[發明專利]用于顆粒增強鋁基復合材料熔化焊的藥芯焊絲

有效

• 申請號: 201010122787.0
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101941121A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 雷玉成;胡文祥;薛厚祿;陳希章
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/368
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及新型焊接材料領域，特指用于顆粒增強鋁基復合材料熔化焊焊接的藥芯焊絲。

背景技術

鋁基復合材料的基體是一些塑性、韌性好的金屬，其焊接性一般都比較好；但是增強相是高強度、高彈性模量、高熔點、低線膨脹系數的非金屬，焊接性都很差，這種特點使鋁基復合材料的焊接性能難以控制，從而阻礙了其工業化的應用。熔化焊是所有焊接方法中適應性最強、工藝最成熟、應用范圍最廣的焊接方法。因而鋁基復合材料的熔化焊這一研究方向具有很高的研究價值。如在這方面找到突破口，將大大加快鋁基復合材料的工業化進程。

顆粒增強鋁基復合材料的熔化焊焊接中存在以下問題：

①增強相基體之間的浸潤性差，不使用填充元素來提高它們之間的潤濕性時，在強大的電弧熱作用下，Al在電弧力的作用下從熔池中心推向邊緣，不容易形成穩定的焊接熔池，焊接接頭性能下降。②在焊接高體積分數增強顆粒的復合材料時，由于熔池的流動性差，在焊縫處容易形成偏析和氣孔，影響焊接接頭的力學性能。③復合材料中的基體Al是很活潑的化學元素，在高溫條件下很容易與增強材料發生反應，在界面生成針狀脆性化合物，如SiC_p/Al會生成Al₄C₃，分布在SiC界面，大大削弱了增強相的作用，降低了接頭近縫區的強度。④熔化結晶過程中由于熔池凝固時的成分過冷現象，增強相(如SiC或Al₂O₃顆粒)被推至熔合線處或熔池的最前端，不能成為結晶核心，極易引起焊縫組織發生脆化分層，形成結晶裂紋，大大降低接頭強度。⑤復合材料基體與增強相的導熱系數、熱膨脹系數等物理性能有顯著差別，經過強大的焊接熱循環后，在基體與增強體界面上產生大量微區殘余應力，使接頭性能下降。

目前，在熔化焊接顆粒增強鋁基復合材料時，主要是通過實芯焊絲或合金片的形式向熔池內部添加合金元素，這些元素在熔池內部發生原位反應，進而抑制針狀脆性化合物和氣孔等焊接缺陷的形成。但是由于合金片和實心焊絲，從制備到使用的過程中經歷了多次高溫熔化，部分元素燒損嚴重，從而很難控制向焊接熔池內部加入的元素量，不利于熔池內部的原位反應的進行。且在焊接過程中直接填加合金片或實心焊絲時，焊縫成形差，焊接接頭強度偏低。

藥芯焊絲制備工藝簡單，成分易調節，可針對焊接過程中出現的問題，及時調整藥芯焊絲的藥粉成分，精確控制向焊接熔池內部添加元素，抑制有害界面反應的發生，減少氣孔。同時，通過調節添加成分誘發原位反應的進行，在焊縫中生成新的增強相，提高焊縫的力學性能，得到焊縫成形較好的焊接接頭。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用于顆粒增強鋁基復合材料的熔化焊接的藥芯鋁焊絲，以有效抑制焊接過程中的有害界面反應，形成外觀良好的焊縫，減少氣孔的生成，提高焊縫組織的力學性能。

藥芯焊絲由外皮和芯粉兩部分組成。外皮由鋁硅合金制成的鋁箔，其中鋁的質量占鋁箔總質量的85～95％，硅的質量占鋁箔總質量的為5～15％。鋁箔厚度為0.15～0.55mm。芯部藥粉的粉末粒度在20nm～200μm，按不同比例進行配比，應用球磨混料機將配置好的粉末充分混勻，然后將藥粉裝在鋁箔內卷成圓筒狀截面，經軋拔加工制成焊絲，藥芯焊絲直徑為1.5～3.0mm。

芯部粉末總質量占藥芯焊絲總質量的10％～30％，芯部各個成分占藥粉總比重(質量分數)應如下：

(一)金屬粉末藥芯：

Ti：30％～45％；從Mg、Ni、稀土(La或Yi)中任意選取一種或一種以上，各自含量應達到：Mg?10％～25％，Ni10％～25％，稀土(La或Yi)3％～5％；其余Al。

即Ti?30％～45％；稀土(La或Yi)3％～5％；其余Al。

Ti?30％～45％；Mg?10％～25％；其余Al。

Ti?30％～45％；Ni?10％～25％；其余Al。

Ti?30％～45％；Mg?10％～25％；Ni10％～25％；其余Al。

Ti?30％～45％；Mg?10％～25％；稀土(La或Yi)3％～5％；其余Al。

Ti?30％～45％；Ni?10％～25％；稀土(La或Yi)3％～5％；其余Al。

Ti?30％～45％；Mg?10％～25％；Ni?10％～25％；稀土(La或Yi)3％～5％；其余Al。