Сварка под флюсом — один из первых видов сварочных технологий. Понятие о ней было введено Николаем Славяновым в XIX век. Он же ввел основные термины. Практическое воплощение его идей осуществил Д. Дульчевский в XX веке. Он применил автоматизированный сварочный комплекс для флюсовой сварки. Метод постоянно совершенствовался и сохранил популярность и в наши дни. Параметры соединений регламентируются ГОСТ 8713-79 «Сварка под флюсом соединения сварные». Связанным документом является «Сварка под острыми и тупыми углами» ГОСТ 23518-79.
Тип соединения
Для сваривания заготовок используются автоматизированные и механизированные методы.
ГОСТ дает такое определение:
- МФ – на весу;
- МФШ – подварка;
- МФО – оставляемая подкладная пластина.
ГОСТ описывает такие виды автоматической сварки, как:
- АФО – подкладная пластина;
- АФФ — с флюсовой подушкой;
- АФК – подваривание корневой области;
- АФП – перемещаемая подложка из меди;
- АФМ – флюсо-медная подложка.
В документе ГОСТ 11534, регламентирующем флюсовую сварку под острыми и тупыми углами, дополнительно описываются следующие типы:
- П – обычная полуавтоматом;
- Пс – полуавтоматом на стальной подложке;
- Ппш – полуавтоматическая с подвариванием шва;
- Ас – автоматом на стальной подложке;
- Апш – автоматом с подвариванием шва.
Работа выполняется неплавящимся электродом.
Сварка под острыми и тупыми углами, согласно ГОСТ 11534, требует использовать такие типы швов, как:
- встык;
- внахлест;
- углом;
- тавровые.
Среди стыковых швов выделяются такие подвиды, как:
- односторонние и двухсторонние;
- замковые со скосом;
- криволинейный скос;
- скошенные симметричные;
- скошенные ломаные;
- строганые;
- скошенные ассиметричные;
- отбортованные.
Пример основной таблицы для стыкового шва типа С47.
Среди угловых швов выделяют:
- односторонние;
- двухсторонние;
- скос;
- отбортовка.
Швы внахлест и тавровые в этой классификации бывают односторонними и двухсторонними.
Форма подготовки кромок
ГОСТ 8713-79, описывающий сварку в защитном газе и сварные соединения, требует высокой точности при разделке кромок заготовок. Требования по точности, предъявляемые к обычной ручной сварке ММА, либо аргонодуговой, заметно ниже. Автоматический сварочный аппарат настраивается под определенный режим сварки, включая силу тока, расстояние от заготовки до электрода и его траекторию.
В ходе исполнения заложенной программы автоматический аппарат не сможет учитывать неточности обработки либо установки заготовки, как это смог бы сделать квалифицированный и опытный сварщик.
Разделку кромок проводят на установках газовой, плазменной или лазерной резки. Используются также металлообрабатывающие станки (фрезерный, строгальный, долбежный). Реже при разделке применяются установки водяной резки.
Перед началом работ необходимо провести подготовку: очистить от механических загрязнений, шлака, ржавчины, масложировых пятен. Оставшиеся загрязнения, попав в зону действия дуги, приводят к образованию таких дефектов, как:
- поры и каверны;
- трещины;
- непровар;
- посторонние неметаллические включения.
Механическую зачистку проводят с помощью пескоструйной обработки либо ручными угловыми шлифмашинами. Используется также и химическое пассивирование для более качественного удаления окисной пленки. Кроме самих кромок, зачищается и околошовная область на 5-6 мм с каждой стороны от шва. Общее обезжиривание с помощью органических растворителей или неорганических активных веществ распространяется на ту же зону.
Заготовки требуется надежно закрепить на сборочном стенде с помощью струбцин или специальной оснастки. Используется также прихватывание в заранее определенных местах ручной электродной сваркой или в среде углекислого газа. Точечные прихватки делают из полос металла длиной 5-7 см. Их устанавливают не далее 40 см одну от другой, с краю они должны быть не далее 20 см от начала (конца) шва. Их обязательно следует очистить от брызг расплава и шлаков.
Для входа и выхода электрода без прожога в начале и конце шва устанавливают вводные и выводные подкладки, разделанные тем же профилем, что и основной шов.
Рабочие режимы выбирают исходя из металла заготовок, их толщины, вида разделки. К ним относятся:
- рабочий ток и напряжение;
- толщина и темп подачи сварочного материала;
- скорость и наклон движения электрода.
Стыковые швы свариваются с разделкой или без таковой. Соединение может провариваться с одной либо обеих сторон, а также за несколько проходов.
Пример основной таблицы ГОСТ для типа соединения С18.
Если есть возможность довести зазор между заготовками до 1 мм, то работу в положении «в лодочку» проводят без подкладки. Если же зазор больше — подкладывают металлическую или асбестовую пластину, либо подсыпают подушку из флюса. Применяется также предварительное подваривание корня шва с изнанки.
Сварка в положении «лодочка» рекомендована для угловых и тавровых швов. Она дает возможность равномерно проплавить кромки и увеличить площадь сечения шва. Для этого заготовки крепят в специальной поворотной оснастке, называемой кантователь. Он может поворачиваться вместе с заготовкой вокруг продольной оси, параллельной линии шва. ГОСТ предусматривает сборку двутавра сварного таким же способом.
Сварочные схемы.
Сваривание тавровых и нахлесточных швов ведут с углом наклона электрода в 15-30о к линии шва. К минусам такого метода относят ограничение предельного значения катета в 16 миллиметров. Для получения больших значений приходится прибегать к многопроходному провариванию.
Технология сварки под слоем флюса
Автоматические и механизированные виды сварки под слоем флюса отличаются от традиционной технологии тем, что дуга при ее выполнении горит не в открытом воздухе, а под слоем сыпучего вещества с рядом специальных свойств, которое называется флюсом. В момент зажигания сварочной дуги одновременно начинают плавиться металл детали и электрода, а также используемый флюс. В результате испарений металла и флюса, образующихся в зоне сварки, формируется газовая полость, которая и наполнена образовавшимися парами, смешанными со сварочными газами.
Пример внешнего вида шва после сварки под слоем флюса
Полость, образующаяся при такой сварке, в своей верхней части ограничена слоем расплавленного флюса, который выполняет не только защитную функцию. Расплавленный металл электрода и свариваемой детали, взаимодействуя с флюсом, проходит металлургическую обработку, что способствует получению шва высокого качества.
При удалении дуги от определенной зоны сварки расплавленный флюс застывает, образуя твердую корку на готовом шве, которая легко удаляется после остывания изделия. Если выполняется автоматическая сварка под флюсом, то неизрасходованный флюс собирается с поверхности детали при помощи специального всасывающего устройства, которым оснащено автоматизированное оборудование.
На видео мастер объясняет некоторые нюансы работы при сварке с применением флюса:
Сварка под слоем флюса, выполняемая как механизированным, так и автоматизированным способом, обладает целым рядом весомых преимуществ.
- Процесс можно осуществлять с использованием токов значительной величины. Как правило, сила тока при выполнении такой сварки ориентировочно находится в пределах 1000–2000 Ампер, хотя вполне можно довести это значение и до 4000 А. Для сравнения: обычную дуговую сварку выполняют при силе тока не больше 600 А, дальнейшее увеличение силы тока приводит к сильному разбрызгиванию металла и невозможности сформировать сварочный шов. Между тем увеличение силы тока позволяет не только значительно ускорить процесс сварки, но и получить сварное соединение высокого качества и надежности.
- При сварке, выполняемой под слоем флюса, формируется закрытая дуга, которая расплавляет металл детали на большую глубину. Благодаря этому кромки свариваемой детали можно даже не подготавливать для их лучшей свариваемости.
- Поскольку режимы сварки под слоем флюса предполагают использование тока большой силы, скорость процесса значительно увеличивается. Если сравнивать скорость сварки, выполняемой под слоем флюса, которая измеряется в длине шва, получаемого за определенный промежуток времени, то она может в 10 раз превышать аналогичный параметр обычной дуговой сварки.
- Так называемый газовый пузырь, формируемый при выполнении сварки под защитным слоем флюса, препятствует разбрызгиванию металла, что предоставляет возможность получать сварочные швы высокого качества. Кроме того, это значительно снижает потери электродного металла, которые составляют максимум 2% от массы расплавленного материала. Экономится в таком случае не только электродный материал, но и электрическая энергия.
Общая схема дуговой сварки под флюсом
Выбор режима сварки, выполняемой под слоем флюса, осуществляется по следующим основным параметрам:
- диаметр используемой электродной проволоки;
- род тока и его полярность;
- скорость, с которой выполняется сварка;
- напряжение для формирования сварочной дуги.
Дополнительными параметрами, влияющими на определение режима сварки под флюсом, являются:
- размер частиц, состав и плотность используемого флюса;
- значение вылета электродной проволоки;
- параметр, определяющий, как электрод и свариваемая деталь располагаются относительно друг друга.
Характер сварного шва
Односторонняя сварка стыков используется для менее ответственных соединений. Применяют ее и в тех случаях, когда не удается получить доступ к изнанке. Большой размер сварочной ванны, ее относительный перегрев, большой объем расплава зачастую приводят к расплескиванию расплава и его вытеканию через зазор. Для предотвращения нежелательного эффекта используют подкладочные пластины из стали или меди, а также подсыпку флюса. Наиболее распространены следующие методы выполнения односторонних швов:
- Флюсовая подушка. Под соединяемые кромки засыпают флюсовый порошок слоем 3-7 см. Прижим осуществляется за счет собственного веса или с помощью резинового баллона, наполненного сжатым воздухом. При небольших размерах соединения используется резиновый шланг. Слой флюсового порошка препятствует вытеканию расплавленной среды и предотвращает доступ воздуха к сварочной ванне.
- Медная подкладочная пластина. Медь имеет высокий коэффициент теплопроводности. Это свойство используется для отвода избыточного тепла из рабочей зоны. Таким образом не происходит пережог материала заготовок. Кроме того, пластина предохраняет расплав от вытекания через зазор. Напротив шва в пластине делается продольная выемка, ее засыпают флюсовым порошком. Благодаря такой выемке на изнаночной стороне соединения формируется сварочный валик. Медная пластина имеет ширину от 4 до 6 см, и толщину от 0,5 до 3 см.
- Медный ползун. Параллельно электроду с изнаночной стороны на шпильках движется массивный башмак с водяным охлаждением. Для снижения трения могут применяться ролики.
- Стальная подкладная пластина. Если позволяет конструкция, с тыльной стороны подкладывают контактную полосу шириной 2-5 см и толщиной полсантиметра из того же сплава, что и заготовки. Ее устанавливают с минимальным зазором и прихватывают через каждые 40 см конденсаторной сваркой. Пластина проваривается вместе с заготовками, входя в состав шовного материала. Таким образом не только предотвращается вытекание расплава, но и повышается прочность шва.
- Подварочный шов. Ручная подварка формирует корень шва, надежно фиксирует заготовки и предотвращает вытекание расплава.
Способы защиты от вытекания, виды подкладок.
Двустороння сварка стыков формирует более прочный и долговечный шов. Этот метод применяется в ходе сборки промышленных установок, станков, транспортных средств, строительных конструкций, ответственных и нагруженных изделий с высокой удельной прочностью. Проварка с двух сторон позволяет шву выдерживать как статические, так и динамические нагрузки наравне с основным материалом изделия.
При выполнении стыка в два прохода сначала заваривают шов с лицевой стороны, достигая глубины провара 60-70% от высоты. Перед этим заготовки тщательно подгоняют друг к другу, зазор не должен превышать 1 мм. Различные подкладочные средства при этом не применяют, сил поверхностного натяжения расплава достаточно, чтобы избежать вытекания. На следующем этапе проходят шов с изнаночной стороны, формируя его полный профиль.
Если по конструктивным или технологическим причинам обеспечить малый зазор не удается, используют те же методы для предотвращения протекания, что и при одностороннем способе:
- подкладочная пластина из меди;
- пластина из стали;
- слой флюсового порошка;
- подварка вручную.
Угловые, тавровые и нахлесточные швы заваривают, располагая заготовки в лодочку. При проварке с обратной стороны кантователь с закрепленными в нем заготовками поворачивают на необходимый угол.
Оборудование, которым осуществляют сварку под флюсом
Рассмотрим существующее оборудование для сварки под флюсом. Когда речь идет о проведении сварочных работ в условиях производственного цеха, то перед началом процесса сварки свариваемые детали надежно фиксируют на специальном сборочном стенде или при помощи других приспособлений, чтобы полностью исключить возможные незапланированные движения свариваемых элементов в ходе работы.
Сварочный трактор (производитель Multitrac)
На прокладке трубопроводов для сваривания стыков в основном используют специальные мобильные сварочные головки, а при производстве листовых конструкций применяются либо стационарные установки, либо универсальные мобильные (к примеру, сварочный трактор). Трактор для сварки под слоем флюса – это самоходная тележка с электродвигателем, на которой установлена автоматическая сварочная головка. Такое устройство может двигаться вдоль свариваемых деталей по рельсовому пути или же непостредственно по самим деталям.
Сварочная колонна и свариваемая деталь на роликовых опорах
В условиях цехов также активно используются передвижные или стационарные сварочные колонны, которые в комбинации с роликовыми опорами или вращателями служат для сварки продольных и кольцевых швов.
Толщина свариваемых деталей
Это важный параметр, определяющий выбор той или иной технологии, способ и конкретную форму разделки кромок, число сторон шва и число проходов. Тонкие заготовки (до 1мм) сваривают, применяя прием разделки «отбортовка». Он позволяет избежать прожога, увеличить площадь соприкосновения заготовок и повысить прочность, долговечность и герметичность (при необходимости) соединения. Заготовки от 1 до 4 мм сваривают без разделки кромок.
Небольшая толщина позволяет добиться полного провара и высокого качества шва. Заготовки толще 4 мм подвергаются разделке кромок. Это необходимо для обеспечения доступа электрода к корню шва для достижения полного и качественного провара.
Для деталей толще 60 мм используют специальные профили разделок, разнородные криволинейные или ступенчатые, и проваривают шов за несколько проходов. Сварочные смеси ГОСТ регламентирует также в зависимости от толщины.
Процесс сварки
Когда детали свариваются с использованием флюса, горение дуги происходит с помощью оригинального гранулированного порошка. Высокая температура вызывает плавление электрода и окружающих его гранул. В результате появляется эластичная плёнка, которая окружает сварочную область.
Плёнка закрывает доступ кислорода к сварочной дуге. Шов получается без трещин и раковин. После остывания флюс обращается в шлак, равномерно закрывающий шов. Когда операция завершена, твёрдая корка удаляется механическим путём. Оставшийся флюс используется для проведения дальнейших операций. Такое «сыпучее одеяло» годится для проведения работ на различном оборудовании.
Наименьшее значение катетов при разной толщине заготовок
Стандарт устанавливает наименьшие значения в том случае, когда заготовки имеют разную толщину. Если разница меньше, то сваривание проводят как для деталей равной толщины.
Предельная разность толщин.
Если разница больше, то толстую деталь скашивают фаской до толщины тонкой. Возможно также выполнение шва с наклонной поверхностью, осуществляющей переход от заготовки к заготовке.
Положительные характеристики
Для осуществления такой технологии сварочный ток подаётся на проволоку через специальный мундштук. Он расположен примерно в 70 мм от края. В этом случае электрод не может перегреться. Для работы можно использовать большой ток. В результате происходит быстрая наплавка, хороший глубокий провар. Очень толстый металл можно сваривать без предварительного раздела кромок.
Когда выполняется автоматическая дуговая сварка, поддерживается постоянная величина шва. Он получается одинаковой формы и имеет однородный химический состав. В результате получается качественное соединение, отличающееся высокой стабильностью. Подобная технология не допускает появления дефектов, связанных с появлением подрезов и сплавлением металла.
Флюс защищает от разбрызгивания. Окружающую поверхность не нужно будет очищать от сварочных брызг.
Сварка флюсом считается высокопроизводительным процессом, при котором значительно экономится электроэнергия, совместно со сварочными материалами. Экономия достигает 30—40%.
