Сварочные флюсы

Флюсы применяют при многих способах сварки и наплавки для защиты зоны сварки от доступа воздуха. Также флюсы выполняют множество других важнейших функций:

- раскисление металла шва;

- легирование металла шва и очистка от вредных элементов (S, P);

- очистка металла от неметаллических включений;

- стабилизация горения дуги;

- формирование поверхности шва за счет сил поверхностного натяжения;

- замедление остывания металла и, как следствие, получение более благоприятной структуры.

Сварочные флюсы представляют собой сложные химические системы, в состав которых входят много компонентов - окислы металлов, соли, ферросплавы и т.д.

Флюсы можно классифицировать по следующим основным признакам:

- по назначению: для дуговой сварки углеродистых сталей, для наплавки углеродистых сталей, для дуговой сварки легированных сталей, для наплавки легированных сталей, для дуговой сварки цветных металлов, для электрошлаковой сварки сталей и т.д.

- по способу изготовления: плавленые флюсы и неплавленые флюсы (керамические, смеси, спеченые).

- по химическому составу: оксидные (кислые, нейтральные и основные), солевые и солеоксидные.

- по строению зерен: стекловидные и пемзовидные.

Плавленые флюсы в основном применяются при автоматических способах сварки. Они изготавливаются по ГОСТ 9087-81. Для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей широко применяют плавленые оксидные флюсы марок АН348, ОСЦ45, АН60. Примерный состав этих флюсов: 40-44SiO₂, 34-44MnO, 5-6CaO, 3-7MgO, 4-9CaF₂, 2FeO. Эти флюсы отличаются высокой химической активностью, раскисляющей способностью, хорошим формированием шва и отличной отделяемостью шлаковой корки. Флюсы марок АН20, АН15, АН18, АН26 применяются для сварки и наплавки высоколегированных сталей с применением соответствующей сварочной проволоки. Для них характерно пониженное содержание активных кислородсодержащих компонентов (18-33SiO₂, 0-9MnO) и повышенное содержание инертных по отношению к металлу компонентов (до 15CaO, 20-35CaF₂) Флюсы АН17, АН43, АН47, ФЦ16 часто применяются для сварки низко- и среднелегированных сталей повышенной прочности, а также теплоустойчивых и жаростойких легированных сталей.

Керамические флюсы незаменимы при условии получения сварных швов с особыми свойствами (высокая ударная вязкость при низкой температуре, стойкость против образования пор и трещин, высокая износостойкость и др.). Они представляют собой механические смеси различных материалов (кремнезем, марганцевая руда, ферросплавы, плавиковый шпат и др.). Отсутствие плавки при изготовлении позволяет вводить в состав флюса ферросплавы, металлические порошки легирующих компонентов и др. материалы. При этом можно использовать более дешевую проволоку. Недостатком керамических флюсов является их большая гигроскопичность, меньшая стабильность дуги и необходимость более точной настройки технологических параметров режима сварки, так как режим оказывает непосредственное влияние на легирование металла шва. Широко известны такие марки флюсов, как АНК46 (для сварки н/у сталей), АНК47 и АНК30 (для сварки швов высокой хладостойкости) и др.

Главной особенностью керамических флюсов является способ их изготовления, во многом сходный со способом изготовления качественных покрытий электродов для ручной сварки, описанным выше.

Составные части флюса тонко измельчаются, смешиваются в нужных соотношениях и замешиваются на водном растворе жидкого стекла в густую пасту, как для покрытия электродов способом опрессовки. Сырая масса гранулируется, т. е. превращается в зерна размером 1-3 мм, затем подсушивается, прокаливается 2 ч при температуре 300-400° С для удаления остатков влаги и повышения механической прочности зерен за счет реакции схватывания жидкого стекла с частицами флюса. Прокаливанием заканчивается изготовление керамического флюса, не требующего плавильных печей и больших затрат горючего или электроэнергии на процесс плавления Средний насыпной вес керамических флюсов около 1,0 г/см3. Каждое зерно керамического флюса состоит из многих тысяч мелких частиц, смешанных в надлежащих соотношениях и прочно скрепленных.

Керамические флюсы не имеют тех основных недостатков, которые присущи обычным неплавленым флюсам. Механически прочные зерна необходимого размера обеспечивают достаточную газопроницаемость слоя флюса и не выдуваются газами дуги. Прочное склеивание частиц устраняет возможность сепарации и сегрегации отдельных частиц и изменения состава флюса при подаче в зону сварки и уборке, что является одним из главных недостатков неплавленых флюсов. Тонкое измельчение составных частей обеспечивает их полное сплавление и протекание металлургических реакций, как и в электродных покрытиях.

К недостаткам керамических флюсов по сравнению с плавлеными относится меньшая механическая прочность и большая гигроскопичность зерен флюса. Керамические флюсы открыли новые возможности для автоматической дуговой сварки и значительно расширили область ее применения.

Для создания шлака в состав керамических флюсов вводятся различные минеральные вещества. Принципиальным, очень важным преимуществом керамических флюсов является возможность введения в них веществ, разлагающихся при высоких температурах с образованием газов, защищающих зону сварки. Для этой цели вводят карбонат кальция СаСО₃ в форме мрамора, разлагающийся при высоких температурах с образованием двуокиси углерода. В процессе сварки особенно важно раскисление металла. Для этой цели в керамические флюсы вводят такие сильные раскислители, как металлические титан, кремний, иногда алюминий. При этом часто попутно удается удалить большую часть серы, снизив ее содержание до нескольких тысячных долей процента, для чего шлаку придается основной характер за счет повышения содержания в нем окиси кальция СаО.

Керамические флюсы открывают широкие возможности легирования наплавленного металла через флюс для придания наплавленному металлу особых свойств. Керамические флюсы сокращают потребление дорогой легированной сварочной проволоки; в большинстве случаев достаточно легирования через флюс с применением дешевой низкоуглеродистой проволоки Св-08. Легирование возможно осуществлять всеми элементами, в том числе углеродом, что сложно в других случаях. Керамические флюсы позволяют модифицировать наплавленный металл, т. е. улучшать его структуру-

Наплавленный металл при затвердевании в процессе первичной кристаллизации часто приобретает крупнозернистую дендритную структуру, в форме длинных кристаллов, вытянутых в направлении отвода тепла при затвердевании, нормально к поверхностям охлаждения. В область встречи дендритов, растущих от противоположных сторон ванны, вытесняются загрязнения металла, в связи с чем прочность металла здесь снижается, легко образуются горячие трещины; область получила название "зона слабины" а самое явление стыка дендритов называется транскристаллизацией. Наступающая при дальнейшем охлаждении стали вторичная кристаллизация, вызываемая распадом аустенита, часто маскирует и делает малозаметной первичную дендритную структуру, которая может быть выявлена лишь специальным глубоким травлением. В неудовлетворительной первичной структуре часто кроется причина пониженных механических свойств наплавленного металла. Модификацией уничтожается дендритная структура, уже в процессе первичной кристаллизации металл затвердевает с образованием равноосных мелких зерен. Такой металл обладает высокими механическими свойствами. Для модификации пригодны мельчайшие неметаллические включения, служащие центрами кристаллизации, и поверхностно-активные вещества, меняющие поверхностное натяжение металла. Хорошим модификатором в условиях сварки является титан. Модификация осуществляется при сварке электродами с качественным покрытием и под керамическими флюсами. При сварке под плавлеными флюсами модификация обычно выражена слабо, когда модификатор, например титан, вводится в состав электродной проволоки. Интенсивная модификация металла с получением мелкозернистой равноосной структуры при первичной кристаллизации является преимущест-вом керамических флюсов. Необходимые элементы для раскисления, легирования и модифицирования металла обычно вводят в керамические флюсы, как и в электродные покрытия, в виде ферросплавов.

Преимуществом керамических флюсов для сварки низкоуглеродистых сталей является малая чувствительность к ржавчине и различным загрязнениям поверхности металла, что позволяет снизить требования к очистке поверхности, проводить сварку на открытом воздухе в сырую погоду; при этом получается плотный металл без пор с высокими показателями механических свойств.

Для сварки низко- и среднелегированных конструкционных сталей высокой прочности разработана серия специальных керамических флюсов для производства ответственных изделий. Керамические флюсы также применяются для сварки высоколегированных сталей, например для аустенитных хромоникелевых нержавеющих и жароупорных сталей. В этом случае необходима уже легированная аустенитная проволока. Керамический флюс производит лишь необходимое дополнительное легирование. При сварке нержавеющих сталей достигается высокая стойкость зоны сварки против межкристаллитной коррозии.

Известно успешное применение керамических флюсов для сварки меди, никеля и их сплавов, для наплавочных работ- Автоматическая и полуавтоматическая наплавка производится низкоуглеродистой сварочной проволокой с применением легирующих керамических флюсов, содержащих повышенное количество ферросплавов.

В настоящее время организовано промышленное производство керамических флюсов; в Днепропетровске построен мощный механизированный цех, выпускающий эти флюсы.

Дата добавления: 2014-01-06