ЗАО "Сварочные технологии"

Сварочный флюс должен удовлетворять определенным требованиям, которые можно разделить на две самостоятельные группы: металлургические и технологические.

Значение этих требований неодинаково и меняется в зависимости от способа сварки. При обычной сварке под флюсом наиболее важными являются металлургические требования. Это обусловлено тем, что в процессе дуговой сварки протекают реакции химического взаимодействия между шлаком и жидким металлом, которые оказывают существенное влияние на состав, структуру и механические свойства металла шва, а также на его склонность к образованию пор и горячих трещин.

При электрошлаковой сварке реакции взаимодействия между шлаком и металлом протекают значительно слабее. Только в случае электрошлаковой сварки на постоянном токе, когда к обычным химическим реакциям между шлаком и металлом присоединяется электролитический процесс — электролиз, интенсивность взаимодействия между шлаком и металлом может быть равна или даже выше, чем в случае обычной сварки под флюсом.

При электрошлаковой сварке интенсивность реакций взаимодействия между шлаком и металлом настолько низка, что изменение химического состава флюса в широких пределах вызывает лишь незначительное изменение химического состава металла шва. В силу этого при электрошлаковой сварке решающим фактором, определяющим пригодность флюса, становятся технологические требования. Пригодным будет прежде всего тот флюс, который при нормальном сочетании составляющих компонентов исключает разбрызгивание шлака и обеспечивает устойчивый режим сварки.

Устойчивость электрошлакового процесса определяется электропроводностью флюса. Чем выше электропроводность флюса, тем устойчивее будет процесс электрошлаковой сварки. Но при чрезмерном повышении электропроводности флюса, предназначенного для электрошлаковой сварки, уменьшается выделение тепла в шлаковой ванне и тем самым затрудняется проплавление свариваемых кромок. Так, например, керамические флюсы, которые из-за наличия в их составе значительного количества ферросплавов обладают высокой электропроводностью, менее пригодны для электрошлаковой сварки, чем обычные плавленые флюсы.

Современные сварочные флюсы представляют собой силикаты, содержащие в своем составе сочетание различных количеств SiО₂, Аl₂O₃, CaO, MgO, МnО и CaF₂. При таком составе те физические свойства флюса, которые определяют устойчивость электрошлакового процесса, а следовательно, и пригодность флюса для электрошлаковой сварки, зависят прежде всего от содержания в нем кремнезема. В настоящее время имеется немало данных, свидетельствующих о том, что электропроводность силикатов типа сварочных флюсов заметно понижается с увеличением в них концентрации SiO₂. Обусловлено это тем, что чистый кремнезем практически не диссоциирует на ионы. Существенное значение здесь имеет и то обстоятельство, что с ростом содержания SiO₂ повышается вязкость силикатов. Электропроводность, как известно, зависит не только от числа ионов, но и от коэффициента внутреннего трения среды, в которой они перемещаются.

На устойчивость процесса электрошлаковой сварки влияет также плавиковый шпат CaF₂. С увеличением во флюсе содержания CaF₂ улучшается устойчивость процесса электрошлаковой сварки.

Следует, однако, иметь в виду, что увеличение CaF₂ во флюсе требует снижения напряжения сварки. Опыт показывает, что в случае применения фторидных флюсов, которые представляют собой чистый плавиковый шпат либо сплав его с небольшими добавками SiO₂, CaO, Аl₂O₃ и др., напряжение сварки должно быть не выше 30-32 В. Иначе появляются, вспышки дугового разряда, которые при дальнейшем повышении напряжения сварки учащаются и выходят на поверхность шлаковой ванны, образуя открытый дуговой процесс.

Второе технологическое требование, которое предъявляется к флюсу, предназначенному для электрошлаковой сварки, сводится к тому, что он в расплавленном состоянии не должен иметь высокую вязкость, так как чрезмерно высокая вязкость шлака способствует образованию подрезов и шлаковых включений. Не следует также применять флюс, дающий очень жидкотекучий шлак, который может протекать в зазоры между формирующимися приспособлениями и поверхностью свариваемого изделия. Это приведет к нарушению процесса сварки.

Вязкость современных сварочных флюсов определяется в основном содержанием в них кремнезема и окиси кальция. Чем больше во флюсе содержится SiO₂ и меньше СаО, тем выше его вязкость. Следовательно, во флюсах, предназначенных для электрошлаковой сварки, необходимо снижать содержание SiO₂ и повышать СаО.

При электрошлаковой сварке значительно возрастает объем металла, нагреваемого до высоких температур. Это намного замедляет охлаждение шва и тем самым увеличивает время пребывания при высоких температурах поверхности усиления шва в контакте с образующейся на нем шлаковой коркой, а следовательно, увеличивается время химического взаимодействия между поверхностью металла шва и шлаковой коркой. В результате на поверхности металла шва толщина окисной пленки становится больше. С увеличением же толщины окисной пленки усиливается сцепление шлаковой корки с поверхностью металла шва.

Таким образом, при электрошлаковой сварке создаются условия, способствующие сцеплению шлака с поверхностью металла шва.

В силу этого ухудшается отделимость шлаковой корки. На поверхности шва остается шлак, который при остывании скалывается и отлетает с такой силой, что может травмировать работающих. Следовательно, хорошая отделимость шлаковой корки является третьим требованием, которое следует предъявлять к флюсу, предназначенному для электрошлаковой сварки.

Отделимость шлаковой корки зависит прежде всего от содержания во флюсе окислов марганца, особенно высшего порядка. Чем меньше во флюсе таких окислов марганца, как Мn₂O₃ и МnО, тем лучше отделяется шлаковая корка.

Таким образом, электрошлаковая сварка требует флюсов, которые должны удовлетворять иным требованиям, чем флюсы для обычной дуговой сварки. Поэтому из многих флюсов, разработанных для дуговой сварки, пригодными для электрошлаковой сварки оказались только АН-348А, ФЦ-7, 48-ОФ-6 и АНФ-1.

Из специально разработанных для электрошлаковой сварки флюсов в настоящее время применяются флюсы АН-8, АН-8М и АН-22. Химический состав этих флюсов приведен в табл. 91.

Таблица 91. Химический состав флюсов, разработанных для электрошлаковой сварки

В табл. 92 указывается электропроводность флюсов, применяемых при электрошлаковой сварке. По технологическим качествам флюсы располагаются в той же последовательности, что и по электропроводности. Наилучшую устойчивость электрошлакового процесса обеспечивают фторидные флюсы.

Однако такие флюсы требуют низкого напряжения сварки и тем самым затрудняют получение нужного провара кромок. Поэтому фторидные флюсы имеют ограниченное применение: в основном они используются при электрошлаковой сварке высоколегированных аустенитных сталей, обладающих низким коэффициентом теплопроводности. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей лучше использовать флюсы АН-22, 48-ОФ-6 и АН-8М. Флюсы АН-22 и 48-ОФ-6 лучше применять еще и потому, что они при электрошлаковой сварке обладают большей способностью к уменьшению содержания серы в шве, чем флюсы АН-8, АН-48А и ФЦ-7.

Под ними можно сваривать металл с более высоким содержанием серы.

Таблица 92. Электропроводность (при температуре шлаковой ванны) флюсов, применяемых для электрошлаковой сварки

Малая интенсивность реакций взаимодействия между шлаком и металлом при электрошлаковой сварке исключает возможность легирования металла шва через флюс. Поэтому при электрошлаковой сварке металл шва легируется в основном за счет применения легированных электродов. Даже при сварке обычных углеродистых сталей необходимо применять электродную проволоку Св-08ГА или Св-10Г2 либо пластины стали 09Г2.

В большинстве случаев электрошлаковая сварка выполняется несколькими электродными проволоками или несколькими пластинами, поэтому состав наплавленного металла можно изменять, применяя электроды разных марок стали. Это позволяет, несмотря на небольшое количество стандартных электродных материалов, получить металл шва различного состава.

Вторым способом легирования металла шва при электрошлаковой сварке является подача в шлаковую ванну крупки ферросплавов или специальной лигатуры.

Металл шва при электрошлаковой сварке можно легировать и специальными присадками. Такой присадкой может быть обычная или порошковая проволока, подаваемая в шлаковую ванну без токоподвода, пластина или стержень, которые также подаются в шлаковую ванну или остаются неподвижными.

Возможно легирование металла шва за счет применения пластинчатых электродов, предварительно покрытых ферросплавами. Предполагается, что при сварке электродами больших сечений перспективным может быть легирование прессованными электродами, т. е. электродами из порошков различных металлов, изготовленными по способу металлокерамических изделий.