Плавленые флюсы для сварки углеродистых сталей

Получения качественных швов на углеродистых и низколегированных конструкционных сталях в настоящее время практически достигают применением следующих сочетаний флюсов и сварочных проволок: 1) плавленый высококремнистый марганцевый флюс и обычная низкоуглеродистая сварочная проволока; 2) плавленый высококремнистый безмарганцевый флюс и низкоуглеродистая марганцовистая сварочная проволока; 3) керамический флюс и обычная низкоуглеродистая сварочная проволока.

Общим для первых двух сочетаний является применение высококремнистых флюсов и проволоки из кипящей или полуспокойной стали. Успокоить металл сварочной ванны и предупредить появление пористости при сварке кипящей стали можно путем введения некоторого количества кремния из флюса. Легируют металл шва марганцем с целью повышения стойкости против образования кристаллизационных трещин или через флюс (первое сочетание), или через проволоку (второе сочетание).

Сравнение этих сочетаний флюса и проволоки показывает, что сварочные свойства высококремнистых марганцевых флюсов несколько лучше, чем высококремнистых безмарганцевых. Положительным свойством высококремнистых марганцевых флюсов является высокая стойкость сварных швов против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено малым переходом серы из флюсов данного типа в металл шва и сравнительно сильным выгоранием углерода из металла сварочной ванны. Кроме того, положительно влияет более низкое по сравнению с содержанием в марганцовистой проволоке содержание углерода в низкоуглеродистой сварочной проволоке, используемой в сочетании с высококремнистыми марганцевыми флюсами.

При сварке под высококремнистыми марганцевыми флюсами пористость сварных швов меньше, чем при сварке под высококремнистыми безмарганцевыми флюсами.

Преимуществом высококремнистых безмарганцевых флюсов является лучшая отделимость шлака с поверхности шва в связи с меньшим окислительным действием флюса на затвердевающий металл шва, вследствие чего образование окисной пленки на поверхности шва происходит медленнее и затрудняется сцепление шлака с этой поверхностью. В швах, сваренных под высококремнистыми безмарганцевыми флюсами, содержится меньше фосфора, потому что в шихте для их выплавки нет марганцевой руды.

По выделению вредных газов оба рассматриваемых сочетания равноценны. Первое сочетание хуже в отношении выделения в атмосферу соединений марганца.

На начальном этапе развития автоматической сварки в СССР использовали -почти исключительно первое сочетание флюса и проволоки. Кроме технологических преимуществ первого сочетания это было вызвано также некоторыми трудностями изготовления сварочной проволоки с высоким содержанием марганца и низким — углерода, в то время как обычная низкоуглеродистая сварочная проволока не была дефицитной. Кроме того, выплавка высококремнистого марганцевого флюса не представляла затруднений в связи с наличием в нашей стране больших залежей высококачественной марганцевой руды.

К высококремнистым марганцевым флюсам относятся АН-348-А, АН-348-АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-60, ФЦ-9 и др., предназначенные для механизированной сварки и наплавки углеродистых и низколегированных сталей низкоуглеродистой и низколегированной сварочной проволокой. Из них наиболее широко применяются флюсы АН-348-А, АН-60 и ОСЦ-45. С согласия потребителей допускается поставка флюса марки АН-348-АМ с содержанием фтористого кальция до 5,5% для автоматической сварки проволокой диаметром не более 3 мм. Это связано как с тенденцией значительного расширения применения при автоматической сварке под флюсом тонкой сварочной проволоки, так и тем, что при автоматической сварке опасность выделения вредных фтористых газов меньше, чем при полуавтоматической.

Как видно из табл. 7-31, флюсы АН-348-А и АН-348-АМ отличаются от флюсов ОСЦ-45 и ОСЦ-45М содержанием CaF2. Большое содержание CaF2 в высококремнистом марганцевом флюсе повышает стойкость металла шва против образования пор (рис. 7-34). Чем выше содержание CaF2, тем больше ржавчины может находиться в зоне сварки без опасности появления

пористости швов. Более высокое содержание CaF2 во флюсах ОСЦ-45 и ОСЦ-45М, в сравни нии с флюсами АН-348-А и АН-348-АМ, вызывает более интенсивное выделение в атмосферу дуги фтористых соединений, предупреждающих образование пор от водорода. Вместе с тем ухудшаются устойчивость горения дуги и гигиенические условия труда.

За длительное время практического применения флюсов упомянутых марок определилась номенклатура производств и изделий, где при сварке преимущественно применяют ту или иную марку флюса. В машиностроении, вагоностроении и ряде других отраслей промышленности в основном применяют флюсы АН-348-А и АН-348-АМ, в судостроении же обычно используют флюсы ОСЦ-45 и ОСЦ-45М.

Согласно ГОСТ 9087—69 Флюсы сварочные плавленые, приведенные в табл. 7-31, флюсы следует поставлять в виде однородных по строению зерен без включений инородных частиц, в том числе нерастворившихся частиц сырьевых материалов, угля, кокса, стружки и т. п. Как исключение допускается содержание частиц инородных материалов в навеске 10 г не более 10 шт. Допускается также наличие во флюсах АН-348-А и АН-348-АМ не более 10% белых и желтых непрозрачных зерен, во флюсах ОСЦ-45 и ОСЦ-45М не более 5% зерен черного цвета. Строение и цвет зерен флюсов, согласно ГОСТ 9087—69, должны соответствовать указанным в табл. 7-32. При этом все промежуточные оттенки также допустимы.

Размеры зерен флюса должны соответствовать указанным в табл. 7-33. Стекловидный флюс с размером зерен не более 2,5 или 3 мм и пемзовидный флюс с размером зерен не более 4 мм предназначены для автоматической сварки проволокой диаметром не менее 3 мм. Стекловидный флюс с размером зерен не более 1,6 мм предназначен для автоматической и полуавтоматической сварки проволокой диаметром не более 3 мм.

Флюсы поставляют партиями, состоящими из флюса одной марки. Масса партии не должна превышать 60 т. Флюс упаковывают в бумажные мешки или другую тару, обеспечивающую его сохранность при транспортировке. Для перевозки малыми партиями в сборных вагонах или автотранспортом флюс должен быть упакован в деревянную или металлическую тару. По соглашению с потребителем допускается отгрузка флюса в крытых вагонах насыпью. Влажность отправляемого потребителям флюса не должна превышать 0,10% (для флюса АН-60 не более 0,05%),

Объемная масса сварочных плавленых флюсов согласно ГОСТ 9087—69 должна соответствовать указанной в табл. 7-34. Малая объемная масса пемзовидного флюса обеспечивает высокую подвижность сварочной дуги, потому что на его плавление затрачивается меньше тепловой энергии дуги, чем на плавление такого же объема стекловидного флюса. Вследствие высокой подвижности дуги при сварке под пемзовидным флюсом при том же режиме формируются более широкие швы с меньшей высотой утолщения, чем при сварке под стекловидным флюсом. При такой форме шва

меньше опасность несплавления шва с основным металлом, что особенно важно при сварке на большой скорости.

Пористость сварных швов тем меньше, чем больше фтористого кремния находится в атмосфере дуги. Фтористый кремний образуется при сварке вследствие взаимодействия кремнезема с фтористым кальцием. Фтористый кремний — это газ со специфическим резким запахом. Он образуется на поверхности частиц флюса, содержащих в своем составе кремнезем и фтористый кальций и нагретых до температуры выше 600° С. Количество выделенного фтористого кремния тем больше, чем выше температура нагрева частиц флюса, больше их поверхности и выше содержание Si02 и CaF2.

Так как пемзовидный флюс имеет значительно большую поверхность зерен, чем стекловидный, то при одинаковом химическом составе во время сварки под пемзовидным флюсом выделяется значительно больше фтористого кремния, чем под стекловидным. Соответственно этому пористость швов, сваренных под пемзовидным флюсом, меньше чем швов, сваренных под стекловидным флюсом. Испытание на стойкость швов против образования пор от ржавчины проводили при скорости сварки 30 м/ч. На рис. 7-35 видно, что флюс АН-60, объемная масса которого составляет 0,8—1,0 г/см3, допускает без опасности образования пор в 2— 2,5 раза больше ржавчины, чем стекловидный флюс такого же химического состава с объемной массой 1,6 г/см3.

Из флюсов пемзовидного строения наиболее широко применяют АН-60 и в основном при изготовлении стальных труб большого диаметра для газопроводов. Он предназначен для сварки с большой скоростью. Его высокие технологические свойства (хорошее формирование шва и большая стойкость шва против образования пор) обусловлены пемзовидным строением зерен. При-

дание флюсу стекловидного или пемзовидного строения достигается соответствующим способом ведения плавки и грануляции флюса.

Для полуавтоматической сварки углеродистых и низколегированных сталей используют флюс ФЦ-9, разработанный в. Флюс обладает хорошими технологическими свойствами и выделяет мало фтористых газов, что связано с низким содержанием в его составе CaF2. Эта особенность очень важна при полуавтоматической сварке, когда сварщик находится ближе к дуге, чем при автоматической. Поэтому к флюсам, предназначенным для полуавтоматической сварки, предъявляют более жесткие требования в отношении выделения вредных газов, чем к флюсам для автоматической сварки.

Наиболее простой и надежный способ значительного уменьшения выделения вредных газов при сварке под флюсом — это применение флюсов, вовсе не содержащих фтористых соединений. Однако ввиду отсутствия в составе флюса фтористых соединений стойкость сварных швов против образования пор очень низкая. Такие флюсы имеют хорошие стабилизирующие свойства и в процессе сварки мало выделяют вредных газов, однако они обеспечивают плотные швы только на чистом металле. В связи с низкой стойкостью против образования пор применение бесфтористых флюсов весьма ограниченное.

Высококремнистые безмарганцевые флюсы находили и находят применение в зарубежных странах. Они предназначены для сварки углеродистых и некоторых низколегированных сталей сварочной проволокой с повышенным содержанием марганца. В табл. 7-35 приведены составы высококремнистых безмарганцевых флюсов, применявшихся в США (UM20, UM30) и ФРГ (Blau). Там же дан состав отечественного флюса АН-5, разработанного в Институте электросварки имени Е. О. Патона.

Для сварки стали большой толщины на мощных режимах разработаны флюсы ФЦ-4 и ФЦ-5 (табл. 7-35). Имея высокие стабилизирующие свойства, эти флюсы обеспечивают длинную дугу, необходимую при однопроходной сварке металла большой толщины. Тенденция применения флюсов с высокими стабилизирующими свойствами в зарубежных капиталистических странах обусловлена стремлением работать на возможно более мощных режимах. Однако это целесообразно только в случае сварки толстого металла. При сварке же стали малой и средней толщины это сопряжено с необходимостью тщательной очистки поверхности свариваемого металла от ржавчины и загрязнений вследствие более низкой стойкости против образования пор флюсов с высокими стабилизирующими свойствами.

Для повышения производительности сварки под флюсом стыковых швов все шире применяется однопроходная сварка с обратным формированием валика на флюсовой или флюсомедной подушке. Чтобы избежать образования в таких швах шлаковых

каналов, необходимо, чтобы подкладочный флюс был достаточно тугоплавким.