книги / Сварка магниевых сплавов

Источником тока 'служит установка ИТД 600/1000. Автомат АСТВ-2М для сварки трехфазной дугой может переналаживать­ ся на однофазную сварку (см. рис. 37).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалами, используемыми -при дуговой сварке в среде защитного газа, являются инертные газы, вольфрамовые элек­ троды и присадочные проволоки.

Защитные газы. Для сварки магниевых сплавов в качестве защитного газа 'может быть использован любой из применяемых для сварки алюминия инертных газов — аргон или гелий. В слу­ чае применения гелия падение -напряжения на сварочной дуге заметно больше, чем при применении аргона. Поэтому при том же источнике переменного тока и тех же условиях сварки сва­ рочная дуга, горящая в среде гелия, имеет большую тепловую мощность, чем дуга, горящая в аргоне. Однако разрушения по­ верхностной окисной пленки дугой, горящей в гелии, практиче­ ски не происходит. В связи с этим для сварки алюминиевых •сплавов за рубежом часто используют смесь телия с аргоном в соотношении от 1 :1 до 1 :5. В нашей стране для сварки маг­ ниевых (и алюминиевых) сплавов используют почти исключи­ тельно чистый аргон по ГОСТу 10157—62, что объясняется как его более низкой, чем гелия ценой, так и главным образом его хорошими технологическими качествами; в атмосфере аргона дуга горит спокойнее и формирование шва получается лучшим, чем при сварке в среде гелия.

Промышленность выпускает аргон нескольких сортов, отли­ чающихся друг от друга степенью чистоты (табл. 29). Авторы исследовали влияние содержания влаги в аргоне на образова­ ние пор в сварных швах листовых магниевых сплавов МА8 и

>64

МА2-1, используя аргон имеющий влажность по точке росы: —35, _ 40 и —45° С при содержании азота 0,018 и кислорода 0,005%. Результаты рентгеноконтроля сварных соединений пока­ зали, что только при использовании аргона с влажностью -по точке росы —35° С в 'сварных швах имеются единичные поры диаметром 0,2—0,5 мм. При сварке в аргоне с точками росы —40 и —45° С поры в швах не обнаружены. Влажность аргона замеряли непосредственно из баллона.

Никифоров Г. Д. и Антонов Е. Г. исследовали [6] влияние влажности аргона с учетом возможного увлажнения его при прохождении через газовые трубопроводы на сварочной уста­ новке. Они показали, что «-концентрация влаги в аргоне, вызы­ вающая пористость швов сплава МА2-1 при самых неблаго­ приятных условиях его сварки, должна -быть очень высокой (более 4,84 г на 1 м3 газа), т. е. в 3 раза больше, чем она мо­ жет быть на практике. При сварке сплава ВМД-3 влажность аргона, неизбежно вызывающая пористость швов, должна быть еще больше».

ГОСТ 10157—62 устанавливает допустимое содержание вла­ ги в аргоне при давлении 760 мм рт. ст. не более 0,03 г/,и3, что соответствует приближенно точке росы —50° С. Исследования показали, -что даже намного большая влажность не приводит к образованию пор в швах магниевых сплавов. Другие примеси в аргоне — кислород и азот — существенно не влияют на каче­ ство сварных соединений при содержании их в пределах, допу­ скаемых ГОСТом. В научно-технической литературе нет сведе­ ний об отрицательном влиянии повышенных содержаний кисло­ рода или азота на качество 'сварных соединений, а также об исследованиях в этой области. Изложенное позволяет считать пригодным для сварки магниевых сплавов аргон всех трех вы­ пускаемых .промышленностью марок.

При расчете расхода газа на сварку необходимо учитывать дополнительный расход газа на подготовительные операции (продувку газовых коммуникаций перед началом сварки в те­ чение 3—5 сек) и заключительные операции (защиту вольфра­ мового электрода от окисления после гашения сварочной дуги в течение 5—10 сек). Дополнительный расход газа на подгото­ вительные и заключительные операции не зависит от протяжен­ ности шва и скорости сварки и определяется принятым расхо­ дом газа по ротаметру и продолжительностью операции (табл. 30).

В качестве приборов для контроля за расходом газа приме­ няются ротаметры. Для сварочных установок можно рекомен­ довать ротаметры типа PC-3, РС-5, PC-ЗА конструкции завода «Манометр» или ротаметры типа ИРКС-6,5 и ИРКТ-13, выпус­ каемые заводом «Теплоконтроль», Ротаметры тарированы по воздуху, т. е. позволяют измерять расход газа, по плотности соответствующего воздуху. Для работы с другими газами и, г.

частности, с аргоном необходимо иметь дополнительно тарировочную кривую или пересчитывать расход с учетом разницы в плотности газов.

Вольфрамовые электроды. На практике в качестве наплавящихся электродов при сварке магниевых сплавов в инертной среде применяются вольфрамовые прутки, обычно изготовленные из чистого вольфрама марки ВЧ (табл. 31). Активирующие при-

Таблица 3!

Химический состав1 вольфрамовых электродов в %

1 Остальное— примеси.________________________________________________ _

садки — окись тория, окись лантана и др. — вводятся в вольф­ рам с целью повышения устойчивости катодного пятна и ста­ бильности горения дуги, а также предотвращения оплавления конца электрода при сварке сталей меди, никеля, титана, туго­ плавких металлов на постоянном токе. При сварке алюминие­ вых и магниевых сплавов на переменном токе дуга, горящая между электродом из чистого вольфрама и основным металлом, имеет вполне удовлетворительные технологические характери­ стики, в этом случае применение вольфрамовых электродов с активизирующими присадками не требуется.

Институтом электросварки им. Е. О. Патона и Московским электроламповым заводом предложен вольфрамовый электрод марки ВИ, содержащий добавки окиси иттрия и металлического тантала. Этот электрод отличается повышенной стойкостью к токовой нагрузке по сравнению с электродом из чистого вольф­ рама при одинаковом диаметре и рекомендуется для сварки вы­ сокоамперной дугой переменного тока алюминиевых сплавов. Очевидно, что этот электрод может быть с равным успехом ис­ пользован и при сварке магниевых сплавов.

Применение вольфрама при сварке в качестве иеплавящегося электрода возможно только при наличии иеокислительной среды. При нормальной величине сварочного тока для данного диаметра электрода расход вольфрама весьма невелик благода­ ря малой летучести его при высоких температурах (0,04—0,08 г на 1 м шва). На практике расход вольфрамовых электродов значительно больше вследствие встречающихся на производстве

66

нарушений процесса сварки такого характера, как загрязнение конца электрода при замыкании на сварочную ванну или приса­ дочный металл, перегрев электрода из-за повышенных значений сварочного тока, плохая защита конца электрода и т. п. (табл. 32). Диаметр электрода выбирают в первую очередь в за­ висимости от величины сварочного тока (табл. 33).

Присадочные материалы. В качестве присадочного металла при сварке неплавящимся вольфрамовым электродом и свароч­ ной электродной проволоки при сварке плавящимся электродом используется проволока из магниевых сплавов, полученная пу­ тем прессования. Поскольку при прессовании проволоки длина ее ограничена для использования при автоматической сварке, прутки сначала сваривают, затем стыки зачищают и проволоку свертывают в бухту. Практика изготовления сварных узлов из магниевых сплавов с применением проволоки, сваренной из прутков, показала, что при автоматической подаче проволоки в зону дуги разрывов ее не происходит.

Магниевые сплавы сваривают в основном с применением присадочного металла. В отдельных случаях можно использо­ вать сварку по буртику — на механически обработанных дета­ лях или по отбортовке. Сварка по отбортовке может применять­ ся только для тонколистовых конструкций, так как отбортовка магниевых сплавов затруднительна.

Диаметр присадочной проволоки при автоматической сварке неплавящимся электродом выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла, а при сварке плавящимся электродом — в зависимости от силы сварочного тока и скорости подачи про­ волоки (табл. 34).

металл, как правило, того же состава, что и свариваемый. Од­ нако в отдельных случаях для придания сварному соединению определенных технологических свойств используют присадочный металл другого состава.

С поверхности присадочной проволоки перед сваркой необхо­ димо обязательно удалять окисную пленку. Лучшие результаты дает химическое травление или электрополирование. Возможно также химическое полирование и механическая обработка по­ верхности любыми режущими инструментами.

ПОДГОТОВКА МАТЕРИАЛОВ ПОД СВАРКУ

Изготовлению любой сварной конструкции предшествуют операции подготовки под сварку: расконсервация листов, разметка и вырезка элементов конструкции, гибка, разделка кро­ мок и зачистка последних под сборку и сварку.

Для получения высокого качества сварных соединений из магниевых сплавов необходимо обеспечить чистоту поверхности в местах сварки. При расконсервации листов следует удалить с них заводскую смазку специальными скребками и щетками, затем обезжирить растворителями. В качестве органических растворителей могут быть применены бензин, уайт-спирит, аце­ тон технический, ацетоновая или авиационная смывка. Проти­ рать необходимо до исчезновения сажистого налета на чистой ветоши. Обращение с указанными растворителями должно со­ ответствовать действующим правилам техники безопасности. Удалять консервирующие смазки с листов, профилей, деталей необходимо не ранее, чем за 20 суток до запуска их в работу.

Вырезать детали из листов магниевых сплавов можно на обычном оборудовании, применяемом для обработки стали. Маг­ ниевые сплавы хорошо режутся гильотинными ножницами, пи­ лами и т. п. Разделку кромок под сварку можно выполнять на

68

строгальных и фрезерных станках. Эта операция необходима при больших толщинах свариваемых кромок для обеспечения провара по всему сечению. Способ резки выбирается в зависи­ мости от размеров деталей, их толщины и оборудования. Гибку ведут на трехили четырехвалковых гибочных вальцах.

После изготовления деталей непосредственно перед сваркой кромки под сварку зачищают окончательно или механическим путем (щеткой, шабером, напильником), или химическим путем с применением травления. Зачистка поверхности свариваемых кромок с помощью абразивов, наждачной или стеклянной бу­ маги и пескоструйной обработки не допускается, так как в этом случае могут быть внесены новые загрязнения в виде включений карборундовой, корундовой или кварцевой пыли и др.

Эффективным способом очистки поверхностен деталей и уз­ лов от слоя окисной пленки и загрязнений является химическая обработка — травление. Схема технологического процесса хи­ мической обработки поверхности деталей из магниевых сплавов (кроме сплава МАИ) под сварку следующая:

1. Химическое обезжиривание при температуре 60—90°С в течение 5—10 мин в ванне состава: 20—30 г/л тринатрийфосфата ИазРО^НгО; 30—50 г/л соды кальцинированной ЫагСОз; 20—50 г/л едкого натра NaOH; 3—5 г/л жидкого стекла;

2.Промывка в проточной горячей воде при температуре 50— 60°С в течение 0,5—1 мин.

3.Удаление защитного покрытия в течение 10—15 мин при температуре 70—80°С в ванне с едким натром NaOH (200— 300 г!л).

2 мин в ванне состава 150—200 г/л хромового ангидрида СгОз; 25—35 г/л азотнокислого натрия NaN03; 2—3 г/л фтористого кальция CaF2;

Величина съема металла в 1 мин составляет 2,5—3 мкм.

7.Промывка в холодной проточной воде с применением гид­ ропульта до удаления с поверхности деталей и присадочного металла хромового электролита.

8.Сушка сжатым воздухом при температуре 60—90°С, очи­

щенным от масла, воды и других механических загрязнений. Указанный вид химической обработки целесообразен в усло­

виях серийного производства сварных узлов небольших габа­ ритных размеров. При сварке крупных узлов, как показала практика, удовлетворительные результаты получаются при уда­ лении защитной (оксидной) или естественной окисной пленки на свариваемых кромках и участках, прилегающих к нему, ме­ ханическим путем, лучше всего шабрением (рис. 42).

Кприсадочному металлу должны предъявляться такие же и,

вряде случаев, более жесткие требования в отношении качества

69

его очистки. Объясняется это тем, что доля участия присадоч­ ного металла в формировании сварного шва может быть боль> ше, чем основного, и, следовательно, вероятность попадания в

рованию в этом слое водорода,

Таблица 35

Механические свойства соединений из сплава МА2-1 толщиной 3 мм,

сваренных в различное время после травления

Приме ча ние . Образцы размером 450X150X3 мм сварены травленой присадочной проволокой.

70