Флюс для сварки магниевых сплавов

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИН

4 Ю В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ьа.. (21) 3652327/25-27 (22) 18.10.83 (46) 07.01.85. Бюл. № 1 (72) Е. В. Буланый, В. Н. Плиско, М. Д. Мамон, Ю. Г. Бушуев, В. Я. Иванов, М: С. Игумнов и И. Ф. Анохин (53) 621.791.04 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 496139, кл. В 23 К 35/362, 07.06.74.

2. Авторское свидетельство СССР № 712222, кл. В 23 К 35/362, 05.06.78.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3429058/27, кл. В 23 К 35362, 27.04.82 (прототип). (54) (57) ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ МАГНИEBbIX СПЛАВОВ неплавящимся электродом в среде инертных газов, содержащий фториды лития, магния, бария, церия, алюминия, никеля и оксид ниобия, отличаю- SU»1133064 А щийся тем, что, с целью повышения 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, мас. %:

Фторидлития 41,7 — 43,5

Фторид магния 7,7 — 8,!

Фторид бария 18,4 — 19,6

Фторид церия 5,5 — 5,7

Фторид алюминия 8,1 — 8,5

Фторид никеля 3,5 — 5,0

Фторид иттрия 4,9 — 5,5

Фтор ид цинка 3,0 — 5,0

Оксид строн ция l,1 — 1,9

Оксид ниобия 1,1 — 2,0

1133064

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 щелочноземел ных металлов, например. известен флюс (1) для сварки магниевых сплавов, содержащий,мас. /<>..

Фторид кальция 5 — 15

Фторид стронция 31 — 35

Фторид л ития 18 — 19,9

Фторид м агния 24 — 26

Фторид алюминия 5 — 15

Титан 2 — 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, мас. />..

Фторид лития 26 — 29

Фторид магния 26 — 29

Фторид кальция 21 — 24

Фторид алюминия 11 — 14

Фторид редкоземельного элемента 4 — 6

Титан Остальное

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. /о.

Фторид магния 8,3 — 9,4

Фторид бария 19,8 — 22,0

Фторид алюминия 8,8 — 9,9

Фторид церия 5,8 — 6,5

Фторид никеля 3,0 — 5,0

Оксид ниобия 1,5 — 3,0

Фторид л ития Остальное

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 шва и худшими условиями разрушения 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 несколько повышенной склонностью к трещинооб разов а ни ю.

Целью изобретения является повышение качества нахлесточных, тавровых, замковых сварных соединений и повышение стойкости металла шва против трещинообразования за счет модифицирования металла сварных швов магний-иттриевых сплавов.

Поставленная цель достигается тем, что флюс для сварки магниевых сплавов неплавя.цимся 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 соотношении компонентов, мас. 4:

Фторид л ития 41.7 — 43,5

Фторид магния 7,7 — 8,1

Фторид бария 18,4 — 19,6

Фторид церия 5,5 — 5,7

Фторид алюминия 8,1 — 8,5

Фторид никеля 3,5 — 5,0

Фторид иттрия 4,9 — 5,5

25 Фторид цинка 3 (! — 5,0

Оксид стронция 1,1 — 1,9

Оксид ниобия 1,! — 2,0

Эффективность действия предлагаемого флюса заключается в следующем. Флюс содержит легкоплавкую (570й 20 С) инерт30 ную составляющую, включающую фториды лития, магния, бария, алюминия и церия. Введение этих компонентов объясняется тем, что они не взаимодействуют с компонентами свариваемого сплава.

ЗS К химически инертным по отношению к магнию и иттрию относятся также фториды щелочных, щелочноземельных и редкоземельных элементов. Однако фториды К, Rh и Cs гигроскопичны и снижают коррозион4п ную стойкость сварных соединений. фториды Na, Са, Sr повышают поверхностное натяжение расплавов и снижают смачивание флюсами поверхности свариваемых металлов, а фториды РЗЭ в большинстве случаев дороги и дефицитны.

Предлагаемое соотношение 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 взаSS имодействия компонентов активной составляющей флюса с компонентами свариваемого металла и их окислами. К активной составляющей флюса относятся следующие

1133064 компоненты: фторид никеля способствует разрушению труднораствримых окислов магния и иттрия по реакциям:

MgO+ NiFp = МрР + NiO; (1)

YaO) + NiFz = 2YOF + NiO, (2) а также защите корня шва от окисления; фторид иттрия способствует переходу окислов иттрия и магния в легкорастворимую форму по реакциям: 10

У О3 + YF3 — ЗУОГ (3) MgO + (Ез — — М Гя + УОГ, (4) снижает на 10 — 15 С температуру плавления флюса и оптимизирует кинетику реак- 15 ции (2). Кроме того, YFq несколько снижает краевой угол смачивания флюсом свариваемого сплава; фторид цинка восстанавливается иттрием по реакции:

ЗХпГ + 2Y = 3Zn + 2YF>, (5) 20 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 20О/o) уменьшении сварочного тока или увеличении скорости подачи присадочной проволоки, или других условиях, приводящих к снижению температуры в корне сварного шва: З0 оксид стронция модифицирует металл сварного шва, т. е. обеспечивает полученйе 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 + Сеид — — MgFq + CeOF. (6) 40

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 шва, улучшения формирования проплава и повышения стойкости против трещинообразования.

1133064

I Ez

I Ql >С

ы о

a o

I 9 X

I eu

1 (» Ql с а

1 (1

I

I (>СI I

o o

I 1

o o

1 ((> а с

И (С

2 х

У 2

cd B ((> (>> с а (c>

cd ак сО с с

E с

CO (»((> С! ( о — с> о

I 1 I 1

o o o c

Ql >Е а с

I

1 I о

1 с> I

1 I

1 1

I с а с

I

1 cd

1 Ц

1

1 (»

С ((>

» с с.

Q> ц с х!

1 1

1 1

1 Ю I

I 1

I ((> ((> с ц а с

Е а с

Ц ((> с а с, с с с х х (г> 1 — +— а 1 с

С> (C ((> (»

o o

I о

1 О >

I I

1 1

o o о о

CO СЧ ь

1 ((> с

I У

1 .а

1 о

o o

o o o c (1 I

Z O

Ю С.(I

1

1 и 1 и I

1» г>

CG 1

I- 2 с

1

1

v (U

I (>> С ".

Р

Я ц сс

У ы ((> X ((> и

» X у v с у с о с> о о

О г>

1 .с

R с о

СЧ с (I о г>

I (г:г I

О О

1 т С> I

I о ("1 г> с> м о . >

cd

2

Ц ,а

М

Q>

cd

1v с

С> (;г о

СО! !

I! . (!

1 1

1 1

Составитель Н. Саленко

Техред И. Верес Корректор А. Обручар

Тираж 1086 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

P еда кто р П. Коссей

Заказ 9831/13

1

1

I >2

I X

Ql

У к (»

Ql с

С> х

I à

У а

1 ((>

С>

I с

I (C

1 11 v

С>

1 Р

I cQ

:У

У

2 в!

L» с

1 !

1 Х

I

I Ql

1 и

Т

C( с

v о

1 ОО !

1 1

I a

1 —

1 1

I I

1 K

<

1 1 г> I

I С:- I

I Ci I

I > I! I

1 — 4

С(1

1 1

1 (С 1

1! — !!

I QC !

2: I о

X с с>

2

Ц .ег

Е

Х

2 о

Ql .(> (» г>

CQ Q cc, Ql со

1

I

1

1

I

1

1

I ,1

I

1

I

1 о

I !

1

I

1 (г>

I

I с> г> 1

I (С\ (>»

Т CO 1 л

CO CO

1 г I

CO г

1! (С» т

СЧ 1

Т Т 1