Классификация сварочных флюсов по способу изготовления

Сварочные флюсы

Чтобы качественно выполнить соединение электродуговой сваркой, необходима сила тока достаточной величины, присадочный материал для заполнения шва, и газовая среда для защиты расплавленного металла от воздействия кислорода из окружающего воздуха. Для реализации последнего условия используют сварочный флюс. Что это такое? Каков функционал этого вещества, и как он классифицируется? Где применяются флюсы для сварки?

Определение и предназначение

Сварочный флюс — это гранулированное средство, подаваемое в зону сварки, непосредственно перед проходом через данный участок плавящегося электрода и зажженной электрической дуги. Вещество похоже на крупнозернистый порошок, бывающий прозрачного, белого, желтого, зеленого или коричневого цвета.

Это средство используется для защиты сварочной ванны от взаимодействия с атмосферой, и препятствия вытеснению углерода из состава основного металла. Некоторые марки флюсов дополнительно обогащают шов укрепляющими связками в виде легирующих элементов.

Используется гранулированное вещество в:

• электродуговой сварке плавящимся электродом, где последним выступает проволока, подающейся с катушки в горелку;
• электрическом методе сваривания покрытыми электродами как дополнительное средство;
• полуавтоматической сварке в среде инертного газа, где порошок находится во внутренней части трубчатой проволоки;
• газовой сварке пропан-кислородным пламенем на легированных сталях и цветных металлах;
• электрической сварке угольными электродами.

Функционал гранулированного средства

Сварочные флюсы играют большую роль в обеспечении процесса соединения металлов. Их функции, в зависимости от состава вещества и свариваемого материала, могут заключаться в поддержании четырех действий.

Изоляция

Главной целью флюсов является создание непроницаемого газового облака, позволяющего основному и присадочному металлам беспрепятственно сплавляться в сварочной ванне. Чтобы порошок выполнял эту функцию необходима правильная дозировка вещества на линии соединения. Хорошими изоляционными газовыми свойствами обладают мелкие гранулы плотной структуры. Но возрастающая плотность укладки фракций на поверхности соединения отрицательно сказывается на формировании поверхности шва.

На изолирующую способность оказывает влияние не только размер посыпаемых частиц, но и их насыпная масса. Применяя специальные таблицы с данными можно устанавливать точную подачу стекловидного средства в сварочную зону.

Стабилизация

Кроме защитных свойств порошка, позволяющих вести сварочные работы без внешних газовых включений, флюсы создают благоприятную среду для горения электрической дуги, которая проявляется в разряде электрического тока между концом электрода и изделием. Расстояние между сторонами полюсов составляет около 5 мм. Для стабилизации горения дуги в состав гранул добавляют специальные вещества, позволяющие более устойчиво проходить электрическому разряду. Это дает возможность работать не только на постоянном, но и на переменном токе, и применять разнообразные режимы сварки.

Легирование

Благодаря воздействию высоких температур и взаимодействию основного и присадочного металлов, создается сварочный шов. Его химический состав зависит от используемых материалов. Из-за электрической дуги некоторые полезные элементы могут выгорать или передаваться с металла шва в шлаковые массы. Чтобы этого не произошло, в некоторые флюсы добавляют легирующие вещества, обогащающие шовный металл, и препятствующие насыщению шлака кремнием и марганцем. Для большего легирования используют соответствующую присадочную проволоку.

Формирование поверхности

Когда кристаллическая решетка в расплавленном металле только начинает образовываться, все, что соприкасается с ней, оказывает влияние на вид будущего шва. Флюсы, благодаря различной степени вязкости и межфазного натяжения, имеют сильные формирующие способности, благоприятно сказывающиеся на сварочном соединении.

Например, при работе на большой силе тока и толстых материалах, более практичны флюсы с долгим вязким состоянием. Такие порошки называют «длинными». Это позволяет глубоко прогретому сплаву постепенно кристаллизоваться и остыть, образуя гладкочешуйчатую структуру. Для сварки на малых токах, сильная жидкотекучесть будет мешать видеть сварочную ванну и качественно выполнять процесс, поэтому здесь применяются «короткие» флюсы, у которых вязкость быстро переходит в твердое состояние при снижении температуры.

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.

Обозначения

Флюс, используемый в ручной дуговой сварке, должен не мешать формированию шва, обеспечивать стабильное горение электрической дуги, и предотвращать образование дефектов в виде трещин и пор в застывающей структуре соединения. Во время плавления нижнего слоя порошка требуется минимальное выделение вредных веществ, угрожающих дыхательной системе сварщика. После окончания горения дуги, корка над швом должна легко отделяться, а гранулированное средство иметь низкую стоимость ввиду больших объемов выполняемых сварочных работ.

Все это нашло отображение в таблице обозначений типов флюса, чтобы пользователи могли легко ориентироваться и приобретать необходимое вещество для конкретного вида работ.

Символ обозначения	Тип средства
Другие типы

Нормативы по применению

В зависимости от выполняемых сварочных работ определяется количество и иные факторы задействования флюса. Это происходит по следующей таблице:

Сила тока, А	Высота слоя присыпки, мм	Грануляция частиц, мм
200-400	25-35	0,25-1,2
600-800	35-40	0,4-1,6
1000-1200	45-60	0,8-2,5

В зону сварки флюс подается предварительной ручной присыпкой, либо автоматически из специального бункера. Недостатком метода считается возможность вести сварочные работы только в нижнем положении. Но для сварки труб решение нашлось в прокручивании изделия, а не головки горелки. При использовании трубчатой порошковой проволоки сварку можно проводить в любом пространственном положении.

Применение этого относительно недорогого гранулированного вещества значительно улучшает качество сварки, защищая процесс горения дуги, и содействуя образованию прочного соединения.

Источник

Сварочные флюсы классификация и особенности

При электродуговой или газовой сварке в условиях высоких температур значительно увеличивается химическая активность обрабатываемой зоны. Металл усиленно окисляется под воздействием атмосферного воздуха, в результате шлаки и окислы попадают в него, снижая интенсивность металлургических процессов и в итоге ухудшая качество сварного шва. Для предотвращения этих процессов необходима защитная газовая или жидкая среда, которая изолирует зону сварки. Ее и создают флюсы — неметаллические композитные порошковые компоненты.

Таким образом, назначение флюсов при сварке — изоляция сварочной ванны от атмосферного воздуха, защита наплавляемого металла от интенсивных окислительных процессов, стабильное горение сварочной дуги и получение сварного шва необходимого качества.

Для чего нужен флюс при сварке

Использование флюсов обеспечивает следующие преимущества при сварке.

• Как при электродуговой, так и при газовой сварке флюс сварочный обеспечивает более интенсивное расплавление металла — (соответственно при больших токах или высокой концентрации кислорода). Благодаря этому нет необходимости заблаговременно разделывать кромки будущего сварного шва.
• В зоне шва и на прилегающих к нему поверхностях удается избежать угара металла — его потерь на окисление и испарение.
• Горение дуги имеет более высокую стабильность, что особенно важно при сложных конфигурациях шва
• Снижаются потери энергии источника тока на нагрев металла, соответственно увеличивается его КПД.
• Оптимизируется расход присадочного материала.
• Более удобное выполнение работ для сварщика, потому что флюс экранирует некоторую часть пламени дуги.

Условия использования сварочных флюсов

Задача флюса — стабилизация металлургических процессов при сохранении необходимой производительности электродов. Для этого в процессе сварки следует соблюдать определенные условия.

• Флюс не должен вступать в химическую реакцию с металлом стержня и основным металлом.
• Зона сварной ванны должна оставаться изолированной на протяжении всего сварочного процесса.

Остатки флюса, связанные со шлаковой коркой в результате сварки, по завершении работ должны легко удаляться. При этом до 80% материла после очистки можно использовать заново.

Недостатки

Условных минусов в использовании сварочных флюсов немного.

• Высокая стоимость, которая примерно сопоставима с ценой на сварочную проволоку.
• Yевозможность сразу осмотреть сварной шов. В силу этого, особенно в конструкциях сложной формы, место сварки предварительно тщательно подготавливается.

Как работают флюсы

• Перед сваркой на места соединений наносится толстый (40-60 мм) слой флюса.
• Электрод вводится в зону сварки, происходит поджиг дуги.
• Под воздействием высоких температур (до 6000 °C) флюс с его низкой плотностью быстро плавится в газовом пузыре, изолируя сверху сварную ванну, перекрывая к ней доступ газовых, водяных паров и других химических веществ.
• Имея высокое поверхностное натяжение, таким же образом расплав флюса предотвращает интенсивное разбрызгивание металла.
• Это позволяет значительно увеличить ток дуги (до 1000-2000 Ампер) без серьезных потер материала электрода и с сохранением хорошего качества шва.
• Под воздействием флюса в зоне дуги происходит концентрация тепловой мощности — в результате плавление металла происходит быстрее.
• При этом металлом заполняются все стыки, независимо от состояния кромок.
• Изменяется материальный баланс сварного шва — 60-65% процентов в нем составляет металл свариваемых деталей, и только остальное — это металл сварочного электрода.

Сварочные флюсы — классификация

Классификация флюсов чрезвычайно широка. Их различают по внешнему виду и физическому состоянию, химическому составу, способу получения, назначению. Так, например, для наплавки или дуговой сварки, как правило, используются гранулированные или порошковые флюсы с определенными показателями электропроводности, а для газовой — газы, порошки, пасты.

По способу получения композитов

Различают флюсы плавленые и неплавленые.

Флюс сварочный плавленый широко используют не только при сварке, но при наплавке. Он демонстрирует высокую эффективность в случаях, когда поверхность металла сварного шва путем добавления дополнительных химических элементов должна получить более высокие технические характеристики — например, повышенную стойкость к коррозии или очень ровный и гладкий шов.

Наплавка под флюсом

Получают плавленые флюсы следующим способом: компоненты размалывают, смешивают, затем расплавляют в пламенных или электропечах при полном отсутствии кислорода. Далее нагретые частицы пропускаются через непрерывный поток воды, затвердевая и превращаясь таким образом в гранулят. Размер частиц различен — чем тоньше сварочный пруток, тем меньше должны быть и гранулы.

Неплавленые флюсы (керамические) для сварки изготавливаются путем перемешивания измельченных частиц шихты из ферросплавов, минералов, шлакообразующих без последующего плавления. Частицы смешиваются со стеклом и далее спекаются.

В ряду их преимуществ:

• низкий расход,
• возможность многократного использования,
• высокое качество получаемого шва.

Пример — керамический сварочный флюс марки UF (UF-01, UF-02, UF-03) который используется в энергетике и гражданском строительстве для сварки металлоконструкций из низколегированных сталей повышенной прочности.

Химический состав флюсов для сварки

Химический состав — важная составляющая в характеристике флюсов. Материал должен быть химически инертен в условиях очень высоких температур. Помимо этого, он должен обеспечивать эффективную диффузию отдельных элементов (например, легирующих) в металл шва.

Наибольшую массовую долю (от 35…80% от общего объема) в сварочном флюсе обычно (но не во всех) составляет диоксид кремния (кремнезём) — кислотный оксид, бесцветный прозрачный кристаллический минерал. Кремний препятствует процессу образования углерода, тем самым снижая риски появления трещин и пор в металле шва.

Значительную часть составляет марганец. Как активный раскислитель, этот компонент флюсов для сварки снижает образование окислов в зоне сварочной ванны, вступая в реакцию вначале с кислородом в окислах железа, затем и с оксидом кремния. Результат сложной реакции — оксид марганца, нерастворяемый в стали и впоследствии легко удаляемый. Кроме того, марганец реагирует с вредной для металла шва серой — он связывается с ней в сульфид, который затем также удаляется с поверхности шва.

Также в ряду химических элементов флюсов — легирующие добавки — помимо кремния и марганца это молибден, хром, титан, вольфрам, ванадий и другие. Из задача — восстановить первичный химический состав металла, а в ряде случаев — путем легирования восполнить собой выгоревшие основные примеси стали и обеспечить металлу шва дополнительные специальные свойства. Обычно во флюсе они представлены соединениями с железом — ферросплавами (феррохром и т. д.).

Виды флюсов для сварки по назначению

От назначения сварочных флюсов напрямую зависит их выбор по химическому составу.

• Для сварки низкоуглеродистых сталей применяются флюсы с большим содержанием кремния и марганца в сочетании с проволокой из низкоуглеродистой стали без легирующих добавок. Второй вариант — малая доля марганца (или вообще его отсутствие) во флюсе, но легирующие добавки присутствуют в стали сварочного прутка.
• Для сварки низколегированных сталей используются флюсы с высокой химической инертностью, — выше, чем для низкоуглеродистых сталей. Благодаря этому получают более пластичный сварной шов. Пример — флюс для сварки стали АН-46.
• Для сварки высоколегированных металлов применяются флюсы с минимальной химической активностью. Кремний, как и марганец, практически не используется — его заменяет флюорит (плавиковый шпат), благодаря которому образуются легко отделяемые легкоплавкие шлаки. Также в таких флюсах обычно содержатся оксид алюминия, негашеная известь.
• Для сварки активных металлов (таких, как титан) используют солевые флюсы — как правило, это хлоридные и фторидные соли щелочных металлов. Примесь кислорода в них полностью отсутствует, поскольку она снижает пластичность шва.

Назначение сварочного флюса — примеры

Плавленые флюсы		Неплавленые флюсы
АН-348-А, АН-348-АМ, АН-348-В, АН-348-ВМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-60, ФЦ-9	Механическая сварка и наплавка низколегированных и углеродистых сталей низколегированной и углеродистой сварочной проволокой	АНК-35	Сварка низкоуглеродистых сталей низкоуглеродистой проволокой Св-08 и Св-08А
АН-8	Электрошлаковая сварка углеродистых и низколегированных сталей; сварка низколегированных сталей углеродистой и низколегированной сварочной проволокой.	АНК-46	Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей
АН-15М, АН-18, АН-20С, АН-20П, АН-20СМ	Дуговая автоматическая сварка и наплавка высоко- и среднелегированных сталей	АНК-30, АНК-47	Сварка швов высокой хладостойкости
АН-22	Электрошлаковая сварка и дуговая автоматическая наплавка и сварка низко- и среднелегированных сталей	АНК-45	Сварка высоколегированных сталей
АН-26С, АН-26П, АН-26СП	Автоматическая и полуавтоматическая сварка нержавеющих, коррозионностойких и жаропрочных сталей	АНК-40, АНК-18, АНК-19	Наплавка низкоуглеродистой сварочной проволокой Св-08 и Св-08А;
АН-17М, АН-43 и АН-47	Дуговая сварка и наплавка углеродистых, низко- и среднелегированных сталей высокой и повышенной прочности	АНК-3	В качестве добавки к флюсам марок АН-348А, ОСЦ-45, АН-60 для повышения стойкости швов к образованию пор

Флюсы для газовой сварки

Для сварки алюминия и других цветных металлов, чугуна, инструментальных сталей, отдельных марок тонколистовой стали используется защитная газовая атмосфера. Ее обеспечивают газообразные, пастообразные, а также порошковые флюсы. Они могут наносится:

• на кромки соединяемых деталей;
• напрямую в сварную ванну;
• на присадочный пруток.

В зависимости от физического состояния материала флюсы для сварки подают в рабочую зону по-разному. Некоторую сложность вызывают порошкообразные композиты — их необходимо равномерно и точно вносить в расплав, не позволяя потоку газа раздувать порошок. Составы в виде паст подают на участок соединения. Для подачи газообразных флюсов используют расходомеры — с их помощью газ дозированно подается в рабочую зону.

Электромагнитный расходомер

Важный момент: для газовой сварки флюс по составу подбирают в зависимости от образующихся в ходе сварки оксидов. Если они кислые, флюсы должны быть щелочными (основными), напротив, если щелочные оксиды — выбирают кислые флюсы.

Флюсы, применяемые при газовой сварке наиболее широко:

• медь, латунь, бронза — для их сварки используют кислые флюсы с включением борсодержащих соединений (борная кислота и т. д.) — например, такие марки, как МБ-2 или БМ-1;
• чугун — для его сварки обычно используются флюсы с включением различных соединений щелочных металлов — натрия и калия;
• алюминий — здесь используются составы с содержанием фторидов калия, лития и натрия, а также хлориды. В этом случае наиболее широко применяется сварочный флюс марки АФ-4А.

Флюсы для газовой сварки не используются для соединения деталей из низкоуглеродистых сталей, поскольку на поверхности расплавленного металла интенсивно скапливаются легкоплавкие оксиды железа.

Флюсы для автоматической сварки

Автоматическая и полуавтоматическая сварка наиболее широко применяется при работе с большими конструкциями. Благодаря высоким токам и флюсу возможно сваривание деталей значительной толщины, при этом — без предварительной разделки кромки. Области использования — сваривание труб, изготовление резервуаров, судостроение.

Для такого способа сварки характерно автоматическое поддержание стабильно горящей электродуги, необходимого количества флюса (с отсосом нерасплавившегося), а также непрерывное обновление расплавленного электрода. Чтобы поддерживать в сварочной зоне защитное газовое облако нужного состава, толщина слоя флюса должна быть 40-80 мм, ширина 50-100 мм. Марка флюса для автоматической сварки, как и для классической дуговой, также зависит от характеристик свариваемого металла. Сварка осуществляется в нижнем пространственном положении.

Выгодно купить флюс для сварки различных типов и марок вы можете в компании «Центр Метиз».

Источник