СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

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.

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.