Основные требования к шлакам:

1. Шлаки должны обеспечивать:

• формирование металла шва с определенными свойствами;

• стабильное развитие процесса сварки,

• формирование шва и легкое отделение шлаковой корки от металла шва.

Эти требования обеспечиваются путем правильного подбора состава шлака с определенными физико-химическими свойствами:

1) Температура плавления шлака должна быть ниже температуры плавления свариваемого металла (Т_пл.)_шл.<(Т_L)_{св. Ме}. Нарушение этого соотношения приводит к ухудшению формирования металла шва (неровности на поверхности), кроме того повышается вероятность загрязнения металла шва шлаковыми включениями (особенно при многопроходной сварке).

2) Шлак должен обладать хорошей смачиваемостью для обеспечения защиты. Коэффициент поверхностного натяжения шлака должен быть меньше коэффициента поверхностного натяжения свариваемого металла _шл.<_Ме, т. е. в шлаке валентные связи поверхностных атомов все заняты (следовательно _шл. уменьшается) и шлак покрывает каплю расплавленного металла сплошной пленкой.

3) Плотность шлака должна быть ниже плотности свариваемого металла _шл.<_Ме, для того чтобы облегчить удаление шлаковых включений (чем ниже , тем больше V_{всплытия}).

4) Необходимо, чтобы шлаки обладали малой вязкостью и большой подвижностью.

Вязкость (внутреннее трение) жидкостей (как и газов) возникает при движении жидкости, из-за переноса импульса в направлении перпендикулярном направлению движения. Перенос импульса из одного слоя в другой осуществляется при скачках молекул. Общий закон внутреннего трения – закон Ньютона: где F – сила, действующая на единицу площади поверхности, разделяющей два соседних слоя газа; - градиент скорости вдоль направления перпендикулярного движению.

Чем меньше среднее время “оседлости” молекул (чем чаще происходят скачки), тем меньше вязкость жидкости (тем больше ее текучесть). Это соображение лежит в основе следующего уравнения: - уравнение Френкеля-Андраде, где  - коэффициент вязкости;  - энергия, необходимая для скачка; С – зависит от дальности скачка , частоты колебаний  и температуры.

С повышением температуры вязкость быстро уменьшается.

Большая жидкотекучесть шлака во-первых: позволяет улучшить металлургическую обработку (например – на стадии капли r_кр. уменьшается, перемешивание облегчается); во-вторых: способствует более легкому удалению шлака из металла.

5) Желательно, чтобы вязкость шлака  в зависимости от температуры менялась по кривой 1 (т. н. “короткие шлаки”), а не по кривой 2 (т. н. “длинные шлаки”).

В первом случае шлаки затвердевают в коротком интервале температур и в диапазоне температур Т. Они характеризуются малой вязкостью и следовательно большой подвижностью.

Во втором случае шлаки затвердевают в длинном интервале температур, кроме того технологические свойства шлака в диапазоне температур Т все время изменяются.

6) Шлак должен иметь определенный химический состав, обеспечивающий развитие запланированных металлургических процессов (и чтобы не было дефицитных элементов).

2. Флюсы и шлаки в сварочной технике

Шлаки классифицируют:

1) по их отношению к окислению металла:

а) восстановительные;

б) окислительные;

2) по основности .

При избытке в шлаке кислых оксидов, оксиды основного характера будут связаны в силикаты или в алюмосиликаты и их активность будет понижена, а находящиеся в избытке кислые оксиды будут, наоборот, активно вступать в химические реакции.

3) по шлаковой основе, т. е. шлаки, построенные на основе:

 силикатов и титанатов;

 соединений бора;

 хлористых и фтористых солей.

В основном используется последняя из приведенных классификаций.

2.1. Флюсы на основе силикатов и титанатов

nMeOmSiO₂ и nMeOmTiO₂ – имеют температуру плавления свыше 900С и в основном используются для сварки сталей, чугуна и меди.

В состав входят кислые оксиды SiO₂ и TiO₂, а также основные

S iO₂ K₂O

TiO₂ Na₂O + CaO, MnO, FeO AlO₃ + CaF₂

MgO

Флюсы и шлаки этой системы обладают хорошими технологическими свойствами. Основной недостаток – развитие на границе раздела обменных реакций, которые приводят к некоторому загрязнению металла сварочной ванны кислородом:

2.2. Флюсы и шлаки на основе фтористых и хлористых солей щелочных и щелочно-земельных металлов (бескислородные, безокислительные)

Основа NaCl-KCl-3NaF-AlF₃ либо NaCl-KCl-LiCl.

Первоначально использовались для сварки Al и Mg и их сплавов (флюсовая система I группы для них не подходит).

В настоящее время эта II группа используется также для сварки нержавеющих и высоколегированных сталей и титана.

Эти флюсы по технологическим свойствам уступают I группе, т. к. в силу большой электропроводности в расплавленном состоянии склонны к переходу от дугового к электрошлаковому.

В связи с этим, для сталей, в эти флюсовые системы вводят дополнительно добавки оксидов (Mg, Al, Ca), т. е. элементов, обладающих большим сродством к кислороду. В этом случае не наблюдается существенного загрязнения металла шва кислородом.

Эта II группа шлаков является универсальной.