Сварочный флюс
статья

ЧТО ТАКОЕ СВАРОЧНЫЙ ФЛЮС

25.03.2021

Часть сварочных работ необходимо выполнять в защищенной среде. Изолировать рабочую зону позволяют флюсы. Они отличаются по составу и предназначены для работы с определенными видами металлов. Правильный выбор флюса – необходимое условия для формирования качественного сварного шва.

СОДЕРЖАНИЕ

Что такое флюс в сварке и для чего он нужен

Условия использования и недостатки

Как работать с флюсом

Классификация флюсов

Способ получения

Химический состав

Назначение флюсов

Флюсы для газовой сварки

Флюсы для автоматической сварки

Что такое флюс в сварке и для чего он нужен

Сварочный флюс – это материал, применяемый в сварочных работах с целью изоляции зоны сварки от атмосферного воздуха. Благодаря применению материала обеспечивается стабильное горение дуги, беспроблемное формирование поверхности сварного шва, а наплавленный материал получает предопределенные свойства. К примеру, при выполнении кузнечных работ, в полуавтоматической и газосварке используются хлориды, фториды, борная кислота и бура. Они создают жидкую защитную среду, которая активно растворяет оксиды.

Снизить негативное воздействие таких процессов удается при помощи инертных газов или жидкости, которые изолируют рабочую зону и предотвращают попадания атмосферного воздуха к точкам соединения металлов. Неметаллические композитные соединения – флюсы – и предназначены для создания именно такой защитной среды.

Применение флюса в процессе работы дает весомые преимущества, а именно:

Обеспечивается интенсивное плавление металлов. Такой эффект достигается как при электродуговой, так и при газовой сварке. В первом случае за счет более эффективного использования силы потребляемого тока, а во втором – за счет более высокой концентрации активного газа в рабочей зоне. Благодаря использованию флюса отпадает необходимость в обязательной разделке кромок свариваемых заготовок.

Флюс помогает избежать угара металла – потерь расплава в результате окислительных процессов и его испарения от высокой температуры.

Дуга при условии применения флюса горит более стабильно, что имеет критически важное значение при формировании сварных швов сложной конфигурации.

Из-за снижения потерь электрического тока, который расходуется на прогрев рабочей поверхности, существенно повышается КПД установки.

Присадочный материал расходуется экономно.

Флюс частично экранирует излучение плазменной сварочной дуги, что в некоторой степени облегчает условия работы сварщика.

Условия использования и недостатки

Флюс был разработан для оптимизации и стабилизации металлургических процессов, которые протекают во время сваривания металлов. В то же время он никак не должен понижать производительность электродов, а лучше всего, если будет способствовать ее увеличению. Для этого материал должен соответствовать некоторым требованиям:

Флюс не должен реагировать с расплавом металла или сердечником электрода.

Сварная ванна должна быть изолированной все время, на протяжении которого выполняются сварочные работы.

Остатки флюса, которые в результате работы были связаны шлаком, должны легко удаляться. Материал, который остался незадействованным, может быть использован вторично. Как минимум, 80% всего состава.

Недостатков материала совсем немного:

флюс стоит дорого. Его цена сопоставима со стоимостью на присадочную проволоку;

нету возможности осмотреть шов сразу по завершению процесса. Поэтому сварные швы сложной конфигурации желательно хорошо предварительно подготовить, чтобы свести к минимуму вероятность брака.

Как работать с флюсом

Перед начало работы в месте формирования сварного шва наносится слой флюса толщиной 4-6 см.

В рабочую зону подносится электрод и поджигается электрическая дуга.

Флюс имеет низкую плотность и в результате воздействия высокой температуры начинает плавиться. При этом образуется газовая среда, благодаря которой сварочная ванна будет изолирована от атмосферного воздуха.

Расплавленный флюс характеризуется прочным поверхностным натяжением, которое препятствует интенсивному разбрызгиванию расплава металла.

Благодаря физическим и химическим свойствам флюса значительно увеличивается сила тока. Показатель может доходить до 2000 Ампер. Что позволяет избежать неэффективных потерь материала и получить на выходе сварной шов высокого качества.

Флюс помогает сохранить тепло внутри рабочей зоны. В результате его воздействия тепловая мощность концентрируется в рабочей зоне и плавление металла происходит быстрее.

Все свободные места заполняются расплавом вне зависимости от текущего состояния кромок.

Материальный баланс сварного шва претерпевает изменений в лучшую сторону. Примерно 2/3 его состава – это металл заготовок. И только треть представлена расплавом сердечника электрода.

Классификация флюсов

Флюсы отличаются многими признаками и поэтому их классификация достаточно широка. Они отличаются внешним видом, химическим составом, физическим состоянием, назначением и способом получения. К примеру, для дуговой сварки или наплавки хорошо подходят гранулированные и порошковые флюсы, которые имеют строго определенную электропроводность. Газовая сварка подразумевает работу с порошками, пастами и, собственно, газами.

Способ получения

Флюс может быть плавленым или неплавленым. Первый вариант применяется не только при сваривании металлов, но и при наплавке. Такой флюс эффективен, когда необходимо улучшить технические характеристики поверхности металла путем добавления в его состав дополнительных химических элементов. Например, наплав применяется для получения исключительно ровной поверхности или для улучшения устойчивости материала к коррозии.

Плавленые флюсы получают таким образом. Сперва компоненты измельчают и перемешивают. Затем они плавятся в электрических или пламенных печах без доступа кислорода. После этого горячие частички перемещаются через охлаждающий поток воды. В результате резкого снижения температуры они затвердевают и превращаются в гранулы. Размер частичек отличается и подбирается в зависимости от диаметра электрода: чем тоньше пруток, тем меньшего диаметра требуются гранулы.

Неплавленые флюсы еще называют керамическими. Они получаются в результате тщательного перемешивания мелких частиц ферросплавов, шлаков и минералов без термической обработки. После этого частицы перемешиваются со стеклом и спекаются. Их основные достоинства:

отличное качество сварного шва;

возможности многократного использования частиц;

экономный расход.

Как пример можно рассмотреть керамические сварочные флюсы серии UF. Они применяются в гражданском строительстве для создания конструкций высокой прочности из низколегированных сталей.

Химический состав

Основной компонент большей части флюсов – диоксид кремния. В некоторых видах продуктов его доля доходит до 80 процентов. Другие название материала – кремнезем. Он является кислотным оксидом и представляет собой кристаллический прозрачный минерал. Кремний препятствует образованию углерода, благодаря чему сильно снижается вероятность появления пор и трещин в сварочном шве.

Марганец по наполняемости находится на втором месте. Как компонент флюса он выступает в роли раскислителя. То есть, материал является своеобразным антиоксидантом. Во время протекания сварочного процесса марганец активно реагирует с кислородом, содержащимся в оксидах железа, а затем связывает молекулы кислорода, которые ранее взаимодействовали с кремнием. Результатом сложной химической реакции замещения является оксид марганца – нерастворимое в расплаве и легко удаляемое с поверхности соединение. Помимо этого, марганец улучшает качество соединения тем, что вступает в реакцию со свободной серой и связывает ее. Образуется сульфид, который тоже легко удаляется с поверхности шва.

Флюсы содержат еще и добавки для легирования – хром, ванадий, молибден, титан, вольфрам и другие. Они вводятся для того, чтобы восстанавливать первичный химический состав металла. Нередко эти добавки замещают собой выгоревшие примеси металла. Благодаря этому, расплав получает новые свойства. Легирующие добавки в большинстве случаев во флюсе представлены в виде ферросплавов – соединений с железом.

Назначение флюсов

Выбор флюса для выполнения определенных сварочных работ зависит от их предназначения. Они бывают:

для низкоуглеродистой стали. В составе флюса имеется большое содержание марганца и кремния. Они применяются совместно с присадочной проволокой, выполненной из низкоуглеродистой стали, не содержащей легирующих добавок. Еще один вариант – это флюсы с небольшим содержанием (или полным отсутствием) марганца. Но в таком случае сварочный пруток подбирается с легирующими добавками;

для соединения заготовок из низкоуглеродистой стали применяется флюс с высокой химической инертностью, показатель которой выше, чем у большинства низко углеродистых металлов. В результате сварной шов получается пластичным. Примером может служить флюс АН-46 для сварки стали;

для работы с высоколегированными металлами подбираются флюсы с незначительной химической активностью. Марганец и кремний практически не применяются. Они заменяются флюоритом – плавиковым шпагатом, под воздействием которого получаются легкоплавкие шлаки. Они легко убираются с поверхности. Помимо флюоритов в таких флюсах есть алюминий и негашеная известь;

для сваривания активных металлов лучше всего подходят солевые флюсы, произведенные на основе фторидных и хлоридных солей щелочных металлов. Они не содержат примесей кислорода, поскольку он отрицательно влияет на пластичность соединения.

Ниже представлена таблица с примерами применения конкретных марок флюсов:

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, 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 сваривания цветных металлов, а также инструментальной, отдельных марок тонколистовой стали и чугуна требуется создание специальных условий. Защитная среда создается с помощью инертных газов, а также путем использования порошкового или пастообразного флюса. Вещества наносятся на кромки соединяемых заготовок, прямо в сварочную ванну или же на присадочный пруток.

Флюс подается в рабочую зону по-разному в зависимости от его агрегатного состояния. Сложнее всего подавать порошкообразную консистенцию. Их следует точно подавать в расплав, исключая вероятность его сдува ветром. Пасты наносятся на кромки предварительно и не нуждаются в какой-либо дополнительной опеке. Газы подаются дозировано при помощи специального оборудования – расходомеров.

Для газовой сварки флюсы подбираются под оксиды, которые образуются в процессе выполнения работ. Если они кислые, то выбираются щелочные флюсы, и наоборот. Наиболее распространенные виды флюсов и их применение:

цветные металлы – латунь, бронза, медь – требуют использования кислых флюсов, в составе которых есть содержащие бор включения. Примером могут служить марки МБ-1 или БМ-2;

для сваривания чугуна подбираются флюсы с включениями калия и натрия, образующими щелочную среду;

алюминий требует использования составов с фторидами лития, натрия или калия. Чаще всего для выполнения такого рода работ применяется флюс серии АФ-4А.

При работе газосварочными аппаратами флюсы для сваривания низкоуглеродистых металлов не используются. Это вызвано тем, что на поверхности расплава образуется достаточное количество легкоплавких оксидов железа.

Флюсы для автоматической сварки

Полуавтоматы и автоматические установки часто востребованы при работе со сложными конструкциями большого размера. Большая сила тока и грамотно подобранный флюс дают операторам возможность соединять элементы большой толщины. При этом не требуется предварительная разделка кромок, что экономит время и очень важно для производственных процессов конвейерного типа. Технология востребована при изготовлении резервуаров, труб; в машино- и судостроении.

Данный способ сваривания характеризуется высокой автоматизацией процессов. В частности, автоматически поддерживается стабильность горения дуги, дозирование и подача определенного количества флюса в рабочую зону (равно как и отвод неиспользованного), регулярное обновление электрода. Чтобы в рабочей зоне было стабильное и достаточное по объему газовое облако, толщина флюса должна составлять 4-8 см, а его ширина – 5-10 см. марка выбираемого флюса зависит от характеристик соединяемого металла. Все работы ведутся в нижнем пространственном положении.