Общая классификация и сварочно-технологические свойства флюсов.

Сварочные флюсы можно разделить на отдельные группы по способу изготовления, химическому составу, по основности, химической активности, назначению, строе­нию и размеру зерен и т. д.

Классификация по способу изготовления. В зависимо­сти от способа производства флюсы подразделяют на плавленые, керамические и плавлено-керамические.

Керамические флюсы производят в виде зерен, полу­чаемой при смешении шихты определенного состава на связующем (жидкое стекло) с последующей грануляцией и прокалкой при соответствующих температурах. Некоторые марки, керамических флюсов получают без добавок связующего за счет спекания шихты.

Такие флюсы применяют преимущественно при наплавке, поскольку они позволяют легировать напла­вляемый металл в широких пределах. Для этой цели во флюсы вводят металлические порошки и ферросплавы. Керамические флюсы при сварке применяют реже. В боль­ших объемах их используют для этой цели в зарубежной практике.

Плавленые флюсы получают сплавлением компонентов шихты в электрических или пламенных печах с после­дующей грануляцией расплава мокрым способом в воде, сухим дроблением застывшего шлака и распылением жидкой струи расплава воздушным потоком.

Плавлено-керамические флюсы включают два метода изготовления с целью повышения сварочно-технологических свойств флюса. В частности, использование плав­леного флюса в качестве шлакообразующей основы кера­мического флюса позволяет улучшить технологические свойства последнего в формировании наплавленного ме­талла, уменьшения газовыделений, стабильности горения дуги, отделимости шлаковой корки и т. п., поскольку керамические флюсы по сравнению с плавлеными обычно обладают худшими сварочно-технологическими свой­ствами.

Классификация по химическому составу. В зависимости от химического состава шлаковой основы сварочные флюсы подразделяют на три группы:

оксидные, солевые и солеоксидные.

Независимо от принадлежности к той или иной группе большинство шлаков состоит из основы или «скелета» и добавок к ней примесей. Основа шлаков называется шлаковой системой. Изучение таких систем обычно производится с помощью диаграмм состояния, которые строятся для двойных и тройных систем. Так как шлаковые системы часто имеют сложный состав, то выбирают основную тройную систему, а затем устанавливают влияние на нее остальных составляющих шлака.

Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фтористых соедине­ний. Их преимущественно применяют для сварки угле­родистых и низколегированных сталей.

Пример – шлаковые системы SiO₂ – FeO (ЦМ-7), CaO – SiO₂, SiO₂ – MnO (АН-348А, ОСЦ-45).

Флюсы солевой группы состоят из фтористых и хлористых солей металлов, а также из других, не содержащих кислород химических соединений. Их применяют для сварки активных метал­лов, таких, как алюминий, титан и др., а также

в электро­шлаковой технологии.

Пример – системы CaF₂ – NaF, KCl – NaCl – Na₃AlF₆, чистый CaF₂

Флюсы солеоксидной группы состоят из фторидов и оксидов металлов. Это группа флюсов наиболее широко применяется присварке и наплавке средне-и высоколеги­рованных сталей и сплавов.

Пример – системы CaF₂ –CaO – SiO₂ (УОНИИ-13), CaF₂ – Al₂O₃ (АНФ-6), СaF₂ – CaO (MgO) – Al₂O₃ – SiO₂ (АН-22, АН-26).

Оксидные флюсы построены преимущественно на базе шлаковой системы MnO – SiO₂, хотя имеются оксидные флюсы на базе других шлаковых систем. Наиболее распространено деление флюсов по содержанию в них окси­дов кремния и марганца.

По содержанию кремнезема:

— бескремнистые (количество SiO₂ в виде примеси до 5%),

— низкокремнистые (6¸35% SiO₂) и

— высококремнистые (более 35% SiO₂).

По содержанию марганца:

— безмарган­цовистые (количество MnO в виде примеси до 1%),

— низ­комарганцовистые (до 10% MnO);

— среднемарганцовистые (15¸30% MnO) и

— высокомарганцовистые (более 30% MnO).

По химическому составу, согласно рекомендации Меж­дународного института сварки (МИС), сварочные флюсы подразделяют на типы, приведенные в таблице 2.1.

Приведенная классификация флюсов может иметь боль­шое значение, поскольку тип флюса в определенной степени определяет способность его к взаимодействию в зоне плавления с жидким металлом, то есть способен характеризовать металлургические свойства флюса.

Классификация по основности.Химическое воздействие расплавленного флюса–шлака на металл шва в зна­чительной степени определяется соотношением в его составе кислых, основных и амфотерных оксидов. К основ­ным оксидам относят, например, CaO, MgO, MnO, FeO и др., к кислым SiO₂, TiO₂, ZrO₂. Оксиды алюминия (Аl₂O₃) и железа (Fе₂O₃) имеют амфотерный характер. Если в со­ставе флюса содержится много кислых оксидов, то А1₂O₃ и Fе₂O₃ ведут себя как основные оксиды; если во флюсе большую часть составляют основные оксиды – то как кислые. Фториды и хлориды обычно считают химически нейтральными соединениями.

Таблица 2.1 – Классификация сварочных флюсов по содержанию основных составляющих

Флюсы считаются кислыми при В < 1, основными – при В > 1 и нейтральными – приВ = 1, Классифика­ция флюcoв–шлaкoв по степени основности или кислотности в определенной мере формальна. Физический смысл понятия основности флюса–шлака состоит в оценке актив­ности иона кислорода. Чем выше основность флюса, тем выше активность иона кислорода О^2–, т. е. тем больше в нем свободных ионов кислорода.

Рассчитанные коэффициенты основности дают только весьма приближенную оценку основных свойств шлака. Кислотный или основной xaрактер шлака будет проявляться при наличии в нем свободных соответственно кислых или основных оксидов. A при оценке возможности получения в шлаке тех или иных свободных оксидов следует учитывать возможность образования в шлаке различных комплексных соединении, например FeO.SiO₂, MnO.SiO₂, CaO.SiO₂, MgO.TiO₂, или (FeO)₂.SiO₂, когда одна молекула SiO₂ может связать, не только одну, но и две молекулы основного оксида. В связи с этим шлак, состоящий из 50% SiO₂ и 50% FeO, по существу будет не нейтральным (В = 1), а кислым. Разработано много формул для определения основности флюсов и шлаков, с помощью которых в той или иной мере можно учесть возможность образования в шлаке различных комплекс­ных соединений.

Кислые шлаки, содержащие в незначительном количе­стве свободные ионы кислорода, обладают меньшей окис­лительной способностью, поскольку передача кислорода металлу в этом случае осуществляется путем разрушения сложных комплексных анионов на границе гетерогенной системы.

При оценке химической активности флюсов по суммар­ной окислительной способности составляющих оксидов для оценки химической активности сварочных флюсов–шлаков используют суммарное количество кислорода, уча­ствующего в окислительно-восстановительных реакциях на межфазной границе.