4.1 Флюси для зварювання низьколегованих сталей

Окрім задоволення загальних вимог до флюсів, флюси, призначені для зварювання низьколегованих сталей, повинні сприяти отриманню металу шва підвищеної міцності з високими значеннями ударної в'язкості при низьких температурах. Якщо міцність і хімічний склад металу шва визначаються хімічним складом зварювального дроту і основного металу, то його ударна в'язкість в значній мірі залежить від флюсу. Для отримання високої ударної в'язкості металу шва потрібно забезпечити його дрібнокристалічну структуру, низький вміст шкідливих домішок і неметалічних включень. З цією метою необхідно знижувати вміст SiO₂ у флюсі. Така вимога до складу флюсу привела до переважного використання низькокременевих флюсів при зварюванні низьколегованих сталей.

При зварюванні низьколегованих сталей потрібно забезпечити можливо низький вміст водню в металі шва, це досягається шляхом застосування флюсів з підвищеною окиснювальною здатністю і спеціальних технологічних заходів. Необхідна міцність металу шва на низьколегованих сталях досягається за рахунок легування його марганцем, хромом, нікелем, молібденом і ванадієм, а не за рахунок підвищення вмісту в нім вуглецю, який сприяє підвищенню схильності швів до утворення тріщин кристалізацій.

Сучасні низьколеговані сталі підвищеної міцності при зварюванні вимагають обмеження підведення теплоти, щоб запобігти зменшенню міцності основного металу в навколошовній зоні. Це досягається накладенням багатошарових швів при зварюванні металу середньої і великої товщини. У зв'язку з цим до флюсу, призначеного для зварювання таких сталей, пред'являються підвищені вимоги відносно віддільності шлакової кірки і якості формування шва.

Існує два принципово різних підходи до питань металургії зварювання легованих сталей під флюсом. Перший з них полягає у використанні хімічно нейтральних флюсів у поєднанні із зварювальними дротами, близькими по складу до основного металу. Флюси в цьому варіанті практично не містять таких неміцних окисів, як FeО, МnО, SiO₂ і ТiO₂, які при дисоціації виділяють кисень.

Другий підхід передбачає створення в зоні зварювання окиснювальних умов шляхом введення до складу флюсу неміцних оксидів, що легко розкладаються при нагріванні. Це забезпечує проходження ряду корисних металургійних реакцій, які не можуть мати місця при зварюванні під флюсами нейтрального типу. За рахунок цих реакцій знижується концентрація розчинених в рідкому металі водню і вуглецю, що підвищує стійкість швів проти утворення пір і тріщин; полегшується утворення зародків і видалення в шлак виниклих окисних включень; забезпечується сприятливіший розподіл сірки і фосфору між металом і шлаком, що підвищує стійкість швів проти тріщин кристалізацій.

Такі особливості окиснювального варіанту процесу зварювання в порівнянні з нейтральним сприяли створенню більшості матеріалів (зокрема флюсів), що мають окиснювальний характер, для зварювання низьколегованих сталей.

Більшість плавлених флюсів, призначених для зварювання низьколегованих сталей, є низькокременевими слабоокиснюючими. До них відносяться флюси АН-10, АН-22, АН-47, АН-65 і ін. Дослідним шляхом встановлено, що погіршення формування швів, викликане зниженням вмісту SiO₂ у флюсі, частково може бути компенсоване підвищенням вмісту А1₂О₃, яке подібно SiO₂ здатне додавати флюсу в'язкість, робити його шлак довгим. Тому у складі флюсів для зварювання низьколегованих сталей зазвичай багато окису алюмінію, причому його концентрація тим вище, чим менше міститься SiO₂. Подібно до окису алюмінію на в'язкість флюсу діють і інші комплексообразуючі окиси, наприклад ZrO₂. Введення у флюс значної кількості А1₂О₃ замість SiO₂ знижує його хімічну активність по відношенню до металу зварювальної ванни, зменшує забрудненість металу шва неметалічними включеннями і сприяє поліпшенню його механічних властивостей.

Низькокременеві флюси сприяють підвищенню ударної в'язкості металу шва при низьких температурах (нижче – 35° С). Якщо така вимога до металу шва не пред'являється, то можливе використання висококременевих флюсів, що відрізняються вищими зварювально-технологічними властивостями, ніж низькокременеві. В деяких випадках для зварювання низьколегованих сталей можна застосовувати флюси, призначені для зварювання середньолегованих сталей.

Першими вітчизняними низькокременевими флюсами, розробленими для зварювання низьколегованих сталей, були АН-10 і АН-22. Флюс АН-22 використовують в даний час при дуговому і електрошлаковому зварюванні низьколегованих сталей підвищеної міцності. При дуговому зварюванні флюс АН-22 у поєднанні з відповідними дротами забезпечує отримання зварних швів з необхідними показниками механічних властивостей. Метал шва мало забруднений неметалічними включеннями. Проте цей флюс має і недоліки: недостатньо добре формування швів і порівняно низьку їх стійкість проти утворення пір, що обумовлене пониженим вмістом в нім SiO_2. В результаті подальших розробок були створені флюси АН-42, АН-15, АН-15М, ФЦ-11 і ін., що перевершують флюс АН-22 по зварювальних властивостях і разом з тим забезпечують збільшені вимоги до механічних властивостей металу шва.