Сварка металлов под флюсом, сущность процесса. Технология и режимы сварки под слоем флюса

Содержание

1. Сущность процесса сварки под флюсом
• Схемы сварки
• Особенности дуговой сварки под слоем флюса
• Роль флюса при сварке
2. Способы дуговой сварки под флюсом
3. Технология лазерной сварки
• Типы сварных швов, получаемых сваркой под флюсом
• Режимы и техника сварки под слоем флюса
• Сварка стыковых швов
• Сварка тавровых, угловых и нахлёсточных швов
4. Сварка под флюсом различных типов сталей
• Сварка конструкционных углеродистых сталей
• Сварка низколегированных сталей
• Сварка среднелегированных сталей
• Сварка высоколегированных сталей
5. Видео: Сварка металлов под флюсом

Сущность процесса сварки под флюсом

Схемы сварки

На рисунке схематично показан процесс сварки под слоем флюса. Между свариваемым изделием (поз.1) и концом сварочной проволоки (поз.3) горит сварочная дуга (поз.4), под воздействием которой проволока расплавляется и подаётся в зону сварки. Слой сварочного флюса (поз.2) закрывает дугу.

Сварочная проволока вместе с дугой перемещается вдоль свариваемого стыка при помощи механизмов или вручную. Под воздействием сварочной дуги происходит расплавление основного металла и флюса. Получившийся расплав образует сварочную ванну. Жидкий флюс в виде плёнки на поверхности ванны (поз.5) изолирует зону сварки от окружающей среды.

Расплавленный металл переходит в сварочную ванну, где смешивается с расплавленным основным металлом (поз.9). По мере того, как сварочная дуга отдаляется от свариваемого участка, металл охлаждается и затвердевает, образуя сварочный шов (поз.8). Расплавленный флюса некоторое время ещё остаётся жидким, когда металл уже затвердел. Затем затвердевает и флюс, образуя на поверхности шва шлаковую корку (поз.6). Излишняя, нерасплавленная часть флюса (поз.7) собирается и используется повторно.

Особенности дуговой сварки под слоем флюса

Дуговую механизированную сварку под флюсом от других способов сварки плавлением отличает высокая производительность и лучшие гигиенические условия труда. Флюс защищает не только сварочную ванну от воздействия окружающей среды, но и, в свою очередь, окружающую среду от вредных воздействий и испарений различных веществ в процессе сварки.

Кроме этого, данный вид сварки отличает высокий уровень механизации сварочных работ. Сварочная проволока плавится под действием электрической дуги, а флюс обеспечивает ведение процесса, требуемое качество сварки и применяется при сварке и наплавке под флюсом, сварке по флюсу, сварке с магнитным флюсом, а также при электрошлаковой сварке и наплавке.

Роль флюса при сварке

Сварочный флюс обеспечивает ровное горение дуги, формирование сварного шва и оказывает влияние на его химический состав. Также он определяет стойкость швов к образованию холодных трещин, пор и других сварочных дефектов.

Наличие в составе флюса оксидов щелочных и щелочноземельных металлов способствует увеличению электропроводности и длины дугового промежутка, что делает процесс сварки более устойчивым. Наличие фтора, наоборот, снижает эти характеристики. Таким образом, флюсы с разными составами обладают разными стабилизирующими свойствами.

Изменяя содержание углерода, серы, марганца и других элементов, флюс оказывает сильное влияние на стойкость швов к холодным трещинам. Увеличение содержания серы, фосфора и углерода снижает, а увеличение содержания марганца повышает стойкость сварных швов к образованию трещин. Кроме этого, состав от состава флюса зависит, насколько легко будет отделяться шлаковая корка от поверхности готового сварного шва. Этот показатель тоже важен, поскольку он влияет на производительность процесса. Легкая отделимость шлаковой корки - это необходимое условие для высокой производительности.

Способы дуговой сварки под флюсом

Различают одно- и двухэлектродный способ сварки. Одноэлектродная выполняется проволокой диаметром 1,6-6мм. При толщине металла до 20мм допускается односторонняя сварка, но предпочтительнее её вести с обеих сторон.

Двухэлектродная сварка бывает двух вариантов: с поперечным и последовательным расположением электродов. Обе эти схемы представлены на рисунке:

На рисунке а) изображена сварка с поперечным расположением электродов, а на рисунке б) с продольным.

Первый вариант целесообразно применять при сварке протяжённых швов, когда трудно обеспечить постоянный зазор между свариваемыми кромками. Например, в судостроении. В этом случае дуги направлены не на зазор между кромками, а на сами кромки, благодаря чему глубина проплавления уменьшается, и протекание сварочной ванны предотвращается.

Второй вариант сварки более производителен и экономичен, а получаемый шов менее склонен к образованию пор из-за лучшего удаления газов из зоны сварки и имеет повышенную стойкость к образованию трещин из-за замедленной скорости охлаждения.

Многодуговая сварка выполняется двумя или более независимыми дугами с общей, либо раздельными сварочными ваннами. На рисунке показана схема двухдуговой сварки под флюсом. С помощью первой дуги металл проплавляют на требуемую толщину, а вторая дуга расширяет проплавленную область и помогает сформировать необходимую форму шва. Расстояние между электродами, в большинстве случаев, составляет 20-40мм. Второй и последующий электроды перемещаются в жидком шлаке, который получился после прохождения первой дуги. Многодуговая сварка резко увеличивает производительность и чаще всего применяется она при автоматической сварке труб под флюсом.

Технология сварки под флюсом

Механические свойства и качество сварных соединений в большой степени зависят от марки электродной проволоки, состава флюса, от свариваемого металла, рода, величины и полярности сварочного тока, а также особенностями подготовки и сборки под сварку.

Типы сварных швов, получаемых сваркой под флюсом

Основные типы сварных соединений, конструктивные элементы и их размеры регламентируются следующими стандартами: ГОСТ 8713 и ГОСТ 11533.

Подготавливают сварные кромки любым способом механической обработки, или термической резки металла.

Перед сборкой сварные кромки очищают от ржавчины, оксидных и масляных плёнок и других загрязнений. Вместе с кромками, зачистке подлежат прилегающие к ним участки шириной 30-40мм.

Сборку и сварку выполняют на специальных стеллажах или в приспособлениях. Для фиксации свариваемых деталей друг относительно друга их фиксируют технологическими планками и прихватками. Длина прихваток составляет 50-100мм, расстояние между ними по длине стыка 500-550мм, высота усиления прихваток 3-4мм.

Сборка тавровых соединений выполняется либо в приспособлениях, либо в стеллажах по разметке. Перед сборкой кромки и прилегающие участки также очищаются от грязи, а при сборке очищают минимально необходимый зазор. Перед сваркой детали фиксируют между собой прихватками, длиной 80-120мм катетом 5мм. Располагают прихватки на расстоянии 500-600 мм друг от друга. Если зазор в некоторых местах превышает 2мм, допускается выполнять подхватку электродами.

Сварка угловых швов происходит на выводных технологических планках.

Режимы и техника сварки под слоем флюса

Чаще всего применяется сварочная проволока диаметром 3, 4 и 5мм. Режимы сварки зависят от толщины свариваемых кромок, вида разделки кромок, количества проходов и способа удержания сварочной ванны.

Режимы сварки определяются следующими величинами: силой сварочного тока, напряжением, диаметром сварочной проволоки, вылетом электрода, скоростью сварки, а также положения свариваемого изделия или электрода.

Техника и технология сварки может быть достаточно разнообразной и зависит от конструктивных особенностей изделия, конфигурации сварных швов и их протяжённостью, толщиной свариваемого металла и его химического состава, а также от применяемого сварочного оборудования.

Приблизительные режимы сварки под флюсом наиболее характерных типов соединений представлены в таблице:

Сварка стыковых швов

В случае если толщина соединяемого металла не превышает 30мм, выполняют одностороннюю однопроходную сварку под флюсом. В случае если толщина металла превышает данное значение, выполняется двусторонняя однопроходная или многопроходная сварка. Применение односторонней сварки допустимо в тех случаях, когда свариваемые металлы не восприимчивы к перегреванию, а швы не имеют склонности к образованию сварочных трещин.

В случае сваривания металла толщиной не более 6мм, разделку кромок не выполняют, а зазор между кромками стремятся свести к нулю. В случае сваривания металла толщиной 10-12мм для улучшения провара и уменьшения избытков жидкого металла, детали под сварку собирают с зазором. В обоих случаях обязательно наличие подкладок или выполнение подварочного шва, либо детали под сварку собирают "в замок".

Сварка на остающейся подкладке применяется, в основном, для тонких листов (до 10мм) и для кольцевых швов цилиндрических конструкций. Подкладку изготавливают из стали с хорошей свариваемостью, толщиной 3-6мм и шириной 30-50мм.

У сварки "в замок" много общего со сваркой на остающейся подкладке. Эту сварку применяют для ответственных деталей, так как при таком соединении исключается прожог металла, а также этот способ удобен при сварке массивных и громоздких изделий. Сварка с ручной подваркой корня шва применяется в тех случаях, когда невозможно перекантовать изделие.

Односторонняя сварка на флюсовой подкладке применяется для сварки конструкций типа полотнищ и для выполнения кольцевых соединений. При сварке металла толщиной более 8мм, прижатие флюса обеспечивается при помощи собственной массы изделия. Сварка на подушке из флюса может выполняться как с разделкой кромок, так и без неё с обязательным наличием технологического зазора. Ориентировочные режимы сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей на флюсовой подушке представлены в таблице:

Примерные режимы сварки под флюсом стыковых швов с V-образной разделкой на флюсомедной подкладке представлены в таблицах ниже:

Сварка на весу без подкладок допускается только при условии плотной сборки без зазоров, глубина провара при этом способе не должна превышать 2/3 от толщины металла для исключения прожогов. Сварка на весу допускается для неответственных конструкций из тонкого металла или изделий, в которых, по условиям эксплуатации, допускаются непровары.

Наиболее распространена в промышленности и строительстве автоматическая сварка под флюсом двухсторонних стыковых швов. Она применяется при создании паровых котлов, для сварки изделий в химической и нефтяной промышленности, строительных металлоконструкций, цистерн, в судостроении.

Двухсторонняя сварка уступает по экономичности и производительности односторонней сварке, но она более надёжна, потому что режимы сварки и точность подготовки и сборки изделий гораздо меньше влияют на качество сварного шва. Кроме этого, не требуется дополнительных устройств для обеспечения хорошего провара и правильного формирования корня шва. В таблицах ниже приведены примерные режимы сварки с разделкой и без разделки кромок:

Сварка под флюсом многопроходных двусторонних швов применяется при сварке металла, толщиной более 20мм с обязательной разделкой кромок. При многопроходной сварке рекомендуется Х-образная разделка кромок, но встречается и U-образная. Примерные режимы автоматической сварки под флюсом с Х- и U-образной разделкой представлены в таблице:

Сварка тавровых, угловых и нахлёсточных швов

Преимуществом сварки под флюсом при создании тавровых, угловых и нахлёсточных соединений заключается в глубоком проплавлении основного металла, что позволяет уменьшить катеты шва в полтора раза, по сравнению с ручной дуговой сваркой электродами.

На рисунке справа показаны основные схемы сварки. Автоматическая сварка угловых швов выполняется вертикальным электродом при положении "в лодочку" (схемы а и б), или наклонным электродом (схемы в и г). Сварка в лодочку может проводиться при симметричном (схемы а и б) или при несимметричном расположении деталей (схемы в и г).

В таблицах ниже представлены ориентировочные режимы сварки тавровых и нахлёсточных соединений при сварке "в лодочку" и "в угол". Если есть выбор, то сварка "в лодочку" предпочтительнее, чем "в угол". Сварка "в угол" применяется в тех случаях, когда применение сварки "в лодочку" невозможно конструктивно, или экономически нецелесообразно.

Преимуществом сварки "в угол" является независимость от зазоров между кромками, т.е. можно не применять дополнительные меры против вытекания расплавленного металла. Но, этот способ имеет и существенные недостатки. Например, невозможно за один проход выполнить шов с катетом более 8мм. Кроме этого, правильное формирование шва во многом зависит от точности ведения электрода вдоль линии стыка.

При сварке многопроходных швов "в угол" большое значение имеет порядок наложения слоёв, которые нужно накладывать с таким расчётом, чтобы предыдущий валик предотвращал стекание металла и шлака у последующих слоёв. Примерный порядок наложения слоёв показан на рисунке слева.

Приблизительные режимы сварки "в угол" для тавровых у нахлёсточных сварных соединений представлены в таблице ниже:

Сварка под флюсом различных типов сталей

Сварка конструкционных углеродистых сталей

При сварке конструкционных малоуглеродистых сталей используют флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45, АНЦ-1 и другие в сочетании с малоуглеродистыми или марганцевыми проволоками марок Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2.

Сварку среднеуглеродистых сталей выполняют при пониженных режимах, что существенно сказывается на производительности, поэтому, при изготовлении конструкции из среднеуглеродистых сталей данный вид сварки не нашёл широкого распространения на практике.

Высокоуглеродистые конструкционные стали содержат 0,46-0,75% углерода и свариваемость их затруднена. Для сварных конструкций эти стали не используются и необходимость в их сваривании возникает, как правило, при ремонтных работах. В большинстве случае, ремонт выполняют методом наплавки.

Сварка низколегированных сталей

К низколегированным сталям относят группу сталей, содержащих в составе менее 5% легирующих элементов. Оценивая свариваемость сталей этой группы, можно сказать, что при сварке под флюсом их свариваемость существенно не отличается от нелегированных малоуглеродистых сталей. Но, легирующие элементы в составе стали повышают склонность сталей к росту зёрен в зоне термического влияния, а при высокой скорости охлаждения в них могут возникать неоднородные структуры закалочного характера.

Для сварки металлоконструкций из низколегированных сталей, с температурой эксплуатации до -40°C, используют высококремнистые марганцевые флюсы марок АН-22, АН-22М, АН-47, АН-67А и другие в сочетании с легированной сварочной проволокой марок Св-10НМА, Св-08ХМ, Св-08МХ и др.

Сварка среднелегированных сталей

Среднелегированными являются стали, содержащие в составе 5-10% легирующих элементов. Для современных среднелегированных сталей характерно легирование многокомпонентное, комплексное. Легирование этих сталей только одним элементом применяется редко.

К сварным конструкциям из среднелегированных сталей предъявляются требования повышенной прочности в условиях эксплуатации, а также, нередко, коррозионная стойкость, стойкость к импульсным (резко возрастающим, мгновенным) нагрузкам. Чем выше содержание легирующих элементов, тем труднее сваривать сталь.

Одной из главных проблем свариваемости среднелегированных сталей является их чувствительность к образованию горячих трещин в сварных швах, поэтому при их сварке необходимо тщательно выбирать композицию шва. Кроме этого, необходимо использовать технологические приёмы и выбирать режимы, которые позволят получить хороший коэффициент формы шва и снизить скорость охлаждения.

Для сварки конструкций из среднелегированных сталей сварка под флюсом получила достаточно широкое применение. Для такой сварки используются низкокремнистые флюсы марок Ан-15, АН-15М, АН-17М и бескремнистые марок АН-30, ОФ-6, АВ-4 и др.

Применение бескремнистых флюсов предпочтительно в тех случаях, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по ударной вязкости. В сочетании с вышеуказанными флюсами применяется сварочная проволока марок Св-20Х4ГМА, Св-08Х20Н9Г7Т, Св-10Х5М, Св-10ХГСН2МТ.

Сварка высоколегированных сталей

Высоколегированными считаются стали, содержащие в составе более 10% легирующих элементов. Сварка под флюсом высокоуглеродистых сталей нашла широкое применение в химической и нефтяной промышленности, где требуется высокая коррозионная стойкость сварных изделий и жаропрочность.

Своим широким применение для этих сталей сварка под флюсом получила благодаря постоянству процесса сварки и, как следствие, химической однородности металла шва. Это очень важно для высоколегированных сталей, учитывая, что даже незначительная химическая неоднородность металла шва может стать причиной образования в нём кристаллизационных трещин или заметно снизить коррозионную стойкость или жаропрочность.

Сварка под флюсом способна обеспечить швы с гладкой поверхностью и плавным переходом к основному металлу, что позволяет повысить стойкость к коррозии по сравнению со сваркой электродами.

При сварке под флюсом высоколегированных сталей обычно применяют проволоку диаметром 2-3мм. При этом могут использоваться почти все марки проволоки по ГОСТ 224, а также многие марки проволоки, выпускаемые по ТУ, например, Св-12Х11НМФ, Св-12Х13, Св-10Х17Т, Св-04Х19Н9, ЭП467, ЭП235, ЭП497 и другие.

Для сварки жаропрочных высоколегированных сталей применяются фторидные флюсы марок АНФ-5, АНФ-8, АНФ-24 и бескремнистые флюсы марок АНФ-17, АНФ-22. Для сварки коррозионностойких высоколегированных сталей применяют флюсы с низким содержанием кремния марок АН-26, АНФ-14.

Видео: Сварка металлов под флюсом

Дополнительные материалы по теме: