Флюсовые смеси: сколько вешать?

Флюсовые смеси: сколько вешать?

Какая связь между словами «окисление» и «бич»? Самая прямая, если они употребляются в контексте сварки металлов. Потому что окисление металла, которое является прямым следствием высочайшей химической активности в зоне высокой температуры во время электродуговой или газовой сварки, – настоящий бич современной сварки.

В дополнение к испарению материалов сварочной проволоки и снижению скорости процессов окисление металлов негативно сказывается на эффективности плавления. А с увеличением продолжительности процесса сварки в сварочной ванне начинает все больше и больше скапливаться шлак.

Спасение от этих сварочных бед – изоляция и защита рабочей зоны. Это выполняется с помощью специальных сварочных флюсов – композициями из неметаллических элементов с разнообразными свойствами.

Как это работает

Вот что представляет из себя типичный рабочий участок или сварочная зона с обязательными составными элементами:

  • верхний слой из шлакового расплава, который легче металла;
  • нижний слой основного расплавленного металла, который тяжелее шлакового слоя;
  • зона действия электрической дуги температурой внутри в пределах 4000 – 5000°С;
  • газовый пузырь, формирующийся под влиянием сильного испарения материалов в кислородной среде;
  • корка из шлака, формирующая верхнюю границу твердой консистенции сварочного рабочего участка.
сварка флюсом
Автоматическая сварка под флюсом.

Некоторые нюансы поведения свариваемого металла может внести сварочная проволока, но в целом металлургический процесс вне зависимости от способа сварки представляет из себя одну и ту же картину. Все было бы чудесно, если бы не шлаковая корка и окисление металла. Они влияют на рабочий процесс и, главное, качество шва самым негативным образом.

Перечисленные выше процессы и реакции относятся к химически активным. Следовательно, нейтрализацию и защиту нужно проводить с помощью химически инертных компонентов. Желательным свойством является еще и легкоплавкость.

Такими характеристиками как раз и обладают сварочные флюсы. В дополнение к основным функциям защиты и изоляции флюсы помогают снизить уровень пыли и проводить поверхностную наплавку.

К флюсам предъявляются следующие требования:

  • поскольку флюсы – это вспомогательные компоненты, они должны только улучшать и стабилизировать основные процесса, и ни в коей мере не снижать их производительность;
  • изоляция с помощью флюса должна быть безупречной: вся рабочая зона сварочного пузыря от внешней среды;
  • в то время как после сварки около 80% флюсового материала должно остаться для следующих работ, остальная часть должна удаляться вместе со шлаковой коркой после очистки.
Требования непростые и даже иногда взаимоисключающие. Поэтому флюсы бывают самыми разнообразными по своем составу и технологии подачи – все зависит от конкретного вида сварки, характеристик поверхностей свариваемых металлических заготовок и других факторов.

Функции гранулированных флюсовых смесей

Каждый тип флюса должен выполнять четыре функции:

Стабилизация сварочного процесса

Правильные флюсовые смеси оказывают самое благоприятное воздействие на электрическую дугу: сварка под слоем флюса создает самую комфортную среду для горения дуги – электрического разряда между электродом и краем изделия. Обычно расстояние между полюсами дуги составляет около 5-ти мм.

Если в гранулированной смеси флюса имеются специальные вещества, разряд будет проходить более устойчиво. А это делает возможной сварку не только на постоянном токе, но и на переменном. Кроме этого такая стабилизация дуги помогает применять большее число разных режимов сварки.

Изоляция газового облака

сварка флюсом
Варианты керамического флюса.

Газовое облако должно быть в любом случае непроницаемым, без него металлы не смогут расплавляться в сварочной ванне. Чтобы порошковая флюсовая смесь нормально справлялась с данной задачей, нужно подсчитать максимально точно дозировку порошка на линии шва.

Чем мельче гранулы флюса и чем они плотнее, тем лучше происходит изоляция газового облака. Но совсем мелкой смесь тоже не должна быть, иначе плотность насыпки на поверхности шва будет негативно влиять на его правильное формирование.

Помимо размера гранул смеси на ее изолирующие свойства влияет масса насыпки. Для ее определения существуют специальные таблицы, с помощью которых можно очень точно определить дозу подачи флюса в рабочую сварочную зону.

Функция легирования

Сварочный шов формируется в результате действия высоких температур плавления и физическому взаимодействию металлов – основного и присадочного. Химический состав шва обусловлен видом применяемых материалов. Но под влиянием дуги некоторые нужные и полезные элементы могут выгорать или осаждаться в шлаковых массах.

Чтобы полноценно заменить их, в определенные виды флюсов добавляют специальные легирующие добавки, которые обогащают металлы, образующие шов. Кроме того, такие добавки тормозят нежелательный процесс – переход в шлак марганца и кремния. Если легирование используется, параллельно применяют специализированную присадочную проволоку.

Формирование поверхности

Вид будущего сварочного шва начинает формироваться сразу же, как только в расплавленных металлах начинает проявляться кристаллическая решетка. На шов влияет все, что с ним соприкасается. Флюс для сварки в этом числе: его вязкость и выраженное межфазовое натяжение объясняет отличную способность правильно формировать поверхность шва. А это напрямую влияет на качество шва.

сварка меди
Режимы сварки меди под флюсом.

Прекрасным примером может служить технология сварки под флюсом с применением так называемых «длинных» порошков. Речь о сварке толстых краев металлов на большой силе тока. Для таких условий самым оптимальным вариантом будет использование флюсовые смеси с высокой вязкостью, которая делает процесс остывания медленным и постепенным.

Такая постепенность дает возможность образоваться кристаллической решетке с гладко-чешуйчатой структурой.

В ситуациях «наоборот» – при флюсовой сварке с малыми токами сильная вязкость вовсе не нужна. В таких случаях применяются «короткие» флюсовые смеси, которые при остывании мгновенно превращаются в твердое вещество. Режимы сварки под флюсом – моменты тонкие и важные, от них зависит и качество шва, и форма его поверхности.

Классификация флюсов

Самым грамотным подходом в изучении видов флюсов и тонкостей их применений будет знакомство с ГОСТом 8713 79 о сварке под флюсом. Этому стандарту почти сорок лет, он прошел испытания временем и до сих пор прекрасно работает: в нем есть все, что нужно профессиональному сварщику знать об этой технологии.

Рекомендуем этот ГОСТ самым настоятельным образом. А пока разбираемся с классификацией.

Разновидностей гранулированных смесей множество, они различаются по следующим критериям:

По размерам гранул и внешнему виду

Флюсы делятся по размеру гранул на следующие категории:

  • зернистые и кристаллические;
  • порошковидные;
  • в виде пасты;
  • газообразные.
Порошкообразные флюсовые смеси лучше всего подходят для наплавки или электросварки, в то время как для пайки или газовой сварки оптимальным вариантом являются пастообразные или газообразные смеси.

Строение зерен или гранул может быть:

  • стекловидным;
  • премзовидным;
  • цементированным.

По химическому составу

тип флюса
Компоненты и типы флюсов.

Химический состав прежде всего определяет инертность смесей при воздействии высоких температур. Кроме того, есть смеси, которые дают эффект активной диффузии отдельных элементов в металл формирующегося сварочного шва.

При всем разнообразии химического состава и механических свойств флюсовых смесей есть два элемента, которые присутствуют во флюсах всегда и в обязательном порядке: это кремнезем и марганец. В дополнение к ним идут разного рода добавки в виде металлов или ферросплавов для легирования.

При условии постоянного присутствия в составе кремнезема и марганца, доля и разнообразие других добавок могут сильно варьировать. В зависимости от них флюсы подразделяются на три группы:

Оксидные флюсовые смеси

Они применяются в сварке фтористых и низколегированных стальных сплавов. Они содержат в своем составе оксиды металлов и довольно высокую долю соединений фтора – вплоть до 10%. В зависимости от количества кремния оксидные флюсы бывают бескремнистыми, если доля кремнезема в них меньше 5%; низкокремнистыми с долей кремния в пределах 6 – 35% и высококремнистыми с содержанием кремнезема свыше 35%.

Точно так же оксидные флюсы делятся, исходя из содержания в них марганца: безмарганцевые с долей марганца меньше 1%; низкомарганцевые с долей в смеси в пределах 10%; средне- высокомарганцевые при процентном содержании элемента от 10% до 30%.

Смешанные флюсы

В составе этих смесей намного меньше оксидов, но зато больше различных солей. Доля кремнезема довольно низкая: 15 – 30%, марганец содержится в пределах 9%, но уровень соединений фтора повышен: содержание CaF2, к примеру, увеличено до 12 – 30%. Смешанные флюсы используются в работах с легированными сталями.

Солевые флюсовые смеси

В них нет оксидов вообще. Напротив, содержание солевых соединений хлора и фтора с кальцием, натрием и барием обусловливает свойства и функции этих смесей. Прежде всего они предназначены для сварки химически активных металлов. Также их используют для переплавки.

Подходят для работ со всеми видами стальных сплавов: углеродистыми и легированными. Цветные металлы тоже входят в линейку допустимых элементов солевых флюсов.
виды сварки
Режимы автоматической сварки под флюсом.

Есть еще одна важнейшая химическая характеристика флюсов – это его химическая активность. Она складывается из итоговых окислительных способностей элементов. По данному критерию защитные смеси подразделяются на несколько типов: от высокоактивных с показателем Аф свыше 0,6 до пассивных с показателем активности Аф ниже 0,1.

По способу действия флюсовой смеси

Различаются флюсы так же, как и электроды: есть плавящиеся и неплавящиеся виды. Плавящиеся флюсы отлично работают, когда металлическая поверхность нуждается в дополнительных элементах для улучшения, к примеру, внешнего вида или повышения устойчивости к коррозии металла.

Неплавящиеся флюсы используются, когда главной задачей является повышение механических свойств шва. Чаще всего такого рода сварка под слоем флюса встречается при соединении цветных металлов, высокоуглеродистых сталей и алюминия – все эти перечисленные металлы отличаются капризностью и сложностью сварки.

По назначению

Встречаются, к примеру, флюсы для сварки, специально легированные для улучшения химического состава и качества сварочного шва. Но популярнее всего универсальные гранулированные смеси, которые можно использовать в работах со всеми видами металлов – от высоколегированных стальных сплавов до алюминия и олова в чистом виде.

Флюсы для низкоуглеродистых сталей

Здесь применяются только оксидные варианты. Они встречаются с двумя разными комбинациями системы «проволока – флюс». Первая комбинация – это флюсовые смеси с высокими долями кремния и марганца вместе с проволокой из низкоуглеродистой стали без каких-либо легирующих добавок.

В результате сварочный шов легируется марганцем из флюса. Эта комбинация применяется в основном в российских гранулированных смесях.

Вторая комбинация – флюс для сварки стали с малой долей марганца или вообще без него и высокой долей кремния в сочетании с проволокой, выполненной из низкоуглеродистой стали, легированной марганцем. Сварочный шов легируется марганцем из проволоки.

В данном случае проволока для сварки с флюсом становится источником легирования. Данная комбинация чаще применяется в зарубежных сварочных технологиях.

Флюсы для низколегированных сталей

схема
Схема сварки под флюсом.

Для работ с низколегированными сплавами нужны флюсы с низкой химической активностью, ниже, чем для низкоуглеродистых сплавов. Это свойство обуславливает повышение пластичности сварочного шва. Но вместе с тем повышается образование пор в шве, и его формирование проходит хуже.

Флюсы для высоколегированных сталей

Высоколегированные сплавы означают то, что в сталь добавлено значительное количество самых разных добавок для придания дополнительных свойств этим сплавам. Логичным будет использовать в таких случаях флюсовые гранулированные смеси с минимальной химической активностью, которые содержат малые доли кремния.

Что же касается марганца, то он практически отсутствует во флюсах такого рода.

Флюсы для активных металлов

Пример активного металла – титан, который относится к весьма капризным металлам для сварки. Для них созданы специальные смеси, состоящие полностью из солей – так называемые солевые флюсы. В них нет оксидов для сохранения пластичности швов, потому что примесь кислорода ее всегда снижает.

Основными компонентами солевых смесей являются фторидные и хлоридные соли елочных и щелочноземельных металлов.

Технология производства флюсов

По технологии все гранулированные сварочные смеси подразделяются на два больших класса: плавленые и неплавленые. Обусловлено это деление составом химических элементов этих смесей.

Неплавленые флюсы

Базовым веществом неплавленых флюсов является керамическая основа, которую получают с помощью механического измельчения на специальных шаровых мельницах. Эти смеси бывают мелкозернистыми, если размер отдельного зерна меньше 1-го мм; нормальными, если зерно помещается в размеры от 3-х до 4-х мм.

Мелкозернистые флюсы используются в сварке с помощью проволоки с небольшим диаметром, не более 1,5 мм. В маркировках таких смесей присутствует буква М. Если сварочный флюс многокомпонентный, то есть в смеси присутствует большое количество разных компонентов помимо керамики, то сначала эти элементы склеивают друг с другом, и лишь потом отправляют на перемол необходимого размера на мельницу.

виды флюса
Марки флюсов.

Помимо традиционных компонентов типа кремнезема и марганца в состав неплавленых флюсов могут входить оксиды, металлические порошки или ферросплавы. Главный критерий целесообразности компонентов смесей – их способность улучшать металлургические процессы, происходящие в рабочей зоне.

Это поверхностное легирование, раскисление металлов, мелкозернистая структура шва, снижение доли вредных примесей в шве. И вдобавок ко всем этим бенефитам в сварке с неплавлеными флюсами можно использовать проволоку подешевле.

Недостатки, конечно, тоже имеются. Такие смеси плохо переносят влажность в любом концентрации, они очень гигроскопичные и, впитав влагу, они значительно ухудшают качество материала. Все это можно решить грамотной упаковкой и, конечно же, соблюдением правильных условий хранений. Кроме того, необходимо строго контролировать весь процесс сварки, чтобы не упустить изменения условий легирования.

Магнитные флюсовые смеси также относятся к неплавленым. Они очень похожи по своему составу на керамические варианты, но содержат металлический порошок для повышения эффективности сварочного процесса.

Плавленые флюсы

Технология производства плавленых флюсов сложнее, чем неплавленых. Они имеют светло-желтую окраску или совсем прозрачные. Плотность весьма умеренная.

применение флюса
Марки флюса и стали.

Производство гранулированных смесей плавленого типа включает в себя четко разделённые по времени этапы:

  • размельчение до необходимых размеров всех элементов смеси;
  • перемешивание элементов смеси в специализированной мельнице;
  • плавка в печке;
  • преобразование частиц в гранулы точных необходимых размеров с помощью воды, в которой расплав флюсовой смеси охлаждается и затвердевает в виде шариков.
  • сушка в барабанах;
  • финишное просеивание для отсева нестандартных гранул, упаковка с соблюдением изоляции от влажности.

Состав плавленых флюсов не отличается оригинальностью: в основе те же кремний и марганец. Кремний обладает отличными раскисляющими свойствами, которые работают на однородность расплавленного металла во время процесса, снижая долю окиси углерода.

Марганец нужен прежде всего для восстановления железных оксидов. Дополнительно марганец способствует образованию легко удаляемой корки, связывая в сульфиды серу из шлаков.

Этапы работы в сварке под флюсом

Дуговая сварка под флюсом начинается с формирования насыпного слоя толщиной не менее 60-ти мм на металлической поверхности, которая будет прилегать к стыку и будущему сварочному шву. Если слой насыпать меньше, чем нужно, в процессе могут произойти технологические сбои и неприятности – например, непровар, который сопровождается образованием пор, раковин и трещин.

После формирования насыпного слоя нужно поджечь газовую горелку, если это газопламенный способ, или возбудить разряд, если это электродуговой способ. По ходу движения электрода в направлении шва нужный слой защитной смеси постоянно подсыпается на поверхность металла.
сварка под флюсом
Таблицы автоматической сварки.

Высота дугового столба превышает высоту насыпи флюса, поэтому точка разряда локализована в металлическом расплаве жидкой консистенции. При таком способе не наблюдается разбрызгивания металла, сварочная проволока с флюсом расходуется намного экономичнее, производительность процесса в целом повышается.

Все эти положительные моменты происходят благодаря тому, что использование защитных гранулированных смесей дает возможность применять рабочий ток высоких значений, не боясь при этом прерывания шва.

При классической сварке без флюса при сильном токе произойдет элементарное выплескивание жидкого металла из сварочной ванны. Механизированная сварка под флюсом – один из самых эффективных и экономных способов сварки, но только при условии соблюдения всех технических требований.

Автоматическая сварка под флюсом проводится со своими техническими нюансами. Флюс не насыпается вручную, а подается из специальной трубки из бункера. Через короткое время с катушки автоматически начинает подаваться проволока электрода.

Если по ходу процесса какая-то часть защитной смеси осталась неиспользованной, она отсасывается в специальную емкость пневматическим способом. Шлаковая корка расплавляется и охлаждается, затем убирается с поверхности металла механически. Схема автоматической сварки выверена буквально по секундам и граммам, это чрезвычайно эффективная система операций, связанных между собой.

Преимущества и недостатки метода сварки под защитой флюса

режимы сварки
Сварка стыковых швов под флюсом.

Преимуществ у этого метода много, и все они серьезные:

  • Стабильная и стойкая электрическая дуга.
  • Значительная экономия энергии за счет повышения коэффициента полезного действия электропитания: минимизируются затраты энергии на нагревание металлов, на разбрызгивание, на расход электродной сварочной проволоки.
  • Не нужно тратить усилий на предварительную разделку кромок металлических поверхностей: при токах высокой интенсивности плавление металла происходи намного быстрее. Если же речь идет о газовой сварке, то и при этом способе флюсы дают возможность плавить металл намного эффективнее и быстрее.
  • Повышение качества шва за счет того, что нет угара металла.
  • Повышение безопасности и комфортности работы сварщика: большая часть пламени дуги находится за слоем флюса. Особенно это касается автоматической сварки под слоем флюса.

Недостатки сварки под флюсом тоже есть, их намного меньше:

  • Во время процесса практически невозможно произвести осмотр результатов и места сварки.
  • Дороговизна флюсовых смесей, равно как и всех остальных расходников для этого метода. В целом его нельзя назвать экономным.

В качестве заключения напоминаем еще раз название и номер стандарта, отлично отписывающего виды и технологические нюансы данного метода. Это ГОСТ 8713-79 «Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

Вам не обойтись без него, потому что технология автоматической и механической сварки под флюсом – дело непростое, требующее настоящего понимания и знаний многих аспектов: от режимов сварки до различий сварки под флюсом в зависимости от его химического состава.

Ссылка на основную публикацию
Флюсовые смеси: сколько вешать?
Всё о сварке, сварочном оборудовании, ковке и элементах
Adblock
detector