1.2.3 Общий анализ свариваемости сплавов на основе магния

Магниевые сплавы обладают рядом специфических свойств, вызывающих затруднения при сварке - это прежде всего высокая химическая активность и сильное сродство магния к кислороду. При нагреве до высоких сварочных температур происходит активное окисление магния с образованием окисной пленки. Соединение магния с кислородом нерастворимо в расплавленном металле и имеет температуру плавления значительно выше (2800°), чем металл (650°).

Значительная разница в температурах плавления окиси магния и магния приводит к тому, что пленка окиси магния, покрывающая поверхность свариваемого металла, препятствует сплавлению кромок основного металла, а также сплавлению его с присадочным металлом. Плотность окиси магния (3,2 г/см) значительно выше плотности металлического магния в расплаве (1,54 г/см), что повышает вероятность попадания пленки окиси магния в металл жидкой ванны. Для магния отношение молекулярного объема окисной пленки к атомному объему металла, на котором возникает пленка, меньше единицы, поэтому окисная пленка получается пористой в отличие от окисной пленки на алюминии, меди и железа. Пористая окисная пленка не является препятствием для доступа кислорода к находящемуся под ней металлу и тем самым не предохраняет металл от дальнейшего окисления.

Частицы окисной пленки, которые замешиваются при расплавлении основного и присадочного металла нарушают сплошность металла шва и ухудшают его механические свойства. Кроме того, разложение остатков влаги, содержащейся в окисной пленке, приводит к выделению водорода, служащего основным источником пористости при сварке магниевых сплавов. Для предупреждения этих явлений необходимо тщательно подготовить поверхность свариваемых деталей и присадочной проволоки перед сваркой и обеспечить надежную защиту сварочной ванны в процессе сварки.

Повышенная текучесть металла сварочной ванны приводит к тому, что сварочная ванна может легко провалиться под действием собственного веса. Для предупреждения этого под свариваемый стык помещают специальную подкладку из нержавеющей стали или из меди. Выполнение сварных стыковых швов с проплавом обеспечивает благоприятные условия для удаления окисных пленок из металла шва в процессе сварки, т.к. попавшая в сварочную ванну окисная пленка, будучи тяжелее жидкого металла, опускается в канавку, специально сделанную на подкладке для формирования проплава аналогично тому, как это делается при сварке алюминиевых сплавов. Высота проплава определяется глубиной канавки. Глубина канавки обычно составляет 0,8-2 мм в зависимости от толщины свариваемого металла. Чем глубже канавка, тем менее вероятно появление окисных включений в металле шва.

При сварке магниевых сплавов в зоне термического влияния наблюдается рост зерна. Это приводит к тому, что прочность сварных соединений может быть на 10-20% ниже прочности основного металла. Степень разупрочнения сварного соединения, вызванная структурными изменениями в зоне термического влияния, зависит от термического цикла сварки. Рост зерна в зоне термического влияния при сварке магниевых сплавов обычно происходит более интенсивно, чем при сварке алюминиевых сплавов.

Сварной шов представляет собой литой металл, закристаллизованный при высокой скорости охлаждения и имеющий обычно дендритное строение. Ближе к зоне сплавления наблюдается слой кристаллов столбчатого типа, в середине шва, как правило, наблюдается структура равноосных зерен. Химический состав шва весьма близок к составу основного металла, если сварка производилась с применением присадочного металла аналогичного состава.

Важной проблемой при сварке магниевых сплавов является предупреждение образования трещин в сварных соединениях. Типичными примерами кристаллизационных трещин могут быть трещины в кратерах и продольные трещины в местах начала шва. Из промышленных деформируемых магниевых сплавов наименьшей склонностью к образованию горячих трещин при сварке плавлением обладают сплавы систем Mg-Mn и Mg-Al-Zn-Mn. Из деформируемых магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn-Mn наилучшей свариваемостью с точки зрения сопротивляемости образованию горячих трещин при сварке плавлением обладают сплавы МА2, МА2-1, МА2-1 пч (Россия) и близкие к ним по составу сплавы AZ31B и AZ61A (США).