一種超細(xì)晶鋁合金焊絲及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金焊接材料領(lǐng)域，尤其涉及一種超細(xì)晶鋁合金焊絲及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于具有比重小、抗腐蝕性好、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性高等良好性能，鋁及其合金廣泛應(yīng) 用于航空、航海、軍工、交通運(yùn)輸、橋梁，電子電氣等領(lǐng)域。鋁合金焊接是鋁合金材料廣泛應(yīng) 用的必要手段，鋁合金焊接的特性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、鋁和氧的親和力很大，在空 氣中鋁極易與氧結(jié)合生成緊密結(jié)實(shí)的Al 2O3薄膜，阻礙基體金屬的熔化及彼此之間的良好 結(jié)合，并易造成夾渣，而且氧化膜還會吸附水分，焊接時會促使焊縫形成氣孔等缺陷，從而 降低焊接接頭的力學(xué)性能；2、鋁及鋁合金的熱導(dǎo)率、比熱容、熔化潛熱等都很大、在焊接過 程中，大量的熱能被迅速傳到基體金屬內(nèi)部，因此焊接鋁及鋁合金時比鋼要消耗更多的熱 量；3、高溫塑性差，線膨脹系數(shù)大，因此焊接某些鋁合金時，往往由于過大的收縮內(nèi)應(yīng)力而 產(chǎn)生失穩(wěn)變形和熱裂紋；4、液態(tài)鋁能溶解大量氫，在焊接熔池快速冷卻和凝固過程中易在 焊縫中聚集形成氣孔；5、在高溫下鋁的強(qiáng)度很低，以至于不能支撐液體金屬而使焊縫成形 不良，甚至形成塌陷(或燒穿）缺陷；6、某些鋁合金中含有低沸點(diǎn)的合金元素如鎂、鋅等，這 些元素在高溫火焰或電弧的作用下極易蒸發(fā)、燒損，從而改變了焊縫金屬的化學(xué)成分，同時 也降低了焊接接頭的性能；7、焊接可熱處理強(qiáng)化的鋁合金時，由于焊接熱的影響，會使機(jī)體 金屬近縫區(qū)某些部位的力學(xué)性能下降。在鋁合金基材一定的情況下，鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的性 能主要取決于焊接工藝和焊絲的合金成分和性能，其中，焊絲是影響焊縫金屬成分、組織、 液-固相線溫度、近縫區(qū)母材的熱裂性、耐腐蝕性以及力學(xué)性能的重要因素，因此焊絲材料 對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用具有重要意義。
[0003] 高強(qiáng)度鋁合金是指其抗拉強(qiáng)度大于480MPa的鋁合金，主要是壓力加工鋁合金中 防銹鋁合金類、硬鋁合金類、超硬鋁合金類、鍛鋁合金類、鋁鋰合金類等。隨著高強(qiáng)度鋁合 金在航空、航天、造船以及軍工等領(lǐng)域的大量應(yīng)用，高強(qiáng)度鋁合金的焊接成為較為突出的問 題，國內(nèi)外目前一般采用Al-Mg系焊絲對這種合金進(jìn)行熔化極惰性氣體保護(hù)焊接，但該種 方法存在焊接接頭強(qiáng)度低、熱裂等焊接缺陷。
[0004] 對于基材受焊接熱影響造成軟化的問題，主要起源于焊接熱循環(huán)過程中基材靠近 焊縫的部位溫升超過正常的時效溫度，導(dǎo)致時效析出相粗化，正常的時效態(tài)組織變成過時 效組織。在基材中適當(dāng)添加能提高抗再結(jié)晶的微量元素，同時調(diào)整焊接工藝，使焊接熱盡快 散發(fā)，焊接熱影響的程度就越小，熱影響區(qū)強(qiáng)度下降就會減輕。由于金屬凝固遺傳的影響， 焊絲的微觀組織直接影響著焊接接頭的凝固組織，通過添加合金元素或其他細(xì)晶手段細(xì)化 鋁合金焊絲的微觀組織可以有效細(xì)化焊接接頭的微觀組織，提高焊接接頭強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的第一技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)而提供一種超細(xì)晶鋁合金焊絲， 該鋁合金焊絲能有效減少鋁合金焊接缺陷，尤其是高強(qiáng)度鋁合金焊接過程中存在的接頭強(qiáng) 度低、焊接裂紋等焊接缺陷，從而改善鋁合金的焊接強(qiáng)度、耐腐蝕性等綜合性能。
[0006] 本發(fā)明所要解決的第二技術(shù)問題是提供上述超細(xì)晶鋁合金焊絲的制備方法。
[0007] 本發(fā)明解決第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種超細(xì)晶鋁合金焊絲，其特 征在于：其材料組成成分中包含稀土元素和過渡族元素，材料組成成分及各成分的質(zhì)量百 分比（％)含量如下：
[0008]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超細(xì)晶鋁合金焊絲，其特征在于：其材料組成成分中包含稀土元素和過渡族元 素，材料組成成分及各成分的質(zhì)量百分比（％)含量如下： SC 0.05-0.8 Er 0.05 ~0.6 混合稀土 0.01~0.8 B 0.01-0.5 Ti 0.卜 0.3 Cr 0.05-0.4 Zr 0.05 ~0.2 Mn 0.1-0.6 Zn 0.2-1.0 Mg 4~8，其余為A1。
2. -種制備如權(quán)利要求1所述的超細(xì)晶鋁合金焊絲的方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的各成分的質(zhì)量百分比，結(jié)合需要配置的鋁合金總量，計(jì)算 出所需的每種單成分元素的量，并備料； (2) 將適量的鋁錠或熔融鋁液加入到半封閉反射爐中，加熱熔化并在700°C~800°C。 (3) 再以中間合金形式加入適量的Μη、Ti、Zr、Cr、Zn,待溶化后攪拌均勻，再以中間合 金形式加入適量的B和稀土，攪拌均勻； (4) 步驟（3)中的合金熔體中加入精煉劑，進(jìn)行爐內(nèi)精煉； (5) 精煉后對合金熔體進(jìn)行打渣，靜置15min~25min后將純Mg壓入合金熔體； (6) 將熔體調(diào)溫至680°C~800°C后，在電磁連鑄機(jī)中澆注，制備出Φ80πιπι~300mm的 錯合金鑄錠； (7) 將鋁合金鑄錠提出，350~450°C進(jìn)行均勻化退火處理，并扒皮待用； (8) 放入擠壓模具中進(jìn)行擠壓，擠壓出Φ8πιπι~12mm鋁合金絲盤，擠壓溫度為330°C~ 400 0C ； (10)進(jìn)拔絲機(jī)中進(jìn)行拔絲，在拔絲過程中退火，達(dá)到規(guī)格直徑即可使用。
3. 如權(quán)利要求2所述的制備超細(xì)鋁合金焊絲的方法，其特征在于：所述精煉劑為氯氣、 六氯乙烷、氧化錳、市售鋁合金精煉劑或硼鹽變質(zhì)劑中的一種。
4. 如權(quán)利要求2所述的制備超細(xì)鋁合金焊絲的方法，其特征在于：所述步驟（6)中電 磁鑄造的工藝參數(shù)為：電磁場頻率IOHz~3000Hz，電磁功率5kW~60kW，鑄造速度30mm/ min ~100mm/min，冷卻強(qiáng)度 lm3/h ~10m3/h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超細(xì)晶鋁合金焊絲及其制備方法，其組成成分和含量為：SC0.05%～0.8%，Er0.05%～0.6%，混合稀土0.01%～0.8%，B0.01%～0.5%，Ti0.1%～0.3%，Cr0.05%～0.4%，Zr0.05%～0.2%，Mn0.1%～0.6%，Zn0.2%～1.0%，Mg4%～8%，其余為Al。制備方法如下：首先將鋁錠或熔融鋁液加入到半封閉反射爐中，再加入Mn、Ti、Zr、Cr、Zn，再加入B和稀土，對合金熔體進(jìn)行爐內(nèi)精煉。精煉后，對合金熔體打渣，靜置后將純Mg壓入合金熔體。將熔體調(diào)溫備用，在電磁連鑄機(jī)中澆注，制備出鋁合金鑄錠。接著將鋁合金鑄錠提出，進(jìn)行均勻化退火處理，并扒皮待用。放入擠壓模具中進(jìn)行擠壓，擠壓出鋁合金絲盤，最后進(jìn)行拔絲，達(dá)到規(guī)格直徑即可使用。本發(fā)明可有效提高焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高鋁合金焊絲的焊接性能，減少鋁合金焊接接頭強(qiáng)度低、焊接裂紋等焊接缺陷。
【IPC分類】B23K35-40, B23K35-28
【公開號】CN104722945
【申請?zhí)枴緾N201310700919
【發(fā)明人】任政, 張瀟, 朱秀榮, 任靜, 湯進(jìn)軍, 譚鎖奎, 連付奎, 趙寶榮
【申請人】中國兵器科學(xué)研究院寧波分院
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月18日