Действие защитного покрытия
Электродуговая сварка под слоем защитного порошка – это несложное в исполнении, но качественное и надежное соединение различных металлоконструкций и деталей.
Особенность сварки под флюсом заключена в соединении расплавленного металла двух деталей под слоем специального гранулированного порошка. При большой температуре электрической дуги металл и флюс расплавляются.
Пленка, образовавшаяся при расплаве гранул, защищает сварочную ванночку от воздействия кислорода и окружающей среды, не дает разбрызгиваться металлу.
На шве появляется тонкий слой шлака, который позволяет равномерно остывать сварному соединению. Корка легко удаляется с поверхности шва. Выполнять удаление надо обязательно для визуального контроля качества сварки.
Чтобы снять шлак, достаточно несильно ударить молотком по нему, и он осыплется. Перед этим необходимо убрать с деталей остатки флюса, его можно использовать на следующем стыке.
Способы работы
Для выполнения соединения с помощью сварки под флюсом наиболее распространены два метода.
Соединение с помощью сварки полуавтоматом. Чтобы обеспечить оптимальную скорость подачи проволоки с флюсом, сварщик подбирает соответствующий режим работы на аппарате, учитывая толщину металла и вид соединения.
Дуга направляется вручную. При этом скорость подачи проволоки, сила тока и угол наклона держателя – это основные факторы, влияющие на качество выполненной работы.
Схема автоматической (роботизированной) сварки предназначена для соединений стыковых и угловых деталей. В этом случае, автомат задает направление движения дуги, скорость подачи проволоки и хода каретки. Такой аппарат при высокой скорости сварки дает качественный шов.
Одна из разновидностей автоматического способа позволяет вести сварку сразу двумя электродами – это тандемный метод. При этом электроды идут параллельно друг другу и находятся в одной плоскости, что позволяет увеличить сварочную ванночку при мгновенном возбуждении электрической дуги. Флюс выполняет защиту шва от кислорода и обеспечивает равномерное остывание.
Достоинства автоматической сварки под флюсом
- широкий спектр возможного применения: сварка тонких и толстых пластин, сварка слаболегированных, легированных и нержавеющих сталей, наплавка и ремонтные работы;
- высокая скорость сварки достигается благодаря использованию высоких сварочных токов;
- высокоэффективное сплавление существенно снижает или исключает необходимость в дополнительной обработке;
- меньшая стоимость работ, так как расход сварочных материалов ниже, чем при использовании других методов сварки;
- низкий уровень сварочных деформаций;
- качественное формирование и отличный внешний вид сварного шва; превосходная компактность сварных швов;
- высокие механические свойства металла сварного шва;
- горение дуги во время сварки происходит под слоем флюса, что позволяет не применять индивидуальные средства защиты и снизить затраты на вентиляцию;
- отсутствие дымовыделения обеспечивает оператору большой комфорт и позволяет сэкономить на оборудовании для отвода и утилизации выделяющегося при сварке дыма.
Виды флюсов
Каждое вещество, водящее в состав флюса, предназначено для сварки определенных металлов и сплавов. Выбирая марку флюса, учитывают, высоколегированная сталь будет свариваться или высокоуглеродистая, или же предстоит сварить цветные металлы, сплавы и так далее.
По методу производства флюсы разделяют на два вида:
- неплавленые (испеченные и керамические) – гранулы с легирующими добавками, обеспечивающими высокое качество сварного соединения;
- плавленые – с включениями стекла или пемзы.
Испеченные и керамические флюсы изготавливают, измельчая основной материал и соединяя раствор с жидким стеклом. Применяются для добавления легирующих присадок в тело шва. Плавленые флюсы изготавливаются при спекании основных материалов.
Флюсы для защиты шва выпускаются отдельно для электро и газосварки. Они отличаются по химическому составу. Гранулы, в которых содержится определенное количество фторидов, хлоридов, предназначены для электродуговой сварки с переплавом шлаков с активными металлами. Это солевые гранулы.
Комбинация солевого и оксидного растворов позволяют использовать смешанные флюсы для провара легированной стали. Оксидный флюс предназначен для соединения конструкционных сталей с большим содержанием фтора.
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
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.
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 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.
Классификация сварочной проволоки
Сварка полуавтоматом выполняется флюсовой проволокой без газа для повышения качества соединения деталей. От типа стержней и химического состава зависят механические показатели сварочного соединения.
Важно. Стальная проволока для сварки под флюсом должна соответствовать ГОСТу 2246 1970 года и применяться в зависимости от материала деталей.
Проволоку делают из трех видов сталей:
- легированных;
- высоколегированных;
- конструкционных, низкоуглеродистых.
Сечение сердечников, в зависимости от толщины металла, изготавливается диаметром не более 12 мм. Поставляется в бухтах не более 80-ти м длины. По желанию заказчиков возможна намотка на кассеты или катушки.
Хранить стальную проволоку нужно в сухих помещениях. При образовании ржавчины бухты обрабатывают с помощью бензина или керосина.
Для сварки алюминиевых деталей проволоку изготавливают по ГОСТам 7871 и 16130. Для этого производятся и наиболее часто применяются омедненные проволоки, не требующие обрабатывания при сварке.
Особенности и преимущества
Преимущества полуавтоматической и автоматической сварки под защитным слоем флюса позволяют занимать этому типу неразъемного соединения одно из лидирующих мест.
Высокий уровень производительности
По этой характеристике преимущество перед ручной сваркой минимум в 6 раз, некоторые специалисты считают, что намного больше. Но это не предел, повышая коэффициент работы сварочного автомата, увеличивается величина производительности труда. Еще одна причина, позволяющая достигнуть таких результатов – это применение высоких значений силы тока при сварке.
Плотный слой материала флюса не позволяет металлу растекаться, при этом происходит хорошее формирование шва. При повышенных значениях тока, этим оборудованием можно надежно обеспечить провар даже толстого металла без большой разделки кромок. Поэтому производительность еще больше вырастает. Снижается время на зачистку брызг и сильного растекания металла.
Повышается качество шва
Качество соединения растет благодаря тому, что расплавленный металл не подвергается воздействию кислорода и других веществ атмосферы.
Существует возможность широкого выбора материала сварочной проволоки. Применяя ту марку, которая лучше всего подходит для сварки, можно получить однородный по составу шов.
Появляется возможность придания шву отличной формы, с требуемым катетом шва. Благодаря защитной пленке, которая образуется при сгорании флюса, в швах нет подрезов, непроваров, пор и трещин. Наконец, нет необходимости в замене электродов, поэтому шов получается ровным, без разрывов.
Экономный расход материалов и улучшения условий работы сварщика
При сварке под флюсом понижается расход проволоки до 35%, при сравнении со сваркой электродами. Не расходуется материал на отходы, в виде огарков и разбрызгивания металла.
При этом способе угарный газ выделяется в меньших количествах, глаза и лицо специалиста не подвергается сильному ультрафиолетовому излучению, как при электросварке.
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.
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.
Оборудование
Производится оборудование 2 видов для сварки деталей под флюсом. В первом виде используют сварочную проволоку толщиной не более 3 мм.
Принцип устройства такого сварочного аппарата предполагает самостоятельную регулировку дуги (напряжения на ней), в то время как проволока подается с постоянной скоростью.
Второй вид – это оборудование, в котором автоматически регулируется сила тока, в зависимости от скорости подачи сварочных проволок. Диаметр электродной проволоки для такого оборудования начинается от 3 мм.
Производятся сварочные полуавтоматы и устройства для автоматической сварки. Выпускают универсальные аппараты, на которых можно проводить сварку порошковой проволокой, под флюсом, MIG, а также электродуговую строжку. Ток достигает значений 300…1500 A.
Современные автоматические модели оснащают механизмом, который позволяет собрать нерасплавившийся флюс и отправить его назад в емкость для загрузки. Существует функция контроля пропорциональности шва.
В промышленности распространены самоходные аппараты (трактора, подвесные головки), позволяющие автоматически варить объемные и протяженные конструкции. Если сварочный аппарат оснащен лазером, то это дает возможность отслеживать положение электрода. Причем экран можно устанавливать на расстоянии порядка 20 метров.
Технология автоматической сварки под флюсом
С одной стороны стыка закрепляется медная полая накладка (рис. 1), охлаждаемая проточной водой
Изогнутая электродная проволока 4 занимает положение между кромками 5. Автоматическая головка имеет медный полый ползун 2, также охлаждаемый водой.
Наплавка происходит снизу вверх в «форму», образованную свариваемыми кромками и медными планками, в которой удерживается жидкая ванна металла 3.
Вследствие соприкосновения ее с неподвижной медной планкой и подвижным медным ползуном происходит охлаждение и застывание металла шва.
Сварка стыковых соединений в вертикальном положении с принудительным формированием может производиться как дуговым, так и бездуговым— электрошлаковым процессом.
Бездуговой процесс с принудительным формированием применяется при сварке металла больших толщин (более 30 мм).
Полуавтоматическая шланговая сварка осуществляется при механической подаче сварочной проволоки диаметром 1,2—2 мм из катушки через гибкий шланг в трубчатый мундштук, закрепленный в держателе.
К мундштуку подводятся также сварочный ток и флюс. Держатель перемещается вдоль свариваемого шва вручную.
С 1940 г. началось повсеместное применение автоматической сварки закрытой дугой под слоем порошкообразных флюсов.
Область применения
Необходимо разобрать, где применяется сварку под флюсом, которая по праву считается одним из основных методов получения неразъемного соединения. Сварка выполняется в нижнем положении, для соединения деталей встык, внахлест, для угловых способов соединения.
Ранее способ использовали только при сварке металлоконструкций из конструкционных сталей. При разработке новых технологий появилась возможность проводить сварку всех видов стали и никелевых сплавов. Для этого используется проволока, подходящая по своему составу.
Титан и его сплавы, медь и сплавы на ее основе, алюминиевые сплавы и чистый металл – эти материалы успешно и надежно соединяют с помощью сварки под флюсом.
С применением метода под флюсом варят сложные строительные конструкции, мосты, трубы, резервуары, морские и речные суда. Экономически выгодно использовать данный метод для листов толщиной от 6 мм.
Важно правильно подобрать режим работы, материал проволоки и вид флюса. Шов сможет выдержать большие перепады температуры, воздействия агрессивных сред. Стык, выполненный профессионалом, выдержит очень высокое давление и будет надежен в условиях полного вакуума.
