1.3.2 Сварка под флюсом

Сущность процесса дуговой сварки под флюсом заключается в применении непокрытой сварочной проволоки 1 и гранулированного флюса 3, насыпаемого впереди дуги слоем определенной толщины. Сварку ведут дугой, горящей под слоем флюса в пространстве газового пузыря 4, образующегося в результате выделения паров и газов в зоне дуги. Сверху пузырь ограничен пленкой расплавленного флюса 5, снизу – сварочной ванной 7. Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны 7 приводит к образованию сварного шва 6. По мере сварки давление газов в пузыре возрастает. Наступает момент, когда газы прорываются через пленку расплавленного шлака и удаляются в окружающую атмосферу. Периодически процесс удаления газа повторяется.

Рисунок 3 - Схема процесса ручной дуговой сварки под флюсом

Хороший контакт шлака и металла, наличие изолированного от внешней среды пространства обеспечивают благоприятные условия для защиты и металлургической обработки металла сварочной ванны и тем самым способствуют получению швов с высокими механическими свойствами. В отличие от ручной дуговой сварки металлическим электродом при сварке под флюсом, так же как и при сварке в защитных газах, токоподвод к электродной проволоке 2 осуществляется на небольшом расстоянии (вылет электрода) от дуги (до 70 мм). Это позволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные токи (до 2000 А).

Хорошая теплоизоляция сварочной дуги (η_и =0,8-0,9), повышенное давление газов над ванной (7-9 г/см²) и большая плотность сварочного тока (плотность в пятне нагрева достигает ~10³ Вт/см²) способствуют более глубокому проплавлению свариваемого металла. Это в свою очередь позволяет уменьшить глубину разделки и сократить количество металла, наплавляемого на единицу длины шва. Оба эти фактора становятся решающими в вопросе повышения производительности процесса.

К недостаткам процесса следует отнести трудность сварки металлов небольшой толщины и при выполнении швов в положениях, отличных от нижнего. Затруднено визуальное наблюдение за процессом.

Сваркой под флюсом соединяют многие металлы: стали, алюминий, титан, медь и их сплавы.

Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоянным током. В зависимости от способа перемещения дуги относительно изделия сварка выполняется автоматически и полуавтоматически. При автоматической сварке подача электродной проволоки в дугу и перемещение ее осуществляется специальными механизмами. При полуавтоматической сварке дугу перемещает сварщик вручную.

1.4 Выбор сварочных материалов

1.4.1 Дуговая сварка покрытыми электродами

К сварочным материалам, применяемым в данном способе сварки относятся покрытые электроды. Применяемые электроды должны обеспечивать:

1) устойчивое горение дуги и хорошее формирование шва;

2) получение металла сварного шва заданного химического состава;

3) равномерное и спокойное расплавление электродного стержня и покрытия, минимальное разбрызгивание электродного металла;

4) максимально возможную производительность;

5) легкость отделения шлаковой корки и прочность нанесения покрытия;

6) сохранение физико-химических и технологических свойств в течении заданного промежутка времени;

7) минимальное токсичность при изготовлении и при сварке.

Классифицировать покрытые электроды можно по следующим признакам:

1. По назначению:

Для сварки сталей;

Для сварки чугуна;

Для сварки цветных металлов;

Электроды для наплавочных работ.

2. По технологическим особенностям:

Для сварки с глубоким проплавлением;

Для ванной сварки.

3. По виду и толщине покрытия.

4. По химическому составу стержней и покрытия.

5. По характеру шлака.

6. По механическим, свойствам металла шва.

7. По способу нанесения покрытия.

Для сварки низкоуглеродистых сталей следует применять электроды следующих марок:

ОММ-5, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-6, ЦМ-7, ОЗС-3, ОЗС-4, ОЗС-6, СН-5, МР-1, РБУ-5, Эре-2, КПЗ-32Р, АНО-1, ДСК-50, ВСП-1, ВСЦ-2, К-5А, УОНИ-13/45, УП-2/45, СМ-11,

ОЗС-2, ОМА-2

В зависимости от степени раскисленности стали, содержания углерода, а также условий сварки и требований, предъявляемым к металлу шва применяют электроды с кислым, основным, рутиловым и целлюлозным покрытиями. Во всех случаях стержень электродов изготовляют из сварочной проволоки Св-08 и Св-08А, а легирующие элементы (раскислители) в сварочную ванну вводят через покрытие.

К группе электродов для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей относятся электроды, предназначенные для сварки углеродистых сталей, содержащих до 0,25% углерода, и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 590 МПа. Основными характеристиками электродов являются механические свойства металла шва и сварного соединения: временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, угол изгиба. По этим показателям электроды, согласно ГОСТ 9467-75, классифицируются на следующие типы (в условном обозначении типа электрода две стоящие за буквой "Э" (электрод) цифры соответствуют минимальному временному сопротивлению разрыву металла шва или сварного соединения в кгс/мм²): Э38, Э42, Э46 и Э50 - для сварки сталей с временным сопротивлением до 490 МПа; Э42А, Э46А и Э50А - для сварки тех же сталей, когда к металлу шва предъявляются повышенные требования по относительному

удлинению и ударной вязкости; Э55 и Э60 - для сварки сталей с временным сопротивлением разрыву свыше 490 МПа и до 590 МПа. Указанным стандартом регламентируется содержание серы и фосфора в наплавленном металле.

Электроды для сварки углеродистых и низколегированных сталей характеризуются также уровнем сварочно-технологических свойств, в т.ч. возможностью сварки во всех пространственных положениях, родом сварочного тока, производительностью процесса, склонностью к образованию пор, а в некоторых случаях - содержанием водорода в наплавленном металле и склонностью сварных соединений к образованию трещин.

Перечисленные характеристики, которые необходимо учитывать при выборе конкретной марки электрода, в значительной степени определяются видом покрытия. Покрытие может быть кислым, рутиловым, основным, целлюлозным и смешанным/

Электроды с кислым покрытием. Основу этого вида покрытия составляют оксиды железа, марганца и кремния. Металл шва, выполненный электродами с кислым покрытием, имеет повышенную склонность к образованию горячих трещин. По механическим свойствам металла шва и сварного соединения электроды относятся к типам Э38 и Э42.

Электроды с кислым покрытием не склонны к образованию пор при сварке металла, покрытого окалиной или ржавчиной, а также при удлинении дуги. Сварку можно выполнять постоянным и переменным током.

Электроды с рутиловым покрытием. Основу покрытия таких электродов составляют рутиловый концентрат (природный диоксид титана). Металл шва, выполненный электродами с рутиловым покрытием, соответствует спокойной или полуспокойной стали. Стойкость металла шва против образования трещин у электродов с рутиловым покрытием выше, чем у электродов с кислым покрытием. По механическим свойствам металла шва и сварного соединения большинство марок рутиловых электродов относится к электродам типа Э42 и Э46.

Рутиловые электроды обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими видами электродов, а именно обеспечивают стабильное и мощное горение дуги при сварке переменным током, малые потери металла на разбрызгивание, легкую отделимость шлаковой корки, отличное формирование шва. Электроды мало чувствительны к образованию пор при изменении длины дуги, при сварке влажного и ржавого металла и по окисленной поверхности.

К электродам рассматриваемой группы также относятся электроды с ильменитовым покрытием, занимающими промежуточное положение между электродами с кислым и рутиловым покрытиями. В состав покрытия этих электродов в качестве основного компонента входят ильменитовый концентрат (природное соединение диоксидов титана и железа).

Электроды с основным покрытием. Основу этого вида покрытия составляют карбонаты и фтористые соединения. Металл, наплавленный электродами с основным покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали. Благодаря низкому содержанию газов, неметаллических включений и вредных примесей металл шва, выполненный этими электродами, отличается высокими показателями пластичности и ударной вязкости при нормальной и пониженной температурах, а также обладает повышенной стойкостью против образования горячих трещин. По механическим свойствам металла шва и сварных соединений электроды с основным покрытием относятся к электродам типа Э42А, Э46А, Э50А, Э55 и Э60.

Вместе с тем по технологическим характеристикам электроды с основным покрытием уступают другим видам электродов. Они весьма чувствительны к образованию пор при наличии окалины, ржавчины и масла на кромках свариваемых деталей, а также при увлажнении покрытия и удлинении дуги. Сварка, как правило, производится постоянным током обратной полярности. Перед сваркой электроды в обязательном порядке необходимо прокаливать при высоких температурах (250-4200С).

Электроды с целлюлозным покрытием. Покрытие этого вида содержит большое количество (до 50%) органических составляющих, как правило, целлюлозы. Металл, наплавленный целлюлозными электродами, по химическому составу соответствует полуспокойной или спокойной стали. В то же время он содержит повышенное количество водорода. По механическим свойствам металла шва и сварных соединений электроды с целлюлозным покрытием соответствуют электродам Э42, Э46 и Э50. Для целлюлозных электродов характерно образование равномерного обратного валика шва при односторонней сварке на весу, возможность сварки вертикальных швов способом сверху вниз.

Все описанные выше электроды, предназначенные для сварки углеродистых и низколегированных сталей, с любым видом покрытия должны отвечать требованиям ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 9467-75, а также требованиям технических условий на электроды. В технических условиях могут содержаться дополнительные требования, которые являются необходимыми для более эффективного ведения процесса и/или получения сварных соединений с особыми характеристиками и повышенной эксплуатационной надежностью.

Так как конструкция требует применения швов большой протяженности, то применим электроды, имеющие более высокий коэффициент наплавки. К таким электродам относятся электроды марки ОЗС-3.

Основное назначение электродов ОЗС-3 -высокопроизводительная сварка ответственных конструкций из углеродистых сталей с временным сопротивлением до 450 МПа в нижнем положении шва переменным током и постянным током обратной полярности.

Таблица 3 - Характеристика электродов

Марка электродов

Покрытие

Коэффициент наплавки

Производительность наплавки (для диаметра 4 мм)

Расход электродов на 1 кг наплавленного металла

ОЗС-3

Рутиловое

15г/А·ч

3,3 кг/ч

1,3

Временное сопротивление в, МПа	Предел текучести т, МПа	Относительное удлинение 5, %	Ударная вязкость aн, Дж/см2
490	390	27	140

Таблица 4 - Типичные механические свойства металла шва

Таблица 5 - Типичный химический состав наплавленного металла, %

C	Mn	Si	S	P
0,10	0,60	0,20	0,030	0,030

Таблица 6 - Геометрические размеры и сила тока при сварке

Диаметр, мм	Длина, мм	Ток, А	Среднее количество электродов в 1 кг, шт.
3,0	350	150 - 210	20
4,0	450	180 - 240	9
5,0	450	240 - 320	5

Особые свойства:

- обеспечивают высокую производительность процесса сварки

- допускают сварку по окисленной поверхности

Технологические особенности сварки:

Сварку производят на короткой и предельно короткой длине дуги (опиранием). Прокалка перед сваркой 150-170 °С; 1ч.

Условное обозначение:

Э46ОЗС-3УГ	ГОСТ 946675, ГОСТ 946775
Е 43 1 (2)РЖ46