1.2.2.Флюсы для газовой сварки

В процессе газовой сварки все металлы и их сплавы, соединяясь с кислородом окружающего воздуха и кислородом пламени, образуют оксиды, которые имеют более высокую температуру плавления, чем сам металл. В ряде случаев количество оксидов, получающихся при сварке или пайке металлов, является столь значительным, что мешает получению качественного сварного или паяного соединения. Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образовавшихся при сварке оксидов применяют сварочные флюсы в виде порошков и паст, а также в виде паров.

Флюсы – это вещества, которые вводятся в сварочную ванну для предотвращения окисления кромок твердого металла, извлечения из жидкого металла оксидов и неметаллических включений, а иногда и для частичного ввода в расплавленный металл элементов-раскислителей.

В процессе сварки флюсы наносят на свариваемые кромки и на присадочные прутки либо вносят в ванну периодическим погружением присадочного материала в емкость с флюсом. Флюсы, вводимые в сварочную ванну, расплавляются и образуют с оксидами легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность сварочной ванны. При этом пленка шлаков покрывает расплавленный металл шва, предохраняя его от дальнейшего воздействия атмосферного воздуха.

К флюсам, применяемым при газовой сварке, предъявляются следующие требования:

- быть более легкоплавким, чем основной металл; хорошо растекаться по нагретой поверхности металла;

- быть нетоксичным; обладать высокой реакционной способностью, активно раскислять оксиды, переводить их в более легкоплавкие химические соединения или удалять их, растворяя так, чтобы процесс растворения заканчивался до затвердевания сварочной ванны;

- флюс не должен оказывать вредного влияния на свариваемый металл;

- плотность флюса должна быть меньше плотности основного и присадочного металла, чтобы в процессе сварки образуемый флюсом шлак всплывал на поверхность сварочной ванны, а не оставался в металле шва.

В зависимости от вида свариваемого металла в сварочной ванне образуются основные и кислые оксиды. Если образуются основные оксиды, то применяется кислый флюс, если кислые - основной флюс.

Освобождение металла от оксидов воздействием флюсов может быть осуществлено посредством физического растворения оксидов, химического связывания оксидов в комплексные соединения и введения в состав флюса раскислителей.

Принцип физического растворения можно представить следующим образом. Если расплавленный металл покрыт шлаком, состоящим из оксида того же металла, то количество растворенного оксида в металле определяется константой распределения. Константа распределения – это отношение концентрации свободного оксида в шлаке к его концентрации в расплавленном металле. В этом случае любая добавка к шлаку (даже инертной примеси) уменьшит концентрацию оксида в шлаке, и часть оксидов из металла перейдет в шлак, уменьшая соответственно количество оксидов в жидком металле. В качестве таких физических растворителей используется ряд галоидных солей: KCl, KF, NaCl, NaF, LiCl, BaCl, CaF₂, MgCl₂, MnCl₂ и др.

Большое значение имеет химическое связывание растворимых в металле оксидов в комплексные не растворимые в металле легкоплавкие соединения и соли. Так, FeO, являясь основным оксидом, может образовывать комплексные соединения с кислыми оксидами, которые нерастворимы в жидком металле и уходят в шлак. Примером могут служить реакции взаимодействия оксида железа с оксидом кремния:

Таким образом, происходит раскисление металла, которое называют диффузионным.

Для того чтобы связать большее количество оксидов основного типа, необходимо во флюсе иметь также большее количество свободных кислых оксидов, а образующиеся комплексные соединения должны быть достаточно стойкими, не распадаться, не диссоциировать. При газовой сварке и пайке для связывания основных оксидов (FeO, Cu₂O и др.) используют оксид бора В₂О₃. Для этого в состав флюсов вводят борную кислоту Н₃ВО₃.

Если при сварке образуется большое количество кислых оксидов, то для их связывания надо вводить сильные основные оксиды (К₂О, Na₂O и др.). С этой точки зрения в качестве флюса вводится бура Na₂B₄O₇ , которая при разложении выделяет Na₂O. В качестве основных флюсов также используются углекислые соли натрия и калия. Связывание кислых оксидов проходит, например, по реакции

.

Введение раскислителей посредством флюсов имеет место, например, когда применяются фосфорнокислые легко распадающиеся при сварочных температурах соли.

При сварке сталей, как правило, флюсы не применяются, так как оксидная пленка легко разрушается в восстановительной зоне сварочного пламени. Флюсы ограниченно применяются при сварке высоколегированных сталей, они состоят из фосфора, мрамора, феррокремния, ферротитана, ферромарганца, рутила TiO₂.

При сварке меди и ее сплавов применяются преимущественно кислые флюсы. В качестве кислых флюсов используются бура Na₂B₄O₇ 10Н₂О, борная кислота Н₃В0₃, борный ангидрид В₂О₃. При употреблении в качестве флюса буры и борной кислоты следует иметь в виду, что при затвердевании соли борной кислоты образуют на поверхности шва трудно отделяемую стекловидную корку. Поэтому при изготовлении флюсов к буре и борной кислоте желательно добавлять углекислый калий К₂СО₃ или фосфорнокислый натрий Na₂HPO₄, понижающий вязкость флюса и улучшающий способность оксидов растворяться с бурой или борной кислотой. Химический состав порошковых флюсов для газовой сварки меди и ее сплавов приведен в табл. 9.

Таблица 9

Химический состав порошковых флюсов для газовой сварки меди и ее сплавов

Компоненты	Содержание по массе во флюсах, %
	№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7	№8
Бура	100	-	50	75	50	50	70	56
Борная кислота	-	100	50	25	35	-	10	-
Поваренная соль	-	-	-	-	-	-	20	22
Кислый фосфорнокислый натрий	-	-	-	-	15	15	-	-
Кварцевый песок	-	-	-	-	-	15	-	-
Древесный уголь	-	-	-	-	-	20	-	-
Углекислый калий	-	-	-	-	-	-	-	22

Для сварки меди и ее сплавов также находит применение флюс, состоящий из 78 % буры, 4 % борной кислоты, 13 % хлористого натрия и 5 % двууглекислого натрия.

Находят применение и газообразные флюсы БМ-1 и БМ-2. В сварочную ванну эти флюсы подаются в виде паров. Ацетилен пропускается через флюсопитатель, в котором насыщается парами флюса, и затем подается в горелку. В состав флюса БМ-1 входят тетраметилборат (СН₃О)₃В (75%) и метанол СН₃ОН (25 %). Флюс БМ-2 состоит из одного тетраметилбората.

Для сварки латуни и бронзы в основном можно применять те же флюсы, что и для сварки меди. Кроме того, можно использовать флюсы, химический состав которых приведен в табл. 10.

Таблица 10

Химический состав флюсов для газовой сварки латуни и бронзы

Компоненты	Содержание по массе во флюсах, %
	№ 1	№ 2
Борная кислота	35	80
Бура	50	20
Кислый фосфорнокислый натрий	15	-

При сварке чугуна применяют основные флюсы. В состав основных флюсов входят оксиды и соли калия K₂O, K₂CO₃, KCl, KF, натрия Na₂O, Na₂CO₃, NaNO₃, NaHCO₃, NaCl, NaF, кроме того, можно также применять и буру. Для сварки чугуна можно применять также газообразные флюсы БМ-1 и БМ-2, а также флюсы-пасты ФСЧ-1 и ФСЧ-2. Химический состав флюсов-паст для газовой сварки чугуна приведен в табл. 11.

Таблица 11

Химический состав флюсов-паст для газовой сварки чугуна

Компоненты	Содержание по массе во флюсах, %
	ФСЧ-1	ФСЧ-2
Сода кальцинированная	27	25
Бура	23	18
Селитра натриевая обезвоженная	50	56,5
Литий углекислый обезвоженный	-	0,5
Вода	1	1

Для газовой сварки алюминия и его сплавов применяют флюсы АФ-4А, АН-А201, ВАМИ, КМ-1; магния и его сплавов – флюсы ПО, МФ-1, №13 и ВФ-156. При газовой сварке алюминиевых бронз применяют те же флюсы, что и для сварки алюминия. Флюсы для сварки сплавов магния и алюминия обычно состоят из солей LiCl, KCl, NaCl, BaCl₂, CaF₂ , KF, NaF, Na₂CO₃, Na₂PO₅, MgO, MgF₂, KdF₂, а также криолита AlF₃3NaF. Химический состав флюсов для газовой сварки сплавов алюминия и магния приведен в табл. 12 и 13.

При сварке сплавов никеля применяют в качестве флюсов смесь Na₂B₄O₇ 10Н₂О, Н₃Б0₃, NaCl, CaF₂, MgCl₂, MnCl₂.

При сварке цинка применяют флюс из смеси нашатыря и хлористого цинка. При сварке свинца флюс состоит из смеси стеарина и канифоли.

Таблица 12

Химический состав флюсов для газовой сварки сплавов алюминия

Компоненты	Содержание по массе во флюсах, %
	АФ-4А	АН-А201	ВАМИ	КМ-1
Хлористый калий	55	-	50	45
Хлористый натрий	28	-	30	20
Хлористый литий	14	15	-	-
Фтористый натрий	3	-	-	15
Фтористый литий	-	15	-	-
Хлористый барий	-	70	-	20
Криолит	-	-	20	-

Таблица 13

Химический состав флюсов для газовой сварки сплавов магния

Компоненты	Содержание по массе во флюсах, %
	ПО	МФ-1	№13	ВФ-156
Фосфорнокислый натрий	-	-	11	-
Фтористый литий	21,1	15	16	19
Фтористый кадмий	-	-	15	-
Криолит	-	20	-	2,8
Фтористый магний	26,2	10	19	24,8
Фтористый барий	35,2	30	26	33,8
Фтористый кальций	17,4	25	13	14,8
Окись магния	-	-	-	4,8