С увеличением разнообразия материалов для сварки под слоем флюса становится все проще получать требуемые свойства сварного шва. Основность флюса и соответствующие диаграммы активности играют в этом случае важную роль. В разделе Сварочные материалы представлены флюсы, производимые ЭСАБ, а также применяемые с ними проволоки. Также здесь Вы сможете найти формулу, которую применяет ЭСАБ для подсчета основности флюсов, а также как пользоваться диаграммами активности и многое другое. Все это позволяет сделать правильный выбор комбинации флюс-проволока для решения ваших задач.

Основность флюса

Долгое время понятием «основность» пользовались для описания химико-металлургической природы сварочных флюсов. Однако, существовавшие формулы давали весьма различные результаты. Для расчета основности флюсов, представленных в данной брошюре, ЭСАБ использует следующую формулу:

Все составляющие подставляются в весовых процентах.

«В»- определяет соотношение между основными и кислыми окислами, входящими во флюс.

MnO и FeO считаются «полуосновными», а AL₂O₃, TiO₂ и ZrO₂ - «полукислыми». CaF₂ считается основным составляющим, т.к. при сварке он частично переходит в СаО, что является причиной снижения активности SiO₂ в шлаке по реакции:

В соответствии с расчетами по формуле основности все флюсы по их химико-металлургическим свойствам можно разделить на группы, имеющие следующий температурный интервал плавления:

Температура плавления

Содержание кислорода в металле шва

Интервал плавления сварочных флюсов сильно влияет на количество и вид микрошлаковых включений, остающихся в металле шва. Сварочные шлаки, имеющие температуру затвердевания более высокую, чем металл шва, присутствуют в жидком металле ванны в виде мельчайших сферических частиц и успевают удалиться из ванны до ее кристаллизации. Таким образом, металл шва при сварке под основными флюсами содержит очень незначительное количество сферических микрошлаковых включений.

С другой стороны, кислые и нейтральные флюсы образуют шлаки с температурой плавления более низкой, чем металл шва. Это значит, что количество микрошлаковых включений в металле шва больше, чем при использовании основных флюсов. Кроме того, форма шлаковых включений в этом случае в основном отлична от сферической. При этом они имеют тенденцию осаждаться вдоль первичных границ зерен.

Механические свойства

Механические свойства металла шва зависят от от его химического состава и микроструктуры. Высокое содержание оксидов в виде микрошлаковых включений в шве уменьшают его вязкость. Низкие их количества, с другой стороны - около 200 ppm, измеренных как кислород* - даже помогают формировать вязкую составляющую структуры. Поэтому выбор того или иного типа флюса зависит от уровня требований, предъявляемых к сварному шву. Содержание оксидных включений во флюсах следующее:

* Содержание кислорода в металле шва в основном используется как мера количества оксидных микрошлаковых включений. 1 ррm – 10-4 весовых процентов.

Чем ниже содержание кислорода, тем выше ударная вязкость. Это обеспечивается высокоосновными флюсами. Как правило, ударная вязкость металла шва увеличивается с увеличением основности флюсов. При проведении испытаний по методу ISO типичная ударная вязкость металла шва, выполненного под слоем кислого флюса равна приблизительно 50 Дж при 0°С, тогда как при сварке нейтральным, основным и высокоосновным флюсами это значение достигается при -20°С, -40°С и -60°С соответственно. Однако, с другой стороны, флюсы с высоким содержанием кислорода обычно обладают более высокими сварочно-технологическими характеристиками. В этом смысле показательны кислые флюсы, обеспечивающие скорости сварки в два раза выше, чем высокоосновные.

Выбор проволоки и флюса

В случае, если уровень ударной вязкости сварных швов указан в требованиях к конструкции, то при выборе флюса особое внимание следует уделить именно его основности. Однако, имея в виду влияние основности на производительность сварки и другие технологические характеристики, выбранная основность должна быть «разумно достаточной» для получения заданного уровня свойств. Но далеко не ко всем сварным соединениям предъявляются требования только по ударной вязкости. Ведь сварной шов должен обладать и определенными прочностными характеристиками. И если требования по прочности указаны как главенствующие, то в этом случае необходимо следовать правилу, что металл шва по составу должен быть как можно ближе к основному металлу. Достаточный уровень прочностных свойств можно получить при использовании любого флюса при условии применения соответствующей проволоки. При сварке углеродистых сталей три химических элемента имеют определяющее влияние на свойства сварного шва. Это — углерод, марганец и кремний.

Мn является наиболее подходящим легирующим элементом для достижения требуемых прочностных характеристик. Содержание Mn в металле шва зависит от:

• содержания Mn в проволоке
• выгорания в дуге и перехода Mn из флюса
• содержания Mn в основном металле.

Выгорание/переход Mn определяется с помощью диаграммы активности, соответствующей выбранной марке флюса.

Соотношение долей участия основного и присадочного металла в сварном шве зависит в основном от формы подготовки кромок сварного соединения, что может быть наглядно проиллюстрировано следующим примером:

- Cварка без разделки проход с каждой стороны:
80% основной металл
20% наплавленный металл

- Стыковой шов с Х-образной разделкой с 1-м (2-мя) проходами с каждой стороны:
50% основной металл
50% наплавленный металл

- Стыковой шов с X или V-образной разделкой с многослойным сварным швом:
20% основной металл
80% наплавленный металл

При подсчете содержания Mn в сварном шве используется следующая формула:

где: Кр = доля основного металла в металле шва (%)
Mnp = содержание Mn в основном металле (%)
Mnw = содержание Mn в сварочной проволоке в (%)
ΔMnf = потери/переход Mn в результате химической активности флюса (%)

Следует иметь в виду, что высокое содержание Mn в металле шва в количестве более 1,8% может привести к его охрупчиванию. Содержание Si может быть расчитано аналогичным образом. И, напоследок, следует обратить внимание на влияние величины удельного тепловложения во время сварки, а, если быть точным,- скорости охлаждения (°С/сек), которая может значительно повлиять на микро-структуру металла шва и, как следствие, на его механические свойства.