Cварка под флюсом: принцип работы и особенности оборудования

Сварка под слоем флюса – одна из наиболее производительных промышленных технологий сборки металлоконструкций. Ее используют для получения неразъемных соединений деталей из углеродистых и легированных сталей, а также цветных металлов.

Современное технологическое оборудование для сварки под флюсом позволяет добиться высокой степени автоматизации процессов. Поэтому целесообразность применения метода определяется длиной шва и толщиной свариваемых деталей.

Оборудование для сварки под флюсом: характеристики источника питания, тип тока

Промышленность выпускает два типа аппаратов для дуговой сварки под флюсом:

С постоянной скоростью подачи электродной проволоки, не зависимой от напряжения на дуге (основанные на принципе саморегулирования сварочной дуги) – для сварки проволокой до 3 мм
С автоматическим регулированием напряжения на дуге и зависимой от него скоростью подачи электродной проволоки (аппараты с авторегулированием) – для сварки проволокой диаметром более 3 мм.

В сварочных головках с постоянной скоростью подачи при изменении длины дугового промежутка восстановление режима происходит за счет временного изменения скорости плавления электрода вследствие саморегулирования дуги. При увеличении дугового промежутка (увеличение напряжения на дуге) уменьшается сила сварочного тока, что приводит к уменьшению скорости плавления электрода. Уменьшение длины дуги вызывает увеличение сварочного тока и скорости плавления. В этом случае используют источники питания с жёсткой вольтамперной характеристикой (см. статью Вольт-амперная характеристика дуги).

В сварочных головках с автоматическим регулятором напряжения на дуге нарушение длины дугового промежутка вызывает такое изменение скорости подачи электродной проволоки (воздействуя на электродвигатель постоянного тока), при котором восстанавливается заданное напряжение на дуге. При этом используют аппараты с падающей вольтамперной характеристикой.

Аппараты этих двух типов отличаются и настройкой на заданный режим основных параметров: сварочного тока и напряжения на дуге. На аппаратах с постоянной скоростью подачи заданное значение сварочного тока настраивают подбором соответствующего значения скорости подачи электродной проволоки. Напряжение на дуге настраивают изменяя напряжение холостого хода внешней характеристики источника питания.

На аппаратах с авторегулированием напряжение на дуге задается на пульте управления и автоматически поддерживается постоянным во время сварки. Заданное значение сварочного тока настраивают изменением крутизны внешней характеристики источника питания.

Настройка других параметров режима сварки (скорости сварки, вылета электрода, высоты слоя флюса и др.) аналогична для аппаратов обоих типов и определяется конструктивными особенностями конкретного аппарата.

Разновидности флюсов

Делятся они на несколько групп, в зависимости от металла:

Высоколегированные стали;
Цветные сплавы и металлы;
Легированные и углеродистые стали.

Более того, в зависимости от способа производства, флюс бывает керамическим и плавленым. В первом случае представлены керамические вещества, имеющие легирующие качества и улучшенный шов, а во втором — обладают пемзовидной или стекловидной структурой.

Создают керамический флюс измельчением элементов, смешиванием с экструзией, помогающей добиться однородной массы и лучшего измельчения, а также с жидким стеклом. Подобный процесс с использованием этих смесей выполняется, если требуется дополнительное легирование материала шва.

Изготавливается плавленый флюс путем спекания исходных материалов, с дальнейшей их грануляцией.

Помимо этого, флюсы для газовой и электрической сварки делятся по химическому составу на следующие категории:

Солевые. В них содержатся только фториды и хлориды. Они применяются для дуговой сварки флюсом шлакового переплава и активных металлов;
Смешанные. Они представляют собой комбинацию солевых и оксидных смесей. С помощью таких флюсов осуществляется варка легированных сталей;
Оксидные. Такие смеси нужны для сварки низколегированных и фтористых сталей. В их составе имеются окислы металла с небольшим содержанием фтористых соединений.

Как видно, разных модификаций этого материала довольно много. Но следует помнить, что автоматический сварка считается успешной, если используется соответствующий условиям флюс.

Классификация сварочной проволоки

Сварка полуавтоматом выполняется флюсовой проволокой без газа для повышения качества соединения деталей. От типа стержней и химического состава зависят механические показатели сварочного соединения.

Важно. Стальная проволока для сварки под флюсом должна соответствовать ГОСТу 2246 1970 года и применяться в зависимости от материала деталей.

Проволоку делают из трех видов сталей:

легированных;
высоколегированных;
конструкционных, низкоуглеродистых.

Сечение сердечников, в зависимости от толщины металла, изготавливается диаметром не более 12 мм. Поставляется в бухтах не более 80-ти м длины. По желанию заказчиков возможна намотка на кассеты или катушки.

Хранить стальную проволоку нужно в сухих помещениях. При образовании ржавчины бухты обрабатывают с помощью бензина или керосина.

Для сварки алюминиевых деталей проволоку изготавливают по ГОСТам 7871 и 16130. Для этого производятся и наиболее часто применяются омедненные проволоки, не требующие обрабатывания при сварке.

Достоинства и недостатки

У автоматической сварки с применением флюса есть много плюсов. Ее главное достоинство — возможность полной автоматизации процесса сварки. От сварщика не нужно даже уметь варить, достаточно знать, как настроить оборудование. Также такой метод сварки гарантирует отличное качество сварочных соединений, поскольку отсутствует человеческий фактор.

У технологии сварки деталей автоматической наплавкой под слоем флюса есть и недостатки. Во-первых, вы сможете варить только нижний швы. Также детали должны быть очень точно подогнаны, ведь машина формирует шов в четко заданном месте, и любая ошибка при стыковке приведет к браку. Кроме того, нужна очень тщательная подготовка металла перед сваркой.

Учтите, что у вас не получится сварить металл на весу. Деталь нужно будет зафиксировать на горизонтальной поверхности и предварительно проварить корень сварного соединения. Еще один существенный недостаток — большая стоимость как оборудования для автоматической сварки, так и комплектующих.

Теперь, когда вам все известно, пора узнать, какова технология автоматической сварки под флюсом.

Что такое сварка под защитными флюсами

По сути, это все тот же сварочный процесс с применением неплавящихся электродов и присадочной проволоки. Только вместо газа, который покрывает собою зону сварки, используется флюс – порошкообразный материал, засыпаемый поверх стыка двух металлических заготовок.

При высокой температуре сварки флюс расплавляется и выделяет все тот же защитный газ. При этом поверх зоны сваривания образуется прочная пленка, защищающая ее от негативного воздействия окружающего воздуха. Сгоревший порошок превращается в шлак, который легко снимается со сваренного шва. Остатки флюса можно собрать и использовать в другом месте.

Но самое главное, что все позиции, связанные с соединением стыкуемых деталей, точно такие же, как и в случае использования других сварочных технологий. А именно:

правильный подбор режима сварки, который зависит от структуры соединяемых металлов;
правильный выбор электрода;
присадочной проволоки, которая по своим свойствам должна соответствовать свойствам основных металлов;
грамотное формирование кромок;
зачистка торцов деталей, их обезжиривание.

Но есть и одна отличительная особенность – правильный выбор флюса.

В чем заключается сущность метода сварки под флюсом?

В первую очередь рассмотрим, как протекает процесс сварки под флюсом, какие особенности он имеет.

Один из самых распространенных методов – это, так называемая, однодуговая сварка. В этом случае используется только один электрод. Дуга при таком способе горит между металлоизделием, которое находится под флюсом и, собственно, электродом. Сама дуга существует в газовом пузыре, который образуется внутри плавящегося флюса благодаря парам основного металла и флюса. Отметим, что давление в пузыре не превышает 7-9 г/см 2 . Но под его воздействием, а также действием механического давления, которое создает дуга, происходит оттеснение расплавленного металла. Эта особенность позволяет значительно увеличить теплоотдачу от дуги к металлу.

Осуществляя сварку металлоизделий под флюсом, для увеличения глубины проплавления достаточно повысить силу тока, который, в свою очередь, увеличит механическое давление самой дуги. Сварной шов при таком методе образуется в ходе кристаллизации расплавленного металла и его покрывает корка из шлаков, которую дает затвердевший флюс.

Отметим, что благодаря образованию газового пузыря (в результате плавления флюса), который покрывает поверхность сварной ванны, металл изделия хорошо защищается от контакта с воздухом. При этом контактирование металла и шлака способствует тому, что шов изделия получается нужного химического состава.

Когда сварка металлоизделия осуществляется под флюсом, то ток к электроду подводится на маленьком расстоянии (не больше семи сантиметров). Такая особенность встречается и при сваривании металлов в среде защитных газов. Такое небольшое расстояние токоподвода позволяет работать с повышенными сварочными токами, при этом можно не опасаться, что электрод или проволока перегреются.

При сварке металлоизделий под флюсом плотность тока может быть в диапазоне 200-250 ампер на миллиметр квадратный. Заметим, что ручная сварка не имеет плотности тока выше, чем 15 А/мм 2 . Плотность сварного тока повышает глубину проплавления металла, а также увеличивает скорость плавления электрода. Это обеспечивает процессу высокую производительность.

Для сварки под флюсом можно использовать как переменный, так и постоянный ток.

Виды и предназначение сварочных флюсов

Под сварочными флюсами понимают неметаллические минеральные вещества, которые при сварке решают следующие задачи:

Стабилизируют горение сварочной дуги (особенно при сложных конфигурациях шва).
Улучшают формирование сварного шва.
Изменяют химический состав металла в зоне шва.
Снижают энергетические потери и износ электродов.
Позволяют повысить производительность процесса, поскольку возможно использовать автоматизированное оборудование для сварки под флюсом — так называемые сварочные тракторы.

Классификация данных материалов может быть выполнена по следующим параметрам:

По назначению. Различают флюсы для сварки сталей как нелегированных, так и легированных, для сварки цветных металлов, флюсы для пайки и т.д.
По химическому составу;
По технологии сварки;
По технологии приготовления.

Рассматриваемые составы могут быть универсальными, а также специально разработанными под особые условия сварки. В частности, для автоматической сварки под слоем флюса требуется использовать составы, полностью отвечающие требованиям ГОСТ 9087. Этим стандартом оговаривается определенная зависимость между размерами частиц флюса и диаметром сварочной проволоки.

Для выполнения сварки под флюсом используются вещества, получаемые либо плавлением, либо механическим соединением необходимых компонентов с последующим их склеиванием. В первом случае флюсы называют плавлеными, во втором — неплавлеными.

Плавленые сварочные флюсы производят по следующей технологии. Компоненты размалывают до требуемых размеров частиц (чем меньше диаметр сварочной проволоки, тем меньшими они должны быть), затем тщательно перемешивают и расплавляют в печах с безокислительной атмосферой. Завершающим этапом приготовления является гранулирование флюса. Оно заключается в пропускании нагретых частиц через непрерывный водный поток, в результате чего частицы затвердевают и получают округлую форму, причем от интенсивности потока будущего гранулята зависят его размеры. После сушки и просеивания на виброситах с различными размерами ячеек, флюс разделяется на фракции и считается готовым к применению.

Неплавленые флюсы получают перемешиванием необходимых компонентов и последующим их связыванием при помощи жидкого стекла. Их технологические характеристики несколько ниже плавленых.

Таким образом, выбор марки сварочного флюса полностью определяется условиями его использования. Технологи не советуют увлекаться универсальными веществами, рекомендуя их к применению лишь для соединения деталей, которые в процессе своей эксплуатации не подвергаются значительным изгибающим, а также вибрационным нагрузкам.

3 Какие материалы используют для сварочных работ под флюсом?

От грамотного подбора электродной проволоки зависит качество сварки. Ее химсостав устанавливает механические параметры шва. Рекомендуется применять стальную проволоку, которая соответствует Государственному стандарту 2246-70. Изготавливают ее из легированной, низкоуглеродистой и высоколегированной стали. Диаметры готовой проволоки при этом стандартизированы, они варьируются в пределах от 0,3 до 12 мм.

Поставляется такая продукция обычно в 80-метровых (не более) бухтах, реже в кассетах либо катушках (требуется согласие потребителя). Перед использованием проволоки, хранившейся некоторое время на складах, профессионалы советуют производить ее очистку и специальную несложную обработку бензином или керосином, что позволяет удалить ржавчину и загрязнения с изделия.

Для сварки изделий из алюминиевых листов выпускают проволоку по стандарту 7871-75. Также часто применяют омедненную проволоку (ГОСТ 16130-72), которая не требует предварительной обработки перед сваркой. На условия протекания сварочного процесса и качество шва, конечно же, оказывает влияние и то, какой флюс был выбран. Его состав определяет характеристики газовой атмосферы и жидкого шлака. От взаимодействия последнего с металлом в свою очередь зависит и структура металла шва. А она обуславливает стойкость против формирования трещин.

Выбирая флюсы, стоит помнить, что они необходимы для:

легирования металла шва;
изоляции (физического плана) сварочной ванны от окружающей среды;
создания поверхности шва;
стабилизации разряда дуги.

Cварка под флюсом: принцип работы и особенности оборудования