[發明專利]一種超細晶鋁合金焊絲及其制備方法

在審

• 申請號: 201310700919.7
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN104722945A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 任政;張瀟;朱秀榮;任靜;湯進軍;譚鎖奎;連付奎;趙寶榮
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/40
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明涉及鋁合金焊接材料領域，尤其涉及一種超細晶鋁合金焊絲及其制備方法。

背景技術

由于具有比重小、抗腐蝕性好、導電性及導熱性高等良好性能，鋁及其合金廣泛應用于航空、航海、軍工、交通運輸、橋梁，電子電氣等領域。鋁合金焊接是鋁合金材料廣泛應用的必要手段，鋁合金焊接的特性主要體現在以下幾個方面：1、鋁和氧的親和力很大，在空氣中鋁極易與氧結合生成緊密結實的Al₂O₃薄膜，阻礙基體金屬的熔化及彼此之間的良好結合，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性能；2、鋁及鋁合金的熱導率、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，線膨脹系數大，因此焊接某些鋁合金時，往往由于過大的收縮內應力而產生失穩變形和熱裂紋；4、液態鋁能溶解大量氫，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、燒損，從而改變了焊縫金屬的化學成分，同時也降低了焊接接頭的性能；7、焊接可熱處理強化的鋁合金時，由于焊接熱的影響，會使機體金屬近縫區某些部位的力學性能下降。在鋁合金基材一定的情況下，鋁合金焊接結構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、近縫區母材的熱裂性、耐腐蝕性以及力學性能的重要因素，因此焊絲材料對鋁合金焊接結構的廣泛應用具有重要意義。

高強度鋁合金是指其抗拉強度大于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。隨著高強度鋁合金在航空、航天、造船以及軍工等領域的大量應用，高強度鋁合金的焊接成為較為突出的問題，國內外目前一般采用Al-Mg系焊絲對這種合金進行熔化極惰性氣體保護焊接，但該種方法存在焊接接頭強度低、熱裂等焊接缺陷。

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過程中基材靠近焊縫的部位溫升超過正常的時效溫度，導致時效析出相粗化，正常的時效態組織變成過時效組織。在基材中適當添加能提高抗再結晶的微量元素，同時調整焊接工藝，使焊接熱盡快散發，焊接熱影響的程度就越小，熱影響區強度下降就會減輕。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晶手段細化鋁合金焊絲的微觀組織可以有效細化焊接接頭的微觀組織，提高焊接接頭強度。

發明內容

本發明所要解決的第一技術問題是針對現有技術而提供一種超細晶鋁合金焊絲，該鋁合金焊絲能有效減少鋁合金焊接缺陷，尤其是高強度鋁合金焊接過程中存在的接頭強度低、焊接裂紋等焊接缺陷，從而改善鋁合金的焊接強度、耐腐蝕性等綜合性能。

本發明所要解決的第二技術問題是提供上述超細晶鋁合金焊絲的制備方法。

本發明解決第一個技術問題所采用的技術方案為：一種超細晶鋁合金焊絲，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量百分比（%）含量如下：

本發明解決第二個技術問題所采用的技術方案為：按以下步驟制備上述方案中所述的超細晶鋁合金焊絲：

（1）根據權利要求1中所述的各成分的質量百分比，結合需要配置的鋁合金總量，計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℃～800℃。

（3）再以中間合金形式加入適量的Mn、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，進行爐內精煉；

（5）精煉后對合金熔體進行打渣，靜置15min～25min后將純Mg壓入合金熔體；

（6）將熔體調溫至680℃～800℃后，在電磁連鑄機中澆注，制備出Ф80mm～300mm的鋁合金鑄錠；

（7）將鋁合金鑄錠提出，350～450℃進行均勻化退火處理，并扒皮待用；

（8）放入擠壓模具中進行擠壓，擠壓出Ф8mm～12mm鋁合金絲盤，擠壓溫度為330℃～400℃；