Рубрика: Сварка

Дуговая сварка под флюсом — это дуговая сварка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса. Процесс отличается от других видов сварки наибольшей производительностью, высоким уровнем механизации сва­рочных работ и лучшими гигиеническими условиями труда. Экономичность процесса определяется снижением расхода сварочных материалов за счет со­кращения потерь металла на угар, разбрызгивание (не более 3%) и лучшего ис­пользования тепла дуги.

Сварку под флюсом применяют для изготовления машиностроительных из­делий, крупногабаритных резервуаров, строительных конструкций и труб из сталей, никелевых сплавов, меди, алюминия, титана и их сплавов.

Особенности процесса сварки под флюсом.

Сущность сварки под флюсом.

При этом способе сварки элек­трическая дуга горит под слоем сварочного флюса между электродной (свароч­ной) проволокой и свариваемым металлом (рис 1). Флюс засыпают впереди дуги из бункера слоем толщиной 40…80 и шириной 40…100 мм. Ролики специ­ального механизма подают электродную проволоку в дугу. Дуга перемещается в направлении сварки с помощью специального механизма (автоматическая сварка) или вручную (механизированная сварка). Сварочный ток, переменный или постоянный, прямой или обратной полярности, подводится от источника к электродной проволоке и изделию.

Сварочная дуга горит в газовом пузыре, образованном в результате плавле­ния флюса и металла и заполненном парами металла, флюса и газами. Перенос электродного металла осуществляется каплями, размер которых уменьшается с ростом тока и увеличивается с повышением напряжения, и мало влияет на потери на угар и разбрызгивание. Жидкая пленка флюса изолирует от возду­ха зону сварки, а затвердевший флюс образует на поверхности шва шлаковую корку, которая затем отделяется от поверхности шва. Масса флюса, идущего на шлаковую корку, обычно равна массе расплавленной сварочной проволоки.

Роль флюса при сварке.

Флюс влияет на устойчивость дуги, формирование и химический состав металла шва, стой­кость швов против образования пор и кристаллизационных трещин.

Устойчивость дуги повышает на­личие во флюсе оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, кото­рые увеличивают электрическую прово­димость и длину дугового промежутка. Соединения фтора, напротив, снижают эти показатели. Таким образом, в зави­симости от химического состава флюсы обладают разными стабилизирующими свойствами.

Форма шва определяется стабили­зирующими свойствами флюса, его на­сыпной массой и гранулометрическим составом. Флюс с плохими стабилизи­рующими свойствами, укорачивая дугу, приводит к формированию узких швов с большой глубиной проплавления и высоким усилением. Флюс с хорошими стабилизирующими свойствами позволяет удлинить дугу, получить широкие швы с малым проплавлением и небольшой высотой усиления.

Насыпная масса флюса пемзовидных плавленых флюсов (0,7…0,9 г/см³) меньше стекловидных (насыпная масса 1,4…1,7 г/см³) одинакового хими­ческого состава, поэтому на плавление пемзовидного флюса требуется вдвое меньше энергии и ширина швов больше.

Гранулометрический состав флюса (размер его зерен) также влияет на фор­му шва. Под мелким флюсом швы получаются более узкие, с большей глубиной проплавления и с большей высотой усиления, чем при использовании крупнозернистого флюса.

Химический состав металла шва определяется взаимодействием меж­ду жидким шлаком и металлом. Длительность этого взаимодействия обычно очень невелика и при дуговой сварке может колебаться от нескольких секунд до 1 минуты. Взаимодействие прекращается после затвердевания металла и шлака. Несмотря на кратковременность реакции, взаимодействие между шлаком и металлом при дуговой сварке, как правило, проходит очень энергич­но, что обусловлено высокими температурами расплавленных металла и шла­ка, значительными поверхностями их контакта и относительно большим коли­чеством шлака (в среднем 30…40% массы металла).

Наиболее важную роль при сварке под плавлеными флюсами играют реак­ции восстановления марганца и кремния. Переход марганца в шов тем значи­тельнее, чем больше МnО и меньше SiO₂ содержится в сварочном флюсе (шла­ке). Чем более кислый флюс, тем переход марганца меньше. Переход кремния из сварочного шлака в металл пропорционален концентрации SiO₂ в шлаке и обычно невелик (0,1…0,2%). Увеличение основности флюса снижает пере­ход кремния из шлака в металл.

Поры в швах появляются при повышенной влажности флюса и недостаточ­ной защите зоны сварки от воздуха (малый слой флюса, большие зазоры между свариваемыми кромками) за счет растворения водорода и образования СО₂. Компоненты флюса CaF₂ и SiO₂ способствуют образованию HF, нерастворимого в жидком металле, поэтому содержание водорода в металле шва и вероятность образования пор уменьшаются. Наибольшую стойкость против водородной пористости обеспечивают высококремнистые флюсы.

Чем более развита поверхность зерен флюса, тем больше выделяется газо­образных фторидов и тем интенсивней связывается водород в сварочной ван­не в нерастворимые соединения. Максимально развитую поверхность имеют пемзовидные флюсы, поэтому они наиболее эффективны против образования пор.

Стойкость швов против образования трещин при сварке низкоуглероди­стых и низколегированных сталей обеспечивают высококремнистые флюсы с высоким содержанием оксидов марганца (35…40%). Увеличение содержа­ния марганца в металле сварочной ванны и введение в нее алюминия и титана повышает стойкость швов против образования кристаллизационных трещин, уменьшая вредное влияние серы. Применение флюсов, окисляющих углерод в сварочной ванне, также способствует увеличению стойкости швов против трещин.

Электродные материалы при сварке под флюсом.

В промышленности преимущественное примене­ние находит способ сварки под флюсом сварочной проволокой диаметром от 2 до 5 мм. Однако в некоторых случаях сварку и особенно наплавку целесообразно выполнять ленточными электродами. Лента, применяемая для этих электро­дов, имеет толщину до 2 мм и ширину до 40 мм. Изменяя форму ленты, можно изменить и форму поперечного сечения шва, достигая повышенной глубины проплавления по его оси или получая более равномерную глубину проплавле­ния по всему сечению шва.

Производительность процесса сварки под флюсом.

По сравнению с руч­ной дуговой сваркой производительность увеличивается в 5…12 раз. При сварке под флюсом ток по электродной проволоке проходит только в ее вы­лете (участке от токоподвода до дуги), длина которого обычно не превышает 70 мм. Поэтому нет ограничений по температуре нагрева проволоки и можно использовать повышенные (25…200 А/мм²) плотности сварочного тока. Появляется возможность сваривать металл повышенной толщины без разделки кромок или уменьшить угол разделки и, следовательно, количество элек­тродного металла, необходимого для ее заполнения. Металл шва состоит на 80% из переплавленного основного металла. В результате скорость свар­ки может быть значительно увеличена. Соответственно, возрастает произво­дительность процесса.

Качество сварного соединения при сварке под флюсом.

Высокое качество достигается за счет на­дежной защиты расплавленного металла от взаимодействия с воздухом, его металлургической обработки и легирования расплавленным шлаком. Нали­чие шлака на поверхности шва уменьшает скорость кристаллизации металла сварочной ванны и скорость охлаждения сварного соединения. В результате металл шва не имеет пор, содержит пониженное количество неметаллических включений. Улучшение формы шва и стабильности его размеров, особенно глу­бины проплавления, обеспечивает постоянство химического состава и других свойств по всей длине шва.

Недостатки сварки под флюсом.

Повышенная жидкотекучесть расплавленного метал­ла и флюса делает возможной сварку только в нижнем положении при отклоне­нии плоскости шва от горизонтальной не более чем на 10…15°С.

Способы сварки под флюсом.

Наиболее часто сварку ведут одним электродом или одной ду­гой. Для расширения технологических возможностей и повышения производи­тельности сварки можно использовать несколько одновременно горящих дуг.

Многоэлектродная сварка под флюсом.

В этом случае питание дуг сварочным током производится от одного источника. При сварке двумя электродами, если рас­стояние между ними менее 20 мм, образуется единая сварочная ванна. Элек­троды могут располагаться поперек или вдоль стыка кромок или занимать промежуточное положение (рис. 2, а). Поперечное расположение электро­дов применяют для сварки отдельных слоев многослойных швов при увели­ченных зазорах в стыке между кромками, а также наплавки. Последователь­ное расположение электродов позволяет увеличивать глубину проплавления (рис. 2, в).

Многодуговая сварка под флюсом.

При этом способе каждый электрод присоединен к отдельному источнику постоянного, переменного тока, или дуги питаются разнородными токами. Образовавшиеся дуги могут гореть в одном газовом пу­зыре. Электроды располагаются перпендикулярно свариваемой поверхности или наклонно в плоскости, параллельной направлению сварки (рис. 2, б). При отклонении первой дуги на угол α₁ растет глубина проплавления, а при отклонении второй дуги на угол α₂ увеличивается ширина шва, определяемая этой дугой. Это позволяет избежать подрезов по кромкам шва, резко повысить скорость сварки, а значит, и производительность процесса.

При увеличенном расстоянии между электродами дуги горят в раздельные сварочные ванны. Обычно в таком случае электроды располагаются перпендикулярно поверхности изделия. Сварка по этой схеме позволяет уменьшить ве­роятность появления закалочных структур в металле шва и околошовной зоны. Это объясняется тем, что первая дуга выполняет предварительный подогрев, который уменьшает скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны после прохода второй дуги. Вторая дуга частично переплавляет первый шов и термически обрабатывает его. Изменяя сварочный ток каждой дуги и рас­стояние между ними, можно получать требуемый термический цикл сварки и таким образом регулировать свойства металла сварного соединения.

Сварка с дополнительной присадкой.

Стыковые швы с разделкой кромок и угловые швы, где требуется большое количество наплавленного металла, ино­гда выполняют с подачей дополнительного порошкового присадочного металла (ППМ). ППМ предварительно засыпают в зазор между кромками или подают на вылет электрода с помощью специальных дозаторов. Это на 50…70% уве­личивает количество наплавляемого металла, повышает производительность сварки, позволяет вести сварку по увеличенным зазорам, снизить перегрев ме­талла шва и уменьшить ширину зоны термического влияния.

Подготовка и сборка деталей под сварку под флюсом.

Основные типы соединений, конструктивные элементы и их размеры регламентируются двумя стандартами: ГОСТ 8713-79 и ГОСТ 11533-75.

Сборка деталей под сварку под флюсом.

Подготовка элементов к сварке под флюсом проводится любым механическим способом или методом термической резки (кислородной, плазменной). Очистка может производиться как механическими способами, так и газопламенной обработкой.

Сборку элементов со стыковыми швами проводят на стеллажах или специ­альных приспособлениях. Если свариваемые кромки имеют разную толщину, то должен быть сделан скос с одной или двух сторон листа большей толщины. Допустимые смещения (превышение) свариваемых кромок друг относительно друга приведены ниже.

Толщина листов, мм	до 4	4…10	более 10
Допустимые смещения кромок, мм	1	2	0,5S, но не более 3 мм

Зазор и взаимное расположение листов при сварке стыковых швов без раз­делки кромок фиксируется прихватками и технологическими планками. Дли­на прихваток 50…100 мм, расстояние между прихватками по длине стыка 500…550мм, высота усиления прихватки 3…4 мм. Сварку следует начинать на входных, а заканчивать на выходных технологических планках (рис. 3, а), которые после остывания шва удаляют.

При сборке стыковых соединений с разделкой кромок прихватки по длине стыка ставить не рекомендуется. Листы перед сваркой скрепляют концевыми планками (рис. 3, б). Разделка кромок входных и выходных технологиче­ских планок должна быть такая же, как и кромок основного соединения. Дли­на выходной планки должна быть на 40…50 мм больше кратера основного шва, ширина обычно равна 80…120 мм.

Сборку тавровых соединений обычно выполняют в специальных кондукторах, либо на стеллажах по разметке. Перед сваркой элементы соединяют прихватками (длина прихваток 80…120 мм, катет < 5 мм, расстояние между прихватками 500…600 мм). Перед сваркой к детали приваривают концевые планки (рис. 3, в) и при сварке «в лодочку», если зазор между элементами превышает 2 мм, выполняют подварочный шов со стороны, противоположной первому шву.

Формирующие приспособления при сварке под флюсом.

При сварке однопроходных стыковых швов с проплавлением металла на всю толщину или первого прохода много­слойного шва может произойти вытекание сварочной ванны и образование про­жога. Для предупреждения прожогов используют формирующие подкладки (съемные из меди, остающиеся из стали, флюсовые подушки, керамические подкладки и гибкие формирующие ленты). Высокое качество шва обеспечива­ется при плотном поджатии подкладок. Зазор между подкладкой и кромками не должен превышать 1 мм. Если между подкладкой и изделием есть зазоры, то в шве образуются протеки и прожоги.

Сварка на медной подкладке, удаляемой после сварки, весьма распространена. Для провара корня шва и формирования обратного валика в подкладке делают канавку (рис. 4, а — б). Для предупреждения проплавления подкладки в канавку предварительно засыпают флюс. Подкладка может быть неподвиж­ной или скользящей.

Остающуюся стальную подкладку используют в некоторых случаях при сварке сталей. Ее толщина составляет до 40% толщины свариваемого металла (но не более 4…5 мм) при ширине 30…50 мм (рис. 4, в.). Сварной шов должен частично проплавлять и подкладку. Стальную подкладку под стыком закрепля­ют на прихватках, что требует кантовки изделия. Кроме того, увеличивается расход металла. Зазор между подкладкой и деталью может быть причиной по­явления трещин в шве при переменных нагрузках.

Сварка с предварительной подваркой корня шва технологически более удобна. Подварочный шов можно выполнять вручную покрытыми электрода­ми или плавящимся электродом в защитном газе. Глубина провара должна до­стигать 1/3 толщины свариваемого металла. Требования к равномерности за­зора по длине стыка снижаются.

Сварка на флюсовой подушке (рис. 4, г) допускает меньшую точность сборки стыка под сварку, чем сварка на подкладке. Свариваемые листы укла­дывают на стеллаж, в котором смонтирована флюсовая подушка. Воздух, по­даваемый в брезентовый рукав, поджимает лоток с флюсом.

При сварке кольцевых швов изнутри флюс снаружи поджимается флюсо­ременной подушкой, движение которой обеспечивается за счет трения о по­верхность изделия (рис. 5, а). Сварка первым слоем производится изнутри сосуда, а последующими — снаружи.

При сварке снаружи кольцевых швов труб диаметром до 800 мм часто при­меняют флюсомедные подкладки, которые могут быть неподвижными или перекатывающимися (рис. 5, б — в).

Применяют также самоклеящиеся гибкие флюсонесущие ленты, ленты из стекловолокна, съемные подклад­ки одно- или многоразового пользо­вания из спрессованного флюса или многослойного керамического форми­рующего материала в виде специаль­ных пластин. Подкладки закрепляют с помощью эксцентриков, рычажных и винтовых поджимов и другими спо­собами. Если формирование обратного валика при сварке на весу или съем­ных подкладках является неудовлет­ворительным, корень шва вырубают или выплавляют и заваривают подва­рочным швом.

Параметры режима при сварке под флюсом.

Параметры режима условно можно разбить на основные и до­полнительные. Основными являются: величина, род и полярность тока, напря­жение дуги, диаметр и скорость подачи электродной проволоки, скорость свар­ки (табл. 1). К дополнительным параметрам режима можно отнести: длину вылета электродной проволоки, состав и строение флюса (плотность, размеры частиц), положение изделия и электрода при сварке.

Сварочный ток оказывает наибольшее влияние на форму и размеры шва. При его увеличении (рис. 6, а) интенсивно повышаются глубина проплав­ления и высота усиления шва, а его ширина возрастает незначительно. Род и полярность тока тоже оказывают влияние на глубину провара. По сравне­нию с постоянным током прямой полярности сварка на постоянном токе об­ратной полярности на 40…50%, а на переменном на 25…30% увеличивает глубину проплавления.

Увеличение напряжения на дуге увеличивает ширину сварного шва, глу­бина проплавления практически не меняется, высота усиления снижается (рис. 6, б).

Диаметр электродной проволоки оказывает значительное влияние на форму и размеры шва, особенно на глубину проплавления, которая возрастает при уменьшении диаметра используемой электродной проволоки.

Скорость подачи электродной проволоки для поддержания стабильного го­рения дуги при данном диаметре должна соответствовать определенной силе сварочного тока и напряжению на дуге. С увеличением вылета электрода ско­рость подачи при постоянстве остальных параметров режима необходимо по­вышать. При использовании легированных проволок с повышенным электри­ческим сопротивлением скорость подачи должна возрастать.

Влияние скорости сварки (рис. 6, в) на глубину проплавления и ши­рину шва носит сложный характер. Сначала при увеличении скорости сварки давление дуги все больше вытесняет жидкий металл, толщина про­слойки жидкого металла под дугой уменьшается и глубина проплавления возрастает. При дальнейшем увеличении скорости сварки (более 20 м/ч) заметно уменьшается погонная энергия и глубина проплавления начина­ет уменьшаться. Во всех случаях при увеличении скорости сварки ширина шва уменьшается. При скорости сварки более 70…80 м/ч по обеим сторонам шва возможны несплавления с кромками основного металла или подрезы.

Влияние вылета в диапазоне 50…150 мм при диаметре электрода более 3 мм на форму сварного шва не существенно (рис. 6, г).

Наклон электрода вдоль шва и положение детали также оказывают влия­ние на форму шва. Обычно сварку выполняют вертикально расположенным электродом, но в отдельных случаях она может производиться с наклоном электрода углом вперед или углом назад. При сварке углом вперед жидкий металл подтекает под дугу, толщина его прослойки увеличивается, а глубина проплавления уменьшается. При сварке углом назад прослойка уменьшается, проплавление возрастает.

Наклон изделия изменяет глубину проплавления. При сварке на подъем глубина проплавления растет и увеличивается вероятность прожога. При свар­ке на спуск металл сварочной ванны, подтекая под дугу, уменьшает глубину проплавления и появляется опасность образования несплавлений и шлаковых включений.

Изменение температуры изделия в пределах от -60 до +350°С практиче­ски не влияет на форму шва. При подогреве изделия до более высокой темпера­туры возрастает глубина и особенно ширина шва.

Техника сварки под флюсом различных типов швов и соединений.

Стыковые соединения и швы.

Односторонними однопроходны­ми стыковыми швами соединяют металл толщиной до 20 мм. Более толстый ме­талл сваривают двусторонними однопроходными или многопроходными швами.

При односторонней сварке металла толщиной 4…6 мм без разделки кро­мок стремятся уменьшить зазор при сборке. Стыки более толстого металла (10…12 мм) для увеличения глубины провара собирают с зазором. Но в обоих случаях формирующие подкладки или подварка обязательны.

Сварка на весу (без подкладок) возможна только при условии плотной и точной сборки стыка без зазоров. Глубина провара не должна превышать 2/3 толщины металла, в противном случае возможны прожоги. Сварку на весу од­носторонних швов применяют для неответственных конструкций из тонкого металла или конструкций, в которых по условиям эксплуатации допустим не­провар в корне шва.

Двусторонняя автоматическая сварка менее производительна, чем односторонняя, но более надежна, так как на качество швов в меньшей степени влияет изменение режимов сварки, точность сборки, не требуется сложных устройств для формирования корневой части шва.

Сварка первого шва по этой технологии выполняется на флюсовой подушке или на весу. Сварка второго шва с обратной стороны выполняется после зачист­ки корневого участка первого шва. Техника сварки первого прохода такая же, как и для односторонних швов.

Во всех случаях режимы сварки необходимо выбирать таким образом, что­бы глубина провара первого слоя составляла примерно половину толщины свариваемого металла. Второй шов сваривают с более глубоким проваром, равным 0,65…0,7 толщины свариваемого металла.

Многопроходные двусторонние стыковые швы применяют для соединения металла средних и больших толщин (преимущественно более 20 мм) с обязательной разделкой кромок. Число слоев определяется толщиной металла и режимом сварки. При многопроходной сварке предпочтительнее Х-образная разделка.

При соединении металлов большой толщины (до 300 мм) сварку ведут в узкий зазор (щелевая разделка) между свариваемыми кромками шириной 16…36 мм. Это позволяет уменьшить деформации и остаточные напряжения в швах.

Сварка тавровых, угловых и нахлесточных соединений.

Сварку угловых швов в таких соединениях выполняют вертикальным электродом «в лодочку», наклонным электродом в угол или вертикальным электродом с оплавлением кромки верхнего листа.

При сварке «в лодочку» (рис. 7, а) шов формируется хорошо, но приме­нение подкладок затруднено, поэтому зазор между деталями не должен пре­вышать 1,5 мм. Техника сварки при положении «в лодочку» не отличается от сварки стыковых швов с разделкой кромок. За один проход можно сварить шов
с катетом до 14 мм. Для обеспечения провара при различной толщине свариваемых элементов сварку осуществляют в несимметричную «лодочку» или не­симметрично наклонным электродом.

Способ сварки наклонным электродом «в угол» не требует специальных мер против вытекания жидкого металла, поэтому допустима сборка с зазором до 3 мм. Возможность образования подреза на вертикальной полке не позволяет при однопроходной сварке получать шов с катетом более 6 мм. Для предупре­ждения подреза электрод смещают (рис. 7, б и в). Многопроходные швы вы­полняют так, чтобы ранее наложенный валик препятствовал стеканию метал­ла и шлака при сварке последующих слоев (рис. 7, г).

Сварку нахлесточных соединений вертикальным электродом с оплавле­нием верхней кромки (рис. 7, д) применяют, когда толщина листа не пре­вышает 8 мм. При этом формируются угловые швы с вертикальным катетом, равным толщине верхнего листа. Горизонтальный катет обычно больше вер­тикального в 1,5…2 раза.

Угловые соединения можно сваривать вертикальным электродом с медной подкладкой (рис. 7, е) или с гибкими самоклеящимися флюсонесущими лен­тами.

Сварку нахлесточных и тавровых соединений иногда выполняют точечным или прорезным швом. В этом случае для предупреждения вытекания расплавленного флюса и металла зазор между деталями не должен превышать 1 мм.

Точки можно сваривать с проплавлением верхнего листа толщиной до 10 мм (рис. 8, б) или по предварительно подготовленным отверстиям в верх­нем листе, если его толщина более 10 мм (рис. 8, а). При сварке с отверстием диаметр электрода должен быть равен 0,2…0,25 диаметра отверстия.

Прорезные швы также могут выполняться по предварительно подготов­ленным отверстиям удлиненной формы или с проплавлением верхнего листа при его толщине до 10 мм (рис. 8, в и г). Общим недостатком таких швов является трудность контроля их качества и в частности провара нижнего листа.

Приварка шпилек под флюсом.

Для приварки шпилек используют специальные уста­новки и флюсовые шайбы (смесь из 90% флюса и 10% жидкого стекла) высотой 6-10 мм с наружным диаметром 15-20 мм (рис. 8, д). При диаметре шпильки более 8 мм для облегчения возбуждения дуги привариваемый конец затачива­ют на угол 90°. После обрыва дуги и образования достаточной сварочной ванны шпильку быстро подают до упора.

Сварка стыков труб под флюсом.

Сварку стыковых соединений трубопроводов под флю­сом выполняют в нижнем положении с наружной и внутренней стороны стенки трубы. В связи с возможностью стекания шлака минимальный диаметр свари­ваемых труб обычно более 150 мм. Для регулирования глубины проплавления и формы шва электрод смещают навстречу вращению трубы. Сварку корневого шва часто выполняют ручной дуговой или сваркой в защитных газах плавя­щимся электродом.

Ручная дуговая сварка — дуговая сварка, при которой воз­буждение дуги, подача электрода и его перемещение производятся вручную. В процессе сварки электрод перемещают по направлению к изделию по мере плавления электрода, вдоль соединяемых кромок и поперек соединения (по­перечные колебания) для получения необходимых формы и сечения шва.

Это наиболее универсальный способ, который позволяет без замены сва­рочного инструмента и оборудования (при правильно выбранном сварочном режиме) выполнять швы различных типов в любом пространственном положе­нии в цеховых и монтажных условиях. Покрытыми электродами сваривают черные и цветные металлы и различные сплавы и выполняют наплавку слоев с особыми свойствами. Для возбуждения и стабильного горения дуги использу­ют специальные источники постоянного или переменного тока с крутопадаю­щей внешней вольт-амперной характеристикой.

Сущность процесса ручной дуговой сварки.

Возбуждение (зажигание) дуги происходит при кратковре­менном замыкании электрической сварочной цепи между изделием и концом электрода и быстром отводе электрода на расстояние 2…4 мм, в результате чего в парогазовом промежутке возникает дуговой разряд (рис. 1). Теплота, вы­деляющаяся в дуговом разряде, обеспечивает плавление стержня и покрытия электрода и металла соединяемых деталей.

При плавлении стержня капли жидкого электродного металла проходят через дуговой промежуток. Перенос электродного металла происходит в боль­шинстве случаев без коротких замыканий. Размер капель и частота переноса определяются параметрами режима. С ростом сварочного тока диаметр капель уменьшается, а частота переноса увеличивается. С повышением напряжения на дуге диаметр капель увеличивается. При этом снижается частота переноса и растет время пребывания капель на торце электрода, где возможно их взаи­модействие с атмосферой, что обусловливает повышенное выгорание легирую­щих элементов.

Расплавляющееся покрытие образует шлак и газы. Шлак обволакива­ет капли электродного металла, но не полностью предохраняет металл от взаимодействия с атмосферой, поэтому необходима и газовая защита. С этой целью в электродные покрытия вводят газообразующие компоненты. Основной и электродный металлы расплавляются, образуя сварочную ван­ну. Размеры сварочной ванны зависят от режима сварки и обычно не превышают следующих значений: по глубине проплавления — 7 мм, по ширине — 15 мм и по длине — 30 мм. Шлак с каплями электродного металла попадает в свароч­ную ванну и всплывает на ее поверхность. По мере удаления дуги расплавленный металл сварочной ванны охлаждается и затвердевает, образуя сварной шов. Жидкий шлак, покрывающий ванну, также затвердевает и на поверхности шва появляется твердая шлаковая кор­ка, удаляемая после сварки.

Таким образом, покрытие электрода обеспечивает газошлаковую защиту металла сварного соединения от взаимодействия с воздухом и металлургиче­скую обработку металла в ванне. Основными преимуществами способа являются универсальность и просто­та оборудования. Недостаток — невысокая производительность и применение ручного труда. Невысокая производительность обусловлена малыми допусти­мыми значениями плотности тока, а также тем, что металл шва формируется в основном за счет электродного металла.

Ограничение плотности тока вызвано низкой допустимой температурой на­грева электрода проходящим сварочным током, которая для покрытий с боль­шим содержанием органических веществ не превышает 200°С, а для покрытий основного типа — не более 700°С. При большой силе тока наблюдается перегрев электрода. В результате ухудшаются защитные свойства покрытия, наблюда­ется его осыпание со стержня, нарушается стабильность плавления электрода.

Формирование шва в основном за счет электродного металла объясняется невысокой глубиной проплавления при сварке. Доля участия основного метал­ла в формировании шва обычно не более 35%. В этих условиях определяющим в производительности процесса становится коэффициент наплавки, значение которого зависит от физико-химических свойств покрытия, рода тока и его полярности, состава электрода, режима сварки и изменяется обычно в пределах 8…12 г/А⸳ч.

При расчете количества электродов, расходуемых на сварку данного шва, исходят из коэффициента расплавления электрода, который больше коэффици­ента наплавки на количество электродного металла, теряемого на разбрызгива­ние и испарение и определяемого коэффициентом потерь. Величина коэффици­ента потерь изменяется в пределах от 5 до 15% в зависимости от плотности тока в электроде, состава покрытия и режима сварки. Если учесть, что при сварке покрытыми электродами до 15% длины стержня электрода теряется в виде неиспользуемых отходов (огарков), то общие потери электродного металла на угар, разбрызгивание и огарки могут быть до 30%.

Основные параметры режимов при ручной дуговой сварке.

Под режимом сварки понимают совокупность контролируе­мых параметров, при которой обеспечивается устойчивое горение дуги и по­лучение швов заданных размеров, формы и свойств. Параметры режима под­разделяют на основные и дополнительные. К основным параметрам относят диаметр электрода, силу сварочного тока, род и полярность его, напряжение дуги. К дополнительным параметрам — наклон и поперечные колебания элек­трода, положение шва в пространстве, число проходов.

Диаметр электродов выбирают в зависимости от толщины металла, катета шва, положения шва в пространстве. Примерное соотношение между толщи­ной металла S и диаметром электрода d при сварке шва в нижнем положении следующее:

S, мм	1…2	3…5	4…10	12…24	30…60
d, мм	2…3	3…4	4…5	5…6	6 и более

Выполнение вертикальных, горизонтальных и потолочных швов независи­мо от толщины свариваемого металла производится электродами небольшого диаметра (до 4 мм), так как при этом меньше стекание жидкого металла и шла­ка из сварочной ванны. При сварке многослойных швов для лучшего провара корня шва первый шов сваривают электродом диаметром 3…4 мм, а последую­щие — электродами большего диаметра.

Сила сварочного тока обычно устанавливается в зависимости от выбранно­го диаметра электрода. При сварке швов в нижнем положении величину тока подсчитывают, пользуясь эмпирическими формулами:

I_св = Kd или I_св = (20 + 6d)d,

где d — диаметр электрода, мм; K — коэффициент, зависящий от диаметра электрода и имеющий следующие значения:

d, мм	2	3	4	5	6
К	25…30	30…45	35…50	40…45	45…60

При сварке на вертикальной плоскости силу тока уменьшают на 10…15%, а в потолочном положении — на 15…20% против значения, выбранного для нижнего положения.

Род тока и полярность устанавливают в зависимости от вида электродного покрытия, состава свариваемого металла и его толщины. При сварке посто­янным током обратной полярности на электроде выделяется больше теплоты. Поэтому обратная полярность применяется при сварке тонких деталей с целью предотвращения прожога, при сварке легированных сталей во избежание их перегрева и при сварке электродами с основным покрытием, когда требует­ся повышенное выделение теплоты на электроде для плавления тугоплавких компонентов покрытия. Переменный ток можно использовать при сварке углеродистых сталей электродами с кислыми, рутиловыми и целлюлозными покрытиями.

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке устанавливается в пределах 20…36 В и регламентируется производителем электродов. Число проходов определяют, учитывая, что площадь поперечного сечения металла, наплавляе­мого за один проход, при которой обеспечиваются оптимальные условия фор­мирования, должна составлять: для первого прохода (при сварке корня шва F₁ = (6…8) d) ; для последующих проходов F_n = (6…8) d, но не более 40 мм².

Технология сварки различных типов соединений и швов ручной дуговой сваркой.

Подготовка и сборка сварных соединений перед ручной дуговой сваркой.

Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений из сталей, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основах, выполняемых ручной ду­говой сваркой, установлены ГОСТ 5264-80. В нем предусмотрено четыре типа соединений в зависимости от толщины свариваемых деталей.

По форме подготовленных кромок соединения бывают с отбортовкой кро­мок, без скоса кромок и со скосом кромок — одной или двух. Выполнять швы можно как с одной стороны соединений (односторонние), так и с двух сторон (двусторонние).

При расположении свариваемых деталей под углом основные типы, конструктивные элементы и размеры швов сварных соединений установлены ГОСТ 11534-75, которым предусмотрены формы подготовки кромок и размеры выполнения швов угловых и тавровых соединений.

От состояния поверхности свариваемых кромок в значительной мере за­висит качество сварных швов. Подготовка кромок под сварку состоит в тща­тельной очистке их от ржавчины, окалины, грязи, масла и других инородных покрытий. Кромки очищают стальными вращающимися щетками, гидропескоструйным и дробеметным способами, шлифовальными кругами, пламенем сварочной горелки, травлением в растворах кислот и щелочей.

Подготовленные детали собирают под сварку. При сборке важно выдер­жать необходимые зазоры и совмещение кромок. Точность сборки проверяют шаблонами, измерительными линейками и различного рода щупами. Сборку выполняют в специальных приспособлениях или на выверенных стеллажах. Временное закрепление деталей производят струбцинами, скобами или прихваткой короткими швами. Количество прихваток и их размер определяются технологической документацией.

Общие технические приемы при ручной дуговой сварке.

Технология ручной дуговой сварки предусматривает выполнение следующих операций: возбуждение дуги, перемещение электрода в процессе сварки, выполнение швов в опреде­ленном порядке в зависимости от особенностей сварных соединений и завар­ка кратера.

Для образования заданных размеров сварного шва и требуемой формы проплавления электроду придается сложное движение в трех направлениях.

Первое движение — это движение электрода в направлении оси со скоро­стью его плавления для поддержания определенной длины дуги, которая зави­сит от марки и диаметра электрода и ориентировочно должна быть в пределах

L_д = (0,5…1,1) d,

где L_д — длина дуги, мм; d — диаметр электрода, мм.

Длинная дуга способствует более интенсивному окислению и азотированию расплавляемого металла, что приводит к пористости металла шва, и увеличи­вает разбрызгивание.

Второе движение электрода направлено вдоль оси шва и производится со скоростью сварки.

В результате этих двух движений образуется узкий шов шириной не бо­лее 1,5 диаметра электрода. Такими швами сваривают тонкий металл, а также корень шва при многослойной (многопроходной) сварке.

Третье движение — это колебание конца электрода поперек оси шва, ко­торое необходимо для образования валика определенной ширины, хорошего провара кромок и замедления остывания сварочной ванны. Колебательные движения электрода поперек оси шва (рис. 2) могут быть различными — в за­висимости от формы, размеров и положения шва в пространстве. При сварке с поперечными колебаниями ширина валика может составлять (2…4)d, а фор­ма проплавления зависит от траектории движения и изменяется в поперечном сечении шва в соответствии с количеством теплоты, вводимой в основной ме­талл, обратно пропорциональным скорости перемещения конца электрода.

Заканчивают сварку заваркой кратера, который образуется в шве при об­рыве дуги и является местом скопления неметаллических включений и зарож­дения трещин. Для этого электрод держат неподвижно до естественного обры­ва дуги или укорачивают дугу вплоть до частых коротких замыканий, после чего ее резко обрывают. При перерывах в процессе сварки, например при смене электрода, следует переплавить застывший металл кратера и только после это­го продолжить процесс.

Техника выполнения стыковых и угловых швов при ручной дуговой сварке.

Стыковые соединения без скоса кромок, со скосом одной или двух кромок сваривают однослойными или многослойными (многопроходны­ми) швами с одной стороны или с двух сторон стыка. Сварку выполняют на весу, на остающейся стальной подкладке или с предварительной подваркой корня шва (рис. 3). Первый слой и подварку корня шва выполняют электродом диа­метром 3…4 мм.

В ответственных конструкциях при односторонней сварке на весу корень шва удаляют механической обработкой или газовой поверхностной строжкой, а затем накладывают подварочный шов.

Угловые швы применяют при сварке угловых, тавровых и нахлесточных соединений. Сварка угловых швов в ниж­нем положении может производиться вертикальным электродом «в лодочку» или наклонным электродом (рис. 4).

Сварка угловых швов «в лодочку» обеспечивает требуемое формирование шва и хороший провар корня и стенок без опасности образования подрезов, а также имеется возможность выполнять за один проход швы большого сече­ния. Однако при катете более 12 мм рекомендуют применять многослойные швы и собирать детали с минимальным зазором для предупреждения вытека­ния металла сварочной ванны.

При сварке угловых швов наклонным электродом, возможно образование подрезов на вертикальной полке, а также неполное проплавление корня шва или кромки горизонтальной детали, поэтому при катете более 8 мм сварку ве­дут многопроходным швом (рис. 5). Для лучшего провара корня шва первый слой выполняют узким швом электродом диаметром 3…4 мм без колебатель­ных движений.

Техника сварки металла различной толщины при ручной дуговой сварке.

При сварке листов толщиной 0,5…3 мм возможно сквозное проплавление металла (прожог), поэтому применяют малые токи, отбортовку кромок, теплоотводящие или остающиеся подкладки.

Сварку с отбортовкой кромок выполняют на постоянном токе, часто на спуск в полувертикальном положении (45…65°).

При использовании временных теплоотводящих подкладок (массивных медных и бронзовых плит или брусков) сборку осуществляют без зазора, обе­спечивая плотное прилегание свариваемых листов к подкладке.

Остающиеся подкладки применяют при сварке встык. Сварку ведут с проплавлением элементов из тонколистового металла и приваркой их к подкладке.

С увеличением толщины металла в сварных соединениях возрастают объ­емные сварочные напряжения, которые создают опасность возникновения и развития в швах трещин, поэтому сварку толстолистовых конструкций ведут различными способами (рис. 6).

Металл толщиной 15…20 мм сваривают способом двойного слоя. На участ­ке I (рис. 6, а) длиной 250…300 мм, наплавляют первый слой шва, счищают с него шлак и по горячему металлу первого слоя (не ниже 150…200 °С) накла­дывают второй слой.

Металл толщиной 20…25 мм и более сваривают блоками или каскадом. Свар­ку блоками (рис. 6, б) выполняют отдельными участками, а промежутки между ними заполняют до того, как будет завершена сварка всего шва. При сварке ка­скадом (рис. 6, в) каждый последующий участок многослойного шва перекры­вает весь предыдущий участок или его часть. При V-образной подготовке кромок длина участка — 300…400 мм, а при Х-образной подготовке — 500…800 мм.

Металл толщиной 30 мм и более часто сваривают одновременно два сварщи­ка, находящихся с противоположных сторон соединения.

Сварка швов различной протяженности при ручной дуговой сварке.

В зависимости от длины швы раз­деляют на короткие (300…350 мм), средние (350…1000 мм) и длинные (свыше 1000 мм).

Короткие швы сваривают от одного конца шва к другому (напроход); швы средней длины — от середины соединения к концам; длинные швы — обрат­ноступенчатым способом, при котором сварной шов выполняется следующими один за другим участками в направлении, обратном приращению шва (рис. 7). Длина ступени (участка) —100…350 мм, причем ступени более длинные при сварке толстого металла. При выполнении многослойных швов также исполь­зуется обратноступенчатый способ, при этом смежные участки вышележащих слоев сваривают в направлении, обратном сварке нижележащих швов. Концы швов смежных участков должны быть смещены на 25…30 мм.

Особенности сварки в различных пространственных положениях при ручной дуговой сварке.

В зави­симости от положения в пространстве существенно изменяются условия фор­мирования шва, поэтому для получения заданной формы шва необходимо назначать соответствующие режим и технику сварки (табл. 1).

Нижнее положение является наиболее удобным для сварки, так как капли электродного металла легко переходят в сварочную ванну под действием собственного веса, и жидкий металл не вытекает из нее. Кроме того, наблюдение за сваркой в нижнем положении более удобно. В процессе сварки электрод наклоняют по направлению сварки на угол 10-20° (рис. 8, а — б).

В вертикальном положении расплавленный металл сварочной ванны стре­мится стечь вниз, поэтому вертикальные швы выполняют короткой дугой при переносе электродного металла с короткими замыканиями дугового промежут­ка. Вертикальные швы выполняют как снизу вверх, так и сверху вниз (рис. 8, в).

В первом случае застывший металл шва удерживает сварочную ванну. Для полного предотвращения вытекания жидкого металла ванны осуществляют поперечные движения электродом, которые позволяют управлять тепловым потоком и получать валик увеличенной ширины, равной 2-3 диаметрам элек­трода, что обеспечивает быстрое затвердевание жидкого металла.

Сварку сверху вниз применяют при малой толщине металла или при вы­полнении первого слоя многослойного шва. В этом случае подтекающий под дугу жидкий металл уменьшает возможность образования сквозных прожогов. Для улучшения условий формирования шва амплитуда колебаний электрода должна быть небольшой, а дуга очень короткой.

В горизонтальном положении для предупреждения стекания жидкого ме­талла ванны скос кромок стыковых соединений делают на одной верхней де­тали (рис. 8, д). В нахлесточных соединениях удержанию расплавленного металла способствует горизонтальная кромка нижнего листа. Колебательные движения электродом совершают по спирали.

В потолочном положении (рис. 8, г) сила тяжести препятствует переносу электродного металла и вызывает стекание расплавленного металла, поэтому объем сварочной ванны должен быть небольшим. Это достигают применением электродов малого диаметра (3…4 мм) и небольших сварочных токов. Основ­ным условием получения качественного шва является поддержание короткой дуги путем периодических замыканий электрода с ванной жидкого металла. Одновременно электроду сообщают поперечные колебательные движения.

Повышение производительности ручной сварки.

Существует три основных направления повышения произ­водительности: во-первых, за счет увеличения коэффициента наплавки, во-вторых, за счет большей доли участия основного металла в формировании шва и, в-третьих, при использовании специальных методов сварки покрытыми электродами.

Введение в состав покрытия железного порошка приводит к повышению коэффициента наплавки до 18 г/А-ч. В этом случае в образовании шва прини­мает участие не только металл электродного стержня, но и металл, вводимый в состав покрытия. Например, при увеличении в рутиловом покрытии электро­дов содержания железного порошка с 20% до 50…60% производительность сварки в нижнем положении возрастает примерно в 1,5…2 раза.

Сварка с глубоким проплавлением позволяет увеличивать долю участия основного металла в металле шва, чем и обеспечивается повышение произво­дительности. При этом способе сварку ведут, опираясь покрытием электрода на кромки свариваемого металла. Используют электроды с повышенной тол­щиной покрытия при массе покрытия 60…80% массы стержня и отношении диаметра электрода к диаметру стержня 1,5…1,6. Таким способом удается вы­полнять одностороннюю сварку встык без разделки кромок стальных листов толщиной 8…10 мм и двустороннюю сварку листов толщиной 16…18 мм.

Сварка наклонным электродом (рис. 9, а) позволяет повысить произво­дительность труда в 2,5…3 раза за счет одновременного обслуживания одним сварщиком до 3…4 постов. При этом способе используют приспособление, со­стоящее из штанги, электрически изолированной от свариваемого металла, и обоймы, к которой подводят ток от источника питания сварочной дуги. Для фиксирования штанги на изделии используют струбцины или постоянные маг­ниты. Плавящийся покрытый электрод устанавливают наклонно, опирают на изделие и закрепляют в обойме, которая во время плавления электрода сколь­зит под действием силы тяжести по штанге, при этом дуга перемещается вдоль свариваемых кромок, образуя шов. Этим способом можно выполнять стыковые и угловые швы.

Для сварки используют специальные электроды, которые при диаметрах 4…8 мм имеют длину 450…1000 мм, а при диаметрах 6…10 мм — длину 700…1200 мм. Сварочный ток подбирают из расчета

I_св = (40…45)d, А.

Сварка лежачим электродом также позволяет обслуживать одновремен­но несколько постов. При этом способе специальный покрытый плавящийся электрод укладывают вдоль свариваемых кромок (рис. 9, б — в). При диаметрах электродов 4 и 8 мм толщина покрытия составляет соответственно 1,5 и 3 мм, а длина электродов — 700 и 900 мм.

Многослойную сварку выполняют, укладывая три или более электродов в разделку кромок стыка или в угол таврового соединения при положении «в лодочку». Ток к электродам подается от нескольких источников.

Защитные газы широко применяют для защиты электрода и расплавленного металла сварочной ванны и околошовной зоны при сварке плавящимся и неплавящимся электродом.

Защитные газы делятся на две группы: химически инертные и активные. Инертные газы не взаимодействуют с расплавленными металлами и практиче­ски не растворяются в них. Активные газы защищают зону сварки от воздуха, но при этом вступают в химическое взаимодействие с жидким металлом и мо­гут растворяться в нем.

К химически инертным газам, используемым при сварке, относятся аргон и гелий.

Аргон — бесцветный, нетоксичный и невзрывоопасный газ, без запаха и вкуса. Аргон почти в 1,5 раза тяжелее воздуха и может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола, в приямках, где может вызвать кислород­ную недостаточность и удушье. Газообразный и жидкий аргон для использова­ния в качестве защитной среды при сварке, резке и плавке активных и редких металлов и сплавов на их основе, алюминия, алюминиевых и магниевых спла­вов, нержавеющих хромоникелевых жаропрочных сплавов и легированных сталей различных марок, а также при рафинировании металлов в металлур­гии выпускают в соответствии с ГОСТ 10157-79 высшего и первого сорта. Ар­гон высшего сорта содержит объемную долю аргона не менее 99,992%, аргон первого сорта — не менее 99,987%. Газообразный аргон поставляется в сталь­ных баллонах серого цвета с надписью и полосой зеленого цвета вместимостью 40 дм³ (40 литров) под давлением 15 + 0,5 МПа при температуре 20°С. В одном баллоне содержится 6 200 литров газа. При транспортировании и хранении на­полненных баллонов при повышенных температурах давление газа в баллоне не должно превышать рабочее давление при 20°С более, чем на 10%. Жидкий аргон поставляют в специальных транспортных цистернах.

Гелий — бесцветный, нетоксичный и невзрывоопасный газ, без запаха, значительно легче воздуха и аргона. Гелий для сварки поставляется по ТУ51-689-75 трех сортов: марки А с объемной долей гелия 99,995%, марки Б с объемной долей гелия 99,99% и марки В с объемной долей гелия 99,99% в стальных баллонах при давлении 15 МПа или в сжиженном состоянии при давлении до 0,2 МПа. В баллоне вместимостью 40 л, окрашенном в коричневый цвет с белой надписью, содержится 6000 л газа. Стоимость гелия значительно выше стоимо­сти аргона, поэтому его применяют в особых случаях при сварке химически чи­стых и активных металлов и сплавов. При сварке в гелии получается большая глубина проплавления (благодаря высокому значению потенциала ионизации) и особая форма шва.

К химически активным газам относят: двуокись углерода и смеси газов, содержащие двуокись углерода, кислород, инертные газы и др.

Углекислый газ, или двуокись углерода, — бесцветный газ, имеющий сла­бый кисловатый запах и вкус, хорошо растворяется в воде, придавая ей кислый вкус, нетоксичен, невзрывоопасен. Однако при концентрации более 5% (92 г/м³) может вызвать кислородную недостаточность и удушье. Углекислый газ тя­желее воздуха в 1,5 раза и может накапливаться в слабо проветриваемых по­мещениях у пола и в приямках. Поэтому помещения, где проводится сварка с использованием двуокиси углерода, должны быть оборудованы общеобмен­ной приточно-вытяжной вентиляцией. Двуокись углерода может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состояниях. Для сварки используется двуокись углерода высшего сорта, содержащая не менее 99,8% объемной доли СО2, и первого сорта, содержащая не менее 99,5% СО2 по ГОСТ 8050-85. Двуокись углерода поставляется в баллонах вместимостью 40 л, окрашенных в черный цвет с желтой надписью или в специальных емкостях. В стандартный баллон вместимостью 40 л заливают 25 кг жидкой двуокиси углерода под давлением около 0,6 МПа (при давлении около 0,6 МПа диоксид углерода при комнатной температуре превращается в жидкость), при испаре­нии которой получается около 12 600 л углекислого газа.

Значительное влияние при сварке плавящимся электродом на характер переноса электродного металла, производительность расплавления электро­да, разбрызгивание и форму проплавления оказывает состав защитного газа, в котором горит дуга. Поэтому широко применяют при сварке смеси газов различного состава. Улучшает перенос электродного металла и позволяет получать более плавную наружную поверхность шва применение смеси угле­кислого газа с 2-15% кислорода. Двойная смесь, состоящая из 80% аргона и 20% углекислого газа, позволяет реализовать мелкокапельный и струйный перенос электродного металла. Добавки углекислого газа и кислорода в ар­гон в различных количествах при сварке разных сталей и сплавов позволяют осуществлять управляемый перенос электродного металла при импульсно­дуговой сварке. Применение многокомпонентных смесей, состоящих из аргона, углекислого газа, окиси азота, водорода и др. газов позволяет осу­ществлять сварку вращающейся дугой и увеличить производительность рас­плавления и наплавки более чем в 2 раза при благоприятной форме проплав­ления и наружной поверхности шва.

Флюс для дуговой сварки — сварочный флюс, защищающий дугу и сварочную ванну от вредного воздействия окружающей среды и осу­ществляющий металлургическую обработку сварочной ванны.

В качестве флюсов используют специально приготовленные неметалличе­ские порошки с размером отдельных зерен 0,25-4 мм в зависимости от марки флюса. Флюсы, расплавляясь, создают газовый и шлаковый купол над зоной сварочной дуги, а после химико-металлургического воздействия в дуговом про­странстве и сварочной ванне образуют на поверхности шва шлаковую корку, в которую выводятся окислы, вредные примеси (сера, фосфор и др.) и газы.

В зависимости от свариваемых материалов и требований, предъявляемых при этом к металлургическим процессам, флюсы могут иметь самые различ­ные композиции. Флюсы принято разделять в зависимости от способа их из­готовления, назначения и химического состава.

По способу изготовления флюсы разделяют на неплавленые и плавленые.

Неплавленые флюсы могут быть керамическими, спеченными и в виде про­стой механической смеси (флюсы-смеси).

Керамический флюс — флюс для дуговой сварки, полученный перемеши­ванием порошкообразных материалов со связующим веществом, грануляцией и последующей термической обработкой. Технология изготовления керамиче­ских флюсов сходна с технологией изготовления покрытий электродов. Сухие компоненты шихты замешивают на жидком стекле; полученную массу измель­чают продавливанием через специальные устройства, сушат, прокаливают при тех же режимах, что и электродные покрытия, и просеивают для получения частиц определенного размера.

Спеченные флюсы изготовляют спеканием смеси компонентов шихты при повышенных температурах без их сплавления. Полученные комки измельча­ют до частиц требуемого размера.

Флюсы-смеси изготовляют механическим смешением крупинок различных материалов или флюсов. Большим недостатком механических смесей является склонность к разделению при транспортировке и в процессе сварки вследствие разницы в плотности, форме и размере крупинок. Поэтому флюсы-смеси недостаточно надежно обеспечивают стабильное качество сварных швов.

Из группы неплавленых флюсов наибольшее распространение получили керамические флюсы. Легирование металла такими флюсами достигается введени­ем в них необходимых ферросплавов. Флюсы при изготовлении не подвергаются операции расплавления, поэтому количество и сочетание ферросплавов и других легирующих элементов может быть различным, что позволяет легко получать любой требуемый состав металла шва. Основная область их использования — сварка высоколегированных специальных сталей и наплавочные работы.

Плавленый флюс — флюс, полученный сплавлением его составляющих и последующей грануляцией расплава. Флюс представляет собой сплав окислов и солей металлов.

Принципиальное отличие плавленого флюса от керамического состоит в том, что плавленый флюс не может содержать легирующих элементов в чи­стом виде, в процессе выплавки они неизбежно окислятся. Легирование плав­леными флюсами происходит путем восстановления элементов из окислов, на­ходящихся во флюсе.

В основу классификации флюсов по химическому составу положено содер­жание в них окислов и солей металлов. Различают окислительные флюсы, со­держащие в основном окислы MnO и SiO2. Для получения необходимых свойств флюса в него вводят и другие составляющие, например плавиковый шпат, а также весьма прочные окислы CaO, MgO, Al2O3, которые в сварочных услови­ях практически не реагируют с металлом.

Чем больше содержится вo флюсе MnO и SiO₂, тем сильнее флюс может леги­ровать металл кремнием и марганцем, но и одновременно тем сильнее он окис­ляет металл. Чем сложнее легирована сталь, тем меньше должно содержаться во флюсе MnO и SiO₂, в противном случае недопустимо возрастает окисление легирующих элементов в стали; нежелательным может быть и дополнительное легирование металла кремнием и марганцем. Поэтому окислительные флюсы преимущественно применяют при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Безокислительные флюсы практически не содержат окислов кремния и марганца или содержат их в небольших количествах. В них входят фтори­ды CaF2 и прочные окислы металлов. Их преимущественно используют для сварки высоколегированных сталей.

Бескислородные флюсы целиком состоят из фторидных и хлоридных со­лей металлов, а также других составляющих, не содержащих кислород. Их используют для сварки химически активных металлов (алюминия, тита­на и др.).

В связи с широким применением плавленых флюсов на основные марки флюсов существует ГОСТ 9087-81 (в ред. 1990 г.) «Флюсы сварочные плавле­ные», в котором регламентирован химический состав 21 марки плавленых флюсов, указаны цвет, строение и размеры зерна и даны рекомендации по об­ласти их применения.

Для двух марок флюсов АН-20 и АН-26 сделано разделение не только по размеру зерна, но и в зависимости от строения зерен флюса — стекловидного или пемзовидного характера. Строение зерен флюса зависит от состава рас­плава флюса, степени перегрева в момент выпуска в воду, в связи с чем флюс может получиться плотным, с прозрачными зернами — «стекловидный», либо пористым, рыхлым — «пемзовидным». Пемзовидный флюс при том же составе имеет в 1,5-2 раза меньший удельный вес. Эти флюсы хуже защищают металл от действия воздуха, но обеспечивают лучшее формирование швов при боль­ших силах тока и скоростях сварки.

Флюсы различают также и по размеру зерен. Так, флюсы АН-348-А, ОСЦ- 45, АН-20С, АН-26П имеют размер зерен 0,35-3 мм; флюсы АН-348-АМ, ОСЦ- 45-М, ФЦ-9, АН-20С — 0,25-1,6 мм; флюсы АН-8, АН-22 и АН-26С — 0,35­4 мм и флюс АН-26-СП — 0,25-4 мм. Стекловидные флюсы с размером зерен не более 1,6 мм предназначены для сварки электродной проволокой диаметром не свыше 3 мм.

В обозначении марки флюса буквы означают: M — мелкий, C — стекловид­ный, П — пемзовидный, СП — смешанный. Пример условного обозначения флю­са по стандарту: флюс АН-348-АМ — ГОСТ 9087-81. Для электрошлаковой свар­ки применяют флюсы общего назначения (АН-348-А, АН-22, 48-ОФ-6, АНФ-5) и флюсы, предназначенные именно для данного процесса (АН-8 и АН-25). Содержание в этих флюсах окислов титана обеспечивает высокую электропроводность их в твердом состоянии, что важно в начале процесса, при возбуждении дуги для создания начального объема шлаковой ванны. Лучшим с технологи­ческой точки зрения является флюс АН-8. При механизированной сварке меди и ее сплавов успешно используют обычные марки флюсов (ОСЦ-45, АН-348-А, АН-20, АН-26), т. е. флюсов, широко применяемых для сварки сталей. Для сварки алюминия и его сплавов по слою флюса разработаны две основные марки бескислородных флюсов: AH-Al и AH-A4. Для электрошлаковой сварки алюминия также разработаны специальные флюсы. При сварке титана используют бескислородные флюсы типа AH-Tl, АН-ТЗ и др., в состав которых в основном входят фтористые и хлористые соединения. Фтористые соединения могут реагировать с окислами титана и растворять их. Для обеспечения необходимых техно­логических свойств флюса в них вводят хлористые соединения.

Неплавящиеся электроды служат для обеспечения стабиль­ного горения электрической дуги. Они должны обладать высокой стойкостью при высоких температурах. Поэтому наиболее широкое применение получили электроды из тугоплавких материалов: графита, имеющего температуру плав­ления 3900°С, и вольфрама с температурой плавления 3410°С.

Угольные электроды.

Для воздушно-дуговой резки и сварки металлов, для удаления прибылей и дефектов литья, строжки прихваток и сварных швов, для поверхностной резки металлов, срезки заклепок, подготовки кромок под сварку выпускают угольные электроды — омедненные и неомедненные, круг­лые — диаметром 4-18 мм и плоские сечением — 12×5 и 18×5 мм.

Вольфрамовые электроды.

Электроды для дуговой сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов (аргона и гелия), а также для плазменных процессов сварки и резки, наплавки и напыления выпускают в соответствии с ГОСТ 23949-80 из чистого вольфрама и вольфрама с активирующими присад­ками (двуокиси тория, окиси лантана и окиси иттрия) диаметром 0,5-10 мм.

На поверхности электродов не должно быть раковин, расслоений, трещин, окислов, остатков технологических смазок, посторонних включений и загрязнений. Качество поверхности сильно влияет на время работы электрода до сле­дующей перезаточки. Большей работоспособностью обладают электроды со шлифованной поверхностью.

Электроды должны быть прямыми. Непрямолинейность электродов не должна быть более 0,25% длины.

Введение в вольфрам присадок с меньшей величиной работы выхода элек­тронов (окиси лантана, окиси иттрия и двуокиси тория) увеличивает эмиссию электронов с поверхности катода. Например, величина эмиссии с катода торированного вольфрама при температуре 3140 К примерно такая же, как у катода из чистого вольфрама при температуре 4000 К. Поэтому использование элек­тродов с активирующими присадками позволяет значительно увеличить допу­стимый сварочный ток на электрод и увеличить работоспособность электрода.