3. Сварочные материалы. Сварочные флюсы (для дуговой и электрошлаковой сварки).

Cварочный флюс – гранулированный порошок с размером зерен 0,2–4 мм, предназначенный для подачи в зону горения дуги при сварке. Под действием высокой температуры флюс расплавляется, при этом

• создает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны;

• обеспечивает стабильность горения дуги и переноса электродного металла в сварочную ванну;

• обеспечивает требуемые свойства сварного соединения;

• выводит вредные примеси в шлаковую корку.

Сварочные флюсы классифицируются по технологии производства, химическому составу, назначению и др. характеристикам.

По способу производства сварочные флюсы делятся на плавленые и керамические (неплавленые). Рудоминеральные компоненты плавленых флюсов расплавляются в печи, а затем гранулируются, подвергаются прокалке и фракционированию. Керамические флюсы представляют собой сухие смеси компонентов, получаемые в результате смешивания минералов и ферросплавов с жидким стеклом с дальнейшей сушкой, прокалкой и фракционированием. Наиболее распространенными являются плавленые флюсы.

В зависимости от химического состава флюсы бывают оксидные, солеоксидные и солевые.

Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фторидных соединений. Они предназначены для сварки низколегированных и фтористых сталей. Оскидные флюсы по содержанию SiO₂ подразделяются на бескремнистые (содержание SiO₂ меньше 5%), низкокремнистые (6–35% SiO₂), высококремнистые (содержание SiO₂больше 35%), а по содержанию марганца – на безмарганцевые (содержание марганца меньше 1%), низкомарганцевые (меньше 10% марганца), среднемарганцевые (10–30% марганца) и высокомарганцевые (более 30% марганца).

Солеоксидные (смешанные) флюсы по сравнению с оксидными содержат меньше оксидов и большее количество солей. Количество SiO₂ в них снижено до 15–30%, MnO до 1–9%, а содержание CaF₂ увеличено до 12–30%. Солеоксидные флюсы используются для сварки легированных сталей.

Солевые флюсы не содержат оксидов и состоят из фторидов и хлоридов CaF₂, NaF, BaCl₂ и др. Они применяются для сварки активных металлов, а также для электрошлакового переплава.

Флюсы могут предназначаться для сварки высоколегированных сталей, углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и сплавов и т. п.

По строению зерен (частиц) сварочный флюс может быть стекловидным, пемзовидным или цементированным.

Химическая активность флюса – одна из его важных характеристик, определяемая по суммарной окислительной способности. Показателем активности флюса служит относительная величина А_ф со значением от 0 до 1. В зависимости от химической активности флюсы подразделяются на четыре вида:

• высокоактивные (А_ф > 0,6);

• активные (А_ф от 0,3 до 0,6);

• малоактивные (А_ф от 0,1 до 0,3);

• пассивные (А_ф < 0,1).

Флюсы для сварки низкоуглеродистых сталей

Для сварки низкоуглеродистых сталей используют оксидные флюсы. При этом возможны две комбинации систем «флюс–сварочная проволока»:

1. Высококремнистый высокомарганцевый флюс в сочетании с низкоуглеродистой нелегированной проволокой (Св08, Св08А и др.);

2. Высококремнистый низкомарганцевый или безмарганцевый флюс в сочетании с низкоуглеродистой проволокой, легированной марганцем, например, Св10Г2.

Легирование сварного шва марганцем в первой системе выполняется за счет флюса, во второй – за счет проволоки. Легирование кремнием в обеих системах осуществляется за счет флюса. Первая комбинация применяется в основном в России, вторая – за рубежом.

Наиболее распространенными отечественными флюсами для сварки низкоуглеродистых сталей являются следующие:

• высококремнистые высокомарганцевые – стекловидные АН-348, АНЦ-1, ОСЦ-45, ФЦ-3, ФЦ-6, ФЦ-9 и пемзовидный АН-60; химическая активность А_ф – от 0,75 до 0,9–0,95;

• высококремнистые среднемарганцевые стекловидные АН-1, АН-65, ФЦ-7; химическая активность А_ф – от 0,75 до 0,9;

• высококремнистый низкомарганцевый флюс ФВТ-4 (стекловидный); химическая активность А_ф = 0,6; 

Флюсы для сварки низколегированных сталей

При сварке низколегированных сталей используются флюсы с более низкой химической активностью (А_ф от 0,3 до 0,6), чем при сварке низкоуглеродистых сталей. В них содержится меньшее количество оксидов SiO₂ и MnO и большее количество CaF₂ и СаО. За счет меньшей активности сварочного флюса снижается окисление легирующих элементов в стали и улучшается пластичность шва, однако при этом несколько ухудшается формирование шва, повышается вероятность порообразования.

Наиболее распространенные отечественные флюсы для сварки низколегированных сталей:

• низкокремнистые низкомарганцевые – ФЦ-11, ФЦ-15, ФЦ-16, ФЦ-22, ФВТ-1, АН-43;

• низкокремнистые средне-марганцевые – АН-42, АН-47.

Флюсы для сварки средне- и высоколегированных сталей

При сварке средне- и высоколегированных сталей обычно используются малоактивные флюсы (А_ф от 0,1 до 0,3). В них содержится еще меньшее количество SiO₂, практически отсутствует MnO, содержание CaO – до 20%, CaF₂ – от 10–20 до 60% (для более легированных сталей содержание CaF₂ во флюсе повышается).

Известные отечественные флюсы для сварки средне- и высоколегированных сталей:

• малоактивные – АН-15, АН-17, АН-18, АН-20, АН-45, АВ-5, ФЦ-17, ФЦ-19, НФ-18, ОФ-6;

• активный сварочный флюс АН-26 (А_ф составляет около 0,5).

Флюсы для сварки активных металлов

Для сварки активных металлов, например, титана, применяются полностью солевые флюсы. В них не добавляются оксиды, поскольку это приводит к загрязнению швов кислородом и резкому снижению их пластичности. Флюсы производят на основе фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, например, с таким составом: 85–95% CaF₂, 0–19% BaCl, 1–6% NaCl, 0-4% CaCl.

Таблица. Химический состав некоторых флюсов, применяемых при дуговой сварке

	Химический состав, %
Флюс		кремне- зем SiO2	глино- зем Al2O3	MnO	CaO	MgO	CaF2	Fe2O3 **	S	P
АН-348-А*		40–44	≤ 6	31–38	≤ 12	≤ 7	3–6	0,5–2,0	≤ 0,12	≤ 0,12
ОСЦ-45 *		37–44	≤ 6	37–44	≤ 10	≤ 3	5–9	0,5–2,0	≤ 0,12	≤ 0,14
АН-18 *		17–21	14–18	2,5–5,0	14–18	7–10	19–23	13,5–16,5	≤ 0,05	≤ 0,05
АН-42 *		30–34	13–18	14–19	12–18	–	14–20	≤ 1,0	≤ 0,06	≤ 0,10
АН-43 *		18–22	30–36	5–9	14–18	≤ 2	17–21	2,0–5,0	≤ 0,05	≤ 0,05
АН-47 *		28–33	9–13	11–18	13–17	6–10	8–13	0,5–3,0	≤ 0,05	≤ 0,08
АН-60 *		42–46	≤ 6	36–41	≤ 10	≤ 3	5–9	≤ 0,9	≤ 0,05	≤ 0,05
АН-65 *		38–42	≤ 5	22–28	≤ 8	7–11	8–12	≤ 1,5	≤ 0,05	≤ 0,05
ФЦ-7		46–48	≤ 3	24–26	≤ 3	16–18	5–6	≤ 2	≤ 0,10	≤ 0,10
ФЦ-9 *		38–41	10–13	38–41	≤ 8	≤ 3	2–3	≤ 1,5	≤ 0,10	≤ 0,10
ФЦ-17		24–28	18–22	–	≤ 6,0	23–27	11–18	≤ 1,0	≤ 0,03	≤ 0,025
ФЦ-19		20–25	18–23	–	≤ 6,0	20–25	16–21	1,0–3,0	≤ 0,03	≤ 0,03
ФЦ-22		33–37	16–21	6–9	5–9	18–22	8–12	≤ 1,0	≤ 0,04	≤ 0,03
ФВТ-1		31–35	17–22	8–11	2–6	19–24	8–12	≤ 1,0	≤ 0,05	≤ 0,05
48-ОФ-6		3,5–6,0	20–24	≤ 0,3	16–20	≤ 2,0	50–60	≤ 1,0	≤ 0,025	≤ 0,025
* – согласно ГОСТ 9087-81 «Флюсы сварочные плавленые. Технические условия»
** – для значений по ГОСТ 9087-81 содержание оксидов железа приведено в пересчете на Fe2O3
*** – для флюса АН-47 содержание TiO2 и ZrO2 по массе составляет соответственно 4,0–7,0% и 1,1–2,5%
**** – для флюса АН-65 содержание TiO2 и ZrO2 по массе составляет соответственно 4,0–7,0% и 4,0–7,0%
***** – для флюсов ФЦ-17 и ФЦ-19 содержание K2O и Na2O составляет 5–10%, содержание Cr2O3 – 0,5–2,0%
****** – для флюса ФВТ-1 содержание K2O и Na2O составляет не более 2,5%

Таблица. Области применения флюсов

Флюс	Характерная область применения при дуговой сварке
АН-348-А ОСЦ-45 ФЦ-9	углеродистые низколегированные стали
АН-18	средне- и высоколегированные стали
АН-42 АН-43 АН-47	углеродистые низколегированные и среднелегированные стали высокой и повышенной прочности
АН-60	углеродистые низколегированные стали, сварка труб
АН-65	углеродистые низколегированные стали, сварка на высоких скоростях
ФЦ-7	низкоуглеродистые стали, сварка на больших токах
ФЦ-17	высоколегированные стали аустенитного класса
ФЦ-19	высокохромистые стали
ФЦ-22	сварка угловыми швами углеродистых и легированных сталей
ФВТ-1	сварка углеродистых и легированных сталей с повышенной скоростью (до 150 м/ч)
48-ОФ-6	сварка высоколегированной проволокой

Производство флюса

Технология производства плавленого сварочного флюса представлена на рисунке ниже.

Основные этапы технологии производства:

1. Подготовка шихты

2. Выплавка флюса

3. Грануляция

4. Обработка

5. Контроль качества произведенного флюса

6. Упаковка

Компоненты флюса должны храниться раздельно по партиям согласно нормативно-технической документации. При подготовке шихты выполняются крупное, среднее и мелкое дробление кусковых компонентов, их мойка и сушка. Далее производятся их взвешивание, дозировка согласно рецепту и смешивание.

Выплавка флюса осуществляется в электродуговых или газопламенных печах. Сварочный флюс после выплавки в газопламенной печи всегда гранулируется мокрым способом и получается стекловидным, а флюс, выплавленный в электродуговой печи может гранулироваться сухим способом и быть пемзовидным.

Грануляция флюса может выполняться мокрым и сухим способом. При мокрой грануляции расплав выливается в наполненный водой бассейн и при соприкосновении с холодной водой делится на мелкие частицы. При сухом способе грануляции расплав сливают в металлический поддон или изложницу с последующим дроблением слитка.

При обработке флюса выполняются его сушка, дробление и просеивание. По окончании просеивания мелкую и крупную фракции, не соответствующие ТУ, возвращают на переплав.

При контроле качества флюса проверяются размер зерен, удельный вес, химический состав, влажность и другие характеристики.

Упаковка флюса может осуществляться в полиэтиленовые мешки, пятислойные бумажные мешки, металлические барабаны или ящики.