Флюс для сварки магниевых сплавов Советский патент 1985 года по МПК B23K35/362 

САЭ СО О О) 4 Изобретение относится к сварочному производству, в частности к флюсам для сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов изделий из магниевых сплавов, содержащих иттрий. Известно применение для сварки магниевых сплавов флюсов на основе фторидов щелочных и щелочноземельных металлов, например, известен флюс 1 для сварки магниевых сплавов, содержащий,мас.%: Фторид кальция5;-15 Фторид стронция31-35 Фторид лития18-19,9 Фторид магния24-26 Фторид алюминия .5:-15 Титан2:-4 Однако данный флюс работоспособен только при сварке магниевых сплавов, не содержащих химически активные компоненты (литий, иттрий и др.) и неэффективен при сварке других типов магниевых сплавов. Известен также флюс для сварки магниевых сплавов 2, содержащий следующие компоненты, мае. °/о: Фторид лития26-29 Фторид магния26-29 Фторид кальция2,1-24 Фторид алюминия11 -14 Фторид редкоземельного элемента4-6 ТитанОстальное Однако этот флюс также не позволяет получать бездефектные сварные соединения магний-иттриевых сплавов. Сварные швы, выполненные с применением этого флюса, содержат окисные включения и имеют неудовлетворительное формирование проплава. Известен также флюс для сварки магний-иттриевых сплавов 3 следующего состава, мас.%: Фторид магния8,3-9,4 Фторид бария1.9,8-22,0 Фторид алюминия8,8-9,9 Фторид церия5,8-6,5 Фторид никеля3,0-5,0 Оксид ниобия1,5-3,0 Фторид литияОстальное Однако известный флюс не обеспечивает требуемого качества нахлесточных, замковых и тавровых сварных соединений магний-иттриевых сплавов по окисным включениям, поскольку такие соединения характеризуются более низкой температурой корня сварного щва и худщими условиями разрущения и удаления окисных включений по сравнению со стыковыми, торцовыми и другими подобными видами сварных соединений. Кроме того, известный флюс не позволяет достичь качественного формирования проплава при отклонении параметров сварочного процесса (сварочный ток, скорость подачи присадочной проволоки) от оптимальных, а сварные соединения, полученные с его применением, обладают HecKOvibко повыщенной склонностью к трещинообразованию. Целью изобретения является повыщение качества нахлесточных, тавровых, за.мковых сварных соединений и повыщение стойкости металла щва против трещинообразования за счет модифицирования металла сварных щвов магний-иттриевых сплавов. Поставленная цель достигается тем, что флюс для сварки магниевых сплавов неплавящимся электродом в среде инертных газов, содержащий фториды лития, магния, бария, церия, алюминия, никеля и оксид ниобия, дополнительно содержит фториды иттрия и цинка и оксид стронция при следующем соотнощении компонентов, мас.%. Фторидлития 41,7-43,5 Фторид магния 7,7 - 8,1 Фторид бария 18,4 - 19,6 Фторид церия 5,5-5,7 8,1-8,5 Фторид алюминия Фторид никеля 3,5-5,0 Фторид иттрия 4,9-5,5 Фторид цинка 3,Q-5,0 Оксид стронция 1.1 - 1,9 Оксид ниобия 1,1-2,0 Эффективность действия предлагаемого флюса заключается в следующе.м. Флюс содержит легкоплавкую (570±20°С) инертную составляющую, включающую фториды лития, магния, бария, алюминия и церия. Введение этих компонентов объясняется тем, что они не взаимодействуют с компонентами свариваемого сплава. К химически инертным по отнощению к магнию и иттрию относятся также фториды щелочных, щелочноземельных и редкоземельных элементов. Однако фториды К, Rb и Cs гигроскопичны и снижают коррозионную стойкость сварных соединений, фториды Na, Са, Sr повыщают поверхностное натяжение расплавов и снижают смачивание флюсами поверхности свариваемых металлов, а фториды РЗЭ в больщинстве случаев дороги и дефицитны. Предлагаемое соотнощение фторидов соответствует легкоплавкому составу в данной системе. Выход содержания какоголибо компонента за указанные пределы приводит к значительному (на 50°С и более) росту температуры плавления флюса и соответственно к снижению качества сварных соединений. Инертная составляющая является фазой, обеспечивающей смачивание свариваемого металла и прохождение реакций взаимодействия компонентов активной составляющей флюса с компонентами свариваемого металла и их окислами. К активной составляющей флюса относятся след)ющие

компоненты: фторид никеля способствует разрушению труднораствримых окислов магния и иттрия по реакциям:

MgO + NiFi MgFg + NiO;(1)

YaOj + NiFz 2YOF + NiO,(2)

a также защите корня шва от окисления; фторид иттрия способствует переходу окислов иттрия и магния в легкорастворимую форму по реакциям:

УгОз -I- УГз 3YOF(3)

MgO + УРз MgFz + YOF,(4

снижает на 10-15°С температуру плавления флюса и оптимизирует кинетику реакции (2). Кроме того, YF3 несколько снижает краевой угол смачивания флюсом свариваемого сплава; фторид цинка восстанавливается иттрием по реакции:

3ZnF2 + 2Y 3Zn + 2YFj,(5)

образующийся цинк совместно с оксидом ниобия значительно повышает смачивание флюсом свариваемого металла, что способствует удалению окисных плен и улучшению формирования проплава в случае нахлесточных, замковых и тавровых сварных соединений, а также при значительном (до 20%) уменьшении сварочного тока или увеличении скорости подачи присадочной проволоки, или других условиях, приводящих к снижению температуры в корне сварного шва: оксид стронция модифицирует металл сварного шва, т. е. обеспечивает получение мелкодисперсной структуры металла при кристаллизации, что приводит к повышению устойчивости металла к образованию горячих трещин.

Наряду с этим фторид церия положительно влияет на разрушение окисных плен на металле в связи с высокой вероятностью протекания, реакции

MgO + CeFa MgFj + CeOF.(6)

Новое соотношение компонентов активной составляющей флюса определено эмпирически. Установлено, что повышение содержания активных компонентов выше указанных пределов приводит к снижению качества сварных соединений как за счет ухудшения физических свойств флюса (температуры плавления, смачивания, вязкости), так и за счет изменения кинетики обменных реакций в системе «флюс-окисная пленка-металл. При снижении содержания данных компонентов ниже указанных пределов его общая эффективность существенно снижается.

Об эффективности предлагаемого флюса можно судить по результатам испытаний, которые приведены в таблице.

В таблице приведены средние значения параметров по пяти экспериментам на каждый состав флюса. .

Испытания предлагаемого флюса и его сравнение с известными производились путем сварки пластин из магний-иттриевого сплава ВМД10-1 толщиной 2,5 мм. Сварка проводится без флюса, с известным флюсом и с предлагаемым флюсом. Режим сварки: ток переменный 110 и 90 А, электрод вольфрамовый, защитный газ-аргон, скорость сварки 18 м/ч. Подготовка поверхности пластин во всех случаях одинакова и состоит в шабрении свариваемых кромок. Зазор между пластинами устанавливают 0,5 мм. Полученные сварные швы подвергаются рентгеновскому контролю на содержание окисных плен и визуальному осмотру.

Как видно из таблицы применение предлагаемого флюса при сварке магний-иттриевых сплавов позволяет получать сварные соединения более высокого качества за счет уменьшения окисных включений в металле щва, улучшения формирования проплава и повышения стойкости против трещинообразования.

ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ неплавящимся электродом в среде инертных газов, содержащий фториды лития, магния, бария, церия, алюминия, никеля и оксид ниобия, отличающийся тем, что, с целью повыщения качества нахлесточных, замковых,-тавровых сваррных соединений и повышения стойкости металла шва против трещинообразования за счет модифицирования металла сварных швов магний-иттриевых сплавов, флюс дополнительно содержит фторид иттрия, фторид цинка и оксид стронция при следующем соотношении компонентов, мае. %: 41,7-43,5 Фторидлития 7,7--8,1 Фторид магния 18,4-19,6 Фторид бария 5,5-5,7 Фторид церия 8,1-8,5 Фторид алюминия 3,5-5,0 Фторид никеля 4,9-5,5 Фторид иттрия 3,0-5,0 Фтор ид цинка I 1,1 - 1,9 Оксид стронция 1,1-2,0 (Л Оксид ниобия