Флюс для сварки: назначение, виды сварки, состав флюса, правила использования, требования гост, плюсы и минусы применения

Железный порошок

Для повышения производительности, при сварке заполняющих слоев толщин более 20 мм, используются железный порошок (крупка) или холодная проволока. При использовании железного порошка, при том же удельном тепловложении, ЗТВ получается менее глубокая, чем при традиционной SAW-сварке, что положительно влияет на прочность сварной конструкции. С увеличением количества железного порошка тепловложение в изделие снижается. При этом производительность можно поднять почти на 50%. Это значит, что затраты на рабочую силу снижаются, а цикл изготовления изделия укорачивается.

Чтобы предотвратить просыпание железного порошка сквозь зазор стыка, однопроходную сварку выполняют на подкладке либо после выполнения корневого прохода.

Железный порошок обычно подается из специального бункера через смонтированный на нем дозатор. Дозатор через трубку подает необходимое количество порошка на проволоку. При сварке на постоянном токе вокруг проволоки образуется магнитное поле, которое притягивает железный порошок к ней, и подается в свариваемый стык вместе с проволокой.

Железный порошок, это, как правило, Mn- легированная (около 1,8%) низколегированная сталь, хотя встречаются и порошки на основе низколегированной стали легированной Ni.

OK Grain 21.85 – это низколегированный порошок с размером гранул 0,5-0,7 мм. Добавление этого порошка может упростить сварку листов большой толщины или в ситуации, когда при сварке в лодочку надо наплавить шов с большим катетом, за счет уменьшения количества необходимых проходов. Глубина проплавления уменьшается, однако, при этом снижается вероятность прожогов, если детали собраны с зазором или величина притупления кромок недостаточна. В некоторых ситуациях уменьшение глубины проплавления, и, как следствие, уменьшение доли участия основного металла является желательным.

Подбор сварочных материалов

В идеале, при выборе сварочных материалов, желательно чтобы химический состав наплавленного металла был идентичен составу основного металла. Однако стоит отметить, что это далеко не всегда возможно. Поэтому состав наплавленного металла стараются сбалансировать так, чтобы он подходил для сварки максимально широкой линейки марок сталей в пределах одной группы. Но при этом все равно надо руководствоваться принципом, в соответствии с которым механические свойства шва не должны быть ниже механических свойств основного металла. С годами была наработана определенная линейка сварочных материалов, которая максимально бы удовлетворяла запросам потребителей сварочных материалов при сохранении их разумно достаточного разнообразия. Не смотря на это, перед тем как начать использовать тот или иной сварочный материал, потребителю рекомендуют выполнять сварку тестовых образцов, по результатам испытаний которых можно окончательно делать вывод о пригодности выбранных сварочных материалов для решения конкретной задачи.

Автоматическая сварка не дает гарантии получения бездефектного сварного соединения. При этом характер этих дефектов мало отличается от получаемых при ручных способах сварки.

Разновидности автоматической сварки

Автоматический сварочный аппарат, создающий дугу подачей тока на проволоку, и защищающий сварочную ванну слоем флюса, может иметь несколько вариантов исполнения. Это могут быть станки с подвижной головкой, выполняющие ровные или шаблонные линии швов. Для трубопроводов используют неподвижные головки, под которыми изделие вращается на роликах. Тракторы сами ездят по изделию, перевозя аппарат и одновременно ведя сварку. Во всех моделях применяется плавящийся электрод (проволока ГОСТ 16130-72). За последующее время, после внедрения в промышленность этих методов, были разработаны и другие устройства, позволяющие автоматизировать сварочные работы. Некоторые принципы работы таких установок похожи, а другие отличаются в корне.

В среде аргона

Одной из разновидностей является автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом. В качестве последнего выступает стержень из вольфрама с некоторыми добавками. Между ним и изделием возбуждается электрическая дуга, а аргоновый состав газовой смеси, подаваемый через сопло головки аппарата, не дает углероду вырываться через поверхность шва. Благодаря этому соединение получается крепким и ровным. Сварка в среде защитных газов может выполняться стационарно закрепленной головкой устройства, под которой изделие проворачивается, так и движущейся частью по линии соединения. Аргонно-дуговой метод активно применяется при работе с нержавеющими трубами и емкостями.

Порошковой проволокой

Еще одним вариантом является автоматическая сварка порошковой проволокой. Аппарат подает плавящийся электрод в зону сварки по роликам. Напряжение на конце проволоки создает дугу. Но для защиты расплавленного металла используется не порошок из бункера, а флюс, находящийся в самой проволоке. Для этого последняя изготавливается трубчатой формы и укладывается в бобины. Такой расходный материал стоит дороже, но облегчает подготовку к сварочному процессу. Сварочный станок не требует загрузки флюса в бункер. Наплавленный шов, как и в случае с насыпным порошком, нуждается в очистке. Аппараты могут работать перемещаясь на самом изделии или неподвижно, с прокруткой свариваемых частей под ними.

Плазменная сварка

Для быстрого соединения легированных сталей была разработана автоматическая плазменная сварка. В подобных устройствах электрическая дуга горит между двумя электродами в головке горелки. Аргон или гелий, подающиеся под высоким давлением и закрученный завихрителем, содействует ионизации пламени дуги, и усилению ее температуры. Плазменная сварка устанавливается на кронштейны, которые могут вращаться по оси. Расстояние от центра до головки может изменяться, что делает удобным это оборудование для круговых автоматических швов днищ емкостей. В зависимости от толщины металла и требуемой высоты шва, устройство может снабжаться дополнительным блоком подающим присадочную проволоку.

Кроме вышеперечисленных агрегатов встречаются их полуавтоматические версии, где сварщику требуется направлять сварочную головку или руководить движением трактора. Автоматическая и полуавтоматическая сварка востребованы не только на крупных предприятиях, но в небольших фирмах. Ведь таким способом можно значительно повышать производительность и доходность. Некоторые умельцы смогли сделать самодельный аппарат на основе полуавтомата, который способен передвигаться по заданной траектории.

Функции флюсовых смесей

Гранулированная флюсовая смесь может быть использована в ручной дуговой сварке. В режиме MMA сварка ведется плавящимися покрытыми электродами. Флюс выступает в качестве дополнительного расходного материала. При ведении работ в режиме MIG/MAG флюс подается в зону контакта проволоки и металла, а также может содержаться в проволоке в виде порошка. Защита применяется и при газовой сварке, когда происходит соединение цветных металлов или легированных сталей в пропан-кислородном пламени.

Стабилизация дуги. Подобрав правильную для конкретной задачи флюсовую смесь, можно в значительной степени упростить процедуру сварки. Порошок благоприятно воздействует на электрическую дугу, повышая ее стабильность. Дуга образуется между электродом и свариваемой поверхностью. Примерный зазор между электродами составляет около 5 мм. Скачки тока и сложности при удержании электрода приводят к нарушению стабильного горения дуги, в результате чего внутри шва образуются дефекты. Наличие флюса делает дугу менее чувствительной к указанным внешним факторам. Это не только облегчает работу новичкам, но и позволяет вести сварку переменным током, а также увеличивает возможности ведения работ в других режимах.

Защитная функция. От проникновения атмосферного кислорода в зону формирования шва должно защищать газовое облако, образующееся при плавлении флюса. Оно представляет собой непроницаемую оболочку, иначе очень быстро будет образовываться оксидная пленка, ведь металлы начинают активно взаимодействовать с кислородом. От сварщика требуется правильно рассчитать дозировку и состав порошка, чтобы последний успешно справился с поставленной задачей

Здесь важно руководствоваться двумя принципами. Первый заключается в том, что более мелкая структура позволяет создать более надежную защиту, но, в то же время, чрезмерно высокая плотность порошка негативно влияет на качество шва. Чтобы рассчитать массу порошка, необходимо воспользоваться специальными таблицами

Они приведены в различных справочниках и отражают количественный состав порошка, в зависимости от видов проводимых работ

Чтобы рассчитать массу порошка, необходимо воспользоваться специальными таблицами. Они приведены в различных справочниках и отражают количественный состав порошка, в зависимости от видов проводимых работ.

Легирование. Процесс формирования сварного шва начинается после плавления основного металла и присадки. Происходит физическое взаимодействие веществ, в результате которых после кристаллизации образуется шов и околошовная зона. Химический состав этой зоны зависит от материала присадки. При высокой температуре некоторые химические элементы выгорают или осаждаются в шлаке. Без этих элементов металл уже не может обладать теми свойствами, которые учитывались при планировании работ. Восстановить эти свойства возможно внесением веществ извне. В флюсовые порошки добавляют легирующие элементы. В процессе сварки происходит обогащение металла. Легирующие добавки препятствуют оседанию в шлаковых массах марганца и кремния. В тех случаях, когда легирование носит целенаправленный характер, параллельно используется специальная присадочная проволока.

Формирование поверхности. При кристаллизации металла начинает формироваться кристаллическая решетка. Ее структура влияет на прочность материала, а также на внешний вид. Любые воздействия на кристалл могут негативно отразиться на форме сварного шва. Вот почему после проведения сварочных работ зачастую не приходится говорить об эстетике. Применяя флюсы, можно существенным образом повысить качество поверхности. Некоторые элементы флюса обладают формирующими способностями. В качестве примера можно привести использование «длинных» порошков. Они применяются при соединении деталей большой толщины с помощью электродуговой сварки на большом токе. Порошок обладает высокой вязкостью, вследствие чего процесс застывания несколько затягивается, позволяя равномерно проплавить кромки. Образуется кристаллическая решетка с характерной структурой, которая внешне выглядит аккуратно и эстетично. Если вязкость не нужна, то применяются «короткие» порошки. Они застывают практически моментально.

Полуавтоматы для наплавки в среде защитных газов

Полуавтомат ПДГ-603 (рис. 6, а) предназначен для дуговой механизированной сварки и наплавки в среде защитных газов, а также порошковой самозащитной проволокой изделий из низкоуглеродистых и конструкционных сталей. Полуавтомат имеет плавное регулирование сварочных параметров, настройку трех независимых режимов сварки, подающую приставку с четырьмя

ведущими роликами-шестернями, выносной пульт дистанционного управления, а также водяное охлаждение горелки при сварке на максимальных режимах.

Рис. 6. Полуавтоматы для дуговой сварки и наплавки в среде защитных газов: а – полуавтомат ПДГ-603; б – полуавтомат «Мидиком-160»

Полуавтомат ПДГО-501-1 предназначен для полуавтоматической сварки и наплавки металла плавящимся электродом как в среде защитных газов, так и порошковой проволокой. Скорость подачи проволоки регулируется ступенями от 95 до 725 м/ч, диаметр проволоки 1,2…3,2 мм. Полуавтомат размещен на легкой тележке вместе с устройством, на которое можно уложить бухту электродной проволоки массой до 80 кг. В комплект сварочного полуавтомата могут входить:

• источник питания ВДГ-506 с регулировкой напряжения на дуге от 18 до 50 В;
• горелка на ток до 300 А для сварки в среде защитного газа;
• горелка на ток до500 А для сварки порошковой проволокой;
• провода сварочные и кабель управления с радиусом действия 10 м. Полуавтомат «Мидиком-160». , Россия. Полуавтомат сварочный малогабаритный «Мидиком-160» (рис. 6, б) предназначен для ручной дуговой сварки на постоянном токе плавящимся электродом в среде защитного газа

малоуглеродистых, легированных, а также нержавеющей стали суммарной толщиной до 4 мм. Может использоваться для выполнения разнообразных сварочно-монтажных работ при авторемонте, в строительстве. Полуавтомат состоит из силового трансформатора, выпрямителя и LС-фильтра сварочного тока, механизма подачи электродной проволоки с катушкой и гибким рабочим шлангом, устройства подачи защитного газа, электронного блока управления, выбора режимов работы и индикации, системы принудительного охлаждения.

Полуавтомат MIG 305 C/S применяется для сварки металлов любой толщины и химического состава сплошной или порошковой проволокой в защитных газах.

Технические характеристики полуавтомата

• Сила тока 40…300 А
• Напряжение сети 3380 В
• Ток при ПВ = 35 % 285 A
• Ток при ПВ = 60 % 215 A
• Ток при ПВ = 100 % 170 A
• Напряжение холостого хода 16…47 В
• Количество ступеней регулировки напряжения 20
• Вес 130 кг

Наиболее благоприятные условия для формирования валика металла наблюдаются при наплавке в инертных одноатомных газах аргоне и гелии (рис. 7). В аргоне имеют место два вида переноса металла через дугу: крупнокапельный без коротких замыканий с небольшим разбрызгиванием на докритическом токе и струйный на токе больше критического значения. Вид переноса металла через дуговой промежуток влияет на форму проплавления основного металла и на формирование наплавленного валика. Наплавка со струйным переносом электродного металла нежелательна, так как при этом значительно увеличивается глубина проплавления основного металла.

В гелии наблюдается капельный перенос с короткими замыканиями дуги (малые ток и напряжение) и без коротких замыканий на повышенном токе и напряжении при незначительном разбрызгивании электродного металла.

Рис. 7. Схема процесса наплавки электродной проволокой в среде аргона: 1 – наплавляемое изделие; 2 – горелка; 3 – электродная проволока; 4 – защитный газ; 5 – газовое сопло; 6 – сварочная дуга; 7 – сварочная ванна; 8 – наплавленный валик; 9 – защитная атмосфера

Валик металла, наплавленный в среде гелия, имеет меньшую выпуклость, чем в аргоне, так как аргон повышает поверхностное натяжение жидкого металла. Применение смеси Ar+He позволяет использовать преимущества обоих газов.

Классификация

Классификация сварочных флюсов имеет четыре критерия, которые разделяют присадочное средство. Заключаются они в следующих пунктах:

• назначение флюса;
• способ его изготовления;
• структура и физические параметры;
• химический состав.

Назначение

В зависимости от состава и свойств гранулированного средства, оно может быть применено для обеспечения сварочных процессов в работе с углеродистыми, легированными и цветными металлами. Его используют для электродуговой, газовой и электрошлаковой сварки, а также работах с неплавящимися электродами. Некоторые классы флюсов взаимозаменяемы. Так, флюс для сварки алюминия, может быть использован и для создания соединений на легированных сталях. В его состав входят натрий, калий и литий, которые будут положительно сказываться и на других металлах. «Алюминиевый» флюс хорошо подойдет для сварки угольными электродами. Другие гранулированные смеси узко специализированны и не пригодны для широкого применения.

Способ изготовления

В промышленности имеются три способа производства флюса:

• Плавленные. Для этого применяют электрические или угольные печи. Компоненты шихты разогревают до жидкого состояния и, сплавляясь, образуют полезную смесь. Брикеты и комки материала разбиваются до мелких частей. В готовом виде такие порошки имеют мелкодисперсную структуру серого цвета.
• Механические смеси. Это соединение нескольких видов флюса в один состав путем физического перемешивания гранул между собой. Технология применяется для конкретных видом металлов. Постоянного состава не существует, а изготовление производится на заказ. Имеет существенный недостаток в виде разности веса и размера частиц, что приводит к их разделению при транспортировке и подаче из бункера.
• Керамические. Соединение образовывается за счет скрепления порошкообразных веществ клеем, в роли которого выступает жидкое стекло. Альтернативным методом является спекание без сплавления. Компоненты шихты разогреваются до слипания в комки. После остывания они проходят процедуру измельчения. Благодаря недопущению сплавления сохраняются легирующие вещества.

Структура и параметры

Внешний вид и физическое строение порошкообразных средств для сварки может отличаться. Наиболее распространенными являются стекловидные зерна. Они имеют прозрачный цвет и круглую структуру. Отличаются более высокой насыпной массой, поэтому плотно укрывают соединение, защищая его от внешней среды.

Вторая категория флюсов создается в виде пемзообразного вещества. Это пенистые гранулы овальной или круглой формы. Цвет может варьировать от белого до коричневого. Порошок, из-за легкого веса, требует более высокого слоя присыпания соединения.

Химический состав

Из компонентов, входящих в состав порошкообразного вещества для присыпки сварного соединения, выделяются низкокремнистые смеси, где оксида последнего содержится меньше 35%. При этом участие марганца граничит на уровне 1%. Вторая группа — это флюсы с высоким содержанием оксида кремния, которое начинается от 35%. Третья категория называется бескислородной.

Отличаются флюсы и по степени взаимодействия с основным и присадочным металлами. Пассивные смеси только создают газовое облако, но никак не воздействуют на химический состав стали. Слаболегирующие порошки — это категория флюсов, производимая путем плавления, которые снабжают свариваемые материалы небольшим количеством кремния, марганца, и других полезных включений. Это придает шву большую прочность и ударную вязкость. Легирующие гранулированные составы обогащают металл в значительной степени, улучшая его физические и химические свойства. Швы после такой сварки лучше сопротивляются коррозии.

Сварка под флюсом различных типов сталей

Сварка конструкционных углеродистых сталей

При сварке конструкционных малоуглеродистых сталей используют флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АНЦ-1 и другие в сочетании с малоуглеродистыми или марганцевыми проволоками марок Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2.

Сварку среднеуглеродистых сталей выполняют при пониженных режимах, что существенно сказывается на производительности, поэтому, при изготовлении конструкции из среднеуглеродистых сталей данный вид сварки не нашёл широкого распространения на практике.

Высокоуглеродистые конструкционные стали содержат 0,46-0,75% углерода и свариваемость их затруднена. Для сварных конструкций эти стали не используются и необходимость в их сваривании возникает, как правило, при ремонтных работах. В большинстве случае, ремонт выполняют методом наплавки.

Сварка низколегированных сталей

К низколегированным сталям относят группу сталей, содержащих в составе менее 5% легирующих элементов. Оценивая свариваемость сталей этой группы, можно сказать, что при сварке под флюсом их свариваемость существенно не отличается от нелегированных малоуглеродистых сталей. Но, легирующие элементы в составе стали повышают склонность сталей к росту зёрен в зоне термического влияния, а при высокой скорости охлаждения в них могут возникать неоднородные структуры закалочного характера.

Для сварки металлоконструкций из низколегированных сталей, с температурой эксплуатации до -40°C, используют высококремнистые марганцевые флюсы марок АН-22, АН-22М, АН-47, АН-67А и другие в сочетании с легированной сварочной проволокой марок Св-10НМА, Св-08ХМ, Св-08МХ и др.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированными являются стали, содержащие в составе 5-10% легирующих элементов. Для современных среднелегированных сталей характерно легирование многокомпонентное, комплексное. Легирование этих сталей только одним элементом применяется редко.

К сварным конструкциям из среднелегированных сталей предъявляются требования повышенной прочности в условиях эксплуатации, а также, нередко, коррозионная стойкость, стойкость к импульсным (резко возрастающим, мгновенным) нагрузкам. Чем выше содержание легирующих элементов, тем труднее сваривать сталь.

Одной из главных проблем свариваемости среднелегированных сталей является их чувствительность к образованию горячих трещин в сварных швах, поэтому при их сварке необходимо тщательно выбирать композицию шва. Кроме этого, необходимо использовать технологические приёмы и выбирать режимы, которые позволят получить хороший коэффициент формы шва и снизить скорость охлаждения.

Для сварки конструкций из среднелегированных сталей сварка под флюсом получила достаточно широкое применение. Для такой сварки используются низкокремнистые флюсы марок Ан-15, АН-15М, АН-17М и бескремнистые марок АН-30, ОФ-6, АВ-4 и др.

Применение бескремнистых флюсов предпочтительно в тех случаях, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по ударной вязкости. В сочетании с вышеуказанными флюсами применяется сварочная проволока марок Св-20Х4ГМА, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х5М, Св-10ХГСН2МТ.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированными считаются стали, содержащие в составе более 10% легирующих элементов. Сварка под флюсом высокоуглеродистых сталей нашла широкое применение в химической и нефтяной промышленности, где требуется высокая коррозионная стойкость сварных изделий и жаропрочность.

Своим широким применение для этих сталей сварка под флюсом получила благодаря постоянству процесса сварки и, как следствие, химической однородности металла шва

Это очень важно для высоколегированных сталей, учитывая, что даже незначительная химическая неоднородность металла шва может стать причиной образования в нём кристаллизационных трещин или заметно снизить коррозионную стойкость или жаропрочность

Сварка под флюсом способна обеспечить швы с гладкой поверхностью и плавным переходом к основному металлу, что позволяет повысить стойкость к коррозии по сравнению со сваркой электродами.

При сварке под флюсом высоколегированных сталей обычно применяют проволоку диаметром 2-3мм. При этом могут использоваться почти все марки проволоки по ГОСТ 224, а также многие марки проволоки, выпускаемые по ТУ, например, Св-12Х11НМФ, Св-12Х13, Св-10Х17Т, Св-04Х19Н9, ЭП467, ЭП235, ЭП497 и другие.

Для сварки жаропрочных высоколегированных сталей применяются фторидные флюсы марок АНФ-5, АНФ-8, АНФ-24 и бескремнистые флюсы марок АНФ-17, АНФ-22. Для сварки коррозионностойких высоколегированных сталей применяют флюсы с низким содержанием кремния марок АН-26, АНФ-14.

Технология сварки под флюсом

Сварка под флюсом ГОСТ 8713-79 выполняется тремя способами:

1. Автоматическим;
2. Полуавтоматическим;
3. Ручным способом.

Автоматическая сварка под слоем флюса выполняется сварочными машинами. Все режимы выставляются на машине и не требует участия человека. Соединение получается качественным, без дефектов.

Сварочные автоматы под слоем флюса бывают трёх типов:

1. Тракторы;
2. Подвесные;
3. Многодуговые.

К аппаратам тракторного типа можно отнести автоматы А-1506 и А-1648 и подвесные аппараты А-1400. К многодуговым относятся универсальные аппараты, которые могут перемешаться по поверхности, как трактор, так и быть подвесными. Такими аппаратами являются А-1412 и ДТС-38.

Обычно, сварка трактором под флюсом применяется для деталей с ровной поверхностью и длинной протяжённостью.

При полуавтоматической сварки под флюсом, происходящий процесс контролирует сварщик. Такой способ похож на полуавтоматическую сварку в среде защитного газа СО2.

Ручная сварка под флюсом осуществляется неплавящимся электродом с подачей в него флюса. Сварщик самостоятельно «дозирует» количество поступаемого флюса в зону сварки нажатием на кнопку.

Режимы сварки под слоем флюса

Все режимы сварки под слоем флюса выбираются от диаметра проволоки. Диаметр проволоки выбирается в зависимости от толщины листа. При толщине металла от 5 до 8 мм выбирается проволока Ø 2 – 3 мм. Если толщина металла составляет 10 — 20 мм, тогда следует применять проволоку Ø 4 – 5 мм.

В связи с тем, что каждый сварочный аппарат имеет свои индивидуальные характеристики, при выборе режимов сварки, необходимо руководствоваться рекомендациям в паспорте к установке.

Ниже приведены приблизительные режимы для сварки под слоем флюса:

Подготовка к сварке

Прежде чем приступить к работе, необходимо:

1. Выложить свариваемые детали на стенд. Выставить необходимый зазор и прижать их при необходимости струбцинами к сварочному столу.
2. Зачистить поверхность металла от грязи и ржавчины.
3. Засыпать в бункер аппарата флюс.
4. Установит бухту с проволокой.
5. Задать сварочному аппарату необходимые режимы сварки.
6. Выполнить заварку металла.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества сварки под флюсом:

За счёт использования автоматических аппаратов, можно добиться качественного сварного соединения. За счёт автоматики, есть возможность выставления скорости сварки, подачи проволоки, сварочного тока и зазора между проволокой и изделием.

Беспрерывная подача флюса защищает расплавленную ванну от вредных воздействий из вне. Дополнительно флюс легирует сварной шов, увеличивая его прочностные качества.

Основные недостатки сварки под флюсом:

Сложность настройки такого оборудования. У сварщика нет возможности проконтролировать процесс сварки, так как шов спрятан за слоем флюса.

Нет возможности варить изделия в вертикальном и потолочном положении. При больших неровностях изделия, сварка может быть невозможна.