание.

Выплавка флюса осуществляется в электродуговых или газопламенных печах.Сварочный флюс после выплавки в газопламенной печи всегда гранулируется мокрым способом и получается стекловидным, а флюс, выплавленный в электродуговой печи может гранулироваться сухим способом и быть пемзовидным.

Грануляция флюса может выполняться мокрым и сухим способом. При мокрой грануляции расплав выливается в наполненный водой бассейн и при соприкосновении с холодной водой делится на мелкие частицы. При сухом способе грануляции расплав сливают в металлический поддон или изложницу с последующим дроблением слитка.

При обработке флюса выполняются его сушка, дробление и просеивание. По окончании просеивания мелкую и крупную фракции, не соответствующие ТУ,возвращают на переплав.

При контроле качества флюса проверяются размер зерен, удельный вес, химический состав, влажность и другие характеристики.

Упаковка флюса может осуществляться в полиэтиленовые мешки, пятислойные бумажные мешки, металлические барабаны или ящики.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Флюсы для сварки

При сварке электродной проволокой заданной марки флюс дол­жен обеспечивать требуемый химический состав и механические свойства (предел прочности, относительное удлинение, ударную вязкость) металла шва. Это зависит от химических реакций, про­текающих между расплавленными флюсом и жидким металлом, а также условий кристаллизации металла шва.

Флюс должен также обеспечивать устойчивое горение свароч­ной дуги, образование плотного шва нужного размера и формы, без трещин, пор и шлаковых включений.

После застывания наплавленного металла флюс должен образо­вывать шлаковую корку, легко отделяемую от поверхности шва.

Отвечать этим требованиям может флюс, обладающий определен­ным химическим составом и физическими свойствами: температу­рой плавления, вязкостью, насыпным весом. Температура плавле­ния флюса должна быть на 200—300° ниже температуры плавления свариваемого металла. Более вязкий флюс применяется при свар­ке кольцевых швов малого диаметра. Для сварки стыковых и угло­вых швов на больших скоростях требуется более жидкотекучий флюс.

От насыпного веса флюса зависит формирование шва. Чем меньше насыпной вес, т. е. чем легче флюс, тем больше будет рас­текаться металл шва, так как давление слоя флюса на него будет меньше. С увеличением насыпного веса флюса шов получается более выпуклым. В практике используют два сорта флюса: пемзо­видный (флюс-пемза) с малым насыпным весом и стекловидный (флюс-стекло) с более высоким насыпным весом. Тот или дру­гой сорт флюса применяют в зависимости от типа и расположения шва в пространстве и режима сварки.

Химический состав флюса выбирают в зависимости от состава свариваемого металла и электродной проволоки. Как и электрод­ные покрытия, флюсы делятся на кислые и основные в зависимо­сти от характера образуемых флюсом шлаков. Основными элемен­тами, входящими в состав флюса, являются кремний и марганец. Кремний входит в виде окиси кремния и способствует получению плотных, беспористых швов.

При автоматической сварке появление пор вызывается реак­цией окисления углерода, в результате которой образуется газо­образная окись углерода. Окись углерода растворяется в металле и вызывает появление мелких газовых пор при его застывании. Кремний легче вступает в соединение с кислородом, чем углерод, поэтому он окисляется раньше углерода, тем самым подавляя реакцию окисления углерода и обеспечивая получение беспори - стых швов. Причиной появления пор может быть также поглощение жидким металлом водорода, образующегося при наличии ржавчи­ны и попадании во флюс влаги.

Марганец является ценным элементом, так как предупреждает появление при сварке горячих трещин. Марганец способствует раскислению наплавленного металла и удалению из него серы. Марганец в металл шва может вводиться через флюс или электрод­ную проволоку. В соответствии с этим при сварке малоуглероди­стой стали применяют флюсы: высокомарганцовистые, содержащие более 30% МпО; среднемарганцовистые, содержащие от 15 до 30% МпО, и низкомарганцовистые, содержащие менее 15% МпО, или безмарганцовистые.

При сварке малоуглеродистой и низколегированной стали ме­талл шва легируют марганцом путем введения его через высоко­марганцовистый (кислый) флюс и используют малоуглеродистую электродную проволоку. Для сварки высоколегированных сталей легированной проволокой применяются безмарганцовистые (ос­новные) флюсы типа ФЦЛ-1, ФЦЛ-2. Составы некоторых наиболее распространенных плавленых флюсов приведены в табл. 23.

Для приготовления флюсов используются кварцевый песок, доломит, плавиковый шпат, кальций, марганцевая руда, кокс и др. Эти вещества дробятся, просеиваются и смешиваются в нужной пропорции. Затем шихта сплавляется при температуре 1400—1500° для получения однородной массы. Эту массу для образования зерен требуемого размера (от 0,5 до 3 мм) подвергают грануляции путем выливания жидкого флюса в проточную воду. Гранулированный флюс просеивается на ситах. Флюсы мелкие с размером зерен 1,6— 0,25 мм имеют в своем обозначении букву М (например, АН-348АМ, ОСЦ-45М). Кислый марганцовистый флюс ОСЦ-45 получается стек­ловидным, зеленовато-бурого или темно-бурого цвета. Он пригоден для сварки со скоростью до 60—70 м/час. При большей скорости сварки дуга под этим флюсом горит неустойчиво.

Фтористый кальций вводится во флюсы в виде плавикового шпата с целью придания шлаку большей жидкотекучести и умень­шения температурного интервала затвердевания шлака. Такой шлак называется «коротким» в отличие от «длинного» шлака, ха­рактеризуемого более широким интервалом затвердевания. Однако присутствие во флюсе фтористого кальция обусловливает выделе­ние при сварке вредных для дыхания газов, содержащих фтор (в виде фтористого кремния). Поэтому при автоматической сварке необходимо обеспечивать хорошее проветривание помещения, а при работах внутри сосудов — также и внутреннего объема сосуда.

закись мар - ганца МпО

фтористый кальций CaFa (пла*

До 5,0 4,5—6,5 до 5,5

для автоматической сварки

двуокись титана ТЮ,

сера и фосфор S и Р

загрязнения (FeO и др.)

Серы до 0,15, фосфора до 0,05

Закись желе­за 1,5, про­чие примеси до 0,5

Сварка всех типов соединений малоуглеро­дистых сталей от Ст. 1 до Ст. 4 (за исключени­ем кольцевых швов ма­лого диаметра) малоугле­родистой проволокой

Сварка малоуглеро­дистой стали марганцо­вистой проволокой

То же, для Шланго­вой полуавтоматической сварки

То же То же, марганцовис­той проволокой

Сварка продольных многопроходных швов стали большой толщины током 1400—2600 а, ма­лоуглеродистой проволо­кой

То же, для кольце­вых швов, ток 950—1050 а

Многопроходная свар­ка трехфазной дугой малоуглеродистой прово­локой. Электрошлаковая сварка

Сварка высоколеги­рованных сталей

Для сварки низколе­гированных сталей элек - трошлаковой сваркой

ЦНИИТМАШ разработал новые флюсы марок: ФЦ-3 и ФЦ-4, в которых содержание фтористого кальция снижено, благодаря чему уменьшилось выделение вредных газов при сварке. Для по­вышения устойчивости горения дуги во флюсы вводятся щелочи (соединения натрия и кальция), а для улучшения формирования шва — двуокись титана.

Кислый марганцовистый флюс АН-348А несколько более чув­ствителен к наличию серы и ржавчины в свариваемом металле и проволоке, чем флюс ОСЦ-45. С флюсом АН-348А можно сваривать малоуглеродистой электродной проволокой низколегированную сталь HJI-2. Флюс АН-348А может быть двух видов: стекловидный и пемзовидный. Стекловидный флюс темно-бурого цвета имеет на­сыпной вес 1,4—1,6 г/сма и используется для сварки стыковых и угловых швов со скоростью не более 60 м/час. Пемзовидный флюс светло-бурого цвета имеет насыпной вес 0,7—0,9 г/смъ и предназна­чен для сварки со скоростью до 150—200 м/час и более.

Влажность флюса не должна превышать 0,1%. Влажный флюс не пригоден для сварки, так как вызывает пористость шва. Отсы­ревший флюс перед сваркой должен быть просушен в течение 2—2,5 час при температуре 250—300°.

Для сварки малоуглеродистой стали марганцовистой проволо­кой применяют также среднемарганцовистый флюс АН-51, разра­ботанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона. Состав его дан в табл. 23. При сварке под этим флюсом с использованием мар­ганцовистой проволоки выделяется значительно меньше вредных паров и газов.

Инж. И. А. Давыденко разработаны флюсы на основе двуокиси титана, не содержащие фтористых соединений и не выделяющие при сварке фторосодержащих вредных газов. В качестве примера приведем состав одного из флюсов этого типа марки Д-2П: 41 % окиси кремния; 46% закиси марганца; 3,5% двуокиси титана; до 3% окиси алюминия; до 5% окиси кальция и окиси магния в сумме; до 1,5% закиси железа. Флюсы с двуокисью титана обеспечивают высокую устойчивость дуги при сварке.

Плавленые флюсы позволяют легировать "наплавленный металл шва только в ограниченных пределах за счет элементов, выделяю­щихся из содержащихся во флюсах окислов (закиси марганца, окиси кремния). Поэтому при сварке легированных сталей и на­плавке приходится применять специальную легированную про­волоку.

Для устранения этого недостатка акад. К. К - Хренов предло­жил применять неплавленые флюсы, названные им керамиче­ски м и. В состав керамического флюса вводятся обычно мра­мор, плавиковый шпат, графит и ферросплавы — ферросилиций, ферротитан, ферромарганец, феррохром. Мрамор и плавиковый шпат составляют минерально-шлаковую основу флюса и опреде­ляют его физические свойства: жидкотекучесть, интервал темпера­тур затвердевания и др. Ферросилиций, ферротитан и графит слу­жат раскислителями и частично легирующими примесями. Ферро­марганец и феррохром являются легирующими примесями. Введе­ние во флюс окиси магния (магнезии) улучшает его физические и технологические свойства, снижая вязкость и температуру плавле­ния флюса, а также уменьшает выделение вредных газов при свар­ке.

К таким флюсам на известково-магнезиальной основе относится, например, керамический флюс КС-2, для приготовления которого используется шихта, содержащая: 48,1% мрамора, 13% плавико­вого шпата, 20% магнезитового кирпича, 5% кварцевого песка, 1,5% ферромарганца, 2,4% ферросилиция, 6% ферротитана, 4% ферроалюминия и 22% жидкого стекла (плотность 1,3; модуль 2,5) к весу сухой шихты. Составные части керамического флюса предварительно тонко размалываются, просеиваются й смешивают­ся в нужных соотношениях аналогично тому, как это делается при изготовлении покрытий для электродов. Затем в смесь добавляется водный раствор жидкого стекла, масса тщательно перемешивается, просушивается, гранулируется в виде крупки с зернами нужного размера, которая прокаливается при 250—350° для полного удале­ния влаги.

Керамический флюс позволяет получать легированный наплав­ленный металл при сварке обычной малоуглеродистой проволокой. Керамические флюсы не чувствительны к ржавчине, а также менее чувствительны к повышенному содержанию в металле серы, фос­фора и углерода. Керамические флюсы находят применение также при наплавке штампов, режущего инструмента и выполнении дру­гих подобных работ. Недостатком керамических флюсов является меньшая, чем у плавленых флюсов, механическая прочность зерен. Поэтому при многократном использовании в процессе сваркц. кера­мические флюсы истираются и дают много пыли.

Для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей применяют слаболегирующие флюсы, а для сварки высоколегиро­ванных сталей и наплавки — сильно легирующие.

Для автоматической и полуавтоматической сварки нержавею­щей стали 1Х18Н9Т Д. М. Кушнеров и М. П. Гребельник разрабо­тали керамический флюс К-8, приготовляемый из шихты следующе­го состава: 59% мрамора, 10% магнезитового кирпича, 5% глинозе­ма, 6% плавикового шпата, 15% двуокиси титана, 5% ферросили­ция (75%-ного), 24% жидкого стекла плотностью 1,35 (от ве­са сухой смеси). Флюс пригоден для сварки на постоянном и переменном токе проволокой Св-1Х18Н9Т и 0Х18Н9Ф2С (ЭИ606). Флюс К-8Р отличается от К-8 тем, что в нем вместо двуокиси тита­на содержится более дешевый рутиловый концентрат в таком же соотношении по весу.

Читайте также: