[發明專利]一種用于7075鋁合金TIG焊接的微納米顆粒增強鋁合金藥芯填充絲

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• 申請號: 201911320896.0
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111015012A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 栗卓新;叢興;李紅;李國棟;田振;祝靜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/12;B23K35/40
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種用于7075鋁合金TIG焊接的微納米顆粒增強鋁合金藥芯填充絲，屬于鋁合金藥芯焊絲技術領域。采用純鋁帶作為外皮，藥粉由以下組分按質量百分比配制，金屬鎂粉質量百分比為22.5～27.5％，金屬錳粉含量為0.25％～1％，金屬鉻粉含量為0.25％～1％，鈦鋁合金粉含量為0.6～2％，復合微納米陶瓷粉為0.5％～25％，余量為純鋁粉；焊絲的填充率為10～35％；鈦鋁合金中鈦鋁質量比為1:1。本發明提高了焊接接頭抗拉強度，同時提高了抗裂性并降低了氣孔敏感性。微納米陶瓷顆粒的具體組成的用量對焊接性能有一定影響，而微納米陶瓷顆粒的總用量對焊縫性能有較大影響。

技術領域

本發明屬于鋁合金藥芯焊絲技術領域，涉及一種鋁合金藥芯填充絲及其制備方法，尤其涉及一種用于7075鋁合金TIG焊接的微納米顆粒增強鋁合金藥芯填充絲及其制備方法。

技術背景

鋁是地殼中含量最多的金屬元素，因其具有密度低、比強度高和低成本等優良性能，目前已廣泛應用于航空航天、軍工、軌道車輛、壓力容器等領域。鋁的密度是鋼的三分之一，采用鋁替代鋼結構件可以減輕重量60％以上，隨著制造業輕量化的需求日益增加，鋁合金及其在結構部件中的使用量逐年上漲。7075鋁合金是20世紀40年代為航空航天技術發展而生的超硬鋁合金，目前常見的Al-Zn-Mg-Cu合金體系均是以7075高強鋁合金為基礎，通過加入其他微量元素或改變合金成分發展而來，同時采取不同的熱處理技術，陸續研制出7475-T74、7075-T74和7159-T77等性能優良的高強鋁合金，但面臨焊接困難的問題。

采用傳統熔化極惰性氣體保護焊MIG或鎢極惰性氣體保護焊TIG方法焊接7075鋁合金時易產生熱裂紋，焊縫強度低，一般熔焊接頭強度僅能達到母材的60％左右。雖然攪拌摩擦焊使7075鋁合金的焊接成為可能，得到強度匹配度達到80％的焊接接頭。但攪拌摩擦焊存在對焊件形狀、夾持條件、焊接位置等要求高,不適合于復雜焊縫連接等不足。如能在熔焊焊縫中加入少量特殊的微納米顆粒，不僅可以防止7075鋁合金產生熱裂紋，還能在焊態下提升焊縫強度。采用熔煉的方法制備鋁合金實芯焊絲難以改變合金成分或添加增強相，因而限制了實芯焊絲在相關方面的研究應用，而采用鋁合金藥芯填充絲的方法易于調整其合金成分配方，這為提高7075鋁合金熔化焊的性能提供了新的思路，也正是本發明的思想。

發明內容

本發明將藥芯焊絲技術和微納米顆粒增強機制有機結合，設計制備了用于7075鋁合金焊接的微納米顆粒增強鋁合金藥芯填充絲，目的是解決現有弧焊技術中，TIG焊實心焊絲不能改變合金成分或添加顆粒增強相的問題。而采用目前的鋁合金實心焊絲直接熔焊7075鋁合金時，易產生熱裂紋和造成合金元素燒損，組織粗大導致焊縫強度降低，接頭強度匹配度低。利用本發明設計制備的微納米增強顆粒的鋁合金藥芯焊絲填充絲，可按常規步驟進行TIG焊接，使焊縫合金化由填充焊絲、實心焊絲和母材組合而成，加大了對鋁合金焊縫合金調整的范圍和可能。使用本發明焊絲及使用方法可以在保證焊縫金屬化學成分、力學性能、耐腐蝕性能滿足相關要求的情況下，顯著降低焊縫金屬熱裂紋傾向，獲得成型美觀，強度較高，性能優良的焊接接頭。

本發明通過以下技術方案來實現：一種用于7075鋁合金TIG焊接的微納米顆粒增強鋁合金藥芯填充絲，其特征在于，采用純鋁帶作為外皮，藥粉由以下組分按質量百分比配制，總的質量百分比是100％，其中藥粉中各合金成分的質量百分比為：金屬鎂粉質量百分比為22.5～27.5％，金屬錳粉含量為0.25％～1％，金屬鉻粉含量為0.25％～1％，鈦鋁合金粉含量為0.6～2％，復合微納米陶瓷粉為0.5％～25％，余量為純鋁粉；焊絲的填充率為10～35％，優選20％-30％；鈦鋁合金中鈦鋁質量比為1:1。

上述復合微納米陶瓷粉包括TiC、ZrC、TiN、ZrN等中的至少一種，優選為兩種或三種，可以任意質量比例混合。進一步優選復合微納米陶瓷粉為5％～25％。