Сварка под флюсом (SAW)

Сварка под флюсом (SAW, Submerged Arc Welding) — это способ дуговой сварки плавящимся электродом (сплошной проволокой, порошковой проволокой или лентой), при котором дуга и сварочная ванна полностью укрыты слоем гранулированного флюса. Процесс ведётся без видимого светового излучения и брызг, отличается высокой производительностью, глубоким проплавлением и пригоден для механизации и автоматизации. Применяется при изготовлении резервуаров, кожухов сосудов, балок, обечаек, трубопроводов больших диаметров и других конструкций из малоуглеродистых, низколегированных и мелкозернистых сталей и сплавов.

В статье разобраны физика процесса, классификация флюсов (плавленые и агломерированные), сварочные проволоки и комбинации проволока/флюс, существенные параметры режима, многопроходная техника, типовые сварные соединения по ГОСТ 8713-79 и характерные области применения автоматической сварки под флюсом.

Принцип процесса

Сварка под флюсом — разновидность дуговой сварки металлическим электродом, при которой дуга горит под слоем гранулированного флюса. Электродом служит непрерывно подаваемая проволока (сплошного сечения, порошковая) или лента; во время процесса дуга, плавящийся электрод, металл шва и сварочная ванна полностью укрыты сначала твёрдым флюсом, а затем — слоем жидкого шлака. Этот слой:

• защищает дугу и металл шва от воздуха (азота, кислорода, водорода);
• обеспечивает металлургическую обработку металла шва (раскисление, легирование, удаление вредных примесей);
• стабилизирует горение дуги и формирует поверхность шва;
• замедляет охлаждение шва и зоны термического влияния, что положительно влияет на структуру и снижает риск образования закалочных трещин;
• поглощает часть теплового излучения, повышая КПД использования тепла дуги.

В наиболее распространённом варианте процесс ведётся на постоянном токе обратной полярности (электрод «+»). Это обеспечивает устойчивое горение дуги и характерное для SAW глубокое проплавление. На некоторых режимах применяют переменный ток (особенно в многодуговых установках) и прямую полярность.

Дуга не видна и не доступна для визуального контроля во время сварки; качество процесса оценивается по стабильности тока, напряжения и скорости, состоянию шлаковой корки и результатам неразрушающего контроля шва.

Обозначения по ISO и ГОСТ

В международной системе по ISO 4063:2023 сварке под флюсом отведена группа процессов с двузначным кодом 12; внутри группы выделены варианты по типу электрода:

В российской нормативной системе (ГОСТ 8713-79) для способов автоматической и механизированной сварки под флюсом применяются буквенные индексы, отражающие способ удержания ванны:

Флюсы: плавленые и агломерированные

Флюс — гранулированный материал минерального происхождения, формирующий при плавлении жидкий шлак, выполняющий защитные, металлургические и формообразующие функции. Современная классификация флюсов для сварки под флюсом и электрошлаковой сварки установлена ISO 14174:2019 (в РФ — идентичный ГОСТ Р ИСО 14174-2021).

По способу изготовления

По химико-минералогическому типу

В ISO 14174:2019 флюсы классифицируются по преобладающим оксидам шлака. Каждому типу соответствует двух- или трёхбуквенное обозначение:

Дополнительно в обозначении флюса по ISO 14174 указываются: класс применения (1, 2, 3 — для нелегированных, легированных или специальных сталей), тип тока (DC или AC), содержание диффузионного водорода (Н5, Н10 — не более 5 или 10 мл водорода на 100 г наплавленного металла), переход легирующих элементов.

Гигроскопичность агломерированных флюсов требует контроля условий хранения и обязательной прокалки перед сваркой ответственных конструкций в режиме, указанном изготовителем. Без соблюдения режима прокалки растёт содержание диффузионного водорода и риск холодных трещин.

Сварочные проволоки и ленты

Электродом при сварке под флюсом служит непрерывно подаваемая проволока сплошного сечения, порошковая (трубчатая) проволока или лента. Классификация проволок и комбинаций проволока/флюс для нелегированных и мелкозернистых сталей установлена ISO 14171:2016 (российский аналог — межгосударственный ГОСТ ISO 14171-2020). Для высокопрочных, теплоустойчивых и коррозионностойких материалов действуют отдельные стандарты (ISO 26304:2025, ISO 24598:2019, ISO 14343, ISO 14172 и др.).

Типы электродов

Маркировка по ISO 14171:2016

Стандарт допускает два параллельных подхода:

• Система «A» (по пределу текучести): классификация комбинации проволока/флюс по пределу текучести и работе удара 47 Дж, для металла шва с минимальным пределом текучести до 500 МПа.
• Система «B» (по временному сопротивлению): по временному сопротивлению и работе удара 27 Дж, для металла шва с минимальным временным сопротивлением до 570 МПа.

Проволока сплошного сечения дополнительно классифицируется отдельно по химическому составу (например, S2, S3, S4, S2Si и т. п. — обозначения отражают содержание марганца, кремния и других элементов).

Параметры режима и тепловложение

Управление процессом сварки под флюсом сводится к контролю четырёх основных параметров и их влияния на форму шва, проплавление и качество.

Основные параметры режима

Погонная энергия (тепловложение)

Интегральной характеристикой режима служит погонная энергия (heat input) — энергия, введённая в шов на единицу его длины:

Погонная энергия — один из контролируемых параметров при аттестации технологии по ISO 15614-1:2017: при изменении значения сверх установленного диапазона требуется повторная аттестация. Высокая погонная энергия снижает скорость охлаждения, что уменьшает риск холодных трещин, но может ухудшить ударную вязкость металла шва и зоны термического влияния.

Дополнительные параметры

• Вылет электрода (расстояние от токоподводящего сопла до изделия) — влияет на интенсивность подогрева электрода до дуги и долю наплавленного металла за единицу времени.
• Толщина слоя флюса над дугой — определяет защиту и формирование. Недостаточный слой даёт прорывы дуги и пористость; избыточный — ухудшает формирование шва.
• Угол наклона электрода — управляет формой шва; наклон «вперёд» уменьшает проплавление, «назад» — увеличивает.
• Гранулометрический состав флюса — влияет на токопроводимость, проницаемость для газов и формирование валика.

Многопроходная и многодуговая техника

Однопроходная и многопроходная сварка

При толщине металла, не превышающей возможности однопроходного режима, корень и заполнение проводят за один проход (часто с двух сторон или на флюсовой подушке). Для большой толщины применяют многопроходную сварку с разделкой кромок; при этом каждый слой представляет собой отдельный проход с собственным режимом. По ISO 15614-1:2017 переход с однопроходного режима на многопроходный (и наоборот) считается изменением существенной переменной при наличии требований по ударной вязкости и твёрдости.

Многодуговая (Tandem, Twin) сварка

Для повышения производительности применяют установки с двумя и более дугами, работающими в одной ванне:

• Twin Arc: две проволоки в одном сопле с общим током — увеличение скорости плавления.
• Tandem: две и более независимых горелок последовательно вдоль шва, обычно ведущая на DC+ для проплавления, ведомая на AC или DC− для заполнения.
• Многодуговые конфигурации (3–5 дуг): применяются при производстве труб большого диаметра и продольных швов сосудов высокого давления.

В многодуговых схемах обязательны меры против магнитного дутья: применение переменного тока на части дуг, расстояние между дугами, экранирование, расположение токоведущих проводов.

Типы сварных соединений по ГОСТ 8713-79

ГОСТ 8713-79 «Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры» устанавливает типы стыковых, угловых, тавровых и нахлёсточных соединений, выполняемых автоматической и механизированной сваркой под флюсом, а также конструктивные элементы подготовки кромок и размеры швов. Стандарт применяется для соединений из сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах и не распространяется на стальные трубопроводы (для них действует ГОСТ 16037-80).

Для каждого типа стандарт задаёт конструктивные элементы подготовленных кромок (угол разделки, притупление, зазор) и размеры выполненного шва. Обозначение в чертежах включает условный код типа соединения и индекс способа сварки (АФ, АФф, АФо и т. п.).

Применение: резервуары, балки, обечайки, трубы

Сварка под флюсом эффективна на протяжённых прямолинейных и кольцевых швах большой толщины, где можно реализовать механизацию и автоматизацию. Основные области:

• Резервуары и сосуды: вертикальные и горизонтальные стальные резервуары для хранения жидкостей, кожухи сосудов под давлением, обечайки реакторов, корпуса теплообменников. Кольцевые и продольные швы обечаек выполняются на роликовых стендах с автоматическими тракторами или колоннами.
• Сварные двутавровые балки и колонны: поясные швы балок выполняются автоматами на специализированных линиях с подачей флюса и его автоматическим возвратом.
• Трубы большого диаметра: продольные и спиральношовные трубы; при производстве спиральношовных труб дуга и формирующий узел перемещаются по винтовой траектории.
• Судостроение и тяжёлое машиностроение: длинные продольные швы корпусных конструкций, сварка деталей доменного, металлургического и кранового оборудования.
• Наплавка: износостойкие и коррозионностойкие слои на валки, оси, шейки валов, внутренние поверхности сосудов (лентой по коду 122).

Положение сварки — преимущественно нижнее. Возможны варианты «в лодочку», горизонтальное на вертикальной плоскости (при специальных формирующих устройствах) и круговое для тел вращения; вертикальное и потолочное положения для классической SAW нехарактерны из-за стекания флюса и жидкого металла.

Преимущества и ограничения

Типовые дефекты и причины

Уровни качества швов и допустимые отклонения регламентируются ISO 5817:2023 (для дуговой сварки сталей, никеля, титана и сплавов). Применительно к SAW характерны следующие группы дефектов и наиболее частые причины их появления:

Соотношение глубины проплавления к ширине шва (форм-фактор) — критичный параметр для трещиностойкости: при значениях, при которых шов получается заметно глубже своей ширины, возрастает склонность к кристаллизационным трещинам. Контролируется выбором режима (ток/напряжение/скорость) и углом наклона электрода.

Стандарты и руководящие документы

Часто задаваемые вопросы