Присадочные металлы и флюсы для газовой сварки

Из теории металлургических процессов известно, что чем больше химическое сродство данного металла к кислороду и чем меньше упругость диссоциации его оксида, тем большей устойчивостью обладает этот оксид, тем труднее восстановить металл.

Применяемые для восстановления из оксидов вещества (газ, жидкость или твердое тело) металлы должны обладать большим химическим сродством к кислороду, нежели восстанавливаемый металл. Оксиды таких металлов, как магний, алюминий, цинк и др. не восстанавливаются газами пламени и для восстановления их или связывания их оксидов прибегают обычно к флюсам – веществам, вводимым в сварочную ванну для раскисления расплавленного металла и извлечения из него образующихся оксидов и неметаллических включений.

Флюс наносят заранее на кромки свариваемого ме­талла и на присадочные прутки, либо вносят в ванну в процессе сварки периодическим погружением приса­дочного прутка в сосуд с флюсом.

В случае применения флюса в виде паров (например, флюса БМ-1 при сварке меди, медных и никелевых спла­вов) он подается в пламя горелки автоматически в стро­го дозированном количестве специальным прибором.

Флюсы образуют на поверхности ванны пленку шлака и тем самым предохраняют металл от дальнейшего окисления и азотирования. Необходимость применения флюсов при сварке таких металлов, как высоколегированные стали, чугун, а так же цветные металлы и сплавы, возникает в связи с тем, что при нагреве последних до высокой температуры на их поверхности образуется пленка оксида, переходящая при расплавлении в сварочную ванну и препятствующая надежному сплавлению основного и присадочного металлов. При сварке низкоуглеродистой стали эта пленка легко удаляется при перемешивании ванны и восстанавливается газами пламени.

Медь, алюминий, магний и их сплавы при нагревании в процессе сварки энергично вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени (при сварке окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более высокую температуру плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла при сварке.

Для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные на присадочную проволоку или пруток и кромки свариваемого металла, при нагревании расплавляются и образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла. Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищая его от окисления.

К сварочным флюсам, применяемым при сварке и пайке, предъявляются следующие требования:

· флюс должен быть более легкоплавким, чем основной и присадочный металлы;

· расплавленный флюс должен хорошо растекаться по нагретой поверхности металла, т. е. обладать достаточ­ной жидкотекучестью;

· расплавленный флюс не должен выделять ядовитых газов в процессе сварки и вызывать коррозию сварного соединения;

· флюс должен обладать высокой реакционной способностью, активно раскислять окислы, переводить их в более легкоплавкие химические соединения или удалять их, растворяя так, чтобы процесс растворения заканчи­вался до затвердевания сварочной ванны;

· образовавшийся в процессе сварки шлак должен хо­рошо защищать металл от окисления кислородом и азо­том воздуха;

· шлаки должны хорошо отделяться от шва после сварки;

· плотность флюса должна быть меньше плотности основного и присадочного металла, чтобы в процессе сварки образуемый флюсом шлак всплывал на поверх­ность сварочной ванны, а не оставался в металле шва,

· флюс должен сохранять свои свойства на протяже­нии всего процесса сварки;

· флюс должен быть дешевым и недефицитным.

В зависимости от вида свариваемого металла в сва­рочной ванне образуются основные и кислые окислы. Если образуются основные окислы, то применяется кис­лый флюс, если кислые — основной флюс. В обоих слу­чаях реакция протекает по следующей схеме: кислот­ный окисел + основной окисел = соль.

 

 

В качестве флюсов применяют прокаленную буру – Na₂B₄O₇·10H₂O, борную кислоту – H₃BO₃, окислы и соли бария, калия, лития, натрия, фтора и др. Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого металла.

При сварке чугуна в сварочной ванне образуется кислый окисел Si0₂, для растворения его вводят сильные основные окислы — К2О, Na₂0. В ка­честве основных флюсов применяются углекислый нат­рий (Na₂C0₃), углекислый калий (К₂С0₃) и бура (Na₂B₄0₇).

При газовой сварке меди, латуни образуются основ­ные окислы (Cu₂0, ZnO, FeO и др.), поэтому для растворения их вводят кислые флюсы. Они обычно представля­ют собой соединения бора.

При кислородной резке нержавеющих сталей, чугу­на и цветных металлов флюс вводится в струю режущего кислорода. Основой флюса для кислородной резки слу­жит железный порошок. Составы флюсов и способы их применения рассмотрены ниже, при описании технологии сварки и резки соответствующих металлов

Применение флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных легированных сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей флюсы не применяют.

Для заполнения зазора между кромками свариваемо­го металла и образования валика шва в сварочную ван­ну вводят присадочный металл в виде проволоки, прут­ков или полосок, нарезаемых из металла того же или близкого состава, что и свариваемый металл. Нельзя сваривать металл проволокой неизвестной марки.

Для улучшения свойств металла шва в присадочный металл добавляют легирующие элементы.

Сварочная проволока перед сваркой должна быть тщательно очищена от краски, масла, ржавчины и дру­гих загрязнений.

Сварочная проволока поставляется в мотках массой не более 80 кг. На каждый моток проволоки крепят бир­ку, где указывается завод-изготовитель, условное обозна­чение проволоки, номер партии.

Марки сварочной проволоки применяют по ГОСТ 2246—70, который включает в себя 6 марок низкоуглеро­дистой, 30 — легированной, 41—высоколегированной неомедненной и омедненной проволоки. Для сварки изго­товляют стальную холоднотянутую проволоку диамет­ром 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм.

Обозначение сварочной проволоки состоит из букв Св (сварочная) и буквенно-цифрового обозначения ее со­става. Легирующие элементы, содержащиеся в металле проволок, обозначаются:

Б — ниобий,

В — вольфрам,

Г — марганец,

Д — медь,

М — молибден,

Н — никель,

С — кремний,

Ф — ванадий,

X — хром,

Ц — цирконий,

Ю— алюминий.

Цифры после букв Св указывают на со­держание в проволоке углерода в сотых долях процента, а цифры после буквенного обозначения легирующего элемента указывают на содержание данного элемента в составе проволоки в процентах. Отсутствие цифр после буквы означает, что данного легирующего элемента в проволоке меньше одного процента. Буква А в конце условного обозначения марок низкоуглеродистой и леги­рованной проволоки указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. Сдвоенная буква А указывает на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с проволокой, в обозначении ко­торой одна буква А.

Материал проволоки	Химический состав, %
С (не более)	Si (не более)	Mn	Cr (не более)	Ni (не более)	Al(не более)	S (не более)	P (не более)
Низкоуглеродистая проволока
Св-08 Св-08А Св-08АА Св-08ГА Св-1СГА Св-10Г2	0,10 0,10 0,10 0,10 0,12 0,12	0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03	0,35—0,60 0,35—0,60 0,35—0,60 0,80—1,10 1,10—1,40 1,50—1,90	0,15 0,12 0,10 0,10 0,20 0,20	0,30 0,25 0,25 0,25 0,30 0,30	0,01 0,01 0,01	0,040 0,030 0,020 0,025 0,025 0,030	0,040 0,030 0,020 0,030 0,030 0,030
Легированная проволока
Св-08ГС Св-12ГС Св-08Г2С	0,1 0,14 0,05-0,11	0,60—0,85 0,60—0,90 0,70—0,95	1,4-1,7 0,8-1,1 1,8-2,1	0,2 0,2 0,2	0,25 0,30 0,25		0,025 0,025 0,025	0,030 0,030 0,030
Высоколегированная проволока
Св-06Х19Н9Т Св-07Х19НЮБ   Св-07Х25Н13 Св-13Х25Н18	0,08 0,05-0,09 0,09 0,15	0,4-1,0 До 0,7   0,5-1,0 До 0,5	1,0-2,0 1,0-2,0   1,0-2,0 1,0-2,0	18-20 18,5-20,5 24-26 24-26	8—10 9—10,5   12—14 17—20	Ниобий 1,2 - 1,5	0,015 0,018   0,018 0,015	0,030 0,025   0,020 0,025

Таблица 2. Проволока стальная сварочная (ГОСТ 2246-70)

Например, проволока сварочная диаметром 4 мм, марки Св-08А, с омедненной поверхностью обозначается 4Св-08А-О ГОСТ 2246—70. Проволока сварочная диа­метром 3 мм, марки Св-08Г2С, с неомедненной поверх­ностью - ЗСв-08Г2С ГОСТ 2246—70.

Химический состав некоторых марок сварочной про­волоки, применяемой для газовой сварки углеродистых и легированных сталей приведен в таблице 2.

Присадочный металл при газовой сварке должен от­вечать следующим требованиям:

· температура плавления присадочного металла долж­на быть не выше температуры плавления основного ме­талла;

· поверхность проволоки и стержней должна быть ров­ной и чистой — без окалины, ржавчины, масла, краски и других загрязнений;

· присадочный металл должен плавиться спокойно, без разбрызгивания, способствуя получению наплавленного металла, по свойствам близкого к основному;

· присадочный металл должен содержать минимальное количество вредных примесей.

Диаметр присадочной проволоки и прутков выбирают в зависимости от толщины и вида свариваемого металла.