Флюс для сварки магниевых сплавов неплавящимся электродом в среде инертных газов

 

1. ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ, содержащий фторид лития, фторид магния, фторид алюминия и фторид редкоземельного металла , отличающийся тем. что, с целью повышения качества сварных соединений при сварке магний-иттриевых сплавов, флюс дополнительнр содержит фторид бария, фторид никеля и оксид ниобия при следующем соотнсяиении компонентов, мае. %: ,8,3-9 И Фторид магния 19,8-22,0 Фторид бария 8,8-9,9 Фторид алюминия Фторид редкоземель5 ,8-6,5 ного металла .Фторид никеля 3,0-5,0 1,5-3,0 Оксид ниобия Фторид лития Остальное 2. Флюс по П.1, отличающийся тем, что в качестве фториг .да редкоземельного металла он содер (Л :жит фторид церия.

„„SU„„A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 В 23 К 35 362

ГОСУДАРСТ8ЕННЦЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВМ

Фторид магния

Фторид бария

Фторид алюминия

Фторид редкоземельного металла .Фторид никеля

Оксид ниобия

Фторид лития, 8,3-9,4

19,8-22,0

8,8-9,9

5,8-6,5

3,0-5,0

1,5-3,0

Остальное (21 ) 3429058/25-27 (22) 27.04.82 (46) 30.03.84. Бюл. Р 12 (72) Е.В.Буланый, В.Н.Плиско, Ю.Г.Бушуев, N.Ä.Ìàìoí, В.М.Жаров, И.С.Игумнов, С.Ф,Белов, И.А.Роздин,и И.Ф.Анохин (53) 621.791.04(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 496139, кл. В 23 К 35/362, 07.06.74.

2. Авторское свидетельство СССР

9 712222,кл. В 23 К 25/362, 05.06.78 (прототип). (54)(57) 1, ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ МАГНИЕВЫХ

СПЛАВОВ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В

СРЕДЕ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ, содержащий фторид лития, фторид магния, фторид алюминия и фторид редкоземельного металла, отличающий с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений при сварке магний-иттриевых сплавов, флюс д.эполни-. тельно содержит фторид бария, фторид никеля и оксид ниобия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Флюс по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в качестве фтори;Е

Ф .да редкоземельного металла он содер жит фторид церия.

1082594

Однако этот флюс не позволяет получать качественные сварные соединения магний-иттриевых сплавов. Сварной шов содержит окисные включения, поры и имеет неудовлетИ>рительное формирование. 25

Известен флюс для сварки магнийлитиевых сплавов 2), принятый в. качестве прототипа и базового объекта, содержащий,мас.Ъ>

Фторид лития

Фторид магния

Фторид кальция

Фторид алюминия

Фторид редкоземельного элемента

Титан

46 35

Остальное

Этот фтпос также не обеспечивает требуемого качества сварных соединений из магний-иттриевых сплавов.

Так как в металле сварного шва содержатся окисные .включения и также наблюдается неудовлетворительное формирование проплава.

Цель изобретения — повышение качества сварных соединений при сварке магний-иттриевых сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что флюс для сварки магниевых сплавов неплавящимся электродом в среде инертных газов, содержащий фторид лития, фторнд магния, фторнд алюминия, и фторид редкоземельного металла, дополнительно содержит фторид бария, фторид никеля и оксид ниобия при следующем соотношении компонентов>мас.Ъ:

45

55

8,3-9,4

19,8-22,0

8,8-9,9

5,8-6,5 60

3,0-5,0

1,5-3,0

Остальное

Фторид магния

Фторид бария

Фторид алюминия

Фторид РЗМ

Фторид никеля

Оксид ниобия

Фторид лития

Выбор компонентов предлагаемого флюса, производился на основании су.

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к флюсам для сварки преимущественно в среде инертных газов неплавяющимся электродом магниевых сплавов, содержащих иттрий ° 5

Известно применение для сварки магниевых сплавов флюсов на основе фторидов щелочных и щелочноземельных металлов (1) .

В укаэанном источнике предлагает- 10 ся для сварки магниевых сплавов использовать флюс, содержащий, мас.Ъ:

Фторид кальция 5-15

Фторид стронция 31-35

Фторид лития !

Фторид магния 24-26

Фторид алюминия 5-15

Титан 2-4 шествующей схеьы действия очищающих

Флюсов. Работоспособность таких флюсов достигается при обеспечении следующих физико-химических свойств металло-оксидно-солевых систем.

Флюс должен содержать химически инертную по отношению к свариваемому металлу легкоплавкую составляющую, которая представляет собой среду для прохождения необходимых реакций; должен содержать компоненты, взаимодействующие с окоидной пленкой на поверхности металла; должен хорошо смачивать поверхность металла и оксидной пленки. Кроме того, флюс и продукты его взаимодействия не должны снижать корроэионной стойкости сварных соединений. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют фторидно-оксидные системы.

Поскольку инертная .составляющая флюсов должна иметь температуру плавления не выше температуры плавления свариваемого металла, индивидуальные фториды имеют температуру плавления, как правило, выше 1000 С, а температуры плавления большинства магниевых сплавов находятся в пределах

550-650 С, в качестве инертной составляющей флюса использовались многокомпонентные композиции, в которых можно получить достаточно низкую температуру плавления.

На основании термодинамического анализа возможных обменных реакций металл-фторид (где металл — М,У), выбран ряд фторидов, инертных к основным компонентам Ng †f сплавов.

К ним относятся фториды щелочных, щелочноземельных, редкоземельных металлов, Ai и У. Иэ щелочных фторидов приемпем в качестве компонента флюса лишь фторид лития, Фторид натрия повы шает поверхностное натяжение фторидных расплавов, фториды К, gt> С> гигроскопичны и снижают коррозионную стойкость сварных соединений. Иэ щелочноэемельных фторидов не ухудшают поверхностных свойств расплавов фториды Mg и Ва. Из фторидов РЭИ наименее дефицитен Се Г, который, кроме того, способствует высокой раст- . воримости У О (компонента оксидной пленки на поверхности М -у сплавов) во вторидных расплавах и повышает защиту корня сварного шва от окисления.

Таким образом, основными компонентами флюса для сварки Ng-У сплавов избраны фториды Lj Ва, Ng, А1 и Се. Именно в этой системе и производился поиск легкоплавкой составляющей ОФ, Фторид никеля является химически активным по отношению к у и Ng, а кроме того, обладая ярко выраженной ковалентной связью, несовместим с

1082594 где:Р вышеприведенной системой. Этот компонент обеспечивает активное разрушение оксидных пленок на поверхности М(-У сплавов.

Оксид ниобия снижает краевые углы смачивания ОФ на М -У сплавах. При сварке магний-иттриевых сплавов фторид бария показал значительно лучшие результаты по сравнению с фторидом кальция. Это; вероятно, связано с более высокой. поверхностной актив- 10 ностью фторида бария, что в значительной мере определяет работоспособность флюсов при сварке химически.:: активных металлов и их сплавов, Фторид бария, имея объемные катионы, и 5 обладая способностью образовывать комплексные группировки с фторидами и оксидами металлов, снижает поверхностное натяжение фторидных расплавов.

Система Lj М, Ва, А1, Се//Р исследовалась с использованием двухступенчатого метода математического планирования экспериментов. Указанные выше соотношения компонентов

25 отвечают локальному минимуму на диаграмме состояния с температурой ликвидус 590Е. 20 С. Изменение содержания компонентов системы на величины большие ведет к значительному повышению температуры плавления системы, что существенно .снижает эффективность действия флюса. Снижение эффективности выражается в снижении стабильности результатов сварочных экспериментов по содержанию окисных включений в металле сварного шва (при изменении .содержания компонентов флюса на 1,5-2 мас.Ъ 20-40Ъ сварных швов имеют дефекты формирования) .

При большом (5-10 мас.Ъ) измене- 40 нии содержания компонентов флюса практически все сварные швы имеют дефекты формирования.

Пятиокись ниобия является межфазноактивным компонентом и обеспечивает 45 растекание расплавленного флюса по поверхности сплава. Флюс имеет низко- . плавкую (570 С) инертную составляющую: фториды лития, магния, бария и алюминия, а также активную по отношению к оксидным пленкам на сплаве составляющую, состоящую из фторида церия (активный по отношению к пленке оксида магния по реакции

М О+Се Г, MgF1 +Сес -,айно, = 55

14 ккал/моль и фторида никеля (активного по отношению к оксидной пленке иттрия), Yg O g+ N i F1 - 2УОГ+К О - 6 Й Ьоа

27 ккал/моль . g0

g1 Oq+3Ni 5z. 2r F +ЗЦ О вЂ” b 6oo

10 ккал/моль

Соединение CeOV- (оксифторид церия) образуется при взаимодействии фторида церия с оксидами в условиях дефицита кислорода. Кроме того, эго соединение может образовываться при соединении фторида церия с его оксидбм или при высокотемпературном окислении церия. В таблице АзТМ имеются рентгенографические характеристики этого соединейия. CeOI: образуется при растворении МфЭ во фторидных расплавах.

Примеры выполнения изобретения и результаты испытаний представлены в таблице.

Сварку проводили при скорости аварки 18 м/ч сварочным током 100-, 120 A. Толщина свариваемых пластин

2-3 мм, зазор 0,5-0,6 мм; металлпластин ВМД-10-1.

Заметный переход компонентов флю са и продуктов его взаимодействия с оксидными пленками в металл сварного шва не наблюдается. Подтверждением этого являются результаты микрорентгеноспектрального анализа сварных швов и результаты коррозионных ,испытаний сварных соединений. Отличий в механических, коррозионных ,свойствах сварных соединений и со ставе металла сварных швов, получаемых с применением флюсов и без них, . не отмечено.

Результаты испытаний (таблица) нового флюса и флюса принятого в качестве базового объекта; свидетельствуют о большей эффективности предлагаемого флюса.

Технические преимущества предлагаемого флюса определяли по качеству. металла сварного шва (Ъ содержания оксидных пленок от длины шва) и качеству формирования проплава (по пятибалльной системе) .

Расчет производили следующим образом:

Р 35

- --- > 35

F< pz . p

I где: Р— Ъ содержания оксидных плеf нок от длины сварного шва базового объекта;

-/содержания оксидных пле1 о нок от длины сварного шва предлагаемого флюса, 1

Ч Р

z — качество формирования проплава предлагаемого флюса;

Р1 — качество формирования проплава базового объекта.

Технический. уровень нового флюса выше, чем у известного, т.к.

Ч Ф 1 и ((1 ) 1.

1082594 евых сплавов и производительности процесса их изготовления за счет снижения брака.

Состав флюса

99 пп

CeF NiF< Nb>0

LiF

MgFz Ba Fg

A1F>

Неудовлетворительное

1 Вез флюса

2 Флюс (2) (базовый объект)

3 4818 Sr3 22t0 9с9 6г5 Зг0 1к5

30-4 0

То же

Хорошее

То же

4 48,0 9,4 22,0 8,3 6,3 4,0 2,0

5 46,0 8 9 21,4 9,9 5 8 5,0 3,0

6 48,7 9,4 19,8 8,8 6,3 4,О 3,0

Составитель T. ðåñò

Редактор Е.Папп Техред М.Гергель Корректор A.Лзятко

Заказ 1635/13 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким Образом, предлагаемый флюс обеспечивает повышение качества сварных соединений магний-иттри6

° Ь

Качество сварного соединения

В содержа- ормирония оксид- ание ных пле- ропланок от дли ва ны шва