Качество сварного шва определяется не только способностями мастера правильно организовать дугу, но и специальной защитой рабочей зоны от внешних воздействий. Главным врагом на пути к созданию прочного и долговечного металлического соединения является естественная воздушная среда. Изоляцию шва от кислорода обеспечивает флюс для сварки, но не только в этом заключается его задача. Различные конфигурации состава этой добавки с сочетанием защитной газовой среды позволяют по-разному управлять параметрами шовного соединения.
Назначение флюса
Сварочный расходник данного типа направляется в зону горения и в зависимости от характеристик своего расплава оказывает защитно-модифицирующее воздействие на участок формирования шва. В частности, материал может выполнять следующие функции:
- Создание шлаковой и газовой изоляции для сварочной ванны.
- Наделение сварного соединения определенными технико-физическими свойствами.
- Поддержание стабильности горения дуги.
- Перенос электродного металла (или проволочного расплава) в зону сварки.
- Устранение нежелательных примесей в шлаковой прослойке.
Если говорить о совместимости разных флюсов для сварки с металлами, то наиболее распространенные марки имеют следующие назначения:
- ФЦ-9 – стальные углеродистые сплавы с низким легированием.
- АН-18 – стальные сплавы высокого легирования.
- АН-47 – низко- и среднелегированные стали, характеризующиеся высокими прочностными показателями.
- АН-60 – стали низкого легирования, используемые в трубопроводах.
- ФЦ-7 – используется при сварке низкоуглеродистой стали на токе большой силы.
- ФЦ-17 – гранецентрированное высокотемпературное железо.
- ФЦ-19 – сплавы с повышенным содержанием хрома.
- ФЦ-22 – применяется для выполнения углового шовного соединения в работе с легированными углеродистыми сталями.
- 48-ОФ-6 – задействуется в техниках сварки с подключением высоколегированной электродной проволоки.
Составы флюса
Сам по себе флюс, как правило, выпускается в виде гранулированного порошка с фракцией порядка 0,2–4 мм. Но наполнение и происхождение данного продукта может быть очень разным и не всегда однородным. В связи с этим выделяют следующие виды флюса для сварки:
- Оксидные. Большую часть в содержании составляют металлические оксиды и примерно на 10% приходится доля фторидных элементов. Такой флюс используется для работы с низколегированными и фтористыми стальными сплавами. Также в зависимости от содержания оксидные флюсовые составы делятся на бескремнистые, низкокремнистые и высококремнистые.
- Солеоксидные. Еще такие порошки называют смешанными, так как наполнение может в равной степени формироваться оксидами и солевыми соединениями. Используется такой флюс для обработки легированной стали.
- Солевые. Вовсе исключается наличие оксидов, а основу состава образуют фториды и хлориды. Целевое назначение солевого флюса – электрошлаковый переплав и сварка активных металлов.
Для газовой сварки
Некоторые марки тонколистовой стали, инструментальные стальные сплавы, цветные металлы сваривают в атмосфере газов. Сварочные флюсы в виде паст, порошков или газа при этом процессе вносят:
непосредственно в сварную ванну;- на привариваемый пруток;
- на кромки металла.
Газообразные флюсы для газовой сварки (например БМ-1) подают в рабочую зону определенными порциями с помощью расходомера. Пастообразные добавки наносят на место соединения. Порошки в окружении газов использовать сложнее. Их равномерно вносят в расплав, не допуская раздувания потоком газа.
Технология изготовления флюса
В процессе изготовления основа для флюса (шихта) подвергается нескольким процедурам переработки, в числе которых выплавка, грануляция, формовка и проверка на качество. Сырье шихты перед производственным процессом сегментируется на мелкое, среднее и крупное. Каждая партия проходит тщательную мойку и сушку, так как чистота и точность в параметрах будущего флюса поддерживаются изначально. Затем выполняют взвешивание, дозировку и смешивание с другими технологическими компонентами. Выплавка и грануляция флюса для сварки производится на специальном оборудовании – задействуются газопламенные или электродуговые печи, бассейны для обливки холодной водой и металлические поддоны. На финальных этапах обработки выполняется сушка с просеиванием. Прошедший контроль флюс упаковывается в специальные мешки или ящики с огнеупорными свойствами.
Требования ГОСТа к флюсу
Нормативные требования затрагивают несколько направлений оценки качества флюса, а также регулируют правила обеспечения безопасности при обращении с материалом и методы проведения его испытаний. Что касается основных параметров, то к ним предъявляются следующие требования:
- Исключаются во флюсовом порошке зерна, размер которых превышает 1,6 мм. Процент их содержания не должен составлять более 3% от всей массы.
- Допускается производство флюса с фракцией до 0,25 мм, если это условие изначально было оговорено с потребителем.
- Также по соглашению с потребителем допустимо изготовление материала фракцией зерен от 0,35 до 2,8 мм, но только применительно к марке АН-348-А.
- Влажность флюсов в зависимости от марки не должна превышать коэффициент от 0,05 до 0,1%.
Что касается требований безопасности, то меры индивидуальной защиты являются главным предметом регуляции ГОСТа. Сварка под флюсом должна выполняться в соответствии с мерами противопожарной безопасности. Отдельно должна контролироваться концентрация применяемого флюсового порошка, который по умолчанию считается химически опасным и производственно вредным.
Активность
Важной характеристикой флюсовых композитов является условная единица Аф – активность сварочного флюса. Ее значения укладываются в диапазон от 1 до 10. Чем выше цифра, тем большую активность проявляет добавка. Флюсы с высокой активностью характеризуются величиной показателя от 0,6 до 1.
При взаимодействии компонентов флюса со шлаком происходит химическое вытеснение одних элементов другими, механическое перемешивание либо два процесса одновременно.
Интенсивность внедрения флюса в сварочную зону зависит от режима сварки и активности флюса. При умелом сочетании параметров, правильном подборе всех материалов выполняется поставленная задача.
Плавленый и неплавленный флюс
Содержание плавленого порошка в основном формируют шлакообразующие компоненты. Их вырабатывают в результате сплавления составляющих элементов, среди которых кварцевый песок, марганцевая руда и мел. Путем их смешивания в определенных пропорциях с последующей плавкой в печах можно получить модификатор для шва с определенным набором характеристик. Более функциональна дуговая сварка под флюсом, произведенным неплавленным способом. Это смесь зернистых и порошковых материалов, которые помимо шлакообразующей основы также включают в состав легирующие элементы и раскислители. Отсутствие операции плавления дает возможность вводить в состав флюса металлическую пыль и ферросплавы, которые расшифруют возможности улучшения соединений.
Классификация
Флюсы – большая группа многофункциональных смесей. Они отличаются по ряду признаков, которые положены в основу классификации. Классы носят условный характер.
По методу получения композиции подразделяют на смеси, полученные сплавлением, механическим перемешиванием и склеиванием. Последние составы называют керамическими.
Сварочные флюсы бывают прозрачными, похожими на стекло, и пористыми непрозрачными, похожими не пемзу. По вполне понятным причинам плотность пористого состава меньше, чем стекловидного. Плавление проводят в печах при температуре, достигающей 1500 °C.
Сплавлению подвергают неорганические вещества и их смеси. Чаще других используют:
- оксиды кремния (кремнеземы);
- образцы марганцевых руд;
- флюорита (плавикового шпата);
- карбоната магния (каустического магнезита).
Расплавы выливают в раствор. После застывания такой сварочный флюс образует гранулы. Гидрофильные вещества, склонные поглощать воду, гранулируют по отдельной технологической схеме сухими.
Склеенные сварочные флюсы, подобные керамике, используются широко, гораздо чаще, чем механические порошки. Керамика не реагирует на остатки ржавчины, окалины в рабочей зоне, присутствие там следов воды. Если керамическую смесь добавить к стекловидной, можно получить идеальный шов даже на неочищенном металле.
Флюсы имеют различную химическую природу. Они состоят из оксидов, солей, смеси оксидов с солями.
Виды сварки под слоем флюса
С применением флюса может выполняться как ручная, так и автоматическая сварка – принципиальная разница будет зависеть от выбранного оборудования. Электродуговая сварка выполняется в режиме саморегуляции или при поддержке автоматического контроля напряжения. Оптимально использовать инверторные установки, дополненные барабанами для подачи проволоки. Также распространена сварка с флюсом без газа, который по умолчанию выступает в качестве защитной среды от кислорода и азота. Чем же хороша техника, исключающая этот барьер перед негативными факторами воздействия? Во-первых, при условии выбора подходящего флюса он сможет выполнить весь перечень защитных и вспомогательных задач применительно к формируемому шву. Во-вторых, отсутствие газовой среды облегчает саму организацию процесса. Не нужно подготавливать баллон с аргонно-углекислотная смесью, а также защищать зону сварки от избыточного термического воздействия при использовании горелки.
Принцип действия
Типовая сварочная зона при установившейся стадии процесса включает в себя следующие области:
- Зону дугового столба с внутренней температурой не менее 4000…5000 °С.
- Зону газового пузыря, которая образуется вследствие интенсивного атомарного испарения компонентов в кислородной среде.
- Шлаковый расплав, который, будучи легче металла, располагается в верхней части газовой полости.
- Слой расплавленного металла в нижней части полости.
- Шлаковую корку, которая образует верхнюю, твёрдую границу сварочной зоны.
Кроме того, свой вклад в поведение свариваемого металла вносит также сварочная проволока. Таким образом, при всех разновидностях сварки в миниатюре моделируется обычный металлургический процесс получения металла, но без защитного покрытия и чёткой протяжённости, которые в первом случае ограничиваются объёмом мартеновской или электропечи.
Обезопасить свариваемый металл от окисления и шлаковой корки, ухудшающей качество готового шва можно, применив непрерывную подачу в сварочную зону легкоплавких и в то же время – химически инертных компонентов. Ими и являются сварочные флюсы. Они могут применяться также для целей поверхностной наплавки. Применение флюсов снижает уровень пыли, которая всегда образуется при сварке. При использовании данных материалов должны обеспечиваться следующие условия:
- Сварочный флюс не должен снижать производительность сварки, а, наоборот, стабилизировать её;
- Материал не должен вступать в химические реакции, как с основным металлом, так и с металлом сварочной проволоки;
- На протяжении всего рабочего цикла должна обеспечиваться изолированность зоны сварочного пузыря от окружающей среды;
- После окончания процесса остатки флюса, связываясь со шлаковой коркой, должны легко удаляться из зоны обработки. При этом до 70…80% материала флюса можно, после соответствующей очистки, вновь использовать при сварке.
Эти требования довольно сложны и противоречивы, поэтому оптимальный состав и технология подачи сварочных флюсов определяется под конкретный вид сварки, конфигурацию соединяемых частей металла и производительность процесса.
https://www.youtube.com/watch?v=f65tHnkNnrU
Техника применения флюса
После розжига дуги оператор должен ее поддерживать между окончанием электрода и заготовкой именно под слоем флюса. Порошок насыпается слоем 55-60 мм, после чего дугу следует буквально утопить в этой массе, пока она будет плавиться. При среднем весе флюса его статическое давление на металл может составлять порядка 8-9 г/см кв. Этой величины достаточно для устранения нежелательных механических воздействий на сварочную ванну. При использовании проволоки для сварки с флюсом можно добиться и минимальных показателей разбрызгивания расплава. Это условие выполняется путем обеспечения стабильного контакта зоны расплава с плавящейся проволокой и флюсом, а также за счет регуляции силы тока. Защита со стороны газа в данном случае тоже не требуется, но контроль мощности будет особенно важен. Как правило, комбинация проволоки и флюса используется при сварке на токе высокой плотности, поэтому и автомат должен подбираться с учетом поддержки постоянной скорости направления электродной нити.
Для автоматической сварки
С помощь автоматического оборудования сваривают множество металлов. Подбирают соответствующие электроды, выставляют режим, выбирают сварочные флюсы и припой.
Флюсовую добавку размещают на рабочей поверхности слоем толщиной до 80 мм, шириной до 100 мм. Расплавленная масса состоит наполовину из металла, а остальная часть представлена флюсом. Лишний флюс автоматически отсасывается и затем используется повторно. Обычно используют силикатную добавку в смеси с оксидами кальция, магния, алюминия.
Хорошо зарекомендовал себя флюс сварочный с маркировкой АН 348а. Он способствует стабилизации дуги и уменьшению выделения токсичных газообразных продуктов.
Флюсы серии АН имеют высокие показатели электропроводности, благодаря присутствию в них окисла титана. Аббревиатура АН говорит о том, что состав был разработан в институте Академии наук. Существует маркировка, основанная химическом составе флюсов, но на практике ее используют редко.
Плюсы от применения флюса
Использование флюса, безусловно, сказывается на формировании шва наилучшим образом, так как минимизируются негативные факторы рабочего процесса в условиях открытого воздуха. Из очевидных преимуществ можно отметить снижение дефектов в зоне соединения, минимизацию разбрызгивания и более эффективный контроль дуги со всеми возможностями автоматического регулирования. Что еще очень важно, участок сварка под флюсом всегда виден оператору. Это позволяет при необходимости своевременно вносить корректировки в процесс, а в некоторых случаях даже обходиться без специальной маски.
Недостатки от применения флюса
Слабые места данной технологии обуславливаются более высокими требованиями к оборудованию, так как для эффективного расплава флюса требуется большая мощность. Сегодня выпускаются специальные модификации аппаратов для аргонодуговой сварки в среде флюса, имеющие специальную оснастку для его подготовки и подачи. Логично, что такие модели стоят на 15-20% дороже. Еще один недостаток связан с увеличением зоны расплава. Хотя ее можно контролировать в определенных границах, мелкие элементы точечно обрабатывать в таких условиях проблематично.
