Дуговая сварка под флюсом

Применение сварки под флюсом

Широкое применение этого способа в промышленности при производстве конструкций из сталей, цветных металлов и сплавов объясняется высокой производительностью процесса и высоким качеством и стабильностью свойств сварного соединения, улучшенными условиями работы, более низким, чем при ручной сварке, расходом сварочных материалов и электроэнергии. К недостаткам способа сварки под флюсом  относится возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания расплавленных флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10— 15°.

Сущность способа сварки под флюсом

Наиболее широко распространен процесс при использовании одного электрода — однодуговая сварка. Сварочная дуга горит между голой электродной проволокой и изделием, находящимся под слоем флюса. В расплавленном флюсе газами и парами флюса и расплавленного металла образуется полость — газовый пузырь, в котором существует сварочная дуга. Давление газов в газовом пузыре составляет 7— 9 г/см², но в сочетании с механическим давлением, создаваемым дугой, его достаточно для оттеснения жидкого металла из-под дуги, что улучшает теплопередачу от нее к основному металлу. При сварке под флюсом, повышение силы сварочного тока увеличивает механическое давление дуги и глубину проплавления основного металла. Кристаллизация расплавленного металла сварочной ванны приводит к образованию сварного шва. Затвердевший флюс образует шлаковую корку на поверхности шва. Расплавленный флюс, образуя пузырь и покрывая поверхность сварочной ванны, эффективно защищает расплавленный металл от взаимодействий с воздухом. Металлургические взаимодействия между расплавленным металлом и шлаком способствуют получению металла шва с требуемым химическим составом. В отличие от ручной дуговой сварки металлическим электродом при сварке под флюсом, так же как и при сварке в защитных газах токоподвод к электродной проволоке осуществляется на небольшом расстоянии (вылет электрода) от дуги (до 70 мм). Это позволяет без перегрева электрода использовать повышенные сварочные токи (до 2000 А). Плотность сварочного тока достигает 200—250 А/мм2, в то время как при ручной дуговой сварке не превышает 15 А/мм2. В результате повышается глубина проплавления основного металла и скорость расплавления электродной проволоки, т. е. достигается высокая производительность процесса. Сварку под флюсом можно осуществлять переменным и постоянным током. В зависимости от способа перемещения дуги относительно изделия сварка выполняется автоматически и полуавтоматически. При автоматической сварке подача электродной проволоки в дугу и перемещение ее осуществляется специальными механизмами. При полуавтоматической сварке дугу перемещает сварщик вручную.

Виды сварки под флюсом

Существуют разновидности сварки под флюсом, когда в некоторых случаях целесообразно применение двухдуговой или многодуговой сварки. При этом дуги питаются от одного источника или от отдельного источника для каждой дуги. При сварке сдвоенным (расщепленным) электродом дуги, горящие в общую ванну, питаются от одного источника. Это несколько повышает производительность сварки за счет повышения количества расплавленного электродного металла.

Электроды по отношению к направлению сварки могут быть расположены последовательно или перпендикулярно. При последовательном расположении глубина проплавления шва несколько увеличивается, а при перпендикулярном уменьшается. Второй вариант расположения электродов позволяет выполнять сварку под флюсом при повышенных зазорах между кромками. Изменяя расстояние между электродами, можно регулировать форму и размеры шва. Удобно применение этого способа при наплавочных работах. Однако недостатком способа является некоторая нестабильность горения дуги. При двухдуговой сварке используют два электрода (при многодуговой несколько). Дуги могут гореть в общую или раздельные сварочные ванны (когда металл шва после первой дуги уже полностью закристаллизовался). При горении дуги в раздельные сварочные ванны оба электрода обычно перпендикулярны плоскости изделия. Изменяя расстояние между дугами, можно регулировать термический цикл сварки, что важно при сварке закаливающихся сталей.

Эта схема позволяет вести сварку под флюсом на высоких скоростях, в то время как применение повышенного тока при однодуговой сварке приводит к несплавлениям — подрезам по кромкам шва. При двухдуговой сварке вторая дуга, горящая в отдельную ванну, электродом, наклоненным углом вперед, частично переплавляет шов, образованный первой дугой, и образует уширенный валик без подрезов. Для питания дуг с целью уменьшения магнитного дутья лучше использовать разнородный ток (для одной дуги — переменный, для другой — постоянный). При сварке на переменном токе возникает трехфазная дуга: одна дуга горит между электродами (независимая дуга) и две другие — между каждым электродом и изделием. Все дуги горят в одном плавильном пространстве. Регулируя ток в каждой дуге, можно изменять количество расплавляемого электродного металла или проплавление основного металла. В первом случае способ удобен при наплавочных работах и для сварки швов, требующих большого количества наплавленного металла. Недостаток способа — необходимость точного согласования скоростей подачи электродов. Сварку под флюсом сдвоенным электродом, двумя и большим числом электродов выполняют на автоматах. Влияние параметров режима сварки на форму и размеры шва.

Влияние режимов сварки под флюсом

Форма и размеры шва зависят от многих параметров режима сварки: величины сварочного тока, напряжения дуги, диаметра электродной проволоки, скорости сварки и др. Такие параметры, как наклон электрода или изделия, величина вылета электрода, грануляция флюса, род тока и полярность и т. п. оказывают меньшее влияние на форму и размеры шва. Необходимое условие сварки — поддержание дуги. Для этого скорость подачи электрода должна соответствовать скорости его плавления теплотой дуги. С увеличением силы сварочного тока скорость подачи электрода должна увеличиваться. Электродные проволоки меньшего диаметра при равной силе сварочного тока следует подавать с большей скоростью, Условно это можно представить как расплавление одинакового количества электродного металла при равном количестве теплоты, выделяемой и дуге (в действительности количество расплавляемого электродного металла несколько увеличивается с ростом плотности сварочного тока). При некотором уменьшении скорости подачи длина дуги и ее напряжение увеличиваются. В результате уменьшаются доля теплоты, идущая на расплавление электрода, и количество расплавляемого электродного металла. Влияние параметров режима на форму и размеры шва обычно рассматривают при изменении одного из них и сохранении остальных постоянными. Приводимые ниже закономерности относятся к случаю наплавки на пластину, когда глубина проплавления не превышает 0,7 ее толщины (при большей глубине проплавления ухудшение теплоотвода от нижней части сварочной ванны резко увеличивает глубину проплавления и изменяет форму и размеры шва).

С увеличением силы сварочного тока глубина проплавления возрастает почти линейно до некоторой величины. Это объясняется ростом давления дуги на поверхность сварочной манны, которым оттесняется расплавленный металл из-под дуги (улучшаются условия теплопередачи от дуги к основному металлу), и увеличением погонной энергии. Ввиду того, что повышается количество расплавляемого электродного металла, увеличивается и высота усиления шва. Ширина шва возрастает незначительно, так как дуга заглубляется в основной металл (находится ниже плоскости основного металла). Увеличение плотности сварочного тока (уменьшение диаметра электрода при постоянном токе) позволяет резко увеличить глубину проплавления. Это объясняется уменьшением подвижности дуги. Ширина шва при этом уменьшается. Путем уменьшения диаметра электродной проволоки можно получить шов с требуемой глубиной проплавления в случае, если величина максимального сварочного тока, обеспечиваемая источником питания дуги, ограничена. Однако при этом уменьшается коэффициент формы провара шва и интенсифицируется зональная ликвация в металле шва, располагающаяся в его рабочем сечении. Род и полярность тока оказывают значительное влияние на форму и размеры шва, что объясняется различным количеством теплоты, выделяющимся на катоде и аноде дуги. При сварке на постоянном токе прямой полярности глубина проплавления на 40—50%, а на переменном — на 15—20% меньше, чем при сварке на постоянном токе обратной полярности. Поэтому швы, в которых требуется небольшое количество электродного металла и большая глубина проплавления (стыковые и угловые без разделки кромок), целесообразно выполнять на постоянном токе обратной полярности. При увеличении напряжения дуги (длины дуги) увеличивается ее подвижность и возрастает доля теплоты дуги, расходуемая на расплавление флюса (количество расплавленного флюса). При этом растет ширина шва а глубина его проплавления ,остается практически постоянной. Этот параметр режима широко используют в практике для регулирования ширины шва. Увеличение скорости сварки уменьшает погонную энергию. Зональная ликвация в металэнергию и изменяет толщину прослойки расплавленного металла под дугой. В результате этого основные размеры шва уменьшаются. Однако в некоторых случаях (сварка тонкими проволоками на повышенной плотности сварочного тока) увеличение скорости сварки до некоторой величины, уменьшая прослойку расплавленного металла под дугой и теплопередачу от нее к основному металлу, может привести к росту глубины проплавления. При чрезмерно больших скоростях сварки и силе сварочного тока в швах могут образовываться подрезы. С увеличением вылета электрода возрастает интенсивность его подогрева, а значит, и скорость его плавления. В результате толщина прослойки расплавленного металла под дугой увеличивается и, как следствие этого, уменьшается глубина проплавления. Этот эффект иногда используют при сварке электродными проволоками диаметром 1—3 мм для увеличения количества расплавляемого электродного металла при сварке швов, образуемых в основном за счет добавочного металла (способ сварки с увеличенным вылетом электрода).

В некоторых случаях, особенно при автоматической наплавке, электроду сообщают колебания поперек направления шва с различной амплитудой и частотой, что позволяет в широких пределах изменять форму и размеры шва. При сварке под флюсом с поперечными колебаниями электрода глубина проплавления и высота усиления уменьшаются, а ширина шва увеличивается и обычно несколько больше амплитуды колебаний. Этот способ удобен для предупреждения прожогов при сварке стыковых соединений с повышенным зазором в стыке или уменьшенным притуплением кромок. Подобный же эффект наблюдается при сварке сдвоенным электродом, когда электроды расположены поперек направления сварки. При их последовательном расположении глубина проплавления, наоборот, возрастает. Состав и строение частиц флюса оказывают заметное влияние на форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над сварочной ванной и, как результат этого, уменьшается давление в газовом пузыре дуги. Это приводит к увеличению толщины прослойки расплавленного металла под дугой, а значит, и к уменьшению глубины проплавления. Флюсы с низкими стабилизирующими свойствами, как правило, способствуют более глубокому проплавлению.

Пространственное положение электрода и изделия при сварке под флюсом оказывает такое же влияние на форму и размеры шва, как и при ручной сварке. Для предупреждения стекания расплавленного флюса, ввиду его высокой жидкотекучести, сварка этим способом возможна только в нижнем положении при наклоне изделия на угол не более 10—15°. Изменение формы и размеров шва наклоном изделия находит практическое применение только при сварке кольцевых стыков труб ввиду сложности установки листовых конструкций в наклонное положение. Сварка под флюсом с наклоном электрода находит применение для повышения скорости многодуговой сварки. Подогрев основного металла до температуры 100 °С и выше приводит к увеличению глубины провара и ширины шва.