Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 60. 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 беспористых 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% MnO; среднемарганцовистые, содержащие от 15 до 30% MnO, и низкомарганцовистые, содержащие менее 15% MnO, или безмарганцовистые.

При сварке малоуглеродистой и низколегированной стали металл шва легируют марганцем 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/см? 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/см3 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 керамическими. 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 к 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 сварки.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.

вверх страницы