ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ФЛЮОРИТА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ФЛЮСОВ ДЛЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

АННОТАЦИЯ

В статье исследовано влияние флюорита () на физико-химические и технологические свойства керамических флюсов для автоматической сварки и наплавки. Показано, что изменение содержания  в диапазоне 5–25 % влияет на температуру плавления, вязкость шлака и стабильность дуги. Установлено, что оптимальная доля 10–15 % обеспечивает устойчивое горение дуги, качественное формирование шлака и улучшенные свойства наплавленного металла, что важно для разработки флюсов из местного сырья.

ABSTRACT

The study examines the effect of fluorite () on the physicochemical and technological properties of ceramic fluxes intended for automatic welding and surfacing. The findings demonstrate that varying the  content within the range of 5–25% influences the melting temperature, slag viscosity, and arc stability. It is established that an optimal fluorite proportion of 10–15% ensures stable arc burning, proper slag formation, and improved properties of the deposited metal, which is significant for developing fluxes based on locally sourced raw materials.

Ключевые слова: керамический флюс, флюорит, вязкость, плавкость, дуга, технологические свойства.

Keywords: ceramic flux, fluorite, viscosity, fusibility, arc, technological properties.

Введение

Повышение эффективности сварочного процесса во многом зависит от качества и состава применяемых флюсов, обеспечивающих стабильность дуги, защиту сварочной ванны и формирование шва требуемого качества. Особое внимание в последние годы уделяется разработке флюсов на основе местного минерального сырья, что позволяет не только снизить себестоимость сварочных материалов, но и повысить технологическую независимость предприятий. Одним из важнейших компонентов флюсов является флюорит (), который выполняет функции плавня, дегазирующего агента и регулятора вязкости шлаковой ванны. Благодаря своей способности образовывать легкоплавкие соединения с оксидами кремния, алюминия и кальция, флюорит способствует снижению температуры плавления шлака и улучшает его текучесть [1]. Тем не менее, влияние флюорита не является линейным. Известно, что при избыточном содержании  (>20 %) происходит вспенивание шлака, ухудшается смачиваемость металла и нарушается равномерность формирования шва. Напротив, при его недостатке (<5 %) возрастает вязкость и наблюдается неполное расплавление флюса.

В связи с этим, определение оптимальной концентрации флюорита является одной из ключевых задач при создании эффективных керамических флюсов для автоматической сварки и наплавки. Настоящая работа направлена на комплексное исследование влияния содержания  на технологические характеристики флюса, включая плавкость, вязкость, электропроводность и качество сварного соединения.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились на базе лаборатории Алмалыкского государственного технического института. В качестве исходных компонентов использовались местные природные минералы: шеелит (), доломит, гранит, флюорит и ферросилиций [2].

Состав флюсов подбирался экспериментально, при этом варьировалось количество флюорита в пределах 5–25 % при постоянных долях остальных компонентов: шеелит — 55 %; доломит — 20 %; гранит — 10 %; ферросилиций — 10 %. Флюсы изготавливались методом агломерации при температуре 950–1000 °C, затем дробились и классифицировались по размеру частиц (0,3–1,0 мм). Автоматическая сварка выполнялась на установке АДФ-1002 с использованием стальной пластины из Ст3 и проволоки Св-08Г2С при следующих параметрах: ток — 500–900 А; напряжение — 30–35 В; скорость подачи проволоки — 25 м/ч.

Для анализа физико-химических свойств определялись температура плавления флюса, вязкость шлаковой ванны, стабильность дуги (по осциллограммам напряжения) и качество полученного шва (по металлографическим исследованиям и испытаниям на твёрдость).

Результаты и обсуждения

Экспериментальные данные свидетельствуют, что добавление флюорита способствует снижению температуры плавления флюса, что объясняется образованием легкоплавких эвтектик. При содержании  от 0 до 15 % температура снижается с 1280 °C до 1110–1150 °C. Дальнейшее увеличение доли флюорита до 25 % даёт незначительное снижение (до 1060 °C), однако при этом ухудшается устойчивость шлака [3].

Таблица 1.

Влияние содержания флюорита () на физико-химические и технологические показатели керамического флюса

Вязкость расплава является ключевым фактором, определяющим качество формирования шва. Умеренное снижение вязкости при 10–15 %  способствует равномерному растеканию расплава и лёгкому отделению шлаковой корки после кристаллизации. При превышении 20 % шлак становится чрезмерно жидким, что вызывает стекание и образование наплывов [4; 9].

Добавление флюорита улучшает электропроводность шлаковой ванны, что стабилизирует горение дуги. При оптимальном содержании  (10–15 %) наблюдается минимальное разбрызгивание металла (снижение на 18–22 %) и ровное формирование валика.

Металлографический анализ показал, что при оптимальной концентрации флюорита структура металла имеет мелкозернистое ферритно-перлитное строение без неметаллических включений. Превышение содержания  свыше 20 % приводит к появлению пор и микротрещин, обусловленных повышенным выделением фтора и газов [5; 8].

Флюорит активно реагирует с оксидами в шлаке по реакциям:

Выделение фтора способствует раскислению и удалению неметаллических включений из сварочной ванны. Это объясняет повышение чистоты и плотности шва при оптимальном содержании флюорита.

Сравнение разработанных флюсов с промышленным АН-348 показало, что использование местного флюорита позволяет улучшить технологические характеристики без ухудшения прочностных свойств металла. При этом температура плавления и вязкость снижаются, а устойчивость дуги повышается.

Важно отметить, что применение узбекского флюорита не требует глубокого обогащения и обладает стабильным химическим составом, что делает возможным его промышленное внедрение [6]. Снижение температуры плавления флюса при увеличении  связано с образованием эвтектик  и . Эти системы характеризуются низкой энергией плавления и высокой подвижностью ионов, что облегчает процессы ионной диффузии в сварочной ванне.

Кроме того, фторсодержащие соединения снижают поверхностное натяжение металла, что способствует улучшению смачиваемости и равномерному распределению расплава. Однако избыточное количество фтора вызывает образование летучих соединений и пузырьков газа, приводящих к дефектам в металле шва.

Заключение

Оптимальное содержание флюорита в составе керамических флюсов составляет 10–15 %, при котором обеспечиваются температура плавления 1110–1150 °C, вязкость шлаковой ванны 2,5–2,7 Па·с и устойчивая работа сварочной дуги. Превышение доли  выше 20 % приводит к вспениванию шлака, ухудшению смачиваемости и появлению газовых дефектов. Применение местного флюорита Саргардонского месторождения способствует снижению себестоимости флюсов и повышению технологической независимости отрасли. Полученные результаты могут служить основой для разработки эффективных флюсовых составов для сварки сталей и сплавов в условиях промышленного производства.

Список литературы:

1. Мадалиев Самандар, Нишонбоева Севара, Фазилов Дусмурат, & Ташматов Равшан. (2025, май 31). Характеристика местного сырья узбекистана для керамических флюсов для сварки: детальный анализ физико-химических свойств местного сырья и его пригодности для использования в керамических флюсах для сварки. https://doi.org/10.5281/zenodo.15559486
2. Senior Lecturer Fazilov Dusmurat Saydivalievich Master's degree student Madaliyev Samandar Dilshod o'g'li, Bachelor student Abdukarimova Ferishtabonu Azimjonovna,. (2024). Crystallographic and phase transformations in the ceramic flux system using raw materials from uzbekistan. Research Focus International Scientific Journal, 3(12). https://doi.org/10.5281/zenodo.14532289
3. Кузьмичев Е. Н. Повышение ресурса деталей подвижного состава, восстанавливаемых с применением керамических флюсов на основе шеелита: дис. канд. техн. наук: 05.22.07, 05.02.01 / Е. Н. Кузьмичев. — М., 2002. — 69 с.
4. Бабенко Э.Г. Теоретические и технологические основы повешения качества и свойств сплавов (покрытий) на базе создания легирующих сварочно-наплавочных материалов с использованием минерального сырья при электротермических процессах. Дис. докт. техн. наук.-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002.-43 с.
5. Ершова Т.Б. Получение порошковых материалов различного назначения из вольфрам — и борсодержащего минерального сырья: автореф. На соиск. Учен. Степ. Канд. Техн. Наук / Т.Б. Ершова. - Благовещенск, 1997. - 19 с.
6. Бабенко Э.Г. Теоретические и технологические основы повешения качества и свойств сплавов (покрытий) на базе создания легирующих сварочно-наплавочных материалов с использованием минерального сырья при электротермических процессах. Дис. докт. техн. наук.-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002.-43 с.
7. Бабенко Э.Г. Верхотуров А.Д. Разработка новых сварочных материалов на основе минерального сырья Дальневосточного региона: Научная монография. - Владивосток: Дальнаука, 2000. – 144 с.
8. Бабенко Э.Г. Теоретические и технологические основы повешения качества и свойств сплавов (покрытий) на базе создания легирующих сварочно-наплавочных материалов с использованием минерального сырья при электротермических процессах. Автореф. дис. докт. техн. наук.-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002.-43 с.
9. Макиенко В.М. Совершенствование процессов создания шлаковых систем и получение сварочных материалов с использованием минерального сырья Дальневосточного региона. Дис. На соиск. Учен. Степ. Доктора техн. Наук [Текст] / В.М. Макиенко - Барнаул. 2011.