СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

ПЛАВЛЕНЫЕ ФЛЮСЫ

Сварка под флюсом отличается следующими металлургическими особенностями. Исходный металл, основной и электродный, обычно отличается достаточной чистотой и вполне удовлетворительным хи­мическим составом. Необходимость улучшать состав наплавленного - металла возникает обычно лишь потому, что процесс сварки ухуд­шает металл.

Для сварки малоуглеродистой стали наибольшее значение имеюг испарение и выгорание марганца и окисление наплавленного ме­талла с образованием закиси железа FeO. Поэтому флюс должен быть хорошо раскислен и совместно с электродной проволокой по­полнять убыль марганца в ванне, вызываемую процессом сварки. Но и совершенно раскисленный флюс, т. е. не содержащий высших окислов марганца и окислов железа, в условиях сварки вступает в химическое взаимодействие с расплавленным металлом. Наиболее важными реакциями являются восстановление окислов марганца ц кремния флюса расплавленным железом, так называемый кремне - и марганцевосстановительный процесс, проходящий следующим об­разом:

MnO + Fe д-* FeO + Мп и SiOa-r 2Fe^t2FeO-f-Sl.

Эти реакции обогащают наплавленный металл кремнием и мар­ганцем, но одновременно и закисью железа FeO, для удаления ко­торой необходимо применять соответствующие меры, например - поддерживать кислый характер шлака, что связывает FeO в сили­кат, не растворимый в жидком металле.

Повышение содержания марганца при плавленых флюсах прак­тически никогда не бывает чрезмерным. Увеличение содержания кремния иногда превышает допустимые пределы, и приходится принимать меры к его снижению.

Физические свойства флюса не менее важны, чем его химиче­ский состав. Температура плавления флюса, как правило, не дол­жна превышать 1200°. Вязкость флюса в расплавленном состоянии должна быть незначительной. По характеру изменения вязкости шлака в зависимости от температуры различают длинные и корот­кие шлаки (см. фиг. 47). В большинстве случаев лучшие резуль­таты обеспечивают флюсы, дающие при расплавлении короткий шлак.

Для уменьшения вязкости флюса и снижения его температуры плавления применяют специальные добавки-разжижители. В ка­честве такой добавки чаще всего применяется природный мине­рал — плавиковый шпат, по химическому составу представляю­щий почти чистый фтористый кальций CaF2, недостатком кото­рого является образование при сварке вредных газов, содержащих фтор.

Применяемые плавленые флюсы имеют стеклообразный вид, аморфны, частицы их полупрозрачны. Насыпной вес флюсов — от 1,4 до 1,7 г/сж3. Флюсы эти называются стекловидными или «флюс - стекло» и почти исключительно применяются в промышлен­ности в настоящее время. В виде опыта начинает иногда приме­няться пемзовидный флюс, или «флюс-пемза», имеющий насыпной вес 0,6—0,9 г/см3 и состоящий из непрозрачных мелкопористых частиц. Грануляция флюсов, т. е. размеры зёрен в разных случаях колеблются от 0,5 до 3 мм. Все применяемые флюсы являются силикатами, т. е. соединениями кремнекислота, и чаще всего имеют слабо кислый характер.

Во флюсе можно различать: 1) основу, 2) добавки, 3) примеси и загрязнения. Основой флюса являются обычно двойной или трой­ной силикат закиси марганца, окиси кальция, окиси магния, алю­миния и т. д. В качестве добавки, снижающей температуру плавле­ния и вязкость, чаще всего используется плавиковый шпат. Из примесей и загрязнений, попадающих во флюс вместе с исходными материалами и топливом, а также из футеровки печей, наиболее важны закись железа FeO, окись алюминия А1203, сера и фосфор. Все эти примеси и загрязнения вредны для флюса, и их предельное содержание ограничивается техническими условиями. Состав неко­торых плавленых флюсов дан в табл. 10.

Для сварки малоуглеродистой стали при безмарганцовистых флюсах необходимо применять специальную электродную проволоку с повышенным содержанием марганца порядка 2—3%. В - нашей промышленности безмарганцовистые флюсы при сварке малоугле­родистой стали в настоящее время не применяются.

Среднемарганцовистые флюсы с содержанием закиси марганца МпО от 10 до 25% в своё время довольно широко применялись в нашей промышленности. Примером такого флюса может служить флюс АН-3 Института электросварки АН УССР. В дальнейшем оказалось, что среднемарганцовистые флюсы в сочетании с мало­углеродистой электродной проволокой недостаточно легируют на­плавленный металл. Поэтому наплавленный металл обладает повы­шенной склонностью к образованию пор и трещин и чувствитель­ностью к загрязнениям поверхности основного металла, в особен­ности к ржавчине, а также к повышенному содержанию углерода, серы и фосфора в металле. Получить удовлетворительные резуль­таты сварки малоуглеродистой стали под среднемарганцовистыми флюсами можно лишь пользуясь специальной автоматной электрод­ной проволокой с повышенным содержанием марганца. Поскольку получение такой проволоки связано с известными затруднениями, применение среднемарганцовистых флюсов в нашей промышлен­ности незначительно.

Сейчас промышленность пользуется почти исключительно высо­комарганцовистыми флюсами, из них наиболее известен ОСЦ-45, который разработал в 1940 г. К. В. Любавский в ЦНИИТМАШ. Этот флюс считается до настоящего времени одним из лучших и широко применяется в нашей промышленности. Флюс представ­ляет собой силикат марганца МпО • Si02, к которому для сниже­ния температуры плавления и вязкости и для улучшения техноло­гических свойств добавлен при выплавке фтористый кальций в ко­личестве около 9,5%; остальное — случайные примеси и загрязне­ния. Флюс обладает высокой жидкотекучестью и малой вязкостью, при температуре плавления стали порядка 1 пуаза, превосходя в этом отношении другие флюсы. Вследствие высокого содержания закиси марганца этот флюс можно применять при сварке мало­углеродистых сталей стандартной малоуглеродистой электродной проволокой, получая при этом швы высокого качества.

Флюс ОСЦ-45 менее чувствителен, чем другие плавленые флю­сы, к отклонениям в химическом составе основного металла, элек­тродной проволоки и самого флюса, а также к ржавчине, содержа­щейся на поверхности основного металла, что очень ценно прак­тически.

К недостаткам флюса можно отнести высокое содержание фтора, могущее приводить к отравлению работающих при сварке в замкнутых пространствах, внутри котлов, резервуаров и т. п. Вы­сокое содержание фтора во флюсе ОСЦ-45 также снижает устой­чивость дуги.

К высокомарганцовистым относится флюс АН-348 Института электросварки, выпущенный в 1948 г. и имеющий несколько мень­шее содержание фтора по сравнению с флюсом ОСЦ-45. Флюс АН-348 производится в больших количествах и широко приме­няется в промышленности наравне с флюсом ОСЦ-45.

Плавленые флюсы производятся следующими путём. Составные

части флюса: марганцевая руда, кварцевый песок, плавиковый шпат и т. д. смешиваются в измельчённом состоянии в нужном соотноше­нии и загружаются в плавильную печь (электрическую дуговую или стеклоплавильную пламенную). По расплавлении шихты и получе­нии однородности жидкий продукт при температуре около 1400° впускается тонкой струёй в грануляционный бак с проточной водой, где он распадается на отдельные зёрна и затвердевает в аморфной стекловидной форме без кристаллизации. Затем флюс сушится, дробится на вальцах и пропускается через два сита, имеющих, на­пример, первое 16 отверстий на 1 см2, а второе 600 отверстий на 1 см2. Остаток на втором сите представляет собой готовый продукт, остаток на первом сите поступает на повторное дробление; мате­риал, прошедший через второе сито, идёт в шихту для последую­щих плавок. Готовый флюс должен иметь химический состав, уста­новленный техническими условиями, что проверяется анализом проб. Производство флюса сходно с производством стекла и ве­дётся в крупном промышленном масштабе на нескольких стеколь­ных заводах, где флюс выплавляется в пламенных стеклоплавиль­ных печах. В дуговых электропечах выплавляют флюс заводы — потребители для собственных нужд.

Для сварки под флюсом можно пользоваться стандартной элек­тродной стальной сварочной проволокой по ГОСТ 2246-51 (см. табл. 3). Наиболее употребительны марки проволоки Св1 и Св1А. Кроме того, в Советском Союзе изготовлялась специальная авто­матная электродная проволока, состав которой по ГОСТ 178-48 дан в табл. II.

Таблица 11

матную проволоку потерял значение. Кремнемарганцовистая прово­лока в точности заменена проволокой Св-Ш, а марганцовистые А и Б — близко подходящими Св-ІГ, Св-1ГА и Св-ІІГ по новому ГОСТ 2246-51.