Техника сварки углеродистых сталей под флюсом

Автоматическую сварку обычно выполняют электродной паволокой диаметром 3—5 мм, полуавтоматическую проволокой диаметром 1,2—2 мм. Равнопрочность соединения достигается за счет подбора соответствующих составов флюсов и электродных прополок и выбора режимов и техники сварки. При сварке низ­коуглеродистых сталей в большинстве случаев применяют флюсы марок АН-348-А и ОСЦ-45, АН-60 и др. и низкоуглеродистые электродные проволоки марок Св-08 и Св-08А. При сварке ответственных кон­струкций, а также ржавого металла рекомендуется использовать электродную проволоку марки Св-08ГА.

Использование указанных материалов позволяет получить металл шва с механическими свойствами, равными или превышаю­щими свойства основного металла. Металл шва обладает малой склонностью к образованию пор и кристаллизационных трещин.

Основу шлаковой системы флюсов АН-348-А и ОСЦ-45 состав­ляют окислы марганца и кремния. Подобная композиция шлака обеспечивает переход элементов раскислителей кремния и марганца в сварочную ванну в результате развития на границе раздела шлака, металла, кремния и марганце восстановительных процессов. Основной недостаток по­добного способа введения элементов раскислителей в сварочную ванну заключается в загрязнении металла шва микроскопическими шлаковыми включениями (суммарное со­держание кислорода в металле шва достигает 0,05%). Это вызы­вает некоторое снижение пластических свойств металла шва и его ударной вязкости. Однако, несмотря на некоторое загрязнение металла шва шлаковыми включениями, применительно к низкоуглеродистым сталям пластические свойства металла шва харак­теризуются достаточно высоким уровнем (ан = 10-14 кгс-м/см).

Для придания определенных физико-технологических свойств (вязкости, температуры плавления, чувствительности к влаге и др.) в состав флюса вводят фтористый кальций.

Малая склонность металла шва к образованию кристаллиза­ционных трещин при сварке под высокомарганцовистыми флю­сами обусловлена тем, что значительная часть серы при нали­чии в шлаке больших количеств МпО находится в виде соеди­нения MnS.

При сварке под высокомарганцовистыми флюсами-силикатами возможен переход фосфора из шлака в сварочную ванну. Во флюс фосфор попадает как примесь с марганцевой рудой. Поскольку фосфор понижает ударную вязкость металла шва, то при исполь­зовании высокомарганцовистых флюсов особенно необходимо сле­дить за чистотой флюса по фосфору.

Малая склонность к образованию пор в металле шва при на­личии окалины или ржавчины на свариваемых кромках обуслов­лена наличием в шлаке (Si0₂) и (CaF₂). Окись кремния понижает концентрацию свободной закиси железа в шлаке, благодаря чему уменьшается переход кислорода в сварочную ванну. Развитие кремне восстановительного процесса до известных пределов (по содержанию окалины или ржавчины) обеспечивает достаточный переход кремния в сварочную ванну. Тем самым предотвращается образование пор, вызванных выделением СО.

Малая чувствительность к влаге, входящей в состав ржавчины, или адсорбированной, обусловлена наличием во флюсе фтористого кальция. Фтористый кальций понижает стабильность горения дуги и служит источником образования вредных фтористых газов. Для повышения стабильности горения дуги при питании ее перемен­ным током необходимы источники с повышенным напряжением холостого хода (не ниже 65—70 В).

Необходимой защиты зоны сварки от атмосферы воздуха и устойчивого протекания процесса достигают при определенной толщине слоя флюса, которую назначают в зависимости от мощности дуги (толщина слоя флюса составляет 25—35 мм при силе сварочного тока Iсв = 200-400 А и 45—60 мм при Iсв = 800-1200А).

Формирование металла шва зависит от физического состояния флюса, пемзовидного или стекловидного. Пемзовидные флюсы (например, АН-60) обладают меньшей объемной массой, чем стек­ловидные (например, АН-348А), и поэтому плавятся легче. Это обеспечивает большую подвижность дуги и способствует формиро­ванию широких швов с малым усилением. Пемзовидные флюсы используют при сварке на большой скорости. Однако защитные свойства пемзовидного флюса ниже. Так, например, при сварке под стекловидным флюсом содержание азота в металле шва со­ставляет 0,0025%, а под пемзовидным 0,038%. Пемзовидный флюс может вносить в зону дуги большее количество водорода (влаги), поэтому пемзовидные флюсы требуют более тщательного контроля влажности.

Формирующая способность флюса зависит также от его грану­ляции, поскольку последняя определяет газопроницаемость флюса. С увеличением мощности дуги хорошее формирование шва сохра­няется при обеспечении достаточной газопроницаемости. Поэтому с увеличением мощности дуги используют более крупнозернистый флюс.

Режимы автоматической сварки под флюсом могут изменяться в широких пределах в зависимости от толщины свариваемых эле­ментов, диаметра электрода, формы шва (прямолинейный, коль­цевой), имеющегося оборудования и др. Металл швов, выпол­ненных автоматической сваркой под флюсом, имеет достаточно высокие свойства: = 460-500мПа; =26-32%.

Керамические флюсы (К-2, КВС-19, К-11 и др.) используют для сварки низкоуглеродистых сталей. По сравнению с плавле­ными флюсами керамические менее чувствительны к образованию пор при наличии на свариваемых кромках ржавчины и влаги. Однако керамические флюсы обладают меньшей прочностью, что затрудняет их многократное использование, и более чувстви­тельны к режиму сварки. Применительно к сварке низкоугле­родистых сталей наиболее рационально и экономически оправ­дано использовать керамические флюсы для сварки ржавого и увлажненного металла, когда операция зачистки, обеспечиваю­щая полное удаление ржавчины, вызывает значительные труд­ности.

В конструкциях из низкоуглеродистых сталей наряду со сваркой с разделкой кромок широко приме­няется сварка стыковых швов и швов без разделки кромок. Уве­личение доли основного металла в металле шва, характерное для этого случая, и некоторое увеличение содержания в нем углерода могут повысить прочностные свойства и понизить пластические свойства металла шва.

Режимы сварки низкоуглеродистых сталей зависят конструкции соединения, типа шва и техники сварки (Табл.1).

Свойства металла околошовной зоны зависят от термического цикла сварки. При сварке угловых однослойных швов и стыковых и угловых швов на толстолистовой стали типаВСтЗ на режимах с малой погонной энергией в околошовной зоне возможно образо­вание закалочных структур с пониженной пластичностью. Пре­дупредить это можно увеличением сечения швов или применением двухдуговой сварки.

В зависимости от условий сварки и охлаждения свойства сварных соединений на низкоуглеродистых сталях изменяются в широких пределах.