ДУГОВАЯ СВАРКА ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

Дуговая сварка под слоем флюса, также как и ручная сварка, металлическим электродом, осуществляется за счет использования тепла дуги. Существенное ее отличие состоит в том, что дуга горит под слоем сыпучего (жидкого) флюса между свариваемым изделием и непокрытой электрод­ной проволокой, которая по мере плавления подается в зону дуги специальной сварочной головкой. Схема процесса представлена на (рис. 26)

Рис. 26. Схема процесса автоматической сварки под слоем флюса: 1 —электрод; 2—жидкий флюс; 3 — сыпучий флюс;4—спекшийся флюс; 5—закристаллизовавшийся металл шва; 6 — свариваемый металл; 7 — расплавленный металл шва; 8 — зона электрической дуги; 9 — газовый пузырь; 10 — подающие ролики.

сварочного трансформатора или генератора. Токоподвод к проволоке осуществляется через скользящий контакт вблизи места горения дуги. Это уменьшает нагрев проволоки джоулевым теплом и создает возможность применения высокой плотности тока без перегрева электродной проволоки. Увеличение тока и лучшее использование тепла дуги, горящей под слоем флюса, ведет к ускорению процесса расплавления электродной проволоки, к увеличению глубины проплавления свариваемого металла и повышению производительности в 5...10 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой штучными электродами.

Автоматическую сварку под флюсом отличают следу­ющие преимущества:

• высокая производительность, превышающая ручную сварку в 5—10 раз. Она обеспечивается применением больших токов ввиду малых значений вылета h-электродной проволоки без опасения значительного ее перегрева в вылете и отслаивания обмазки как в по­крытом электроде, более концентрированным и пол­ным использованием теплоты в закрытой зоне дуги, снижением трудоемкости за счет автоматизации про­цесса сварки;

высокое качество сварного шва вследствие защиты металла сварочной ванны расплавленным шлаком от кислорода и азота воздуха, легирования металла шва, увеличения плотности металла при медленном охлаждении под слоем застывшего шлака; экономия электродного металла при значительном снижении потерь на угар, разбрызгивание металла и огарки. При ручной сварке эти потери достигают 20 — 30%, в то время как при автоматической сварке под флюсом они не превышают 2 — 5%;

• экономия электроэнергии за счет более полного использования теплоты дуги по сравнению с ручной сваркой. Затраты электроэнергии при автоматической сварке уменьшаются на 30—40%.

Кроме того, при автоматической сварке условия труда значительно лучше, чем при ручной: дуга закрыта слоем шлака и флюса, выделение вредных газов и пыли значи­тельно снижено, поэтому нет необходимости в защите зре­ния и лица сварщика от воздействия излучений дуги, а для вытяжки газов достаточно естественной вытяжной венти­ляции.

Автоматическая сварка имеет и недостатки — это преж­де всего ограниченная маневренность сварочных автоматов и производство сварки главным образом в нижнем положе­нии. Качество наплавленного металла при автоматической сварке под слоем флюса обычно выше, чем при ручной сварке, отличается большей стабильностью и меньше зависит от квалификации сварщика. При сварке под слоем флюса достигается надежная защита жидкого металла от контакта с воздухом: скорость охлаждения сварочной ванны значительно меньше, чем при ручной сварке. Автоматическая сварка под флюсом дает значительную экономию электродного материала и электроэнергии, улучшает условия труда сварщика.

СВАРОЧНЫЕ ФЛЮСЫ

Сварочным флюсом называют неметаллический мате­риал, расплав которого необходим для сварки и улучше­ния качества шва.

Взаимодействуя в процессе сварки с жидким металлом, расплавленный флюс в значительной степени определяет химический состав металла, а следовательно, и его меха­нические свойства.

По способу изготовления флюсы делятся на плавленые и неплавленые.

Плавленые флюсы являются основными при автомати­ческой сварке металла. Флюсы типов АН-348-А, АН-348- АМ, АН-348-В, АН-348-ВМ, АН-60 и ФЦ-9 предназначены для механической сварки и наплавки углеродистых и низ­колегированных сталей углеродистой и низколегированной сварочной проволокой. Флюс марки АН-8 применяют при электрошлаковой сварке углеродистых и низколегирован­ных сталей и сварке низколегированных сталей углеродис­той и низколегированной сварочной проволокой. Флюсы марок АН-15М, АН-18, АН-20С, АН-20СМ и АН-20П слу­жат для дуговой автоматической сварки и наплавки высо­колегированных сталей и среднелегированных сталей. Флюс марки АН-22 предназначен для электрошлаковой сварки и дуговой автоматической наплавки и сварки низко- и сред­нелегированных сталей. Флюсы АН-26С, АН-26СП и АН-26П применяют при автоматической и полуавтомати­ческой сварках нержавеющих, коррозионностойких и жа­ропрочных сталей. Флюсы марок АН-17М, АН-43 и АН-47 предназначены для дуговой сварки и наплавки углеродис­тых, низко-и среднелегированных сталей повышенной и высокой прочности.

Нормальные флюсы содержат зерна размером 0,5—4 мм. Флюсы мелкой грануляции состоят из зерен размером 0,25—1,0 мм и в обозначении марки имеют конечную бук­ву М.

Плавленые флюсы получают сплавлением составляю­щих его компонентов. Изготовление флюса включает сле­дующие процессы: размалывание до необходимых разме­ров сырьевых материалов (марганцевая руда, кварцевой песок, мел, плавиковый шпат, глинозем и др.); перемеши­вание их в определенных массовых соотношениях; плавка в газопламенных или электродуговых печах; грануляция с целью полученияфлюса определенных размеров зерен. Гра­нуляция производится выпуском расплава флюса в воду, где он остывает и растрескивается на мелкие частицы. За­тем флюс сушат в барабанах или сушильных шкафах и просеивают через сито на фракции.

-В состав этих флюсов в качестве основных компонен­тов входят марганец в виде оксида марганца и кремний в виде кремнезема. Марганец, обладая большим сродством с кислородом, восстанавливает содержащиеся в наплавля­емом металле оксиды железа. Кроме того, образуя суль­фид MnS, марганец способствует удалению серы в шлак. При сварке низкоуглеродистых и низколегированных ста­лей высокомарганцовистые флюсы легируют металл шва. Кремний способствует снижению пористости металла шва, так как подавляет процесс образования оксида углерода, который является одной из основных причин образования пор в наплавленном металле. Кремний также является хо­рошим раскислителем, но как легирующий элемент при сварке под флюсом имеет ограниченное применение.

Неплавленые флюсы представляют собой механиче­скую смесь составляющих его материалов. Исходные ма­териалы (кремнезем, марганцевую руду, плавиковый шпат, ферросплавы и др.) дробят, измельчают, дозируют и полу­ченную смесь тщательно усредняют. Затем замешивают в строго определенных соотношениях с водным раствором жидкого стекла и, пропустив через гранулятор, получают шарообразные гранулы (соединения). Сырые гранулы (со­единения) поступают на сушку и прокалку.

Отсутствие плавки позволяет вводить в состав флюсов различные ферросплавы, металлические порошки, оксиды элементов и другие материалы. Эти вещества, участвуя в металлургических процессах сварки, значительно облегча­ют широкое легирование и раскисление наплавленного ме­талла, улучшают структуру и снижают содержание вред­ных примесей в металле шва. При этом используется бо­лее простая сварочная проволока из обычной низкоуглеродистой стали. Недостатком неплавленых флюсов является их большая гигроскопичность, требующая герметичности упаковки и более точного соблюдения режима сварки, так как он оказывает влияние на процесс легирования наплав­ленного металла.

Используются флюсы марок АНК-35 (для сварки низ­коуглеродистых сталей низкоуглеродистой проволокой Св- 08 и Св-08А), АНК-46 (для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей), АНК-47 и АНК-30 (для свар­ки швов высокой хладостойкости), АНК-45 (для сварки высоколегированных сталей), АНК-40, АНК-18, АНК-19 (для наплавочных работ низкоуглеродистой сварочной про­волокой Св-08 и Св-08А). При применении наплавочных проволок эти флюсы дают слои наплавленного металла бо­лее высокой твердости. Флюс марки АНК-3, применяемый как добавка к флюсам марок АН-348А, АН-60,повышаетстойкость швов против образования пор.

Важным преимуществом неплавленых керамических флюсов является их относительно малая чувствительность к ржавчине, окалине и влаге на поверхности свариваемых кромок деталей по сравнению с плавлеными флюсами. Это особенно важно при строительно-монтажных работах. Плав­леные флюсы при сварке дают относительно небольшое количество легирующих примесей (только за счет восста­новления из оксидов кремния и марганца). При этом появ­ляются оксиды, способствующие образованию неметалли­ческих включений, ухудшающих механические свойства металла. Поэтому для соответствующего легирования ме­талла шва приходится применять дорогую легированную проволоку. Однако высокие технологические свойства плав­леных флюсов (хорошая защита зоны сварки, хорошее фор­мирование валиков, отделимость шлака и др.) и меньшая стоимость обеспечивают широкое применение их в свароч­ном производстве. При необходимости получения сварных швов высокого качества по ударной вязкости при низкой температуре; швов, стойких против образования пор и тре­щин; и некоторых других специальных швов керамические флюсы незаменимы.

Магнитные флюсы относятся также к неплавленым флюсам. По технологии изготовления и применению они аналогичны керамическим флюсам. Кроме веществ, вхо­дящих в состав керамических флюсов, магнитный флюс содержит железный порошок, который не только придает ему магнитные свойства, но и способствует повышению производительности сварки. Флюс подается через соплс дозирующим устройством автомата (или полуавтомата). Под действием магнитного поля сварочного тока флюс при­тягивается к зоне сварки. При этом обеспечивается мини­мальный расход флюса и возможность качественной свар­ки вертикальных швов. В качестве электродного материала при сварке под слоем флюса используется холоднотянутая сварочная проволока, химический состав которой выбирается в зависимости от химического состава свариваемого металла и порошковая проволока марок ПП-АН 120, ПП-АН 121, ПП-АН 122. Для сварки низкоуглероднстых конструкционных сталей обычно применяется проволока СВ-08А, СВ-08ГА по ГОСТ 2246-70 (см. приложение 1). Для сварки легированных сталей используется проволока того же химического состава, что свариваемая сталь. Результаты сварки под флюсом в значительной степени зависят от свойств и качества флюса. Флюс должен обеспечивать хорошее формирование сварного шва при высокой производительности сварки, требуемый химический состав, структуру и высокую прочность наплавленного металла. В соответствии с ГОСТ 9087-81 выпускается 24 марки плавленых флюсов, применяемых для автоматической и механизированной электродуговой сварки, а также для электрошлаковой сварки стали (Табл. 3).

Таблица 3

Флюсы должны изготовляться в виде однородных зерен (размер флюса от 0,25 до 4,0 мм). Содержание инородных частиц (нерастворившихся частиц сырьевых материалов, футеровки, угля, графита, кокса, металлических частиц и др.) должно быть не более: 0,5% от массы флюса для марок АН-348-А, АН-348-АМ, АН- 348-В, АН- 348-ВМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45-М, ОСЦ-45-П АН-18; 0,3 % – для марок АН-8, АН-15М, АН-17М, АН-20С, АН-20СМ, АН-20П, АН-22, АН-43, АН-47, АН-60, АН-65 ФЦ-9; 0,1%– для марок АН-26С, АН-26СП, АН-26П, АН-42.

Автоматическая сварка под флюсом может вестись односторонним или двухсторонним способом (рис. 27). Лучшие результаты дает двухсторонний способ сварки, но он не всегда технологически возможен.

Рис. 27. Способы сварки стыковых швов:

а (АФ) — односторонняя сварка с неполным проваром; б (АФо) —сварка на стальной остающейся подкладке; в (АФф) — сварка на флюсовой подушке; г (АФп) — сварка на медной подушке; д (АФм) — сварка на флюсомедной подкладке; е (АФш) — сварка по предварительной ручной подварке Подготовку кромок и сборку изделия при сварке под флюсом производят более точно, чем при ручной сварке. Настроенный под определенный режим автомат точно выполняет установленный процесс сварки и не может учесть и выправить отклонения в разделке кромок и в сборке изделия. Разделку кромок производятмашинной кислород­ной или плазменно-дуговой резкой, а также на металлоре­жущих станках. Свариваемые кромки перед сборкой должны быть тща­тельно очищены от ржавчины, грязи, масла, влаги и шла­ков. Это особенно важно при больших скоростях сварки, когда загрязнения, попадая в зону дуги, приводят к образо­ванию пор, раковин и неметаллических включений. Очист­ку кромок производят пескоструйной обработкой или про­травливанием и пассивированием. Очистке подвергается поверхность кромок шириной 50—60 мм по обе стороны от шва. Перед сваркой детали закрепляют на стендах или иных устройствах с помощью различных приспособлений или прихватывают ручной сваркой электродами с качественным покрытием. Прихватки длиной 50—70 мм располагают на расстоянии не более 400 мм друг от друга, а крайние при­хватки — на расстоянии не менее 200 мм от края шва. При­хватки должны быть тщательно очищены от шлака и брызг металла. При сварке продольных швов для ввода электрода в шов и вывода его из шва за пределы изделия по окончании свар­ки к кромкам приваривают вводные и выводные планки. Форма разделки планок должна соответствовать разделке кромок основного шва. Сварочный ток, напряжение дуги, диаметр, угол накло­на и скорость подачи электродной проволоки, скорость свар­ки и основные размеры разделки кромок выбирают в зави­симости от толщины свариваемых кромок, формы раздел­ки и свариваемого металла. Стыковые швы выполняют с разделкой и без разделки кромок согласно ГОСТ 8713-79 (табл. 4). При этом шов может быть одно- и двусторон­ним, а также одно- и многослойным. Стыковая сварка односторонняя применяется при ма- лоответственных сварных швах или в случаях, когда кон­струкция изделия не позволяет производить двусторон­нюю сварку шва. Значительный объем расплавленного металла, большая глубина проплавления и некоторый пе­регрев ванны могут привести к вытеканию металла в за­зоры и нарушению процесса формирования шва. Чтобы из­бежать этого, следует закрыть обратную сторону шва сталь­ ной или медной подкладкой, флюсовой подушкой или про­варить шов с обратной стороны (рис. 28). На практике применяют четыре основных приема вы­полнения односторонней сварки стыковых швов, обеспе­чивающих получение качественного сварного шва. Сварка на флюсовой подушке заключается в том, что под свариваемые кромки изделия подводят флюсовую по­душку — слой флюса толщиной 30—70 мм. Флюсовая по­душка прижимается к свариваемым кромкам под действи­ем собственной массы изделия или с помощью резинового шланга, наполненного воздухом. Давление воздуха в зави­симости от толщины свариваемых кромок изделия для тон­ких кромок составляет 0,05—0,06 МПа и 0,2—0,25 МПа — для толстых кромок. Флюсовая подушка не допускает подтекания расплавленного металла и способствует хоро­шему формированию металла шва.   Рис. 28. Схемы устройств для удержания сварочной ванны и шлака при сварке под флюсом: а — остающаяся подкладка; б — времен­ная подкладка; в — гибкая лента; г — ручная подварка; д — медно-флюсовая подкладка; е — флюсовая подушка; ж — заделка зазора огнестойким материалом; з — асбестовая подкладка; а, б, в, д, е — односторонний шов; г, ж, з — двусторонний шов; 1 — первый шов; 2 — второй шов   Таблица 4 Условное обозначение сварного соединения Конструктивные элементы Способ сварки S=S1 b e, не более g Подготовленных Кромок свариваемых деталей Сварного шва номин. Пред. откл. номин. Пред. откл.     С 47             АФ, МФ     +0,3 8,5 1,5 ±1,0 Св. 2 до 3 +0,5     2,0     +1,0 -1,5     Св. 3 до 4 +0,8 Св. 4 до 5     +1,0 Св. 6 до 8 Св. 8 до 10 Св. 10 до 12   С 4         АФф 0,0 +1,0 1,5   1,0 Св. 2 до 3     1,0     ±1,0     2,0 Св. 3 до 4   1,5 Св. 4 до 5     1,5 Св. 5 до 6 Св. 6 до 7     2,0     ±1,5     2,0 Св. 7 до 10   С 18           АФф От. 8 до 9         ±3     1,5     ±1,0 Св. 9 до 10 Св. 10 до 12       ±4     2,0   +1,0 -1,5 Св. 12 до 14     Св. 14 до 20     2,5   +1,0 -2,0 Св. 14 до 20 ±5     С 24             АФг От. 24 до 28 ±4   2,5   +1 -2,0     Св. 28 до 38         ±5 Св. 38 до 48 +1,5 -2,0 Св. 48 до 54     Св. 54 до 60     Сварка на медной подкладке применяется для больше­го теплоотвода в целях предупреждения пережога металла кромок. Вместе с тем подкладка, установленная с нижней стороны шва, предупреждает протекание жидкого металла сварочной ванны. Подкладка прижимается к шву с помо­щью механических или пневматических приспособлений. После сварки подкладка легко отделяется от стальных листов. При зазоре между свариваемыми кромками более 1— 2 мм медную прокладку делают с желобком, куда насыпа­ют флюс. В этом случае на обратной стороне шва образует­ся сварной валик. Ширина медной подкладки составляет 40—60 мм, а тол­щину подкладки (5—30 мм) выбирают в зависимости от толщины свариваемых кромок. Разработан метод сварки, при котором по обратной сто­роне шва перемещается медный башмак, охлаждаемый во­дой. При этом свариваемые листы собирают с зазором в 2—3 мм и через каждые 1,2—1,5 м скрепляют сборочными планками путем прихватки короткими сварными швами. Сварка на стальной подкладке производится в тех слу­чаях, когда конструкция изделия допускает приварку под­кладки с обратной стороны шва. Стальную подкладку плот­но подгоняют к плоскости свариваемых кромок и прикреп­ляют короткими швами ручной дуговой сваркой. Затем ав­томатической сваркой выполняют основной шов, провари­вая одновременно основной металл и металл подкладки. Размеры подкладки зависят от толщины свариваемых кро­мок. Обычно подкладку изготовляют из стальной полосы шириной 20—60 мм и толщиной 4—6 мм. Сварка после предварительного наложения подварен­ного шва вручную применяется для упрощения процесса сборки изделия. Стыковая сварка двусторонняя дает более выеококаче- ственный шов, обеспечивая хороший провар шва даже при некотором смещении свариваемых кромок. При изготов­лении строительно-монтажных конструкций двусторонний способ является основным. Стыковое соединение сварива­ют автоматом сначала с одной стороны так, чтобы глубина проплавления составляла 60—70% толщины металла шва. Зазор между кромками должен быть минимальным, не более 1 мм. Сварку выполняют на весу без подкладок и уплотнений с обратной стороны стыка. При невозможнос­ти выдержать зазор между кромками менее 1 мм принима­ют меры по предупреждению подтекания жидкого металла, как это делают при односторонней сварке, т. е. произ­водят сварку на флюсовой подушке, медной подкладке, на стальной подкладке или применяют прихватку ручной ду­говой сваркой. Режимы автоматической сварки под флюсом стыковых швов металлоконструкций приводятся в табл. 5. Тавровые и нахлесточные соединения сваривают верти­кальным электродом при положении шва «в лодочку» или наклонным электродом, если один из листов занимает го­ризонтальное положение. В зависимости от толщины сва­риваемых кромок и назначения соединения сварка может быть выполнена без разделки кромок, с одно- или двусто­ронней разделкой кромок. При зазоре между кромками менее 1 мм сварку «в ло­дочку» выполняют на весу. При больших зазорах сварку производят на флюсовой подушке или на подкладках. До­пускается заделка зазора асбестовым уплотнением или под- варка шва с обратной стороны. Сварка «в лодочку» обес­печивает равномерное проплавление свариваемых кромок и получение качественного шва большого сечения за один проход. В большинстве случаев для выполнения сварного соединения изделие устанавливают на кантователь.   Типичные режимы автоматической сварки под флюсом стыковых швов металлоконструкций на флюсовой подушке Таблица 5 Толщина металла Тип шва и подготовка кромок Зазор мм Диаметр проволоки, мм № слоя сварочный ток, А Напряжение дуги, В. Скорость сварки, 1,10-3 м/с переменный ток постоянный ток (обратная полярность) Односторонний без разделки кромок 2-4 4-6 5-7 _ _ _ 700-750 850-900 900-950 34-38 36-40 38-42 30-32 30-34 30-34 7,8-8,3 7-7,5 5,6-6,1 Двусторонний без разделки кромок 2-4 2-4 2-4 _ _ _ 700-750 675-725 725-775   36-40   30-34 7,8-8,3 7,8-8,3 7,5-8,1 более 17 Многослойный, одно – и –двусторонний с Y- и X-образной подготовкой кромок 3-1   3-1 4-5   4-5 _   2 и последующие 750-800   825-875 36-38   38-40     33-35     5,6-6,1   варку тавровых и нахлесточных соединений (рис. 29) при горизонтальной или вертикальной полке произво­дят наклонным электродом с углом наклона к гори­зонтальной полке 20—30°. Недостатком такого спосо­ба сварки является невозможность получить шов с ка­тетом более 16 мм, что иногда приводит к необходи­мости многослойной сварки. Рис. 29. Схема полуавтоматической сварки под флюсом: а — стыковых швов; б— в положении «в лодочку»; в — тавровых швов; г — нахлесточных швов

При полуавтоматической сварке перемещение дуги вдоль свариваемого шва производится сварщиком либо на себя, либо справа налево. Держатель опирают на кромки сварива­емого изделия и тем самым поддерживают постоянство вы­лета электродной проволоки в пределах 15—25 мм. Благо­даря повышенной плотности тока и более сосредоточенно­му вводу теплоты глубина провара при шланговой сварке возрастает на 30—40%. Устойчивость горения дуги также значительно повышается, что позволяет производить свар­ку металла малых толщин (0,8—1,0 мм) и кварку швов с катетом до 2 мм при сварочных токах 80—100 А.

Ориентировочные режимы полуавтоматической сварки приводятся в табл. 4.

Типичные режимы сварки под флюсом угловых швов металлоконструкции «в лодочку

Таблица 4

При стыковых швах с зазором более 1,0—1,5 мм свар­ку производят на флюсовой подушке или на подкладках. При этом держателю придают поперечные колебательные движения. Тавровые и нахлесточные соединения рекомен­дуется выполнять электродной проволокой диаметром 1,6—2,0 мм на постоянном токе обратной полярности. Зазор между свариваемыми кромками не должен превы­шать 0,8—1,0 мм. Качественный шов за один проход пщанговой сваркой можно получить при катете шва не более 8 мм. При катетах более 8 мм производят много­слойную сварку шва.