сварка магниевых сплавов


Основные свойства и особенности сварки

Чистый магний обладает относительно невысокой прочностью и малой пла­стичностью. В качестве конструкционных материалов используют сплавы маг­ния, имеющие высокую удельную прочность при сохранении малой массы. Маг­ниевые сплавы отличаются повышенной чувствительностью к коррозии во многих средах. Это объясняется тем, что образующаяся поверхностная окисная пленка неплотная и не обладает высокими защитными свойствами, как например, окисная пленка на алюминии. Для защиты от коррозии на поверхности деталей из маг­ниевых сплавов наносят специальные защитные пленки или лакокрасочные покры­тия. С целью уплотнения окисных пленок в состав магниевых сплавов часто вводят добавки бериллия.

Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, разделяют на деформируемые и литейные сплавы. По чувствительности к термообработке различают магни­евые сплавы термически упрочняемые и не упрочняемые термической обработ­кой. По системе легирования деформируемые сплавы могут быть разделены на несколько групп [6].

Группа I. Сплавы системы Mg—Mn: MAI, МА8. Эти сплавы не упрочняются термической обработкой и относительно хорошо свариваются.

Группа II. Сплавы системы Mg—Al— Zn: МА2, МА2-1, МА2-1 п. ч., МА5. Эти сплавы не упрочняются термической обработкой, удовлетворительно свари­ваются.

Группа III. Сплавы системы Mg—Zn—Zr: МА-14 (BMG5-1), ВМД-3. Эти сплавы упрочняются термической обработкой, отличаются повышенной жаропрочностью и невысокой свариваемостью.

Кроме того, применяются сплавы и других систем легирования: жаропроч­ные сплавы системы Mg—Th— Mn (MA 13), высокопрочные сплавы системы Mg—Al—Cd—Ag (МАЮ) и др. К литейным сплавам относятся сплавы системы Mg—Мп (Мл2), системы Mg—Al— Zn (МлЗ, Мл4, Мл5, Млб), системы Mg—Nd—Zr (Мл 10) и др. Из общего перечня деформируемых сплавов различного назначе­ния для изготовления сварных конструкций наиболее широко используют сплавы: MAI, МА2, МА2-1, МА2-1 п. ч., МА8, МА13, МАП.

Магний является одним из металлов с высоким сродством к кислороду. Поэ­тому сплавы на основе магния в условиях сварки активно окисляются кислородом окружающей среды. В связи с высокой температурой плавления окисная пленка на поверхности кромок свариваемых деталей затрудняет образование общей сварочной ванны и должна быть разрушена или удалена в процессе сварки. Особенностью окисной пленки являются ее плохие защитные свойства и способ­ность удерживать большое количество влаги.

Кроме кислорода, в атмосфере, окружающей ванну, могут присутствовать СО, С02, пары воды, азот и водород. Магний взаимодействует с этими газами, об­разуя карбиды, нитриды и окислы. В отличие от других газов водород обладает
способностью растворяться в магнии. При кристаллизации растворимость резко сокращается. Однако критическая концентрация водорода в атмосфере защитного газа, способная вызвать пористость при сварке магниевых сплавов, велика и для реальных условий практически маловероятна [4]. Это объясняется большой раст­воримостью водорода в металле. Основной причиной появления пор при сварке магниевых сплавов является выделение водорода, образующегося при разложе­нии остатков влаги, содержащейся в частицах окисной пленки. При этом водород выделяется в молекулярной форме, минуя стадию растворения. Для борьбы с по­ристостью в швах рекомендуются меры, направленные на сокращение концентра­ции окисных частиц, замешиваемых в ванну, а также применение рациональной обработки поверхности присадочного металла и кромок свариваемых деталей.

При кристаллизации магниевые сплавы склонны к образованию крупно­кристаллической структуры. Многие легирующие элементы при высоких скоро­стях охлаждения способны образовы­вать с магнием неравновесные эвтекти­ки. Эти факторы способствуют возник­новению кристаллизационных трещин. На склонность к образованию трещин влияет интервал кристаллизации спла­ва, температурный интервал хрупкости (ТИХ), а также пластичность металла шва в ТИХ. Повышение сопротивляе­мости сплавов образованию кристал­лизационных трещин достигается вве­дением в их состав модификаторов и применением при сварке присадочного металла, имеющего химический состав с меньшей склонностью к образова­нию трещин. Одной из характерных особенностей большинства магниевых спла­вов являются также склонность их к росту зерна при нагреве. При сварке сплавов, упрочняемых термической обработкой, наряду с ростом зерна в око­лошовных зонах возможны распад твердого раствора и оплавление границ зерен. Эти процессы приводят к разупрочнению металла околошовной зоны, а иногда к возникновению трещин.

Магний обладает высоким коэффициентом линейного расширения (а = = 29-10"6 1/ С). В связи с этим сварка сплавов на его основе осложняется боль­шой склонностью свариваемых конструкций к короблению, а иногда к образова­нию трещин. Склонность к образованию трещин при сварке различных магние­вых сплавов приведена в табл. 22. Для предупреждения трещин и уменьшения коробления рекомендуется сварка с подогревом конструкций или последующая термическая обработка их для снятия напряжений.

Технология сварки

22. Склонность Магниевых сплавов к обра­зованию трещин при аргонодуговой сварке с присадкой

Сплав

Присадочный металл

kо/ тр*

МА2

МА2

14

МА2

МА2-1

8

МА2-1

МА2-1

10

МА8

МА8

31

МА8

МА2-1

10

Подготовка деталей под сварку. Подготовка деталей заключается в удале­нии поверхностных загрязнений, окисных и защитных пленок, а также профили­ровании свариваемых кромок. Поверхностные загрязнения удаляют с помощью растворителей или специальных составов, а окисные и защитные пленки — ме­ханическим или химическим способами. Применяют следующую технологию подготовки поверхности деталей из магниевых сплавов: 1) обезжиривание в ванне: 20—30 г/л Na3P04 • 12Н20, 30—50 г/л NaC03; 20—50 г/л NaOH; 3—5 г/л жидкого стекла; 2) промывка в проточной горячей воде при 50—60° С в течение 0,5—1 мин; 3) удаление защитного покрытия в щелочной ванне: 200—300 г/л NaOH при 70- — 80^ С в течение 10—15 мин; 4) промывка в проточной горячей воде при 50—60° С в течение 0,1 — 1 мин; 5) промывка в холодной воде; 6) химические травления в ван­не: 150—200 г/л Сг03; 25—35 г/л NaOa, 2—3 г/л CaF.,, время травления 2 мин при 20° С; 7) промывка в холодной проточной воде; 8) сушка сжатым воздухом при 60-90° С.

Поверхность присадочного металла обрабатывается по приведенной техноло­гии или с применением для травления раствора 180 г/л Сг03 при 93° С; время трав­ления 5 мин. Перед сваркой кромки деталей рекомендуется зачищать шабером.

Перед точечной и шовной сваркой поверхности деталей после механической обработки дополнительно зачищают вращающимися металлическими щетками. Срок хранения деталей до сварки 24 ч. При этом электрическое сопротивление свариваемых поверхностей деталей не должно превышать 120 мкОм.

Типы соединений и технология сварки. В конструкциях из магниевых сплавов применяют все основные типы сварных соединений, принятые при сварке алюми­ниевых сплавов. Исключение составляют соединения с отбортовкой кромок. В связи с недостаточной пластичностью магниевых сплавов отбортовка кромок даже для металла малой толщины не применяется. Встык без разделки кромок рекомендуется сваривать соединения за один проход при односторонней сварке на подкладках, имеющих специальные профилированные канавки, аналогичные применяемым при сварке алюминиевых сплавов. Двусторонняя сварка стыковых соединений без разделки кромок не рекомендуется из-за опасности появления в швах большого количества окисных включений. При сварке соединений из металла толщиной более 6—10 мм применяется V-образная или чашеобразная разделка кромок и для металла толщиной более 20 мм при наличии двустороннего подхода — Х-образная разделка кромок. В последнем случае перед выполнением шва с обратной стороны необходима предварительная разделка корневой части первого шва.

Для контактной точечной и шовной сварки магниевых сплавов характерны нахлесточные соединения, размеры которых определяются ГОСТ 15878—70. Низкая температура воспламенения магния исключает применение стыковой сварки оплавлением.

Сварку магниевых сплавов можно выполнять лишь при условии надежной , защиты сварочной ванны и близлежащих участков основного металла к окружаю­щей атмосфере. Для конструкций из магниевых сплавов применяют дуговую сварку в среде защитного газа — аргона чистотой 99,9. В промышленности широко используют дуговую сварку в среде защитного газа неплавящимся вольфрамовым электродом, а также трехфазной дугой. Ручной и автоматической сваркой вольфра­мовым электродом встык без разделки кромок за один проход могут быть сварены детали толщиной до 6 мм. С увеличением толщины необходимо производить раз­делку и заполнять место разделки в несколько проходов. Диаметры присадочной и сварочной проволоки для сварки деталей из магниевых сплавов разных толщин приведены в табл. 23.

23. Диаметры присадочной и сварочной проволоки для разных толщин магниевых сплавов

Толщина металла, мм

Сварка вольфрамо­вым электродом

Сварка плавящимся электродом

Диаметр присадоч­ной проволоки, мм

Диаметр сварочной просолоки, мм

Скорость подачи проволоки, мм,с

До 2.0 2—3 4-6 8

Св. 10

1,5-2

2—2,5 2.5 3.0 3,4

0,8 1,2 1,6 2,0 2,5-3,2

37-41 20—22 13-15 10-12 8-9

Для металла толщиной более 5 мм может быть использована автоматическая сварка плавящимся электродом со струйным переносом электродного металла. Для более тонкого металла применяют сварку короткой дугой с периодическими кратковременными замыканиями дугового промежутка. В обоих случаях процесс

сварки ведется на постоянном токе обратной полярности. Сварка плавящимся электродом особенно эффективна для соединения металла большой толщины. В этом случае увеличивается производительность процесса и благодаря лучшему перемешиванию ванны уменьшается вероятность появления в металле швов окис­ных включений. При сварке встык без разделки за один проход плавящимся элек­тродом могут быть сварены листы толщиной 5—10 мм. Для толстолистовых соеди­нений (8—10 мм и более) целесообразно использовать трехфазную сварку. Кон­струкции из магниевых сплавов сваривают с использованием сварочного обору­дования, применяемого при сварке алюминиевых сплавов. Ориентировочные режимы [3] ручной и автоматической сварки деталей из магниевых сплавов при­ведены в табл. 24—2G.

24. Ориентировочные режимы ручной аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом деталей из магниевых сплавов (ток переменный)

Толщина металла, мм

Тип соеди­нения

Ток, А

Диаметр

присадочной проволоки, мм

Расход аргона, л/мин

Число проходов

2,0

Встык без раз­

100—105

2,5

12-14

3,0

делки

180- 190

1

5,0

230-210

3-4

6,0

Встык с раз­

200-210

делкой

16-18

3

8,0

4

10,0

200

4-5

Дефекты отливок (поверхностные), образованные при механической обра­ботке (поверхностные раковины, трещины и др.), заваривают в среде инертных защитных газов. Устранение дефектов подваркой достигается при разделке от­ливки до полного удаления дефектного металла. Подготовленные к подварке от­ливки нагревают до 250—300° С; тонкостенные и напряженные отливки нагре­вают до 340—350° С. После подварки осуществляют повторную термическую обработку. При подварке употребляют присадку состава, одинакового с составом основного металла.

Контактную точечную и шовную сварку используют для соединения деталей из магниевых сплавов толщиной до 8—10 мм. Как и при сварке алюминиевых спла­вов, в этом случае требуются токи повышенной плотности. Однако вследствие от­носительно малого сопротивления пластической деформации сплавов магния при 350—400° С длительность импульса и сварочное усилие значительно меньше (например, tCB ~ 0,06 S). При сварке деталей больших толщин (св. 2 мм) реко­мендуется использовать ковочное усилие. Для точечной сварки магниевых сплавов применяют машины постоянного тока, а также низкочастотные и конденсатор­ные. Рыхлое строение поверхностных пленок, содержащих большое количество влаги, вызывает интенсивное взаимодействие металлов в контакте электрод— деталь. Рабочая поверхность электродов быстро покрывается продуктами взаимо­действия, что вызывает монотонный рост высоты ядра до полного проплавления деталей, сопровождающегося образованием выплесков и трещин. Поэтому за­чистку рабочей поверхности электродов и роликов производят при сварке магние­вых сплавов после 10—20 точек или после первого оборота ролика.

25. Ориентировочные режимы автоматической сварки вольфрамовым электродом деталей из магниевых сплавов (в числителе — данные для сплава МА 1, в знаменателе—для спла­ва MAS) на переменном токе

Толщи­на ме­талла, мм

Сварка встык с присадкой

Сварка встык без присадки

Ток, А

Диаметр электрода, мм

2

Скорость, м/ч

Ток, А

Диаметр электрода, мм

Скорость сварки, м/ч

Расход аргона, л/мин

сварки

подачи при­садочной проволоки

0,8

80—95

50-60

50-70

70—90 1»—7<Г

2

70-85

6-7

60-70

50-70

60-70

70—85

1,0

85-105

7Q3IUO"

3

45—55

40-50

S0-100

2

50-70

7-8

50-60

50-70

70-75

60-80

1,5

100-150

3

го-45

30-50

90-140

3

30—50

8-9

90—100

30-50

30-50

80-120

30—60

2,0

140—200

4

20—40

30—40 "25-40

140—180

4

20—50

9-10

130—180

25-50

i 20—160

30-50

2,5

200-240 770^220

5

15-30

30-40

170—210

4

20-40

9-10

20 -30

20-30

140-210

20—40

3,0

230—260

5

15-25

25-40

200-2-Ю

5

15-20

9-11

200—250

15-30

20-30

180—230

20-30

86. Ориентировочные режимы аргонодугогой сварки плавящимся электродом деталей из магниевых сплавов

Толщина металла, мм

Диаметр проволоки, мм

Напряже­ние дуги, В

Скорость, м/ч

Расход аргона, л/мин

Число слоев

Ток, А

подачи проволоки

сварки

2,0

260

25-27

5

1

140-150

20-23

230

26-27

10

290-300 290—310

400 450

24-26 27—2 8

20-22

15

20

2

2,5

270-290 280—сОО

21-24

360 430

26-27 25

30

4

270-280

420

20

21—24


Изделие
Ваше имя*
Skype
Ваш E-mail*
Сообщение*