Сварка под флюсом

Сварка под флюсом — это процесс дуговой сварки, при котором дуга горит под слоем сыпучего флюса, защищающего зону сварки от атмосферного воздуха, а также легирующего и раскисляющего расплавленный металл. Относится к классу механизированных и автоматизированных способов сварки плавлением. Основные преимущества — высокая производительность, стабильное качество шва, отсутствие необходимости в защитных газах и минимальное выделение вредных веществ в рабочую зону.

История

Первые патенты на использование флюса для защиты сварочной дуги были получены в начале XX века. В 1930-х годах в США и СССР начались разработки промышленных методов сварки под флюсом. Значительный вклад в развитие технологии внесли советские учёные: в 1940 году под руководством Е. О. Патона в Институте электросварки АН УССР была создана первая промышленная установка для автоматической сварки под флюсом. В 1941 году на заводе «Красное Сормово» впервые в мире применили этот метод для изготовления корпусов танков Т-34, что позволило резко увеличить темпы производства и качество швов.

В послевоенные годы технология распространилась в судостроении, мостостроении, производстве труб большого диаметра и котлов высокого давления. К 1960-м годам сварка под флюсом стала основным методом изготовления магистральных трубопроводов в СССР.

Сущность процесса

Сварка под флюсом осуществляется с помощью сварочной проволоки (электрода), которая подаётся в зону дуги через токоподводящий мундштук. Флюс подаётся из бункера впереди дуги, покрывая её слоем толщиной 30–60 мм. Под действием тепла дуги часть флюса плавится, образуя шлаковую ванну, которая защищает расплавленный металл от кислорода и азота воздуха. Оставшийся нерасплавленный флюс после сварки собирается и может быть повторно использован.

Горение дуги происходит в газовом пузыре, образованном парами флюса и металла. Это обеспечивает стабильность процесса даже при больших токах (до 2000 А и выше). Скорость сварки может достигать 100–150 м/ч, а глубина проплавления — до 20 мм за один проход.

Классификация

По способу подачи флюса

• Автоматическая сварка под флюсом — все операции (подача проволоки, перемещение дуги, подача флюса) выполняются механизмами. Наиболее распространённый вариант.
• Полуавтоматическая сварка под флюсом — подача проволоки и флюса механизирована, но перемещение сварочной горелки вдоль шва выполняется вручную. Используется для швов сложной конфигурации.

По типу флюса

• Плавленые флюсы — изготавливаются сплавлением компонентов (кварцевый песок, марганцевая руда, полевой шпат) с последующим дроблением. Обеспечивают высокую стабильность дуги и хорошее формирование шва.
• Керамические (агломерированные) флюсы — смесь порошкообразных компонентов, скреплённых связующим веществом. Позволяют вводить в шов легирующие элементы (хром, никель, молибден) и корректировать химический состав наплавленного металла.
• Флюсы с металлическим порошком — содержат до 50 % металлической составляющей, что увеличивает производительность и позволяет сваривать толстые листы за один проход.

По числу электродов

• Одноэлектродная сварка — применяется для швов небольшой толщины (до 10–12 мм).
• Многоэлектродная сварка — используется для толстых металлов (свыше 20 мм). Электроды могут располагаться последовательно или параллельно, что позволяет увеличить скорость и глубину проплавления.

Оборудование

Основные элементы установки для сварки под флюсом:

• Сварочный трактор (автомат) — самоходная тележка, перемещающаяся вдоль шва. Включает механизм подачи проволоки, бункер для флюса, токоподводящий мундштук и систему управления.
• Источник питания — обычно сварочный выпрямитель или генератор постоянного тока, реже трансформатор переменного тока. Для сварки под флюсом предпочтительнее постоянный ток обратной полярности (плюс на электроде), обеспечивающий более глубокое проплавление.
• Флюсоаппарат — устройство для подачи, сбора и рециркуляции флюса. Включает бункер, шланги, эжектор и фильтр.
• Сварочная проволока — диаметром от 1,6 до 6 мм, из низкоуглеродистой, легированной или высоколегированной стали, в зависимости от требований к шву.

Флюсы: состав и свойства

Флюсы для сварки представляют собой гранулированные смеси оксидов, силикатов и фторидов. Основные компоненты:

• SiO₂ (кварцевый песок) — до 40–50 %; обеспечивает образование шлака.
• MnO (оксид марганца) — до 30–40 %; раскисляет металл, повышает прочность шва.
• CaO, MgO (оксиды кальция и магния) — стабилизируют дугу, улучшают отделимость шлака.
• CaF₂ (плавиковый шпат) — снижает вязкость шлака, улучшает текучесть.

По химической активности флюсы делятся на:

• Кислые (с высоким содержанием SiO₂) — обеспечивают хорошее формирование шва, но могут вызывать повышенное содержание кремния в наплавленном металле.
• Основные (с высоким содержанием CaO, MgO) — дают более чистый по неметаллическим включениям шов, но требуют точного соблюдения режима.
• Нейтральные — сбалансированный состав, подходят для большинства углеродистых и низколегированных сталей.

Применение

Сварка под флюсом широко используется в следующих отраслях:

• Производство труб большого диаметра — для магистральных нефте- и газопроводов (например, трубы диаметром до 1420 мм с толщиной стенки до 40 мм).
• Судостроение — сварка корпусов судов, палубных перекрытий, килевых балок.
• Мостостроение — изготовление пролётных строений, ферм, опор.
• Котлостроение и энергетика — сварка обечаек котлов, корпусов реакторов, теплообменников.
• Машиностроение — изготовление рам, каркасов, валов, колёсных пар.
• Ремонтные работы — наплавка изношенных деталей (валы, зубья ковшей, гусеницы).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая производительность — в 5–10 раз выше ручной дуговой сварки.
• Стабильное качество шва — отсутствие пор, трещин и непроваров при правильном режиме.
• Экономия материалов — коэффициент наплавки достигает 95–98 % (против 60–70 % при ручной сварке).
• Минимальное выделение вредных газов — флюс поглощает аэрозоли, что улучшает условия труда.
• Возможность сварки на больших токах — до 2000–3000 А, что позволяет сваривать металл толщиной до 100 мм за один проход.

Недостатки

• Ограничение по положению шва — сварка возможна только в нижнем положении (горизонтальные и наклонные швы с углом не более 15°), так как флюс не удерживается на вертикальных поверхностях.
• Сложность контроля дуги — дуга скрыта под слоем флюса, что затрудняет визуальный контроль процесса.
• Необходимость в подготовке кромок — для толстых листов требуется разделка кромок.
• Высокая стоимость оборудования — сварочные тракторы и источники питания дороже ручных аппаратов.
• Ограниченная применимость для тонких листов — при толщине менее 3 мм возможен прожог.

Интересные факты

• В 1941–1945 годах сварка под флюсом на заводе «Красное Сормово» позволила увеличить выпуск танков Т-34 в 5 раз без снижения качества броневых швов.
• В СССР была разработана технология сварки под флюсом на весу — для сборки корпусов судов без поворота секций.
• Современные установки могут сваривать листы толщиной до 200 мм за несколько проходов с использованием многоэлектродных схем.

Источники

• Патон Е. О. Автоматическая сварка под флюсом. — Киев: Изд-во АН УССР, 1940.
• Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник. — М.: Машиностроение, 1978.
• Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б. Е. Патона. — М.: Металлургия, 1974.
• ГОСТ 8713-79 «Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».
• Овчинников В. В. Оборудование и технология сварки под флюсом. — М.: Высшая школа, 1987.