Выполнение работ, связанных с использованием газовой или электродуговой сварки, всегда сопряжено с увеличением химической активности высокотемпературной зоны, в которой формируется сварной шов. Вследствие химических реакций происходит окисление металла с образованием характерной пленки, испарение присадки, а также общее снижение скорости и качества металлургического процесса. Все это негативно сказывается на качестве и эффективности работы в целом. Увеличение времени формирования шва приводит к скоплению шлаков в сварочной ванне. Решение проблемы заключается в изолировании зоны от атмосферного воздуха.
Для создания защитных условий используют специальные средства, защищающие околошовную зону от кислорода и препятствующие вытеснению углерода из расплавленного металла. Такие средства называются флюсами. Они дополнительно могут укреплять материал легирующими элементами. Выглядит сварочный флюс, как мелкие гранулы, подающиеся в зону плавления. Подача флюса должна осуществляться именно в тот момент, когда через участок проходит зажженная электрическая дуга. Различные гранулы отличаются по цвету. Можно встретить крупнозернистый порошок желтого, черного, белого или прозрачного цвета.
Как работает
Вне зависимости от материалов при ведении дуговой сварки можно выделить основные элементы рабочей зоны, в которой формируется шов. В верхнем слое аккумулируется шлак, так как он легче расплавленного металла. Сам металл находится в нижнем слое в жидком состоянии. Температура внутри электрической дуги достигает 5000°C градусов. Наконец, в результате испарения материалов образуется газовый пузырь.
При ведении сварки в полуавтоматическом режиме картина несколько изменяется за счет наличия проволоки, однако основные элементы остаются неизменными. Негатив в весь процесс вносит шлаковая корка и процесс окисления. В результате образуются трещины, поры и примеси в металле, что ухудшает показатели прочности соединения. Чтобы исключить химическую активность материала, необходимо использовать вещества, дающие защиту в виде слоя инертного газа. Для облегчения работы флюс изготавливают из элементов, имеющих относительно невысокие температуры плавления.
Флюсы, помимо защиты от воздуха, обеспечивают изоляцию сварной ванны от пыли и инородных частиц, служат расходным материалом при проведении наплавки. К веществам предъявляются некоторые требования. Прежде всего, флюс не должен осложнять сварочный процесс. Его изоляционные свойства не могут проявляться частично. Если обеспечивается защита от атмосферного кислорода, то она должна быть надежной. Остатки флюса должны с легкостью удаляться с застывшего металла.
Выполнять все требования достаточно сложно, поэтому и существует много разных марок флюсов, в которых наиболее выражены те или иные свойства.
Принцип работы сварочного флюса достаточно прост. Порошок насыпается на поверхности деталей. Под действием температуры электрической дуги он плавится, в результате чего образуется газ. Этот газ и защищает поверхность ванны от проникновения кислорода.
Функции флюсовых смесей
Гранулированная флюсовая смесь может быть использована в ручной дуговой сварке. В режиме MMA сварка ведется плавящимися покрытыми электродами. Флюс выступает в качестве дополнительного расходного материала. При ведении работ в режиме MIG/MAG флюс подается в зону контакта проволоки и металла, а также может содержаться в проволоке в виде порошка. Защита применяется и при газовой сварке, когда происходит соединение цветных металлов или легированных сталей в пропан-кислородном пламени.
- Стабилизация дуги. Подобрав правильную для конкретной задачи флюсовую смесь, можно в значительной степени упростить процедуру сварки. Порошок благоприятно воздействует на электрическую дугу, повышая ее стабильность. Дуга образуется между электродом и свариваемой поверхностью. Примерный зазор между электродами составляет около 5 мм. Скачки тока и сложности при удержании электрода приводят к нарушению стабильного горения дуги, в результате чего внутри шва образуются дефекты. Наличие флюса делает дугу менее чувствительной к указанным внешним факторам. Это не только облегчает работу новичкам, но и позволяет вести сварку переменным током, а также увеличивает возможности ведения работ в других режимах.
- Защитная функция. От проникновения атмосферного кислорода в зону формирования шва должно защищать газовое облако, образующееся при плавлении флюса. Оно представляет собой непроницаемую оболочку, иначе очень быстро будет образовываться оксидная пленка, ведь металлы начинают активно взаимодействовать с кислородом. От сварщика требуется правильно рассчитать дозировку и состав порошка, чтобы последний успешно справился с поставленной задачей. Здесь важно руководствоваться двумя принципами. Первый заключается в том, что более мелкая структура позволяет создать более надежную защиту, но, в то же время, чрезмерно высокая плотность порошка негативно влияет на качество шва. Чтобы рассчитать массу порошка, необходимо воспользоваться специальными таблицами. Они приведены в различных справочниках и отражают количественный состав порошка, в зависимости от видов проводимых работ.
- Легирование. Процесс формирования сварного шва начинается после плавления основного металла и присадки. Происходит физическое взаимодействие веществ, в результате которых после кристаллизации образуется шов и околошовная зона. Химический состав этой зоны зависит от материала присадки. При высокой температуре некоторые химические элементы выгорают или осаждаются в шлаке. Без этих элементов металл уже не может обладать теми свойствами, которые учитывались при планировании работ. Восстановить эти свойства возможно внесением веществ извне. В флюсовые порошки добавляют легирующие элементы. В процессе сварки происходит обогащение металла. Легирующие добавки препятствуют оседанию в шлаковых массах марганца и кремния. В тех случаях, когда легирование носит целенаправленный характер, параллельно используется специальная присадочная проволока.
- Формирование поверхности. При кристаллизации металла начинает формироваться кристаллическая решетка. Ее структура влияет на прочность материала, а также на внешний вид. Любые воздействия на кристалл могут негативно отразиться на форме сварного шва. Вот почему после проведения сварочных работ зачастую не приходится говорить об эстетике. Применяя флюсы, можно существенным образом повысить качество поверхности. Некоторые элементы флюса обладают формирующими способностями. В качестве примера можно привести использование «длинных» порошков. Они применяются при соединении деталей большой толщины с помощью электродуговой сварки на большом токе. Порошок обладает высокой вязкостью, вследствие чего процесс застывания несколько затягивается, позволяя равномерно проплавить кромки. Образуется кристаллическая решетка с характерной структурой, которая внешне выглядит аккуратно и эстетично. Если вязкость не нужна, то применяются «короткие» порошки. Они застывают практически моментально.
Виды
Разнообразные флюсовые порошки подлежат распределению по группам. Все, что касается сварочных работ с использованием флюсовых порошков, регламентировано ГОСТ 8713-89. Этот документ является своеобразной «настольной книгой» для профессионального сварщика. Чтобы усвоить общий принцип классификации флюсов, необходимо знать, по каким критериям идет разделение.
Классификация по типу гранул
Внешний вид гранул дает возможность выделить несколько типов флюсов, в зависимости от размеров зерен и их внешнего вида. Структура и консистенция флюсового порошка подразумевает следующие типы:
- зернистые;
- газообразные;
- порошки;
- пасты.
Гранулы и порошки чаще всего используются в наплавке или при ведении дуговой сварки. Для газовой сварке больше подходят пасты или газовые флюсы. В зависимости от внешнего вида гранул флюсы делятся на стекловидные, пемзовидные и цементированные.
По составу
Химический состав флюса важен при определении его инертности в условиях высоких температур. Помимо этого не стоит забывать о функции легирования, когда происходит диффузия отдельных элементов в основной металл. При всей богатой альтернативе различных флюсовых составов можно выделить два обязательных составляющих элемента, это марганец и кремнезем. Остальные элементы являются добавками и легирующими элементами. От доли и разнообразия добавок зависит принадлежность флюса к одной из трех групп.
Группа оксидных флюсов применяется при сварке низколегированных фтористых сплавов. В составе порошка присутствуют оксиды металлов, а также соединения фтора. В бескремнистых флюсах доля кремния не превышает 5%. Существуют еще низкокремнистые порошки, содержащие 6-35% кремнезема, и высококремнистые. Определена градация и по содержанию марганца. Безмарганцевыми флюсами считаются порошки, содержащие менее 1% марганца. Высокомарганцевые флюсы содержат от 10% до 30% марганца.
В составе смешанных флюсов не так много оксидов. Их место занимают соли. Обычно доля кремнезема и марганца не так высока, но зато такие порошки содержат соединения фтора, что способствует работе с легированными сталями.
В солевых флюсах оксиды отсутствуют полностью. Зато содержание солей хлора, фтора, кальция, натрия и бария доведено до максимума. Подобные флюсы применяются в работе с химически активными металлами. Считается, что солевые флюсы являются универсальными, так как их можно использовать при сварке цветных металлов, высокоуглеродистых и легированных сталей.
Важным показателем в классификации считается химическая активность флюса (Аф). Этот показатель напрямую зависит от окислительных способностей составных элементов. Активными флюсами являются вещества с Аф, превышающими значение 0,6. Если Аф ниже 0,1, то такой флюс считается пассивным.
По способу действия и назначению
По данному критерию флюсы различаются так же, как и электроды. Они делятся на плавящиеся и неплавящиеся порошки. Плавящиеся флюсы используют в тех случаях, когда необходима диффузия дополнительных элементов. Примером может служить формирование поверхности шва или повышение антикоррозийных качеств. Неплавящимися флюсами пользуются при сварке цветных металлов. Известно о капризности и трудоемкости данного процесса. Флюс здесь предназначен для формирования тех или иных механических свойств шва.
Данный вид классификации (по назначению) выглядит наиболее естественно, так как использование флюсовых порошков продиктовано определенными целями. Некоторые вещества специально предназначены для легирования. Существуют и универсальные флюсы, сочетающие в себе все функции. Тем не менее, актуально разделение порошков для конкретных металлов. Хорошо известен, к примеру, алюминиевый флюс, изготовленный на основе натрия, калия и лития.
