Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 31. Флюсы и электродная проволока для автоматической сварки и наплавки

Требования к флюсам

Необходимый состав металла шва можно получить при соответствующем выборе состава флюса и электродной проволоки, а также режимов сварки, определяющих долю основного металла в металле шва. В процессе образования шва, кроме расплавленных флюса и металла, участвуют газы.

В результате взаимодействия в сварочной зоне металла, флюса и газов образуется сварной шов, металл которого имеет определенный химический состав, во многом предопределяющий его свойства. В связи с этим к сварочным флюсам предъявляют ряд требований.

Сварочные флюсы должны обеспечивать: устойчивость процесса сварки, отсутствие горячих трещин и пор в сварном шве, высокие механические свойства металла шва, легкую отделимость шлаковой корки, хорошее формирование шва и отсутствие выделения вредных газов при сварке.

Устойчивость процесса сварки. Под устойчивостью горения дуги обычно понимают постоянство во времени ее основных электрических параметров: силы сварочного тока /св и напряжения дуги Uд. Устойчивость горения дуги зависит от состава газа в сварочной зоне и в первую очередь от количества фтористых газов. Фтористые газы, понижающие устойчивость горения дуги, образуются из фтористых соединений, находящихся во флюсах.

Горячие трещины образуются в результате высокого содержания серы, фосфора, углерода, кремния и других легирующих элементов в металле шва. Большое влияние на образование горячих трещин оказывает форма шва, доля участия основного металла в шве, а также технологические параметры и термический цикл сварки.

Поры в сварных швах появляются при кристаллизации сварочной ванны, когда газовые пузыри не успевают выйти из жидкого металла на поверхность ванны до ее затвердевания. Основные технологические причины появления пористости:

наличие ржавчины или толстой окалины на кромках свариваемых изделий или на электродной проволоке;

чрезмерная влажность флюса или свариваемых изделий;

недостаточная защита зоны сварки от воздуха (малый слой флюса, большие свободные зазоры между свариваемыми кромками), загрязнение свариваемых кромок органическими веществами;

плохие технологические свойства флюса или несоответствие выбранной марки флюса основному металлу и электродной проволоке.

Роль флюса в предотвращении пор состоит в надежной защите зоны сварки от воздуха, а также в выделении в зоне сварки фтора и кислорода, которые связывают водород в соединения, не растворимые в жидком металле. Фтор образует с водородом фтористый водород HF, а кислород — гидроксил ОН, в связи с чем пористость, вызываемая водородом, значительно снижается. Причиной пористости сварных швов может служить также высокое содержание азота, серы и других элементов в наплавленном металле.

Механические свойства металла шва определяются прежде всего его химическим составом, а также в большой мере его структурой. Химический состав и структура металла шва зависят не только от состава основного и электродного металла, но и от состава флюса.

Кислород в металле шва снижает механические свойства, способствует повышению количества неметаллических включений и приводит к окислению легирующих элементов. Кислород попадает в сварочную ванную из флюса и влаги, ржавчины и окалины основного и электродного металла.

Повышенное содержание серы и фосфора снижает ударную вязкость.

Отделимость шлаковой корки весьма заметно влияет на производительность сварочных работ. Большое влияние на отделимость шлаковой корки оказывают свойства сварочного флюса и прежде всего его окисленность. Флюсы с высокой окисленностью способны образовывать на поверхности шлаковой корки, примыкающей к сварному шву, соединения, называемые шпинелями. Эти соединения прочно удерживают шлаковую корку на поверхности сварных швов. Поэтому правильный выбор марки флюса и его высокое качество являются непременным условием, обуславливающим хорошую отделяемость шлаковой корки особенно в прогретом состоянии.

Отделяемость шлаковой корки в большей мере зависит также от коэффициента теплового расширения и сжатия шлака. Чем он больше, тем лучше отделяемость шлаковой корки. Однако непременным условием при этом должно быть отсутствие заклинивания шлаковой корки.

Формирование шва во многом зависит от флюса. Форма шва определяется прежде всего режимом сварки. Однако химический состав флюса, его грануляция, а также его состояние оказывают определенное влияние на форму и внешний вид шва. При сварке под крупным флюсом дуга подвижнее, чем при сварке под мелким, и вследствие этого в первом случае шов получается более широким, чем во втором. Чем больше толщина слоя флюса, тем шов уже.

Отсутствие выделения вредных газов при сварке является важным требованием к флюсам. Выделение фтора и других газов флюсами ухудшает условия труда сварщика.

Флюсы классифицируют по следующим признакам: назначению (общего назначения, специальные), химическому составу, способу изготовления и строению частиц. Флюсы общего назначения наиболее широко используют для автоматической и полуавтоматической сварки низкоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей. Флюсы специального назначения применяют для сварки высоколегированных сталей, некоторых марок низколегированных сталей, цветных металлов или для особых видов работ (наплавка износостойких поверхностей, сварка с принудительным формированием шва, сварка металла большой толщины, сварка на больших скоростях и т. д.).

В зависимости от химического состава флюсы классифицируют по содержанию кремния и марганца. Низкокремнистые флюсы содержат кремнезема Si02 менее 35%, а высококремнистые 35—50%. Первые из них обычно применяют для сварки легированных сталей, вторые — для сварки низкоуглеродистых сталей. Марганцевые флюсы содержат более 1% МпО, а безмарганцевые —менее 1%. Особую группу при классификации по химическому составу занимают бескислородные флюсы.

В зависимости от способа изготовления сварочные флюсы разделяют на плавленые и неплавленые. Первые изготовляют путем сплавления природных минералов и руд в электрических или пламенных печах, вторые — чаще всего путем скрепления размолотых компонентов жидким стеклом. Наибольшее применение имеют флюсы плавленые (ГОСТ 9087—69*). По строению частиц плавленые флюсы могут быть стекловидными, пемзовидными и кристаллическими.

Система флюсов и электродной проволоки

При сварке углеродистых сталей применяют в основном две системы флюсов и электродной проволоки. Первая система — марганцевый высококремнистый флюс в сочетании с низкоуглеродистой или марганцевой Электродной проволокой. Вторая система—безмарганцевый высококремнистый флюс в сочетании с высокомарганцевой проволокой. Общим для этих систем является высокое содержание кремнезема во флюсе и применение электродной проволоки из кипящих и полуспокойных сталей. При этих системах легирование металла шва кремнием достигают за счет флюса, легирование марганцем — за счет или флюса (первая Система), или электродной проволоки (вторая система).

Первая система находит наибольшее применение и предназначается для сварки сталей СтЗ, ВСтЗ, Ст2, ВСтЗкп по ГОСТ 380—71, сталей 15Г, 20Г2 по ГОСТ 1050—60** и некоторых марок низколегированных сталей. При этой системе используют флюсы марок ОСЦ-45 АН-348А и др. в сочетании с проволокой Св-08, Св-08А, а также Св-08Г и Св-08ГА. Легирование металла шва. марганцем в основном идет за счет флюса. При использовании проволоки Св-08Г и Св-08ГА марганец переходит в металл шва из проволоки.

Для сварки легированных сталей применяют низкокремнистые флюсы, содержащие не более 35% Si02, в сочетании или с низкоуглеродистой проволокой, или с соответствующей легированной электродной проволокой. Особенностью низкокремнистых флюсов является повышенная склонность сварных швов к пористости. Области применения и химический состав сварочных флюсов приведены в табл. 46 и 47.

Применение сварочных флюсов

Применение сварочных флюсов (продолжение)

Химический состав некоторых марок плавленых флюсов

Керамические флюсы

Керамические флюсы, впервые предложенные для дуговой сварки К. К. Хреновым, представляют собой разновидность неплавленых флюсов. В керамическом флюсе составляющие его компоненты прочно связаны механически в одно целое посредством водного раствора жидкого стекла. При этом каждое зерно содержит в необходимом соотношении все составные части флюса. Благодаря отсутствию операции сплавления компоненты керамических флюсов могут быть представлены не только в виде окислов, как в плавленых флюсах, но и в виде чистых элементов, ферросплавов, карбидов и т. д.

Керамические флюсы позволяют легировать шов практически любыми элементами и в достаточно широких пределах. Используя керамические флюсы, практически можно получить наплавленный металл любого химического состава, применяя при этом обычную стандартную электродную проволоку.

Керамические флюсы разделяют на три группы: для сварки низкоуглеродистых сталей, для сварки легированных сталей и для наплавочных работ.

Для сварки низкоуглеродистой стали применяют флюсы К-2 и К-3 (табл. 48). Флюс К-2 дает хорошее формирование шва, нечувствителен к ржавчине, окалине и влаге на поверхности изделий, обеспечивает высокую стабильность дуги. Для сварки низколегированных сталей можно использовать флюс К-3. Однако флюсы К-2 и К-3 обладают одним недостатком: в связи с высоким содержанием титанового концентрата, имеющего до 55% ТЮ2, происходит интенсивное окисление металла сварочной ванны и ферросплавов флюса.

Более совершенными для сварки углеродистых сталей являются флюсы типа КВС-19 и К-11 (табл. 49). Эти флюсы применяют также в сочетании с низкоуглеродистыми проволоками Св-08и Св-08А и др.

Рис. 48. Состав (%) керамических флюсов для сварки. Рис. 49. Состав (%) керамических флюсов КВС-19 К-11
Для сварки легированных сталей и для наплавочных работ применяют специальные керамические флюсы КС, основой которых является так называемый пассивный флюс, обеспечивающий получение наплавленного металла при использовании низкоуглеродистой проволоки, мало отличающегося от проволоки по составу. Введение в пассивный флюс соответствующих легирующих компонентов позволило создать флюсы для сварки и наплавки легированных сталей. Сам по себе пассивный флюс может быть использован для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей особенно ответственных конструкций. Три состава пассивных флюсов, разработанных различными авторами, приведены в табл. 50.

Состав (%) пассивных флюсов

На основе приведенных пассивных флюсов разработаны флюсы для сварки легированных сталей. В табл. 51 приведен в качестве примера флюс КС-ЗОХГСНА для сварки стали ЗОХГСНА низкоуглеродистой проволокой. Механические свойства сварного соединения из стали ЗОХГСНА и наплавленного металла, выполненных под флюсом КС-ЗОХГСНА низкоуглеродистой проволокой, после соответствующей термообработки близки к механическим свойствам основного металла.

Для сварки легированных сталей применяют также флюсы типа К-8 и ФЦК. Флюс используют для сварки и наплавки нержавеющих сталей

Состав флюса КС-30ХСНА

проволоками марки Св-1Х18Н9Т или Св-05Х19Н9ФЗС2. Имея высокие технологические свойства, флюс К-8 обеспечивает высокую стойкость против общей и межкристаллитной коррозии наплавленного металла.

Флюс ФЦК, шлакообразующей основой которого являются фториды и хлориды щелочных и щелочно-земельных металлов и глинозем, в отличие от других керамических^флюсов изготовляют спеканием порошкообразных смесей без жидкого стекла. Флюс ФЦК практически пассивен по отношению к легко окисляющимся добавкам электродных проволок.

Для наплавки износостойких сплавов применяют специальные керамические флюсы.

Электродная проволока

Для сварки под флюсом обычно применяют электродную проволоку сплошного сечения, изготовленную по ГОСТ 2246—70. Химический состав электродной проволоки различных марок приведен в табл. 32 (гл. 5). Наплавочную стальную проволоку изготовляют по ГОСТ 10543—63.

Для автоматической сварки под флюсом обычно употребляют тянутую проволоку диаметром 1—6 мм.

Электродная проволока должна поставляться в кассетах определенного размера и массы (табл. 30 гл. 5).

Для автоматической и полуавтоматической сварки и наплавки лучше применять проволоку с омедненной поверхностью.

Помимо обычной сварочной проволоки можно применять порошковую проволоку.

вверх страницы