RU2062686C1

RU2062686C1 - Method of fusion welding of light alloys

Info

Publication number: RU2062686C1
Authority: RU
Inventors: М.Д. Мамон; О.М. Новиков; В.П. Морочко; В.О. Токарев; В.Н. Плиско; Ю.Л. Яровинский
Original assignee: Государственное предприятие Научно-производственное объединение "Техномаш"
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1996-06-27

Abstract

FIELD: fusion welding with use of reagents in different ranges of machine engineering upon welding light alloys. SUBSTANCE: method of fusion welding by applying on edges being welded a flux in the form of suspension on a base of fluorides comprises steps of preliminarily (before flux) applying on edges being welded metallic powder with particle size 5-50 micrometers by layer having thickness 30-100 micrometers, had been diluted in an organic solvent to a paste condition; upon welding by concentrated energy source in vacuum and upon arc welding by alternative current applying in addition on surface of flux metallic powder at side of action of the welding energy source; using the metallic powder with next ratio of ingredients (mass %): lanthanum 13.0-35.0; cerium 0.5-18.0; nickel - the balance. EFFECT: enhanced quality of welded joints of light alloys. 2 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сварке плавлением (дуговой, электронно-лучевой, лазерной, плазменной и т.д.), в частности к способам сварки с использованием реагентов, и может быть использовано в различных областях машиностроения при сварке легких сплавов. The invention relates to fusion welding (arc, electron beam, laser, plasma, etc.), in particular to methods of welding using reagents, and can be used in various fields of engineering for welding light alloys.

Известен способ сварки с применением сварочного флюса идя легких сплавов на основе фтористых солей (фтористый кальций, фтористый литий, фтористый магний, фтористый стронций) с добавкой металлов титана или циркония или алюминия, имеющих большое сродство к кислороду [1] Флюс в виде пасты наносят на свариваемые кромки, что обеспечивает повышение качества сварного соединения. A known method of welding using welding flux going light alloys based on fluoride salts (calcium fluoride, lithium fluoride, magnesium fluoride, strontium fluoride) with the addition of titanium or zirconium or aluminum metals having a high affinity for oxygen [1] Flux in the form of a paste is applied to welded edges, which improves the quality of the welded joint.

Недостатком способа является наличие пор в металле шва в случаях наличия на свариваемых кромках легких сплавов органических загрязнений, а также неудовлетворительное формирование шва при сварке в вакууме или на переменном токе. The disadvantage of this method is the presence of pores in the weld metal in cases where there are organic contaminants on the welded edges of light alloys of light alloys, as well as poor weld formation during welding in vacuum or alternating current.

Известен способ дуговой сварки плавлением легких сплавов, принятый за прототип, при котором фтористый флюс в виде суспензии толщиной 100-200 мкм наносят на поверхность свариваемых кромок и торцы [2]
Однако этот способ не обеспечивает предотвращения дефектов металла шва в виде пор и окисных включений при наличии на поверхности свариваемых кромок органических загрязнений и адсорбированной влаги. Кроме того, при сварке в вакууме концентрированным источником энергии происходит вскипание флюса и повышенное разбрызгивание сварочной ванны, что приводит к пористости шва, а при дуговой сварке на переменном токе наблюдается блуждание дуги и образование зашлаковок. Поры и газы, выделяющиеся из зоны сварки при разложении флюса, также приводят к нестабильности проплавления по периметру шва. Способ не обеспечивает экранировку сварочного источника от взаимодействия с флюсом, т. к. поток электронов и ионов проникает в зазор между стыком и взаимодействует с реагентом.A known method of arc welding by fusion of light alloys, adopted as a prototype, in which fluoride flux in the form of a suspension with a thickness of 100-200 microns is applied to the surface of the welded edges and ends [2]
However, this method does not prevent the defects of the weld metal in the form of pores and oxide inclusions in the presence of organic contaminants and adsorbed moisture on the surface of the welded edges. In addition, when welding in a vacuum with a concentrated energy source, flux boiling up and increased spraying of the weld pool, which leads to porosity of the weld, and during arc welding with alternating current, arc wandering and the formation of slags are observed. Pores and gases released from the weld zone during flux decomposition also lead to instability of penetration along the perimeter of the weld. The method does not provide shielding of the welding source from interaction with the flux, because the flow of electrons and ions penetrates into the gap between the joint and interacts with the reagent.

Целью изобретения является повышение качества металла шва за счет устранения пористости и окисных включений. The aim of the invention is to improve the quality of the weld metal by eliminating porosity and oxide inclusions.

На фиг. 1 показана схема нанесения металлического порошка и флюса на свариваемые кромки стыкового соединения; на фиг. 2 схема нанесения металлического порошка и флюса на кромки при сварке концентрированными источниками энергии в вакууме и дуговой сварке на переменном токе; на фиг. 3 - схема нанесения металлического порошка и флюса по условиям фиг. 2 на часть торцов свариваемых кромок. In FIG. 1 shows a diagram of the deposition of metal powder and flux on the welded edges of the butt joints; in FIG. 2 scheme of applying metal powder and flux to the edges when welding with concentrated energy sources in vacuum and arc welding with alternating current; in FIG. 3 is a diagram of the deposition of metal powder and flux according to the conditions of FIG. 2 on the part of the ends of the welded edges.

Способ состоит в нанесении тонким слоем толщиной 30-100 мкм на свариваемые кромки (верхнюю и нижнюю поверхности, торцов или только на поверхности или частично торец, или на все вместе) мелкодисперсного металлического порошка 1 с дисперсионностью частиц 5-50 мкм, разведенного в органическом связующем, например, спирте до пастообразной консистенции, нанесении на металлический порошок после его высыхания флюса 2 в виде суспензии на основе фтористых солей толщиной 100-200 мм, соединении свариваемых кромок деталей 3 и их сварке источником энергии 4. The method consists in applying a thin layer with a thickness of 30-100 μm to the welded edges (upper and lower surfaces, ends or only on the surface or partially the end face, or all together) of finely dispersed metal powder 1 with a particle dispersion of 5-50 microns diluted in an organic binder , for example, alcohol to a paste-like consistency, applying flux 2 in the form of a suspension on the basis of fluoride salts 100-200 mm thick, applying to the welded edges of parts 3 and welding them with an energy source 4 on a metal powder after it has dried.

При сварке концентрированным источником энергии в вакууме (электронно-лучевой, лазерной, полым катодом) и дуговой сварке на переменном токе на поверхность флюса со стороны действия источника 4 повторно наносят слой металлического порошка 5 (фиг. 2, 3). When welding with a concentrated energy source in vacuum (electron beam, laser, hollow cathode) and arc welding with alternating current, a layer of metal powder 5 is re-applied to the flux surface from the side of the action of source 4 (Fig. 2, 3).

При сварке по схеме фиг. 2 толщина и дисперсность порошка 5 идентична порошку 1. При сварке по схеме фиг. 3 металлическим порошком заполняют пространство стыка над флюсом. Причем во всех трех схемах в состав основы металлического никелевого порошка добавляют новые компоненты, а именно лантан, церий, в соотношении: La 13,0-35,0; Ce 0,5-18,0. Добавки в никелевый порошок лантана и церия способствуют интенсивному поглощению газов, выделяющихся при разложении флюса и органических загрязнений и влаги и, тем самым, снижают пористость металла шва. Применение никеля обусловлено предотвращением окисления лантана и церия кислородом, а также поглощением водорода. Без никеля лантан и церий превращаются в труху. When welding according to the scheme of FIG. 2, the thickness and dispersion of powder 5 is identical to powder 1. When welding according to the scheme of FIG. 3 metal powder fills the joint space above the flux. Moreover, in all three schemes, new components are added to the base metal nickel powder, namely lanthanum, cerium, in the ratio: La 13.0-35.0; Ce 0.5-18.0. Additives to the nickel powder of lanthanum and cerium contribute to the intensive absorption of gases released during the decomposition of flux and organic impurities and moisture and, thereby, reduce the porosity of the weld metal. The use of nickel is due to the prevention of the oxidation of lanthanum and cerium by oxygen, as well as the absorption of hydrogen. Without nickel, lanthanum and cerium turn into dust.

Экранирование металлическим порошком 5 в вакууме концентрированного источника энергии предупреждает разбрызгивание сварочной ванны, а при дуговой сварке на переменном токе устраняет блуждание дуги, снижает образование зашлаковок и окисных включений и улучшает формирование шва. Screening with a metal powder 5 in a vacuum of a concentrated energy source prevents splashing of the weld pool, and when using arc welding with alternating current, it eliminates arc wandering, reduces the formation of slags and oxide inclusions and improves weld formation.

При толщине покрытия кромок металлическим порошком менее 30 мкм эффект его влияния на повышение качества металла шва снижается, а при толщине более 100 мим слой порошка начинает осыпаться и технологически усложняется нанесение на него флюса. When the coating thickness of the edges of the metal powder is less than 30 μm, the effect of its influence on improving the quality of the weld metal is reduced, and when the thickness is more than 100 mime, the powder layer begins to crumble and the application of flux on it is technologically complicated.

При дисперсности частиц компонентов металлического порошка более 50 мкм усложняется равномерное нанесение его на свариваемые кромки и перемешивание его компонентов. Нижний предел дисперсности частиц порошка ограничивают 5 мкм. При дисперсности частиц ниже 5 мкм происходит их комкование и связанное с этим неравномерное их нанесение на свариваемые кромки. When the dispersion of the particles of the components of the metal powder more than 50 microns, it is complicated to uniformly apply it to the welded edges and mixing of its components. The lower limit of dispersion of powder particles is limited to 5 microns. When the dispersion of particles below 5 microns occurs, they clump together and their irregular deposition on the welded edges occurs.

Процентное содержание лантана и церия установлено экспериментально. При содержании лантана менее 13% и церия менее 0,5% не обеспечивается полное поглощение выделяющихся при сварке газов и эффект повышения качества металла шва незначителен. При содержании лантана свыше 35% и церия свыше 18% наблюдается их окисление на воздухе и снижается эффективность применения никелевого порошка. The percentage of lanthanum and cerium is established experimentally. When the lanthanum content is less than 13% and cerium less than 0.5%, the complete absorption of the gases released during welding is not ensured and the effect of improving the quality of the weld metal is negligible. When the lanthanum content is more than 35% and cerium is more than 18%, their oxidation in air is observed and the efficiency of using nickel powder is reduced.

При экспериментальной проверке способа сварки плавлением были подготовлены шесть смесей ингредиентов металлического порошка на основе никеля и опробованы несколько схем его нанесения и флюса на свариваемые кромки (см. табл.). Сравнительную оценку вновь созданного и известного порошка проводили при лазерной, электронно-лучевой и аргоно-дуговой сварке стыковых соединений из алюминиевого сплава АМГ6 и магниевого сплава МА2-1 и длиной 300 мм в нижнем положении толщиной 3 и 15 мм. Свариваемые кромки имели органические загрязнения и адсорбированную влагу. Предварительно перед покрытием свариваемых кромок флюсом на основе фтористых солей на их поверхность наносили металлический порошок с дисперсностью частиц 5-50 мкм толщиной 30-100 мкм, разведенный в органическом растворителе до пастообразной консистенции. Лазерную и аргоно-дуговую сварку сплавов толщиной 3 мм выполняли на весу. Режим дуговой сварки:
АМГ6 V_cв 18 м/ч; I св 190 А
МA2-1 V_св 18 м/ч; I cв 150 А
Режим лазерной сварки:
Р_л 2 кВт; V_cв 2,08 м/с, Δ⌀ 0
Электронно-лучевую сварку сплавов толщиной 15 мм выполняли на подкладке. Режимы сварки:
АМГ6 U_уск 1 кB; V_св 50 м/ч; I л 160 мА
МA2-1 U_уск 28 кВ; V_св 60 м/ч; I л 190 мА.During the experimental verification of the fusion welding method, six mixtures of nickel-based metal powder ingredients were prepared and several schemes of its deposition and flux on the welded edges were tested (see table). A comparative assessment of the newly created and known powder was carried out during laser, electron-beam and argon-arc welding of butt joints of aluminum alloy AMG6 and magnesium alloy MA2-1 and 300 mm long in the lower position with a thickness of 3 and 15 mm. The welded edges had organic impurities and adsorbed moisture. Previously, before coating the welded edges with a flux based on fluoride salts, a metal powder with a particle dispersion of 5-50 microns 30-100 microns thick, diluted in an organic solvent to a paste-like consistency was applied to their surface. Laser and argon-arc welding of alloys with a thickness of 3 mm was performed by weight. Arc Welding Mode:
AMG6 V _St. 18 m / h; I St. 190 A
MA2-1 V _St. 18 m / h; I St. 150 A
Laser welding mode:
R _l 2 kW; V _c 2.08 m / s, Δ⌀ 0
Electron beam welding of 15 mm thick alloys was performed on a lining. Welding Modes:
U AMG6 _{the Start} 1 kb; V _St. 50 m / h; I l 160 mA
MA2-1 U _USK 28 kV; V _St. 60 m / h; I l 190 mA.

Для получения влаги на поверхности свариваемых кромок подготовка образцов включала: обезжииривание щелочное и выдержку на воздухе в течение 15 суток или кипячение в дистиллированной воде в течение 1 ч. Для получения на поверхности свариваемых кромок органических загрязнений образцы не обезжиривали от консервирующих смазок, а лишь протирали сухими салфетками. To obtain moisture on the surface of the welded edges, sample preparation included: alkaline degreasing and exposure to air for 15 days or boiling in distilled water for 1 h. To obtain organic contaminants on the surface of the welded edges, the samples were not degreased from preserving lubricants, but only wiped dry napkins.

В качестве фтористых флюсов использовали смесь фтористого кальция, лития, магния и стронция в равных пропорциях дисперсностью частиц меньше 50 мкм, в качестве связующего спирт. Металлический порошок получали простым смешиванием порошкообразных компонентов никеля, лантана, церия с дисперсностью частиц 4-60 мкм. Металлический порошок разводили в спирте до пастообразной консистенции. Реагент флюса и порошка наносили на свариваемые кромки кистью. Образцы с покрытием сушили на воздухе, кромки стыковали и сваривали между собой. Оценку качества сварных соединений проводили по результатам внешнего осмотра, рентгеноконтроля и анализа изломов металла шва. As fluoride fluxes, a mixture of calcium, lithium, magnesium and strontium fluoride in equal proportions with a particle size of less than 50 microns was used as an alcohol binder. Metal powder was obtained by simple mixing of the powdered components of nickel, lanthanum, cerium with a particle size of 4-60 microns. The metal powder was diluted in alcohol to a paste-like consistency. The reagent flux and powder was applied to the welded edges with a brush. Coated samples were dried in air, the edges were joined and welded together. Assessment of the quality of welded joints was carried out according to the results of external inspection, X-ray inspection and analysis of fractures of the weld metal.

Из приведенной таблицы следует, что при схеме нанесения флюса и металлического порошка послойно пористость практически устранена при дуговой и лазерной сварке. It follows from the table that, in the scheme for applying flux and metal powder, layer-by-layer porosity was practically eliminated in arc and laser welding.

Технологический процесс сварки по прототипу не устраняет пористость в металле шва при соединении загрязненных свариваемых кромок. Электронно-лучевая сварка и дуговая сварка на переменном токе образцов, на верхнюю поверхность кромок которых нанесен флюс, вызывает нестабильное проплавление по длине и ширине шва и наличие зашлаковок и окисных включений. The technological process of welding according to the prototype does not eliminate the porosity in the weld metal when connecting contaminated welded edges. Electron beam welding and arc welding with alternating current samples, on the upper surface of the edges of which the flux is deposited, causes unstable penetration along the length and width of the weld and the presence of slag and oxide inclusions.

Сварка по схеме фиг. 2 и 3 полностью предотвращает эти дефекты. При толщине металлического порошка менее 30 мкм количество пор в металле шва практически мало снижается, а при толщине слоя порошка более 100 мкм разброс результатов по пористости металла шва по его длине резко увеличивается. Лучшие результаты получены при дуговой и лазерной сварке в газозащитной среде. При электронно-лучевой сварке в вакууме без обезжиривания свариваемых кромок полностью пористость в металле шва устранить не удалось, хотя протяженность швов с дефектами снизилась на 90-95% по сравнению со способом прототипа. ТТТ1 ТТТ2 ЫЫЫ2 Welding according to the scheme of FIG. 2 and 3 completely prevents these defects. When the thickness of the metal powder is less than 30 μm, the number of pores in the weld metal is reduced slightly, and when the thickness of the powder layer is more than 100 μm, the scatter of the results on the porosity of the weld metal along its length sharply increases. The best results were obtained in arc and laser welding in a gas-shielding medium. When electron beam welding in vacuum without degreasing the welded edges, it was not possible to completely eliminate the porosity in the weld metal, although the length of the joints with defects decreased by 90-95% compared to the prototype method. TTT1 TTT2 YYY2

Claims

A method of fusion welding of light alloys, in which a flux in the form of a suspension based on fluoride salts is applied to the welded edges, characterized in that, in order to improve the quality of the weld metal, a layer of nickel-based metal powder with particle dispersion 5 is applied to the welded edges to apply -50 microns, diluted in an organic solvent to a paste-like consistency, with a thickness of 30 to 100 microns, with lanthanum and cerium introduced into the composition of the powder in the following ratio of components, wt.

Lanthanum 13.0-35.0
Cerium 0.5-18.0
Nickel Else
2. The method according to claim 1, characterized in that when welding with concentrated energy sources and arc welding with alternating current, metal powder is additionally applied to the flux surface from the side of the action of the welding energy source.