Для чего в сварке применяют флюсы

Что такое флюс для сварки

Для снижения активности разогретых сталей и цветмета во время высокотемпературного воздействия применяется флюс сварочный. Выпускается композиционный материал в порошковой, гранулированной или пастообразной модификации. Цвет зависит от химсостава: белый, грязно-зеленый или оттенков коричневого. Некоторые изолирующие компоненты реагируют со сплавами, легируют диффузионный слой.

Используются многокомпонентные флюсы при всех способах сварки, если необходимо:

Подача неметаллических композиций, улучшающих качество соединений, оберегающих от контакта с воздухом в процессе нагрева, дозированная. предусмотрена в область, прошиваемую электродугой. Некоторые марки содержат элементы, легирующие шов.

Принцип работы сварочных флюсов

Композиционные защиты при нагреве электродугой вступают во взаимодействие с расплавленными металлами с образованием характерной шлаковой пленки или газового пузыря – так называют образуемое скопление выделяемых паров. Увеличивают временной интервал кристаллизации, шов получается качественнее, кристаллизуется без внутренних дефектов.

Флюс для сварки – это неметаллические минеральные вещества, увеличивающие концентрацию тепла в месте дуги при дуговой электросварке, при газовой выполняют аналогичную функцию. Выпускаются в гранулированном, пастообразном или порошковом состоянии. Важная характеристика – активность, измеряется в долях единицы. Группируют пассивные, малоактивные, активные и высокоактивные композиции, подбирают их в зависимости от марки ферросплава, условий сварочного процесса, для каждой производственной ситуации индивидуально, учитывается толщина свариваемых частей.

Как достигается функциональность:

с выделением газообразных химэлементов, формируется облако-пузырь;

с созданием рыхлой структуры, покрывающим зеркало ванны.

По специальным таблицам определяют вес расходников, физическая форма значения не имеет.

«длинные», сохраняющие вязкость длительное время, защищают детали от остывания;

«короткие, которые быстро остывают, переходят в твердую фазу.

Остатки легко удаляются с заготовки, могут использоваться без ограничений, сохраняют свои свойства, если не подвергались термовоздействию.

Классификация

Сварочные флюсы группируют по нескольким признакам, оценивается фазовая структура, химсостав и другие важные свойства химсоединений. Виды объединяют в группы, предназначенные для какого-то одного состава металла, маркируют соответствующим образом. Главный критерий маркировки – базовая основа.

Технологии с использованием флюсов соответствуют нормам стандарта. Например, ГОСТ 8713-89 регламентирует электросварку:

Основные критерии группировки сварочных защитных смесей стоит рассмотреть подробнее.

По физическому состоянию

Получаемый порошок для удобства формируют в форме:

При выборе химсостава учитывают условия работы, факторы риска, которые минимизируются применением защитных смесей.

По химическому составу

Классификация сварочных порошков схожа с группировкой плавящихся электродов. Неплавящийся сварочный флюс востребован при соединении цветнины.

Порошки градируются по содержанию двуокиси кремния или заменителя – плавикового шпата:

Источники Mn, Mg – марганцевые руды, каустический магнезит.

Теперь о взаимодействии флюсов со сплавами:

Солевые флюсы содержат хлор, фтор, кальций, натрий, барий. Оксидные – металлические окислы и галогениды. Технологи предупреждают, что увлекаться универсальными флюсами чревато. Швы не приобретут устойчивость к изгибающим и вибрационным нагрузкам.

По способу изготовления

Флюсы в больших объемах производят несколькими способами:

Нередко при производстве гранул смешивают различные виды сварных флюсов.

По назначению

Для низкоуглеродистых сталей применяют оксидные смеси с содержанием:

При выборе сварочного флюса учитывают химический состав используемой присадочной проволоки. Чем больше Mg в сухих сварочных защитах, тем меньше должно быть легирующих металлических примесей в проволоке.

Для активных низколегированных сталей нужны флюсы с содержанием галогенов щелочных и щелочноземельных металлов. Должны присутствовать хлориды, фториды элементов I и II групп периодической таблицы Менделеева.

Для высоколегированных сталей пользуются оксидами и солями. Суммарно рекомендованная доля компонентов для сварочного флюса:

Флюсы, создающие облако, применяют для:

Насыпают флюсовые композиции в соответствии со сварочной технологией, регламентированной стандартом для данного вида сварки. Возможные варианты расположения флюса:

Некоторые группы взаимозаменяемые, другие – узкоспециальные.

Флюсы для газовой сварки

Порошки в рабочую зону подаются дозаторами или расходомерами. Желательно следить, чтобы защищающий слой не раздувался горелкой. Пасты намазывают вручную, закрывают кромочную область, зону термического влияния.

При соединении углеродистых заготовок флюсы не нужны.

Флюсы для автоматической сварки

Чаще для автоматов применяют:

Грануляты применяют по типу сплавов, расход указывается в технологических картах. Сухие защиты при сварке в нижнем пространственном положении наносят на поверхность металла. Рекомендованная толщина слоя – от 40 до 80 мм, ширина от 50 до 100 мм. Сварка осуществляется в нижнем пространственном положении.

Источник

Изготовление и использование сварочного флюса

В процессе электродуговой и газовой сварки высокотемпературная зона значительно увеличивает химическую активность, вследствие чего интенсивно окисляется металл, испаряется часть материала сварочной проволоки, снижается интенсивность металлургических процессов, из-за чего плавление оказывается не особо эффективным. С увеличением продолжительности сварки в ванночке скапливается все больше шлаков. Поэтому эта зона должна быть изолирована, что достигается использованием сварочных флюсов — неметаллических композиций с определенными свойствами.

Принцип и условия работы

Сварочная зона при установившемся процессе включает такие области:

На поведение свариваемого материала влияет и сварочная проволока. Так, любая сварка представляет собой миниатюрный металлургический процесс.

От шлаковой корки и окисления, которые ухудшают качество шва, свариваемый металл обезопасить можно путем непрерывной подачи в сварочную зону легкоплавких и одновременно химически инертных компонентов, коими и являются флюсы для сварки. Материалы могут применяться и для поверхностной наплавки. С использованием флюса снижается количество пыли, непременно образующейся в процессе работы.

Использоваться данные материалы должны при следующих условиях:

Поскольку эти требования можно назвать даже противоречивыми, оптимальный состав флюса и способ его подачи определяется конкретным видом сварки, конфигурацией соединяемых деталей и производительность процесса.

Классификация сварочных флюсов

Разновидности флюсов характеризуются такими параметрами:

Типовые составляющие — это марганец и кремнезем, но с целью легирования могут включаться металлы и ферросплавы.

Классификацию часто производится по марке. Определяется она производителем. Например, марки, разработанные Институтом электросварки им. Патона, в обозначении обязательно имеют литеры A. H. Если наличествуют буквы ФЦ, значит, флюс разработало Центральное НИИ транспортного машиностроения. Хоть рецептура изготовления материалов стандартизирована, единой маркировки не существует.

Процесс получения и химический состав

Основа неплавленых флюсов керамическая, а получаются эти материалы путем механического измельчения компонентов на шаровых мельницах. В зависимости от размера фракций флюсы делятся на мелкие (с зерном 0,25−1,0 мм) и нормальные (с зерном размером до 4 мм). Первые используются при сварке проволокой малых диаметров, не более 1,0−1,5 мм, в обозначение добавляется буква М. При значительном количестве компонентов в неплавленом флюсе они предварительно связываются склеиванием, а потом уже частицы размалываются до нужного размера.

В неплавленых флюсах, кроме кремнезема, есть ферросплавы, марганцевая руда, оксиды ряда элементов, металлические порошки. Компоненты подбираются по способности усиливать металлургический процесс в зоне сварки. В итоге улучшаются условия для поверхностного легирования и раскисления металла, зернистость сварного шва становится мельче, а количество вредных примесей в нем уменьшается. Легирующие способности неплавленых материалов позволяет использовать более дешевую сварочную проволоку.

К недостаткам неплавленых флюсов относится, к примеру, то, что их упаковка должна быть плотнее, поскольку компоненты гигроскопичны, а влага ухудшает качество материала. Неплавленые флюсы к соблюдению технологии сварки требовательнее, так как при этом существенно могут измениться условия легирования.

Магнитные флюсы тоже относятся к категории неплавленых. Их эффективность подобна керамическим, однако они дополнительно содержат железный порошок, увеличивающий производительность.

Плавленые флюсы главным образом используются при автоматической сварке. Технология их изготовления включает такие этапы:

Плавленые флюсы состоят из кремнезема SiO2 и оксида марганца. Марганец восстанавливает оксиды железа, постоянно образующиеся при сварке, и связывает серу в шлаках в сульфид, легко удаляющийся впоследствии со сварного шва. Кремний препятствует росту концентрации окиси углерода. Раскисляющие свойства последнего элемента повышают однородность химического состава металла.

Окраска плавленых флюсов прозрачная или светло-желтая, а плотность их не больше 1,6−1,8 г/см3.

Действие флюсов во время сварки

При ручной сварке флюс насыпается 60-миллиметровым слоем на поверхности металла, прилегающего к будущему стыку. При недостаточной толщине слоя возможен непровар и образование раковин и трещин. После этого при электросварке возбуждается разряд, а при газопламенной сварке поджигается горелка.

По мере перемещения электрода флюс подсыпается на новые поверхности. Так как размеры столба в дуге больше высоты флюса, разряд протекает в жидком расплаве компонентов, воздействующих на металлический расплав с удельным давлением до 9 г/см². В итоге исключается разбрызгивание металла, расходуется меньше сварочной проволоки, растет производительность. Это объясняется способностью флюса использовать более высокие значения рабочего тока без опасений получения прерывистого шва. Ток силой 450−500 А при открытой сварке невозможно применять, потому что дуга выплескивает металл из ванночки.

При полуавтоматической и автоматической сварке флюсы используются следующим образом:

Плюсы применения флюсов:

Ограничение применения в невозможности быстрого осмотра участка выполненной сварки. Данное обстоятельство требует более тщательных подготовительных работ, особенно при соединении сложных по конфигурации деталей. Еще флюсы довольно много стоят, а расходуются практически как сварочная проволока.

Источник

Флюсы для газовой сварки

В процессе газовой сварки все металлы и их сплавы, соединяясь с кислородом окружающего воздуха и кислородом сварочного пламени, образуют оксиды, которые имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образовавшихся при сварке оксидов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами.

Флюс для газовой сварки вещества, которые вводят в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и удаления из него образовавшихся оксидов и неметаллических включений.

При газовой сварке флюс применяется в виде порошков, паст или легкоиспаряющейся жидкости. В первых двух случаях он подается в зону сварки вручную, т. е. наносится на кромки свариваемого металла и на присадочные прутки, либо вносится в ванну в процессе сварки периодическим погружением присадочного прутка в сосуд с флюсом.

В случае применения флюса в виде паров (например, флюса БМ-1 при сварке меди, медных и никелевых сплавов) он подается в пламя горелки автоматически в строго дозированном количестве специальным прибором.

В процессе газовой сварки флюсы, вводимые в сварочную ванну, расплавляются и образуются с окислами легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность сварочной ванны. При этом пленка покрывает расплавленный металл шва, предохраняя его от дальнейшего воздействия атмосферного воздуха. Необходимость применения флюсов при сварке металлов и сплавов, высоколегированных сталей и чугуна вызывается тем, что при нагревании металлов до высокой температуры на их поверхности образуется оксидная пленка, которая при расплавлении переходит в сварочную ванну, препятствуя при этом надежному сплавлению основного и присадочного металла. При сварке углеродистых сталей флюсы, как правило, не применяют.

К сварочным флюсам, применяемым при газовой сварке и пайке, предъявляют следующие требования:

кислотный оксид + основной оксид = соль.

При газовой сварке меди, латуни образуются основные оксиды (Cu₂O, ZnO, FeO и др.), поэтому для растворения их вводят кислые флюсы. Они обычно представляют собой соединения бора.

При кислородной резке нержавеющих сталей, чугуна и цветных металлов флюс вводится в струю режущего кислорода. Основой флюса для кислородной резки служит железный порошок.

Источник

Сварка под флюсом: присадочные материалы и флюсы

Электродная проволока: марки, обозначение, поставка

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:

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.

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:

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.

В соответствии с требованиями EN 756 обозначение сварочных проволок строится по схеме:

Сварочные флюсы: функции, классификация, общие требования

Функции сварочных флюсов

Флюсы выполняют следующие функции:

Необходимая высота слоя флюса для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на различных режимах следующая:

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.

Классификация флюсов

Флюсы можно классифицировать по:

По способу изготовления флюсы подразделяются на:

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:

По строению частиц плавленые флюсы разделяют на:

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

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.

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].

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.

Источник