Зварювальні флюси. Захист зварювальної зони.

Убезпечити зварюваний метал від окислення і шлакової кірки, що погіршує якість готового шва можна, застосувавши безперервну подачу в зварювальну зону легкоплавких і в той же час - хімічно інертних компонентів. Ними і є зварювальні флюси.

Вони можуть застосовуватися також для цілей поверхневої наплавлення. Застосування флюсів знижує рівень пилу, яка завжди утворюється при зварюванні.
При використанні даних матеріалів повинні забезпечуватися такі умови:

• Зварювальний флюс не повинен знижувати продуктивність зварювання, а, навпаки, стабілізувати її;
• Матеріал не повинен вступати в хімічні реакції, як з основним металом, так і з металом зварювального дроту;
• Протягом усього робочого циклу повинна забезпечуватися ізольованість зони зварювального міхура від навколишнього середовища;
• Після закінчення процесу залишки флюсу, зв`язуючись з шлакової кіркою, повинні легко віддалятися з зони обробки. При цьому до 70 ... 80% матеріалу флюсу можна, після відповідного очищення, знову використовувати при зварюванні.

Ці вимоги досить складні і суперечливі, тому оптимальний склад і технологія подачі зварювальних флюсів визначається під конкретний вид зварювання, конфігурацію, що з`єднуються металу і продуктивність процесу.

Класифікація зварювальних флюсів

Всі різновиди зварювальних флюсів характеризуються такими параметрами:

1. Своїм зовнішнім виглядом - можуть бути порошковидними, зернистими / кристалічними, пастоподібна і навіть газовими. Наприклад, для цілей електрозварювання або наплавлення оптимальними вважаються зварювальні флюси у вигляді порошку або дрібних гранул (при цьому матеріал повинен володіти ще й відповідними показниками електропровідності). У той же час при газозварювання або пайку краще застосовувати флюси у вигляді паст, порошку або газу.
2. Хімічним складом, до якого пред`являються вимоги хімічної інертності при досить високих температурах, а також здатності до ефективної дифузії деяких складових флюсів в метал зварного шва.
3. Способом отримання. Розрізняють плавляться та не плавляться флюси. Перші ефективніше при наплавленні, коли поверхня металу повинна бути ефективно доповнена іншими хімічними елементами (наприклад, для поліпшення зовнішнього вигляду і підвищення антикорозійних властивостей). Неплавкі флюси покликані поліпшити механічні показники готового шва, тому їх використовують при зварюванні високовуглецевих сталей і кольорових металів, наприклад, алюмінію, які в звичайних умовах погано зварюються.
4. За своїм призначенням. Наприклад, легована зварювальний дріт з флюсом дозволяє поліпшити хімсклад, і підвищити рівень механічної міцності вихідного металу. Особливо цінуються флюси універсального застосування, які можна використовувати не тільки для зварювання стали, але також для зварювання кольорових металів і сплавів.

Типовими складовими будь-якого зварювального флюсу є кремнезем і марганець. Однак для цілей легування до складу флюсів можуть включатися різні феросплави і метали.

Класифікацію розглянутих матеріалів часто виробляють також і по їх марці. Вона визначається підприємством-розробником. Наприклад, всі марки флюсів, які були розроблені Інститутом електрозварювання імені Патона, в своєму позначенні обов`язково мають букви АН (Академія наук). Своє «фірмове» позначення ФЦ мають і флюси, розроблені Центральним НДІ транспортного машинобудування. Незважаючи на те що рецептура практично всіх флюсів стандартизована (наприклад, флюси, призначені для автоматичного зварювання під флюсом, випускаються за вимогами ГОСТ 9087), єдиної маркування даних матеріалів немає.

технологія отримання

Вона визначається хімічним складом зварювального флюсу.

Неплавление флюси мають керамічну основу, і виходять механічним подрібненням компонентів на кульових млинах. Залежно від розміру фракцій такі флюси поділяються на дрібні з розміром зерна 0,25 ... 1,0 мм, і нормальні, з розміром зерна до 3 ... 4 мм. Перші застосовуються при зварюванні дротом невеликих діаметрів, що не перевищують 1,0 ... 1,5 мм-в позначення таких флюсів додають букву М. В разі значної кількості компонентів в марці неплавленого флюсу, їх попередньо пов`язують між собою склеюванням, а потім вже розмелюють до необхідної розміру часток.

До складу неплавлених флюсів входять, крім кремнезему, марганцева руда, феросплави, металеві порошки та оксиди деяких елементів. Критерієм відбору вважається здатність цих компонентів посилювати металургійні процеси, які протікають в зоні зварювання. В результаті поліпшуються умови для поверхневого легування і розкислення металу, зварений шов набуває більш дрібнозернисту структуру, а кількість шкідливих домішок в шві зменшується. Легуючі здатності неплавлених флюсів дозволяє застосовувати більш дешеву зварювальний дріт.

Разом з тим, неплавление флюси мають і свої недоліки. Наприклад, їх упаковка повинна бути набагато більш ретельної, оскільки всі компоненти таких флюсів гігроскопічність і легко вбирають вологу, яка погіршує якість матеріалу. Неплавление флюси більш вимогливі до дотримання технологічного процесу зварювання, оскільки при цьому можуть істотно змінитися умови легування.

До неплавленим флюсів відносять також магнітні. За своєю ефективністю вони подібні керамічним, але містять додатково ще залізний порошок, що збільшує продуктивність зварювання.

Плавлені флюси використовуються переважно в технологіях автоматичного зварювання всіх різновидів. Технологія їх отримання більш складна, і включає в себе наступні етапи:

• Підготовку, і розмелювання всіх компонентів, які повинні бути в складі флюсу (крім тих, що використовуються в неплавлених флюсах, туди включають також плавиковий шпат, глинозем, крейда і ряд інших);
• Перемішування механічної суміші в спеціальних обертових млинах;
• Плавку в газополуменевих печах із захисною атмосферою або в електродугових печах;
• Гранулювання, яке виконується для того, щоб підсумкові фракції мали потрібних розмір зерен. Для цього розплав флюсу випускається в воду, де і твердне в кулясті частки;
• Сушку в обертових сушильних барабанах;
• Остаточне просіювання і упаковку.

Плавлені зварювальні флюси складаються з оксиду марганцю і кремнезему SiO₂. Марганець забезпечує відновлення оксидів заліза, які постійно утворюються в процесі зварювання, а також пов`язує знаходиться в шлаках сірку в сульфід, який згодом легко видаляється з поверхні зварного шва. Кремній, в свою чергу, підвищує суцільність металу в зоні шва, оскільки перешкоджає зростанню концентрації окису вуглецю при зварюванні. Хороші раскисляющие властивості кремнію сприяють збільшенню однорідності хімічного складу металу при зварюванні під флюсом.

Плавлені флюси мають прозору або світло-жовте забарвлення. Їх щільність не перевищує 1,6 ... 1,8 г / см³.

Дія зварювальних флюсів при проведенні зварювання

Для ручного зварювання флюс насипається шаром товщиною до 60 мм на поверхні металу, які прилягають до майбутнього стику. При недостатній товщині шару флюсу може бути непровар металу, з утворенням тріщин і раковин. Після цього порушується розряд (при електрозварювання) або підпалюється пальник - при газополум`яної. У міру переміщення зварювального електрода шар флюсу підсипається на нові поверхні. Оскільки розміри стовпа в дуги більше висоти флюсу, то розряд протікає повністю в рідкому розплаві компонентів, які впливають на металевий розплав з питомим тиском до 8 ... 9 г / см². В результаті проведення зварювання під флюсом виключається розбризкування металу, скорочується витрата зварювального дроту і підвищується продуктивність процесу. Це відбувається тому, що наявність флюсу дозволяє використовувати більш високі значення робочого струму без небезпеки отримання переривчастого зварювального шва. Для порівняння - струми 450 ... 500 А при відкритій зварюванні застосовувати неможливо, т. К. Дуга вихлюпує метал зі зварювальної ванни.

В умовах автоматичної або напівавтоматичного зварювання зварювальні флюси використовуються так. Флюс подається з бункера по спеціальній трубці. Трохи пізніше включається подача електродного дроту з котушки, яка розташована після ємності з флюсом. У міру виконання зварювання частина флюсу, яка не була використана і пов`язана шлаками, пневматично відсмоктується в спеціальну ємність. Розплавлена і охолоджена шлаковая кірка згодом механічно видаляється з поверхні зварного шва.

Позитивними факторами застосування зварювальних флюсів є:

1. Відсутність потреби в попередньої обробленні кромок майбутнього шва, оскільки при великих токах (для електрозварювання), або підвищеної концентрації кисню (при газовому зварюванні) розплавлення металу протікає значно інтенсивніше.
2. Відсутність чаду металу, як в зоні шва, так і на поверхнях, які прилягають до нього. Все це супроводжується підвищенням якості готового зварного шва.
3. Більш стійке горіння дуги.
4. Збільшення ККД джерела живлення, оскільки знижуються втрати енергії, що витрачається на нагрів металу, його розбризкування та підвищеної витрати зварювального дроту з флюсом.
5. Більш комфортні умови праці зварника, оскільки значна частина полум`я дуги екранується шаром флюсу.

Обмеженням для застосування зварювальних флюсів вважається неможливість швидкого огляду місця виконаної зварювання. Це підвищує вимоги до якості підготовчих робіт, особливо, якщо зварюванням з`єднують деталі складної конфігурації. Крім того, самі флюси досить дороги, а їх витрата можна порівняти з витратами на зварювальний дріт.