Автоматичне зварювання під флюсом (стр. 5 из 9)
Г) Вплив флюсу на віддільність шлакової кірки. Легка віддільність шлакової кірки – необхідна умова високої продуктивності зварювальних робіт. При поганій віддільності шлакової кірки доводиться витрачати немало праці і часу на очищення поверхні швів. Це особливо важливо при багатопрохідному зварюванні. Погана віддільність шлакової кірки може бути обумовлена як прилипанням шлаку до поверхні металу шва, так і заклинюванням шлаку кромками зварного з'єднання.
Прилипання шлаку до поверхні шва залежить від характеру взаємодії рідкого шлаку і вже затверділого металу. Рідкий зварювальний шлак може надавати окиснюючу дію на поверхню вже затверділого шва. Шлак міцно утримується на поверхні шва тоді, коли ця поверхня окиснена, а у складі шлаку є з'єднання, які можуть міцно зчіплюватися з цією поверхнею. Такими з'єднаннями при зварюванні сталей є оксиди алюмінію, хрому і ванадію. Механічному утриманню шлаку (заклинюванню) сприяють такі дефекти шва, як підрізи, підгортки і т. п. Заклинювання шлаку часто має місце при багатошаровому зварюванні у вузьке і глибоке оброблення і при зварюванні кутових швів.
1.4 Класифікація флюсів
Флюси можна класифікувати по наступних основних ознаках: способу виготовлення, призначенню, хімічному складу, будові і розміру частинок.
За способом виготовлення флюси розділяють на плавлені і неплавлені. Плавлені флюси отримують сплавленням компонентів шихти в електричних і полум'яних печах. У неплавлених флюсах частинки шихти флюсу з'єднуються в зерна без попереднього сплавлення.
Залежно від призначення і переважного застосування флюси прийнято ділити на дві великі групи: для дугового і електрошлакового зварювання.
Розрізняють флюси загального призначення і спеціальні. Флюси загального призначення призначені для механізованого дугового зварювання і наплавлення широко поширених вуглецевих і низьколегованих сталей низьковуглецевими і легованими дротами. Спеціальні флюси мають вужчі області застосування.
Широко поширено розділення флюсів за вмістом в них SiO2 і МnО – хімічно активних окисів, що найчастіше зустрічаються. Залежно від вмісту SiO2 флюси розділяють на висококременеві (більше 37–40% SiO2), низькокременеві (менше 35% SiO2) і безкременеві (не більше 4% SiO2). Флюси, призначені для зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей низьковуглецевим дротом, як правило, висококременеві. Низькокременеві флюси зазвичай застосовують для зварювання легованих сталей. За вмістом МnО плавлені флюси розділяють на безмарганцеві (не більше 1% МnО) і марганцеві. Для взаємодії металу і флюсу при зварюванні істотне значення має ступінь основності флюсу. Вона визначається співвідношенням у флюсі основних і кислих (кислотоутворюючих) окисів. Основними окисами є СаО, МgО, МnО, FeО і ін., кислими, – SiO2, ТiO2, ZrO2. Окис алюмінію А12O3 і окис заліза Fе2O3 мають амфотерний характер. Іншими словами, якщо у складі флюсу міститься багато кислих окисів, то А12O3 і Fе2O3 поводяться як основні окиси. Якщо ж у флюсі багато основних окисів, А12O3 і Fе2O3 поводяться як кислі окиси. Фториди і хлориди зазвичай вважають хімічно нейтральними з'єднаннями. Запропоновано багато формул для виразу ступеню основності зварювальних флюсів. Найчастіше застосовують формулу, рекомендовану МІЗ:
де В – ступінь основності флюсу; СаО, МnО і ін. – вміст відповідної хімічної сполуки у флюсі, мас.%. Якщо В >1, флюс відноситься до основного типу, якщо В <1 – до кислого типу. У випадку В = 1 флюс вважається хімічно нейтральним. По будові частинок флюси розділяють на скловидні, пемзовидні і кристалічні. Скловидний флюс є прозорими зернами, безбарвними або забарвленими залежно від складу в різні кольори, – від світло-сірого до чорного. Пемзовидний флюс є зернами пінявого матеріалу білого або світлих відтінків жовтого, зеленого і інших кольорів. Кристалічний флюс характеризується кристалічною будовою зерен, забарвлених в ті ж кольори, що і пемзовидний флюс. Об'ємна маса пемзовидних флюсів 0,6–1 г./см3, скловидних і кристалічних 1,4–1,8 г/см3. Проміжну об'ємну масу мають флюси напівпемзовидної будови.
Згідно ГОСТ 9087–81 флюс поставляється з розміром зерен 0,25–4 мм, причому для напівавтоматичного дугового зварювання призначений флюс з розміром зерен 0,25–1,6 мм, для автоматичної – флюс з розміром зерен 0,25–2,5, 0,25–4, 0,35–3 і 0,35–4 мм. Флюси, призначені для дугового зварювання і наплавлення вуглецевих сталей, часто застосовують і для зварювання деяких низьколегованих сталей. Тому їх ще називають флюсами загального призначення. У наший країні для цієї мети служать плавлені флюси.
А) Флюси для зварювання вуглецевих сталей
Отримання якісних швів на вуглецевих і деяких низьколегованих конструкційних сталях в даний час практично вирішується застосуванням наступних поєднань флюсів і зварювальних дротів: 1) плавлений висококременевий марганцевий флюс і низьковуглецевий або марганцевий зварювальний дріт; 2) плавлений висококременевий безмарганцевий флюс і марганцевий зварювальний дріт; 3) керамічний флюс і низьковуглецевий або марганцевий зварювальний дріт.
Загальним для перших двох поєднань є застосування плавлених висококременевих флюсів і дроту з киплячої або напівспокійної сталі. Для заспокоєння металу зварювальної ванни і попередження пористості при зварюванні киплячої сталі передбачений перехід деякої кількості кремнію з флюсу. Легування металу шва марганцем з метою підвищення стійкості проти утворення тріщин кристалізацій відбувається або через флюс (перше поєднання), або через дріт (друге поєднання). Порівняння цих поєднань флюсу і дроту показує, що зварювальні властивості висококременевих марганцевих флюсів дещо краще, ніж висококременевих безмарганцевих. Позитивна властивість висококременевих марганцевих флюсів – висока стійкість зварних швів проти утворення тріщин кристалізацій. Це обумовлено малим переходом сірки з флюсів даного типу в метал шва і порівняно сильним вигоранням вуглецю з металу зварювальної ванни.
Перевага висококременевих безмарганцевих флюсів полягає в кращій віддільності шлаку з поверхні шва, що обумовлене меншою окислювальною дією флюсу на метал шва, що твердіє, унаслідок чого утворення окисної плівки на поверхні шва відбувається повільніше і утруднюється зчеплення шлаку з цією поверхнею. До висококременевих марганцевих флюсів відносяться флюси АН-348-А, АН-348-АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-60, ФЦ-9 і ін. Вони призначені для механізованого зварювання і наплавлення вуглецевих і низьковуглецевих сталей звичайної якості низьковуглецевим і низьколегованим зварювальним дротом. З них найширше застосовуються флюси АН-348-А, АН-60 і ОСЦ-45. На прохання споживачів можливе постачання флюсу марки АН-348-АМ із вмістом до 5,5% СаF2 для автоматичного зварювання дротом діаметром до 3 мм. Флюси АН-348-А і АН-348-АМ відрізняються від флюсів ОСЦ-45 і ОСЦ-45М меншим вмістом СаF2. Великий вміст СаF2 у висококременевому марганцевому флюсі викликає інтенсивніше виділення в атмосферу дуги фтористих з'єднань, що попереджають утворення пір від водню. Разом з тим погіршується стійкість дуги і гігієнічні умови праці.
У машинобудуванні, вагонобудуванні, будівництві і ряду інших галузей промисловості переважно застосовують флюси АН-348-А і АН-348-АМ, в суднобудуванні частіше використовують флюс ОСЦ-45 і ОСЦ-45М.
Згідно ГОСТ 9087–81 «Флюси зварювальні плавлені» перераховані вище флюси повинні поставлятися у вигляді однорідних по будові зерен без включення чужорідних частинок, зокрема частинок сировинних матеріалів, що не розчинилися, вугілля, коксу, стружки і т. п. Як виняток допускається вельми обмежений зміст частинок чужорідних матеріалів.
Ці флюси, окрім АН-60, є скловидними з об'ємною масою 1,3–1,8 г/см3. Флюс АН-60 пемзовидний і має об'ємну масу 0,7–1 г./см3. Розмір зерен флюсів АН-348-А і ОСЦ-45 повинен знаходитися в межах 0,35–3 мм, флюсів АН-348-АМ, ОСЦ-45М і ФЦ-9 – в межах 0,25–1,6 мм, флюсу АН-60 – 0,35–4 мм. Скловидний флюс з розміром зерен до 2,5 або до 3 мм і пемзовидний флюс з розміром зерен до 4 мм призначені для автоматичного зварювання дротом діаметром не менше 3 мм. Скловидний флюс з розміром зерен до 1,6 мм призначений для зварювання дротом діаметром не більше 3 мм.
З флюсів пемзовидної будови найширше застосовують флюс АН-60. У загальному об'ємі виробництва флюсів в країні він займає майже 50%. Флюс АН-60 призначений для зварювання з великою швидкістю, і його використовують в основному при виготовленні сталевих труб великого діаметру для газо- і нафтопроводів. Його високі зварювальні властивості (добре формування швів і висока стійкість проти появи в них пір) обумовлені пемзовидною будовою зерен.
Флюс АН-348-В відноситься до групи висококременевих високомарганцевих флюсів. Від флюсу АН-348-А він відрізняється декілька меншим вмістом МnО, наявністю ТіО2 і тим, що його виплавляють в електричних печах.
Для напівавтоматичного зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей призначений флюс ФЦ-9. Невелике виділення фтористих газів при зварюванні під флюсом ФЦ-9 обумовлене низьким вмістом в його складі СаF2. Ця особливість дуже важлива при напівавтоматичному зварюванні, коли зварник знаходиться ближчим до дуги, чим при автоматичному зварюванні.
Флюс ФЦ-6 добре зарекомендував себе при багатопрохідному зварюванні кільцевих швів на вуглецевих і низьколегованих сталях дротами діаметром 4–8 мм, його успішно використовують на котельних заводах.
Б) Флюси для зварювання низьколегованих сталей
Окрім задоволення загальних вимог до флюсів, флюси, призначені для зварювання низьколегованих сталей, повинні сприяти отриманню металу шва підвищеної міцності з високими значеннями ударної в'язкості при низьких температурах. Якщо міцність і хімічний склад металу шва визначаються хімічним складом зварювального дроту і основного металу, то його ударна в'язкість в значній мірі залежить від флюсу. Для отримання високої ударної в'язкості металу шва потрібно забезпечити його дрібнокристалічну структуру, низький вміст шкідливих домішок і неметалічних включень. З цією метою необхідно знижувати вміст SiO2 у флюсі. Така вимога до складу флюсу привела до переважного використання низькокременевих флюсів при зварюванні низьколегованих сталей.