Сварка магния и его сплавов

Магний в чистом виде из-за малой коррозионной стойкости и прочности для изготовления конструкций непригоден. В технике для этой цели используют сплавы магния, так как легирование его некоторыми элементами заметно повышает его механические свойства без увеличения веса. Сплавы магния находят, применение в авиастроении, ракето­строении, судостроении и др.

Основные легирующие элементы: марганец, алюминий, цинк и добавки — цирконий, церий. Предел прочности сплавов марок MA1, МА8, легированных в основном марганцем (1,3-2,5%), достигает 210-230 МПа. Предел прочности сплавов марок МА2, МА21, М3, М5, более сложнолегированных (до 7—9% А1, до 1,5% Zn, до 0,8% Мn), достигает 260—300 МПа.

Сплавы магния МЛ4, МЛ5 и др. (буква Л указывает на то, что сплавы литейные) используют для получения отливок. Сваркой устраняют дефекты литья.

Сплавы на основе магния активно окисляются на воздухе. Пленка собственных окислов магния на поверхности металла рыхлая и непрочная. Поэтому поверхность магниевых сплавов искусственно защищают пленкой из солей хромовой кислоты. По указанной причине перед сваркой с кромок и прилегающей поверхности основного металла (на ширину до 30 мм) травлением или механическим путем тщательно удаляют защитную пленку, окислы и другие загрязнения. После сварки на поверхность сварного соединения вновь наносят защитную пленку.

Трудности сварки магния связаны со следующими его особенностями:

1. Образующаяся при сварке тугоплавкая пленка окисла магния MgO (Тпл = 2500° С) затрудняет процесс сварки. Для ее разрушения необходимо применять флюс либо использовать эффект катодного распыления при сварке вольфрамовым электродом в среде инертных защитных газов (ток переменный).

2. Склонность к появлению кристаллизационных трещин связана с возможностью образования легкоплавких эвтектик: MgCu (Т_пл = 485° С); MgAl (Т_пл = 436° С); MgNi (Т_пл = 508° С). Поэтому начало и конец сварных швов необходимо располагать на выводных планках. Последовательность сварки: после сварки длинных швов и швов с большим сечением следует сваривать более короткие швы и швы с меньшим сечением.

3. Склонность сплавов, особенно содержащих марганец, к росту зерна металла в зоне термического влияния не допускает  значительный перегрев металла.

4. Повышенное поглощение активных газов жидким металлом порождает склонность его к образованию пор, что также требует надежной зоны сварки от окружающего воздуха.

5. Высокий коэффициент линейного расширения магниевых сплавов приводит к значительному короблению сварных конструкций.

Основной способ сварки магниевых сплавов – дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертных защитных газов. Способ сварки под слоем флюса при котором обязательно применение фторидно-хлоридных флюсов различных составов, в настоящее время в промышленности применяют редко. Остатки флюсов и шлаков на поверхности швов вызывают коррозию магниевых сплавов, поэтому по окончании сварки их остатки необходимо смывать горячей водой.

Сварку в среде инертных газов (аргон, гелий) вольфрамовым лантанированным или иттрированным электродом выполняют на переменном токе. Присадочная проволока по составу близка к основному металлу, либо имеет примеси (например, церий), обеспечивающие более пластичный металл шва.

Сварка осуществима для любых видов соединений. При сборке необходима тщательная подгонка кромок. Металл толщиной до 3 мм сваривают без скоса кромок, при толщине листов 3-6 мм необходима V-образная разделка и при толщине более 6 мм – Х-образная с притуплением 1,5-2 мм.

Для предупреждения попадания в металл окисной пленки с обратной стороны кромок сварку следует вести с полным проплавлением кромок, на подкладках из металлов с малой теплопроводностью (обычно из высоколегированной стали). Они также служат и для защиты обратной стороны шва.

Для ручной сварки металла толщиной до 3 мм применяют вольфрамовый электрод диаметром 2—3 мм, I_св = 30…40 d_э при расходе аргона 7-9 л/мин. Автоматическая сварка возможна для металла толщиной от 1 мм и выше вольфрамовым электродом диаметром 2-6 мм на сварочном токе I_св = 40…75 d_э при расходе аргона 6-10 л/мин. Диаметр присадочного прутка 1,5…3 мм. Для уменьшения перегрева следует вести сварку на повышенной скорости.

Длину дуги поддерживают минимальной (1,0-1,5 мм), так как в этом случае обеспечивается энергичное разрушение окисной пленки за счет катодного распыления и улучшается защита зоны сварки инертным газом. Основной и присадочный металлы перед сваркой должны быть тщательно очищены от окисной пленки и загрязнений механическим или химическим способом. При аргоно-дуговой сварке прочность сварного соединения по сравнению с прочностью основного металла достигает 85-90%.