Zavarivanje pod vodom (SAW) je visoko-efikasna, visoko-kvalitetna tehnologija automatskog zavarivanja široko prihvaćena u teškoj industriji, uključujući brodogradnju, izgradnju mostova, proizvodnju posuda pod pritiskom i inženjering cjevovoda. Za razliku od konvencionalnih metoda zavarivanja, SAW se u velikoj mjeri oslanja na granulirani fluks za pokrivanje luka zavarivanja i rastopljenog bazena, što određuje stabilnost procesa zavarivanja, hemijski sastav metala šava i konačna mehanička svojstva zavarenih spojeva.

Uvod

Zavarivanje pod vodom (SAW)izumljen je 1930-ih i postepeno je postao jedan od najvažnijih procesa automatskog zavarivanja u modernoj industrijskoj proizvodnji zbog svojih izvanrednih prednosti kao što su velika struja zavarivanja, visoka efikasnost taloženja, stabilan luk, nisko prskanje i odličan kvalitet zavarivanja. Najizrazitija karakteristika SAW-a je da je luk za zavarivanje u potpunosti potopljen pod slojem granuliranog fluksa tokom rada. Fluks se topi pod visokom temperaturom luka i formira sloj šljake i zaštitni gas, koji izoluje rastopljeni zavareni bazen od vazduha, izbegava oksidaciju i nitriranje rastopljenog metala i ostvaruje visoko-kvalitetno zavarivanje.

Kao osnovni pomoćni potrošni materijal SAW, fluks za zavarivanje nije samo jednostavan zaštitni medij, već i ključni funkcionalni materijal koji učestvuje u metalurškim reakcijama, prilagođava sastav šava, optimizuje mehanička svojstva i poboljšava performanse procesa zavarivanja. Kvalitet i vrsta fluksa direktno utiču na stabilnost luka, prodor šava, otklanjanje troske, otpornost na pucanje, žilavost i tvrdoću zavarenog spoja. U stvarnoj industrijskoj proizvodnji, nepravilan odabir fluksa će dovesti do defekata zavarivanja kao što su zračni otvori, uključivanje šljake, nepotpuno spajanje, hladne pukotine i slabljenje žilavosti pri niskoj{2}}temperaturi, što ozbiljno utiče na sigurnost rada zavarenih konstrukcija.

U poređenju sa drugim fluksovima za zavarivanje, SAW fluks ima karakteristike granularnog čvrstog stanja, višekratnih performansi, različitih sistema komponenti i ciljanih metalurških funkcija. Uz kontinuiranu nadogradnju standarda industrijske proizvodnje, postavljeni su viši zahtjevi za čistoću, žilavost i otpornost na zamor zavarenih spojeva, što dalje promoviše prefinjenost klasifikacije i optimizaciju performansi SAW fluksa. Ovaj rad će poći od osnovnih funkcija SAW fluksa, klasificirati i analizirati glavne vrste fluksa na tržištu, raspravljati o njihovim karakteristikama performansi i primjenjivim uvjetima, te sumirati metode znanstvene selekcije fluksa za različite radne uvjete, kako bi se razjasnila pravila primjene fluksa u zavarivanju pod vodom.

Osnovne funkcijeFluxu zavarivanju pod vodom

Da bi se razjasnili primjenjivi tipovi SAW fluksa, potrebno je prvo savladati osnovne funkcije fluksa u procesu zavarivanja. Zrnasti fluks koji se širi na zavarenom spoju podvrgnut će fizičkom topljenju i složenim kemijskim metalurškim reakcijama pod visokom temperaturom luka, a njegove glavne funkcije su podijeljene na fizičku zaštitu, metaluršku regulaciju i optimizaciju procesa u tri dimenzije.

1. Funkcija fizičke zaštite

Najosnovnija funkcija SAW fluksa je fizička izolaciona zaštita. Tokom zavarivanja, kontinuirani granulirani fluks pokriva područje zavarivanja. Luk gori u procjepu između žičane elektrode i osnovnog metala, a okolni fluks se topi i formira gust sloj tekuće troske. Sloj šljake u potpunosti obavija rastopljeni zavareni bazen i metal zavarivanja na visokim{3}}temperaturama, izolujući kiseonik, azot i vodenu paru u vazduhu. Ovo efikasno sprečava oksidaciju i nitriranje rastaljenog metala, izbegava stvaranje oksidnih inkluzija i nitridnih pora i obezbeđuje čistoću metala šava. U isto vrijeme, čvrsti sloj fluksa na površini može zaštititi svjetlost luka i smanjiti prskanje zavarivanja, poboljšavajući radno okruženje i kvalitetu zavarivanja.

2. Metalurška regulaciona funkcija

Fluks je osnovni medij za metaluršku reakciju u SAW procesu. Različite komponente fluksa mogu proizvesti deoksidaciju, desulfurizaciju, defosforizaciju i efekte legiranja. S jedne strane, oksidne komponente u fluksu reagiraju sa oksidiranim elementima u rastopljenom bazenu kako bi uklonili višak kisika, sumpora i fosfora u metalu šava, smanjili krhke inkluzije i poboljšali žilavost i plastičnost šava. S druge strane, aktivni i legirani tokovi mogu osloboditi elemente legure kao što su mangan, silicijum, hrom i nikl tokom topljenja, nadoknaditi gubitak sagorevanja legiranih elemenata u procesu zavarivanja, prilagoditi hemijski sastav metala šava i učiniti da mehanička svojstva šava odgovaraju ili čak prevaziđu osnovni metal.

3. Funkcija optimizacije procesa zavarivanja

SAW fluks može efikasno stabilizirati luk zavarivanja, podesiti unos topline zavara i optimizirati morfologiju zavara. Gas koji nastaje razgradnjom fluksa može stabilizirati stanje sagorijevanja luka, izbjeći lom i podrhtavanje luka i osigurati kontinuitet i ujednačenost zavarivanja. Tačka topljenja, viskoznost i fluidnost fluksa određuju opseg širenja i brzinu očvršćavanja šljake, čime utiču na dubinu prodiranja šava, širinu šava i visinu armature. Osim toga, formula razumnog fluksa može učiniti da šljaka ima dobru sposobnost ljuštenja, izbjeći defekte uključivanja šljake i smanjiti opterećenje nakon-čišćenja nakon zavarivanja, što je vrlo pogodno za visoko{4}}efikasnu automatsku proizvodnju zavarivanja.

Glavne vrste fluksa koje se koriste u zavarivanju pod vodom

SAW fluksevi imaju dvije glavne metode klasifikacije u industriji: klasifikaciju prema proizvodnom procesu i klasifikaciju prema hemijskim svojstvima (kiselost i bazičnost). Dvije metode klasifikacije pokrivaju sve komercijalne SAW flukseve, a različite vrste fluksa imaju očigledne razlike u performansama, karakteristikama i scenarijima primjene. Kombinovanjem ove dve klasifikacijske dimenzije može se u potpunosti razjasniti tipovi i primenjivi opseg SAW fluksa.

1. Klasifikacija prema proizvodnom procesu

Prema različitim tehnologijama proizvodnje i prerade, SAW tokovi se dijele na topljeni fluks, aglomerirani (sinterovani) fluks i vezani fluks, koji su tri najčešće korištene vrste fluksa u industrijskoj proizvodnji.

1.1 Fused Flux

Taljeni fluks se priprema miješanjem različitih mineralnih sirovina u proporcijama, topljenjem u peći na visokoj-višoj temperaturi iznad 1300 stepeni, zatim gašenjem u vodi, drobljenjem, prosijavanjem i sušenjem. Njegova unutrašnja struktura je jednoliki stakleni kristal, kompaktne teksture, niske apsorpcije vode i odlične otpornosti na vlagu. Taljeni fluks ima stabilna hemijska svojstva, ujednačenu distribuciju komponenti i dobru stabilnost luka. Zgura nastala nakon topljenja ima umjerenu tečnost i lako se ljušti, a formiranje vara je glatko i lijepo. Međutim, zbog -procesa topljenja na visokim temperaturama, neki nisko{7}}elementi od legure se lako spaljuju, tako da je topljeni fluks uglavnom neutralni fluks sa slabom sposobnošću legiranja, pogodan za konvencionalni ugljični čelik i nisko{8}} zavarivanje čelika. Široko se koristi u općem zavarivanju konstrukcijskih čelika, spajanju čeličnih ploča i konvencionalnom zavarivanju cjevovoda.

1.2 Aglomerirani (sinterovani) fluks

Aglomerirani fluks, također poznat kao sinterirani fluks, nastaje ravnomjernim miješanjem mineralnog praha, praha legure i veziva, granulacije i nisko{0}}sinterovanja (400-800 stepeni). Ovim postupkom se izbjegavaju-gubici legiranih elemenata pri visokim temperaturama, tako da se fluks može dodati raznim komponentama legure, sa jakom sposobnošću legiranja i metalurškog podešavanja. Aglomerirani fluks ima fleksibilnu prilagodbu formule, koja se prema potrebi može pretvoriti u aktivni fluks, osnovni fluks i fluks legure. Ima izvanredne prednosti u poboljšanju žilavosti zavara, smanjenju sadržaja vodonika i podešavanju čvrstoće zavara. Jedini nedostatak mu je nešto veća apsorpcija vode od topljenog fluksa, tako da ga je potrebno ispeći prije zavarivanja kako bi se uklonila vlaga i spriječile pukotine izazvane vodonikom-. Trenutno je aglomerirani fluks postao glavni tok za visoko{10}}standardno zavarivanje, kao što su čelik visoke-čelike, čelik za niske temperature i posude pod pritiskom.

1.3 Vezani fluks

Vezani fluks se proizvodi miješanjem sirovina sa natrijum-silikatom i drugim niskotemperaturnim vezivnim sredstvima, sušenjem i očvršćavanjem na sobnoj ili niskoj temperaturi. Proces proizvodnje je jednostavan i cijena je niska, ali je kompaktnost strukture loša, upijanje vode je visoko, a ujednačenost komponenti je nedovoljna. Vezani fluks ima slabu stabilnost u procesu zavarivanja sa jakom{3}} strujom i lako je proizvesti uključivanje šljake i defekte pora. Pogodan je samo za niske{5}}zahtjeve, niske-tekuće konvencionalnih operacija zavarivanja, a postepeno se zamjenjuju sinteriranim i topljenim tokovima u modernoj visoko{7}}preciznoj industrijskoj proizvodnji.

2. Klasifikacija prema hemijskoj bazičnosti i aktivnosti

Prema hemijskom sastavu, vrijednosti baznosti i metalurškoj aktivnosti, SAW tokovi se dijele na neutralni fluks, aktivni fluks i osnovni fluks, koji je najčešće korištena klasifikacijska osnova za odabir procesa zavarivanja.

2.1 Neutralni tok

Neutralni fluks ima vrijednost bazičnosti 1,0-1,5, a njegov hemijski sastav je stabilan. U osnovi ne povećava ili smanjuje legure elemenata kao što su mangan i silicijum u metalu šava tokom procesa zavarivanja, a hemijski sastav vara uglavnom je određen žicom za zavarivanje. Neutralni fluks ima odlične performanse procesa, stabilan luk, glatko formiranje zavara i lako uklanjanje šljake. Uglavnom se koristi za zavarivanje običnog ugljičnog čelika i običnog niskolegiranog konstrukcijskog čelika. Pogodan je za prilike sa općim zahtjevima mehaničkih svojstava i bez posebnih zahtjeva za žilavost pri niskim temperaturama. Tipičan predstavnik je SJ101 fluks, koji se široko koristi u fabričkom zavarivanju čeličnih konstrukcija i konvencionalnom spajanju ploča.

2.2 Aktivni tok

Aktivni fluks sadrži određenu količinu mangan oksida i silicijum oksida. Tokom metalurške reakcije zavarivanja, može na odgovarajući način dopuniti elemente mangana i silicija u bazenu zavarivanja, igrati snažnu deoksidacijsku ulogu i poboljšati čvrstoću i tvrdoću metala šava. Aktivni fluks ima jaku sposobnost deoksidacije, koja se može prilagoditi zavarivanju osnovnih materijala sa blagom rđom i oksidacijom, te ima jaku prilagodljivost procesu. Međutim, prekomjerni legirajući elementi će smanjiti žilavost na niskoj-temperaturi i plastičnost šava, tako da je pogodan samo za obično strukturalno zavarivanje bez strogih zahtjeva za žilavošću, a nije pogodan za nisko{4}}opremu na niskoj temperaturi i za ključne strukturne dijelove visokog-opterećenja.

2.3 Osnovni fluks

Osnovni fluks ima vrijednost baznosti veću od 2,0, bogat je alkalnim komponentama kao što su kalcijum oksid (CaO) i magnezijev oksid (MgO) i nizak sadržaj kiselih oksida. Ima odlične efekte odsumporavanja i defosforizacije, može značajno smanjiti sadržaj štetnih nečistoća u metalu šava i efikasno inhibirati stvaranje vrućih i hladnih pukotina. U isto vrijeme, osnovni fluks može značajno poboljšati žilavost i plastičnost šava pri niskim temperaturama, te je poželjan fluks za visoko{4}}nisko-legirani čelik, nisko-čelik za posude pod pritiskom i zavarivanje čelika za cjevovode. Nedostatak osnovnog fluksa je što je osjetljiv na vlagu, a prije zavarivanja mora se izvršiti stroga obrada pečenjem i sušenjem kako bi se izbjegle odložene pukotine izazvane vodonikom-. Tipični proizvodi kao što je SJ301 fluks se široko koriste u projektima visokog{11}}standarda kao što su West-Istočni gasovod i zavarivanje glavne konstrukcije mosta.

Principi odabira SAW fluksa

Suština odabira fluksa je usklađivanje sa performansama osnovnog materijala, zahtjevima strukture zavarivanja i servisnim okruženjem. Ne postoji univerzalni fluks za sve uslove rada. Naučni odabir fluksa mora slijediti sljedeće principe kako bi se osigurao kvalitet zavarivanja i sigurnost konstrukcije.

1. Usklađivanje sa osnovnim metalnim materijalom

Za obični ugljični čelik i nisko{0}}nisko{1}}legirani čelik, poželjan je neutralni topljeni fluks ili neutralni sinterirani fluks. Proces je stabilan i niska cijena, što može zadovoljiti uobičajene zahtjeve mehaničkih svojstava zavara. Za visoko{4}}nisko{5}}legirani čelik, niskotemperaturni čelik- i čelik za posude pod pritiskom sa stepenom čvrstoće iznad Q345, mora se odabrati osnovni sinterirani fluks kako bi se osigurala niska{8}}žilavost šava na nisku temperaturu i otpornost na pucanje. Za materijale od legiranog čelika koji zahtijevaju visoku otpornost na habanje i visoku čvrstoću, legure{10}}koje sadrže aktivni fluks mogu se odabrati da dopune elemente legure i poboljšaju sveobuhvatne performanse zavara.

2. Usklađenost sa radnim uslovima službe

Za unutarnje obične strukturne dijelove s normalnom temperaturom i niskim opterećenjem može se koristiti neutralni aktivni fluks s dobrim procesnim performansama i niskom cijenom. Za vanjske konstrukcije, opremu za cjevovode i nisko-posude pod pritiskom na niskim-ima, vjetrovitim i vlažnim okruženjima, mora se odabrati osnovni fluks visoke žilavosti i niskog sadržaja vodonika kako bi se spriječio krhki lom pri niskoj{3}}temperaturi i vodonik-inducirane pukotine. Za višeslojno -slojno i više- zavarivanje sa debelim pločama preferira se osnovni fluks sa jakom sposobnošću uklanjanja nečistoća i stabilnim metalurškim performansama kako bi se izbjegli kumulativni defekti višeslojnog zavarivanja -.

3. Usklađivanje s parametrima procesa zavarivanja

Automatsko zavarivanje velike{0}}trenutne velike-brzine pogodno je za sinterovani fluks sa jakom stabilnošću luka i dobrom fluidnošću troske, što može osigurati kontinuirano formiranje zavarivanja. Nisko{3}}zavarivanje tankih ploča-može usvojiti topljeni fluks sa finom veličinom čestica i stabilnim sagorijevanjem. Osim toga, fluks za višekratnu upotrebu mora se prosijati i osušiti kako bi se uklonila oksidirana šljaka i vlaga, kako bi se izbjeglo utjecanje na kvalitetu zavarivanja sljedećih zavara.

Tipična primjena uobičajenih SAW fluksa

U industrijskoj proizvodnji najviše se koristi nekoliko standardiziranih tokova koji pokrivaju više od 90% radnih uvjeta SAW. Karakteristike performansi i scenariji primjene tipičnih fluksova su sažeti kako slijedi:

SJ101 sinterovani fluks je neutralni mangan-silicijumski fluks, sa stabilnim lukom, lijepim formiranjem vara i lakim uklanjanjem šljake. To je najrasprostranjeniji univerzalni fluks, pogodan za zavarivanje ugljičnog čelika i običnog nisko{3}} legiranog čelika, i široko se koristi u čeličnim konstrukcijama, proizvodnji strojeva i općim inženjerskim poljima.

SJ301 silicijum-bazni fluks sa kalcijumom ima odličan efekat odsumporavanja i poboljšanja žilavosti, nizak sadržaj vodonika u metalu šava, jaku otpornost na pucanje i pogodan je za zavarivanje obodnih šavova posuda pod pritiskom,-dugovodnih naftovoda i gasovoda i velikih mostnih konstrukcija, što je specijalna oprema{4} za visok pritisak{3} zavarivanje.

SJ201 kiseli aktivni fluks ima jaku sposobnost deoksidacije i niske zahtjeve za predtretmanom površine osnovnog materijala. Pogodan je za zavarivanje čeličnih ploča sa blagom rđom i oksidacijom, a uglavnom se koristi za ne-nekritično pomoćno zavarivanje konstrukcija sa niskim zahtjevima kvaliteta.

Specifikacije za održavanje i upotrebu SAW Flux

Uslovi skladištenja i upotrebe lako utiču na performanse SAW fluksa, a standardizovani rad je ključ koji daje punu igru ​​performansama fluksa.

Prije svega, fluks treba čuvati u suhom i ventiliranom okruženju kako bi se izbjegla apsorpcija vlage. Osnovni fluks visoke higroskopnosti mora se peći na 250-300 stepeni 1-2 sata prije upotrebe kako bi se uklonila unutrašnja vlaga i smanjio sadržaj vodonika u zavaru.

Drugo, ponovo korišćeni fluks treba da se prosije kako bi se uklonili blokovi šljake i metalne nečistoće, i pomešati sa novim fluksom u određenom omjeru za upotrebu, što može efikasno smanjiti troškove proizvodnje uz obezbeđivanje kvaliteta.

Osim toga, strogo je zabranjeno miješanje različitih vrsta tokova kako bi se izbjegao poremećaj komponenti, nestabilnost luka i neuspjeh metalurške reakcije, što rezultira defektima zavarivanja.

Tok za zavarivanje pod vodom prema tehnologiji proizvodnje dijeli se na topljeni fluks, aglomerirani (sinterovani) fluks i vezani fluks, a prema kemijskoj bazičnosti i metalurškoj aktivnosti dijeli se na neutralni fluks, aktivni fluks i osnovni fluks. Različiti tipovi fluksa imaju različite karakteristike performansi i ciljane scenarije primjene. U industrijskom zavarivanju pod vodom ne postoji jedinstveni univerzalni fluks. Odabir fluksa mora se temeljiti na tipu osnovnog metala, zahtjevima konstrukcije i uslova procesa zavarivanja.

Neutralni topljeni i sinterovani tokovi su pogodni za zavarivanje konvencionalnog ugljičnog čelika i običnog nisko{0}}legiranog čelika sa općim zahtjevima performansi; aktivni tokovi se primjenjuju na strukturno zavarivanje niske-zahtjeve sa jakom prilagodljivošću uvjetima površine osnovnog materijala; osnovni sinterirani fluksovi su osnovni izbor za čelične -čelike, niske{3}}čelike i ključne tlačne-konstrukcije zbog njihovog odličnog poboljšanja žilavosti i otpornosti na pucanje.

Sa razvojem visoke{0}}efikasnosti, visoke-precizne i jeftine-tehnologije zavarivanja, visokih{3}}niskih-baznih sinterovanih fluksa vodonika i prilagođenog toka legure postat će glavni smjer razvoja SAW fluksa. Standardizirani odabir, skladištenje i korištenje fluksa su ključni za poboljšanje kvaliteta zavarivanja, smanjenje stope kvarova i osiguravanje dugoročne-sigurnosti usluge zavarenih konstrukcija.