125160 (593072), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Отримання якісних швів на вуглецевих і деяких низьколегованих конструкційних сталях в даний час практично вирішується застосуванням наступних поєднань флюсів і зварювальних дротів: 1) плавлений висококременевий марганцевий флюс і низьковуглецевий або марганцевий зварювальний дріт; 2) плавлений висококременевий безмарганцевий флюс і марганцевий зварювальний дріт; 3) керамічний флюс і низьковуглецевий або марганцевий зварювальний дріт.
Загальним для перших двох поєднань є застосування плавлених висококременевих флюсів і дроту з киплячої або напівспокійної сталі. Для заспокоєння металу зварювальної ванни і попередження пористості при зварюванні киплячої сталі передбачений перехід деякої кількості кремнію з флюсу. Легування металу шва марганцем з метою підвищення стійкості проти утворення тріщин кристалізацій відбувається або через флюс (перше поєднання), або через дріт (друге поєднання). Порівняння цих поєднань флюсу і дроту показує, що зварювальні властивості висококременевих марганцевих флюсів дещо краще, ніж висококременевих безмарганцевих. Позитивна властивість висококременевих марганцевих флюсів – висока стійкість зварних швів проти утворення тріщин кристалізацій. Це обумовлено малим переходом сірки з флюсів даного типу в метал шва і порівняно сильним вигоранням вуглецю з металу зварювальної ванни.
Перевага висококременевих безмарганцевих флюсів полягає в кращій віддільності шлаку з поверхні шва, що обумовлене меншою окислювальною дією флюсу на метал шва, що твердіє, унаслідок чого утворення окисної плівки на поверхні шва відбувається повільніше і утруднюється зчеплення шлаку з цією поверхнею. До висококременевих марганцевих флюсів відносяться флюси АН-348-А, АН-348-АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, АН-60, ФЦ-9 і ін. Вони призначені для механізованого зварювання і наплавлення вуглецевих і низьковуглецевих сталей звичайної якості низьковуглецевим і низьколегованим зварювальним дротом. З них найширше застосовуються флюси АН-348-А, АН-60 і ОСЦ-45. На прохання споживачів можливе постачання флюсу марки АН-348-АМ із вмістом до 5,5% СаF2 для автоматичного зварювання дротом діаметром до 3 мм. Флюси АН-348-А і АН-348-АМ відрізняються від флюсів ОСЦ-45 і ОСЦ-45М меншим вмістом СаF2. Великий вміст СаF2 у висококременевому марганцевому флюсі викликає інтенсивніше виділення в атмосферу дуги фтористих з'єднань, що попереджають утворення пір від водню. Разом з тим погіршується стійкість дуги і гігієнічні умови праці.
У машинобудуванні, вагонобудуванні, будівництві і ряду інших галузей промисловості переважно застосовують флюси АН-348-А і АН-348-АМ, в суднобудуванні частіше використовують флюс ОСЦ-45 і ОСЦ-45М.
Згідно ГОСТ 9087–81 «Флюси зварювальні плавлені» перераховані вище флюси повинні поставлятися у вигляді однорідних по будові зерен без включення чужорідних частинок, зокрема частинок сировинних матеріалів, що не розчинилися, вугілля, коксу, стружки і т. п. Як виняток допускається вельми обмежений зміст частинок чужорідних матеріалів.
Ці флюси, окрім АН-60, є скловидними з об'ємною масою 1,3–1,8 г/см3. Флюс АН-60 пемзовидний і має об'ємну масу 0,7–1 г./см3. Розмір зерен флюсів АН-348-А і ОСЦ-45 повинен знаходитися в межах 0,35–3 мм, флюсів АН-348-АМ, ОСЦ-45М і ФЦ-9 – в межах 0,25–1,6 мм, флюсу АН-60 – 0,35–4 мм. Скловидний флюс з розміром зерен до 2,5 або до 3 мм і пемзовидний флюс з розміром зерен до 4 мм призначені для автоматичного зварювання дротом діаметром не менше 3 мм. Скловидний флюс з розміром зерен до 1,6 мм призначений для зварювання дротом діаметром не більше 3 мм.
З флюсів пемзовидної будови найширше застосовують флюс АН-60. У загальному об'ємі виробництва флюсів в країні він займає майже 50%. Флюс АН-60 призначений для зварювання з великою швидкістю, і його використовують в основному при виготовленні сталевих труб великого діаметру для газо- і нафтопроводів. Його високі зварювальні властивості (добре формування швів і висока стійкість проти появи в них пір) обумовлені пемзовидною будовою зерен.
Флюс АН-348-В відноситься до групи висококременевих високомарганцевих флюсів. Від флюсу АН-348-А він відрізняється декілька меншим вмістом МnО, наявністю ТіО2 і тим, що його виплавляють в електричних печах.
Для напівавтоматичного зварювання вуглецевих і низьколегованих сталей призначений флюс ФЦ-9. Невелике виділення фтористих газів при зварюванні під флюсом ФЦ-9 обумовлене низьким вмістом в його складі СаF2. Ця особливість дуже важлива при напівавтоматичному зварюванні, коли зварник знаходиться ближчим до дуги, чим при автоматичному зварюванні.
Флюс ФЦ-6 добре зарекомендував себе при багатопрохідному зварюванні кільцевих швів на вуглецевих і низьколегованих сталях дротами діаметром 4–8 мм, його успішно використовують на котельних заводах.
Б) Флюси для зварювання низьколегованих сталей
Окрім задоволення загальних вимог до флюсів, флюси, призначені для зварювання низьколегованих сталей, повинні сприяти отриманню металу шва підвищеної міцності з високими значеннями ударної в'язкості при низьких температурах. Якщо міцність і хімічний склад металу шва визначаються хімічним складом зварювального дроту і основного металу, то його ударна в'язкість в значній мірі залежить від флюсу. Для отримання високої ударної в'язкості металу шва потрібно забезпечити його дрібнокристалічну структуру, низький вміст шкідливих домішок і неметалічних включень. З цією метою необхідно знижувати вміст SiO2 у флюсі. Така вимога до складу флюсу привела до переважного використання низькокременевих флюсів при зварюванні низьколегованих сталей.
При зварюванні низьколегованих сталей потрібно забезпечити можливо низький вміст водню в металі шва, це досягається шляхом застосування флюсів з підвищеною окиснювальною здатністю і спеціальних технологічних заходів. Необхідна міцність металу шва на низьколегованих сталях досягається за рахунок легування його марганцем, хромом, нікелем, молібденом і ванадієм, а не за рахунок підвищення вмісту в нім вуглецю, який сприяє підвищенню схильності швів до утворення тріщин кристалізацій.
Сучасні низьколеговані сталі підвищеної міцності при зварюванні вимагають обмеження підведення теплоти, щоб запобігти зменшенню міцності основного металу в навколошовній зоні. Це досягається накладенням багатошарових швів при зварюванні металу середньої і великої товщини. У зв'язку з цим до флюсу, призначеного для зварювання таких сталей, пред'являються підвищені вимоги відносно віддільності шлакової кірки і якості формування шва.
Існує два принципово різних підходи до питань металургії зварювання легованих сталей під флюсом. Перший з них полягає у використанні хімічно нейтральних флюсів у поєднанні із зварювальними дротами, близькими по складу до основного металу. Флюси в цьому варіанті практично не містять таких неміцних окисів, як FeО, МnО, SiO2 і ТiO2, які при дисоціації виділяють кисень.
Другий підхід передбачає створення в зоні зварювання окиснювальних умов шляхом введення до складу флюсу неміцних оксидів, що легко розкладаються при нагріванні. Це забезпечує проходження ряду корисних металургійних реакцій, які не можуть мати місця при зварюванні під флюсами нейтрального типу. За рахунок цих реакцій знижується концентрація розчинених в рідкому металі водню і вуглецю, що підвищує стійкість швів проти утворення пір і тріщин; полегшується утворення зародків і видалення в шлак виниклих окисних включень; забезпечується сприятливіший розподіл сірки і фосфору між металом і шлаком, що підвищує стійкість швів проти тріщин кристалізацій.
Такі особливості окиснювального варіанту процесу зварювання в порівнянні з нейтральним сприяли створенню більшості матеріалів (зокрема флюсів), що мають окиснювальний характер, для зварювання низьколегованих сталей.
Більшість плавлених флюсів, призначених для зварювання низьколегованих сталей, є низькокременевими слабоокиснюючими. До них відносяться флюси АН-10, АН-22, АН-47, АН-65 і ін. Дослідним шляхом встановлено, що погіршення формування швів, викликане зниженням вмісту SiO2 у флюсі, частково може бути компенсоване підвищенням вмісту А12О3, яке подібно SiO2 здатне додавати флюсу в'язкість, робити його шлак довгим. Тому у складі флюсів для зварювання низьколегованих сталей зазвичай багато окису алюмінію, причому його концентрація тим вище, чим менше міститься SiO2. Подібно до окису алюмінію на в'язкість флюсу діють і інші комплексообразуючі окиси, наприклад ZrO2. Введення у флюс значної кількості А12О3 замість SiO2 знижує його хімічну активність по відношенню до металу зварювальної ванни, зменшує забрудненість металу шва неметалічними включеннями і сприяє поліпшенню його механічних властивостей.
Низькокременеві флюси сприяють підвищенню ударної в'язкості металу шва при низьких температурах (нижче – 35° С). Якщо така вимога до металу шва не пред'являється, то можливе використання висококременевих флюсів, що відрізняються вищими зварювально-технологічними властивостями, ніж низькокременеві. В деяких випадках для зварювання низьколегованих сталей можна застосовувати флюси, призначені для зварювання середньолегованих сталей.
Першими вітчизняними низькокременевими флюсами, розробленими для зварювання низьколегованих сталей, були АН-10 і АН-22. Флюс АН-22 використовують в даний час при дуговому і електрошлаковому зварюванні низьколегованих сталей підвищеної міцності. При дуговому зварюванні флюс АН-22 у поєднанні з відповідними дротами забезпечує отримання зварних швів з необхідними показниками механічних властивостей. Метал шва мало забруднений неметалічними включеннями. Проте цей флюс має і недоліки: недостатньо добре формування швів і порівняно низьку їх стійкість проти утворення пір, що обумовлене пониженим вмістом в нім SiO2. В результаті подальших розробок були створені флюси АН-42, АН-15, АН-15М, ФЦ-11 і ін., що перевершують флюс АН-22 по зварювальних властивостях і разом з тим забезпечують збільшені вимоги до механічних властивостей металу шва.
Флюс АН-42 призначений для зварювання низьколегованих і середньолегованих сталей, в основному суднобудівних. До цих пір він знаходить деяке застосування, чому сприяє поєднання задовільних зварювально-технологічних властивостей флюсу з прийнятними механічними властивостями металу шва.
Флюс АН-15, розроблений для зварювання легованих сталей, в основному типу 30ХГСА, забезпечує нижчий вміст фосфору в металі шва, чим флюси АН-42 і АН-22, а при зварюванні дротом 18ХМА зрушує поріг холодноламкості металу нижче –70° С. Однак при використанні флюсу АН-15 формування швів, особливо кілець на трубах, погане. Шлакова кірка відділяється насилу, стійкість проти насичення шва воднем низька. До того ж технологія виготовлення флюсу АН-15 складна. В даний час флюс АН-15 в основному замінений флюсом АН-15М, який відрізняється нижчим вмістом SiO2, підвищеним вмістом СаО і А12О3, а також невеликою добавкою NaF. У зв'язку з цим флюс АН-15М менше окисляє вуглець і легуючі елементи в металі зварювальної ванни, метал шва менше забруднюється сульфідними і оксидними включеннями, при цьому забезпечується така ж стійкість проти утворення тріщин, як при використанні флюсу АН-15. За якістю формування швів, стабільності горіння дуги і віддільності шлакової кірки флюс АН-15М перевершує флюс АН-15.
Флюс ФЦ-11 розроблений для багатошаровому зварюванні низьколегованих безмарганцевих сталей. Він не містить окисів марганцю, а тому практично не збагачує метал шва фосфором, що міститься у великій кількості в марганцевій руді. Легування металу шва марганцем здійснюється через дріт. Флюс не вимагає високотемпературної обробки після мокрої грануляції, не схильний до вторинної гідратації при зберіганні на повітрі і забезпечує легку віддільність шлакової кірки, що вельми важливе при зварюванні з'єднань товстого металу з глибоким і вузьким обробленням кромок. Застосовується у поєднанні з дротами зі спокійної сталі. Відсутність помітної хімічної взаємодії шлаку з розплавленим металом і переходу кремнію і марганцю з флюсу в метал шва дозволяє отримувати при багатошаровому зварюванні метал з незначним вмістом неметалічних включень.
Добрі показники ударної в'язкості металу шва при низьких температурах забезпечує пемзовидний флюс АН-37П, розроблений для односторонньої зварювання сталей на ковзаючому мідному повзунові. Він володіє також достатньо високими зварювально-технологічними характеристиками.
Для зварювання товстого металу у вузьке оброблення з паралельними кромками призначений флюс ФЦ-16, розроблений на основі системи SiO2 – СаО – А12О3 – СаF2. Таке оброблення при зварюванні під флюсом товстого металу доцільніше, ніж несиметрична Х-образна. Вона дозволяє істотно підвищити продуктивність праці, економити зварювальні матеріали і електроенергію.
Для здійснення зварюванні у вузьке оброблення необхідний флюс, що задовольняє ряду спеціальних вимог: легка віддільність шлакової кірки з гарячого металу і її мимовільне розтріскування, формування швів з гладкою поверхнею, без підрізів на вертикальних кромках. З метою зниження інтенсивності проходження кременевідновного процесу до складу флюсу ФЦ-16 введений NaF при співвідношенні SiO2: СаО = 2: 1, що забезпечує задовільні зварювально-технологічні властивості флюсу і необхідні властивості металу шва.
Введення до складу низькокременевих флюсів окисів заліза сприяє значному поліпшенню механічних властивостей металу шва на низьколегованих високоміцних сталях і сталях підвищеної міцності. Гальмується проходження кремене- і марганцевовідновлюючих процесів, відбувається деяке окислення розкислювачів і легуючих елементів. Продукти цих реакцій частково залишаються в металі шва у вигляді мілкодисперсної фази, що складається з окисів заліза і окисів легуючих елементів. Серед плавлених низькокременевих флюсів окиснюваного типу, призначених для зварювання таких сталей, першим був розроблений флюс АН-17, що виготовляється в невеликих кількостях плавкою в електропечі з водоохолоджуваним металевим стаканом. Потім були розроблені флюси АН-17М і АН-43. Всі ці флюси мають скловидну будову зерен. Унаслідок підвищеного вмісту окисів заліза вони інтенсивно окислюють метал зварювальної ванни, причому чад легуючих елементів вищий, ніж при зварюванні під низькокременевими слабоокиснюваними флюсами. У зв'язку з цим для досягнення однакових міцних властивостей металу шва у поєднанні з низькокременевими сильно окиснюваними флюсами необхідно застосовувати зварювальні дроти з вищим вмістом легуючих елементів.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
