[發(fā)明專利]一種磁控焊接熔敷成形制備高強(qiáng)鋁合金接頭的焊接絲材

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210515091.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN102974955A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱勝;趙志浩;王曉明;姚巨坤;王啟偉;崔建忠;劉玉項(xiàng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K35/28
• 分類號(hào): B23K35/28
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于磁控焊接熔敷成形技術(shù)制備高強(qiáng)度鋁合金焊接接頭的Al-Mg絲材，主要通過在Al-Mg系鋁合金焊絲添加Sc、Zr、Er等稀有金屬元素，使Al-Mg系鋁合金焊絲微合金化，改善鋁合金焊接接頭的組織，提高鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能。

背景技術(shù)

焊接熔敷快速成形作為快速成形技術(shù)的一種新工藝，其是利用堆焊技術(shù)的原理，不但可以用于零件的表面改性，還可以對(duì)缺損零件進(jìn)行修復(fù)和直接成形新零件。鋁合金表面修復(fù)技術(shù)包括普通焊條電弧焊、MIG焊和等離子焊接等焊接方法，熱噴涂技術(shù)和刷鍍技術(shù)。焊接熔敷技術(shù)與熱噴涂和電刷鍍技術(shù)相比，焊接熔敷層與基體為冶金結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度較高；與普通的焊接方法相比，焊接熔敷技術(shù)沉積率、粗糙度、熱輸入、敷層厚度等指標(biāo)更優(yōu)異。

隨著材料電磁過程的不斷發(fā)展，將磁場(chǎng)引入焊接過程已經(jīng)成為一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用于電弧時(shí)，由于焊接電弧中的等離子體的良好導(dǎo)電性，提供了外部磁場(chǎng)對(duì)它的可作用性。磁場(chǎng)控制焊接熔敷技術(shù)的研究包括：通過電磁力攪拌熔池，強(qiáng)迫金屬流動(dòng)，使晶粒細(xì)化；通過磁場(chǎng)對(duì)電弧的拘束作用，提高非熔化極電弧的能量密度，可改善接頭質(zhì)量，提高熔敷效率。2002年由北京工業(yè)大學(xué)殷樹言等人申請(qǐng)的公告號(hào)為CN1369347A的發(fā)明專利《磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護(hù)焊接（MAG）方法及專用設(shè)備》中磁場(chǎng)作用于焊接過程，有效的提高了熔敷效率。2005年由武漢理工大學(xué)羅健等人申請(qǐng)的公告號(hào)為CN1751834的發(fā)明專利《一種磁控熔化極焊接方法及其拓展應(yīng)用和通用設(shè)備》中采用磁場(chǎng)影響焊接過程，提高了焊接接頭的質(zhì)量。2010年由裝甲兵工程學(xué)院朱勝等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01010049723.2的發(fā)明專利《電磁場(chǎng)控制焊接熔敷快速成形方法和設(shè)備》中提到采用直流橫向磁控熔覆成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)零件的快速成形。

鋁合金焊接絲材廣泛應(yīng)用于焊接領(lǐng)域。隨著技術(shù)的進(jìn)步，普通的Al-Mg絲材不能滿足生產(chǎn)的需求，在Al-Mg絲材中添加具有特殊性能的元素成為改善絲材性能的重要手段。2008年由潘清林等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00810143170的發(fā)明專利《一種Al-Mg-Mn-Sc-Er合金》中Sc重量百分比為0.1~0.25wt%和Er元素重量百分比為0.15~0.4wt%的合金，提高了鋁合金的抗拉強(qiáng)度；2009年由鄭志榮等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00910154113的發(fā)明專利《高速列車用鋁合金焊絲及制作方法》中其特征為組分和重量百分含量分別為：Si≤0.40、Fe≤0.40、Cu≤0.10、0.05≤Mn≤1.1、4.2≤Mg≤7.5、0.05≤Cr≤0.25、Zn≤0.25、Be≤0.005、0.05≤Ti≤0.20、0.0005≤Sc≤0.005，其他單個(gè)雜質(zhì)≤0.05%，其他雜質(zhì)合計(jì)≤0.15%，其余量是Al，焊絲的抗拉強(qiáng)度及延伸強(qiáng)度得到提高。但對(duì)于添加Sc、Zr、Er三種元素的Al-Mg合金尚未涉及，本發(fā)明Al-Mg焊絲通過磁控焊接熔敷成形技術(shù)，可以在鋁基體表面堆敷一層或數(shù)層特殊敷層，所得敷層微觀組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)良。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明以普通Al-Mg系合金焊絲為對(duì)象，添加Sc、Zr、Er微量稀有元素后制成焊絲。利用磁控熔敷成形技術(shù)在鋁合金表面制備高強(qiáng)度覆層。焊絲絲材中的各組分質(zhì)量百分比范圍為：?Mg：6.2~6.8%、Cr：0.05~0.2%、Ti：0.02~0.05%、Sc+?Zr+Er：0.3~0.6%，其余為Al。采用磁控焊接熔敷成形技術(shù)，使用上述成分的Al-Mg系合金焊絲，制備出具有優(yōu)良組織結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度、高塑性等力學(xué)性能的鋁合金焊接接頭。

一種磁控焊接熔敷成形制備高強(qiáng)鋁合金接頭的焊接絲材，其特征在于：絲材各組分含量占絲材質(zhì)量的百分比范圍如下：Mg：6.2~6.8%、Cr：0.05~0.2%、Ti：0.02~0.05%、Sc+?Zr+Er：0.3~0.6%，其余為Al。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

（1）在普通Al-Mg系合金焊絲中加入Sc、Zr、Er元素，焊絲經(jīng)熱擠壓后橫截面的微觀組織晶粒細(xì)化，晶粒尺寸為普通焊絲晶粒尺寸的25%~30%。

（2）所述焊絲采用磁控焊接熔敷成形技術(shù)，得到鋁合金焊接接頭中，接頭抗拉強(qiáng)度比普通焊絲抗拉強(qiáng)度提高3.0~5.2%；屈服強(qiáng)度比普通焊絲屈服強(qiáng)度提高2.5~4.3%；抗背彎強(qiáng)度和抗面彎強(qiáng)度比普通焊絲分別提高40~45%、65~73%；所得熔敷層的硬度比普通焊絲堆焊層的硬度提高5.0%~11%。