ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

ФЛЮСЫ СВАРОЧНЫЕ

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 различают также и по размеру зерен. Так, флюсы Ш-348-А; ОСЦ-45; H-20-C; AII-2G-I1 имеют размер зерен

0,35—3 мм; флюсы АН-348-АМ; ОСД-45-М; ФЦ-9; Н-20-0,25—

1,6 мм; флюсы АН-8; АН-22 и АН-26С — 0,35—4 и флюс АН 26-СИ — 0,25—4 мм. Стекловидные флюсы с размером зерен не более 1,6 мм предназначены для сварки электродной проволокой (диаметром не свыше 3 мм).

В обозначении марки флюса буквы означают: М — мелкий, С — стекловидный, Г! — пемзовидный, СП — смешанный. Пример условного обозначения флюса по стандарту: флюс АН-348-AM — ГОСТ 9087—09.

Так как химический состав металла шва тесно связан с хими­ческой активностью флюса и составом сварочной проволоки, флюс для сварки различных марок углеродистой и низколеги­рованной стали и марку проволоки выбирают одновременно, т. е. вы­бирают систему флюс — проволока. Для предупреждения обра­зования в швах пор металл швов должен содержать не менее 0,2—0,4% кремния и марганца. Это и определяет систему выбора флюса и сварочной проволоки.

В настоящее время используют три основные системы.

1. Низкоуглеродистая электродная проволока (Св-08, Св-08А і т. н.) и высокомарганцовистый (35—45% МпО) флюс с высоким содержанием кремнезема (40—45% Si02). Легирование шва крем­нием и марганцем происходит за счет кремнемарганцевосстанови - тельных процессов, количество восстанавливаемого из флюса в шов легирующего элемента сравнительно невелико (Si 0,4%; Мм 0,7%). При использовании керамического флюса легиро­вание металла шва марганцем и кремнием происходит путем их введения во флюс в виде ферросплавов.

2. Низкоуглеродистая проволока, легированная до 2% Мп (типа Св-10Г2), и высококремнистый (кислый) флюс, содержащий 40—42% Si02 и не более 15% МпО. В этом случае легирование шва марганцем происходит за счет проволоки, а кремнием — за счет восстановления его из флюса.

3. Средиемарганцовистая электродная проволока (~ 1 % Мп) и среднемаргаицовистый (~ 30% Мп) кислый флюс. Легирова­ние металла шва марганцем происходит за счет проволоки и мар­ганцевосстановительного процесса из флюса, кремнием — за счет кремневосстановительного процесса из флюса. Другие марки флюса, предназначенные для сварки различных высоко - или сложнолегированных сталей и цветных металлов, не стандарти­зованы и поставляются по различным ведомственным техниче­ским условиям (табл. 20).

Для электрошлаковой сварки применяют флюсы общего назна­чения (АН-348-А, АН-22, 48-ОФ-6, АНФ-5) и флюсы, предна­значенные именно для данного процесса (АН-8 и АН-25). Содер­жание в этих флюсах окислов титана обеспечивает высокую электропроводность их в твердом состоянии, что важно в начале процесса, при возбуждении дуги для создания начального объема шлаковой ванны. Лучшим с технологической точки зрения явля­ется флюс АН-8.

При механизированной сварке меди и ее сплавов успешно используют обычные марки флюсов ОСЦ-45, АН-348-А, АН-20, АII 26, т. е. флюсов, широко применяемых для сварки сталей. Для сварки алюминия и его сплавов по слою флюса разработаны две основные марки бескислородных флюсов: АН-А1 и АН-А4 (табл. 21).

Эти флюсы изготовляют сплавлением входящих в их состав солей или механическим их смешиванием. Флюс АП-А1 пригоден только для сварки алюминия. При сварке алюминиево-магниевых сплавов натрий, входящий в состав флюса в виде ]аС1, попадая в сварочную ванну, восстанавливается магнием, что приводит к пористости швов, а это существенно снижает пластичность металла шва. Но указанной причине для сварки алюминиево - магниевых сплавов применяют флюс АН-А4, который не содер­жит солей натрия. Для электрошлаковой сварки алюминия также разработаны специальные флюсы.

При сварке титана используют бескислородные флюсы типа AH-ТІ, АН-ТЗ и др., в состав которых в основном входят фтори­стые и хлористые соединения. Фтористые соединения могут реагировать с окислами титана и растворять их, но для обеспе­чения необходимых технологических свойств флюса в них вводят хлористые соединения.