Шлак при сварке: виды и причины появления

Сварочный шлак — это побочный стеклообразный материал, образующийся из расплавленного покрытия электрода или сварочного флюса. Наличие шлаковых включений является серьезным дефектом, который может существенно снизить качество сварного соединения и, как следствие, повлиять на прочность всей конструкции.

Все о сварочном шлаке

Во время сварочных работ происходит взаимодействие рабочей области стыка двух металлических деталей с элементами окружающей среды, такими как кислород, защитные газы и расплавленный шлак. Это взаимодействие протекает при высоких температурах, и, хотя в некоторых ситуациях оно может оказаться полезным для металла, зачастую газы и шлаки негативно влияют на химический состав и физические свойства сварного соединения. Поэтому важно внимательно контролировать все вышеперечисленные процессы во время выполнения сварочных работ, чтобы минимизировать возможные негативные последствия.

Что это такое и как появляется?

При проведении сварки в области соединения металлических деталей образуется множество побочных продуктов, одним из которых является шлак. Сварочный шлак выглядит как черная корка рыхлой текстуры и неоднородной структуры. Появление шлака можно объяснить тем, что он образуется на сварном шве из-за оплавленных элементов флюса и покрытия сварочных электродов, а также из оксидов металлов. Этот побочный материал заполняет плавильную ванну шва и может влиять на результирующее качество соединения.

Шлак образуется при любом процессе сварки, и его основные функции заключаются в следующем:

• он способствует формированию прочного шва соединения и обеспечивает последовательность сварочного процесса;
• предотвращает окислительное воздействие кислорода на сварочные зоны;
• поддерживает постоянный химический состав сплава металлов в области шва;
• создает оптимальные условия для металлического соединения;
• предупреждает возникновение дефектов в сварном шве.

Несмотря на то что в составе сварочного шлака нет чистого металла, он состоит из оксидов, образующихся при плавлении металла и флюса. Основные компоненты шлака обычно включают оксид железа, оксиды марганца и титана, а также оксиды кремния и кальция. К этому списку также добавляются элементы покрытия электрода, которые лишь незначительно изменяют общую картину.

Суть сварочного шлака

Сварочный шлак представляет собой побочный продукт, имеющий стеклообразную структуру и образующийся из расплавленного покрытия электрода или флюса. Шлаковые включения являются дефектом, снижающим прочность сварного шва и потенциально угроза для качества всей детали.

Шлаковые включения, возникающие во время сварки, делятся на несколько типов:

• Макроскопические. Этот дефект возникает в случаях, когда соединяемые кромки недостаточно хорошо очищены.
• Микроскопические. Эти включения образуются в результате химических реакций, происходящих во время сварки и кристаллизации.

Как макроскопические, так и микроскопические включения ухудшают механические свойства металлического изделия.

Причины появления шлака при сварке

Если сварное соединение слишком быстро остывает, шлак не успевает выйти на поверхность, и его включения застывают внутри металла. На это влияет несколько факторов:

1. недостаточное электрическое напряжение;
2. шлак затекает в ванну перед электродом;
3. некорректно подобран диаметр электрода;
4. наличие коррозии или загрязнений на заготовке;
5. неравномерное движение электрода во время сварки.

При выборе электродов необходимо внимательно ознакомиться с показателями, указанными на упаковке, особенно с рабочим напряжением. Небольшое его превышение допускается, так как это поможет кипящему металлу выбрасывать шлак. Важно правильно установить детали, приподнимая заготовку со стороны, где будет размещаться сварной шов. Держать электрод следует не под прямым углом, а под углом 10-15 градусов в сторону сварщика.

Металлы в области сварки должны быть чистыми и блестящими. Для этого их следует тщательно очищать от различных загрязнений, включая масла и окалину. Наличие посторонних веществ может нарушить контакт электродуги со сталью, что приведет к недостаточному нагреву и плавлению материала в ванне.

Для замедления охлаждения сварного соединения и улучшения выхода шлака, крупные заготовки и легированные стали рекомендуется прогревать до 200-400 градусов Цельсия. Это помогает снять напряжение и облегчить соединение высокоуглеродистых сталей, содержащих легирующие добавки.

Стальные огарки и прочие отходы в процессе сварки

Определить конкретный вид шлака достаточно просто, если известен состав используемых электродов и флюса. Однако есть еще один вид отходов, возникающий в результате дуговой сварки, который регистрируется как остатки и огарки стальных сварочных электродов согласно ФККО.

Эти изделия служат основным расходным материалом для сварки. Несмотря на относительно небольшой объем отходов: от электрода остается часть стержня, зафиксированная в держателе, совокупная масса огарков может составлять сотни килограммов. В промышленности такие отходы редко выбрасываются, более того, переработка этих материалов экономически невыгодна — их чаще утилизируют или используют как вторичное сырье для переработки.

В большинстве случаев огарки электродов уже не имеют покрытия и представляют собой обычную металлическую проволоку определенного диаметра. Плотность этих остатков эквивалентна плотности самого металла, что позволяет отправлять такие отходы на переплавку для изготовления новых электрических материалов.

Ключевым аспектом остается состав остатков, поэтому важна сортировка огарков по типам, что позволяет в дальнейшем получать сталь с необходимыми химическими характеристиками и без необходимости дополнительной очистки.

Причины образования шлаковых включений

Часто начинающие сварщики задаются вопросом, почему при сварке возникает большое количество шлака на соединительных стыках. Причины появления таких включений обусловлены множеством факторов:

• металл остывает быстрее обычного, не позволяя шлаку выйти за пределы сварочной ванны;
• используемые электроды низкого качества, что приводит к неравномерному плавлению и добавлению частиц электрода в ванну;
• при низком уровне раскисления металла образуется много шлака, так как кислородные молекулы вредят механическим свойствам и структуре металла;
• некачественная подготовка поверхности, отсутствие очистки от ржавчины, грязи и масел;
• высокое значение поверхностного натяжения шлака мешает его всплытию;
• использование флюсов или электродов из тугоплавких металлов с большим удельным весом;
• несоблюдение технологий сварки, такие как неправильный угол наклона или неподходящая скорость перемещения электрода.

Чтобы осуществить сварку с минимальным количеством шлака, стоит обратиться к опытным специалистам. Однако если вы хотите заниматься сваркой самостоятельно, рекомендуется начинать с простых соединений и постепенно переходить к более сложным технологиям.

Основные причины появления шлаковых включений

Включения шлака представляют собой неметаллические частицы, которые могут быть захвачены в металле сварного шва или на его границе. Они возникают в результате неправильной техники сварки, недостаточного доступа к соединению или их сочетания. Наличие острых выемок на стыках или между сварными швами способствует захвату шлака.

При правильной технике шлаковые включения поднимаются на поверхность расплавленного металла сварного шва. Неправильное удаление шлака может привести к образованию включений в сварном шве, которые могут проявляться в виде отдельных частиц или более длинных линий. Наиболее частой причиной появления таких включений является неспособность полностью удалить шлак за один проход сварки перед началом следующего. Хорошие методы работы могут значительно снизить вероятность возникновения этих проблем.

Также важно использовать подходящий метод сварки и избегать чрезмерно толстых электродов в замкнутых соединениях. Не менее значимо стараться сваривать таким образом, чтобы минимизировать риск подрезания.

Потолочный шов

Одним из самых сложных и неудобных положений для сварки является потолочное. Овладение этой техникой существенно повышает квалификацию сварщика, который умеет накладывать качественные швы в таком пространственном положении. Это востребовано на предприятиях, занимающихся прокладкой трубопроводов и строительством. Также умение выполнять потолочные швы может пригодиться в быту, например, при сварке отопительных систем или беседок. Некоторые части металлического гаража невозможно собрать без сварочных соединений сверху. Однако, чтобы успешно выполнить потолочный шов с помощью электросварки, необходимо учитывать главные меры предосторожности и оптимальные настройки сварочного оборудования.

Распространенные сложности

Сварка потолочных швов часто вызывает затруднения у многих сварщиков из-за сложности исполнения. Особенно это может расстраивать начинающих, у которых результат обычно ниже ожидаемого, что может отбивать охоту заниматься этой практикой. Однако, если разобрать основные трудности и активно их избегать, можно быстро достигнуть прогресса и освоить этот вид соединения.

Сварка потолочных швов при использовании инвертора или трансформатора значительно отличается от сварки в нижнем положении. При сварке на полу расплавленный металл равномерно растекается по соединению, и сварщикам достаточно следить за заполнением стыка, предотвращая затекание шлака впереди ванны. Когда же рабочей поверхностью выступает потолок, расплавленный металл из-за собственного веса стремится вниз.

Данная ситуация усугубляется жидким шлаком, который, капая, мешает процессу ведения шва. Эти капли, ударяясь о поверхность, разбрызгиваются, создавая потенциальные опасности для сварщика и окружающих предметов. Основная сложность при дуговой сварке в положении потолка заключается в соединении сторон изделия, когда сварочная ванна формируется только с одной стороны, и трудно обеспечить соединение обеих сторон.

Сварка потолочных швов требует использования уменьшенного тока, что повышает риск прилипания электрода и образования непроваров. В дополнение к этому возникает риск появления наплывов. Данная поза с запрокинутой головой и поднятой рукой быстро приводит к усталости сварщика. Поэтому регулярные перерывы являются необходимыми для качественного выполнения работ. Понимание этих сложностей поможет наладить процесс и принять меры для его упрощения.

Технология потолочной сварки

Чтобы успешно выполнять этот вид соединений, необходимо знать основные правила, которым следуют опытные сварщики. Кроме того, существует множество видеоматериалов, которые демонстрируют, как варить потолочный шов электросваркой. Вот ключевые моменты:

• Свариваемые стороны следует максимально стянуть друг к другу. Сварка с зазорами в потолочном положении доступна лишь опытным мастерам, поэтому чем плотнее детали будут сведенны, тем проще будет наложить качественный шов.
• Разделка кромок выполняется аналогично сварке в нижнем положении. При толщине металла свыше 5 мм можно сделать V-образный скос.
• Электрод следует подносить к потолку под углом 45 градусов относительно верхней плоскости. Для начинающих сварщиков рекомендуется попробовать варить половинкой электрода, что дает возможность лучше контролировать его кончик и управлять формированием шва.
• Сварочный процесс и получение шва в таком положении возможны благодаря эффекту поверхностного натяжения металла. Чтобы капли расплавленного металла не разлетались по сторонам, их затягивает к кромке, следует уменьшить силу тока.
• Если стороны располагаются близко друг к другу, первый шов на ровных деталях можно провести без колебательных движений. Это позволит эффективно заполнить стык, а второй проход желательно делать шире для укрепления соединения. Однако при работе с трубами предпочтительно сразу варить широким швом.
• Сварка электродом может выполняться несколькими способами: методом полумесяца, горизонтальной восьмеркой или спиральным методом. Если между деталями имеется небольшой зазор, рекомендуется применять прерывистую дугу, позволяя капле застывать перед тем, как наложить следующую. Это требует времени, поэтому сварщику не нужно спешить, и периодические перерывы очень полезны.
• Необходимо не пугаться внешнего вида соединения после завершения работ. Шлак может стекать вниз в несколько слоев, однако, после его удаления должен остаться достаточный шов. Наличие наплывов и крупных валиков не является критичным.

Как избавиться от шлака

Чтобы уменьшить или исключить образование шлака во время сварки, можно попытаться увеличить длину дуги. Это убережет от попадания шлака под сварочную ванну.

Изменяя полярность при инверторной сварке и перемещая электрод от минуса к плюсу, можно предотвратить накопление шлака в шве. Не следует задерживаться на одном месте слишком долго: важно быстро и равномерно перемещать дугу.

Если размер изделия позволяет, стоит попробовать «загнать» шлак обратно, изменяя угол наклона детали. Менее значительно шлаковое образование наблюдается при инверторной сварке на обратных токах. Эта техника особенно хорошо подходит для начинающих сварщиков, так как минимизирует проблемы с залипанием электрода и существенно упрощает сварочный процесс.