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.