[發明專利]一種用于2A12高強鋁合金非熔化極惰性氣體保護焊焊接的藥芯焊絲

有效

• 申請號: 201911320903.7
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN111015013B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 李紅;田振;栗卓新;李國棟;叢興;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2A12高強鋁合金非熔化極惰性氣體保護焊焊接的藥芯焊絲，屬于鋁合金焊接技術領域。采用1070半硬態純鋁帶作為外皮，焊絲的填充率為20％～30％。其中藥粉中各合金成分的質量百分比為：金屬Cu粉含22％?29％，微納米陶瓷粉0.5％～25％，金屬Mn粉2％?4.5％，金屬V粉1％?2.5％，AlTi合金粉1％?2％，金屬Zr粉1.5％?5％，稀土金屬粉末1％?6％，余量為純鋁粉。焊接成形良好，無凸起、咬邊等缺陷，焊縫金屬的各項性能符合工程需求。

技術領域

本發明屬于鋁合金焊接技術領域，涉及一種鋁合金藥芯焊絲及其制備方法，尤其涉及一種用于焊接2A12高強鋁合金的微納米顆粒增強的藥芯焊絲及其制備方法。

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，鋁合金在結構部件中的使用量逐年上漲。2A12屬于Al-Cu-Mg系鋁合金，是一種典型的硬鋁合金，具有良好綜合的力學性能。2A12高強鋁合金廣泛的應用于建筑結構、航空航天、交通運輸等領域。2A12鋁合金焊接能夠使用的方法包括：攪拌摩擦焊，電子束焊，等離子弧焊，TIG焊等。其中TIG焊設備簡單，操作方便，是2A12鋁合金最常用的焊接方法。然而由于2A12鋁合金獨特的物理化學性質，以及TIG焊的特點，使得2A12鋁合金在TIG焊中容易出現焊接變形、焊接熱裂紋敏感性高、接頭晶粒粗化、接頭軟化嚴重等問題。例如采用2319鋁合金焊絲對2A12鋁合金進行TIG焊，接頭強度系數只有母材強度的60％左右。焊縫是構件的薄弱環節，影響結構的使用壽命也制約了2A12鋁合金結構件的廣泛應用。已經有研究表明在熔焊焊接材料中加入少量特殊的微納米陶瓷顆粒，通過熔滴過渡到焊縫中能夠起到細化晶粒組織，預防焊接熱裂紋，提高接頭強度的作用，相關研究如表1所示。此外大量研究表明稀土元素可以細化焊縫組織提高焊縫強度。

表1含微納米陶瓷顆粒的焊接材料制作方法。

上述方法雖然對于接頭強度有一定提高，但是焊接材料生產過程復雜、繁瑣且難以大規模工業生產。采用鋁合金藥芯焊絲的方法添加微納米陶瓷顆粒和稀土金屬粉更簡單易行。在微納米陶瓷顆粒和稀土金屬的雙重作用下可以更好的優化焊縫組織，減小焊接熱裂紋傾向，提高焊態下焊縫強度。這為提高2A12鋁合金熔化焊的性能提供了新的思路，也正是本發明的創新。

發明內容

本發明將藥芯焊絲技術和微納米顆粒增強、稀土金屬凈化作用改善組織三種機制有機結合，設計制備了一種用于2A12鋁合金焊接的藥芯焊絲，目的是解決現有鋁合金實心焊絲直接熔焊2A12鋁合金時，易產生熱裂紋、熱影響區組織粗大，接頭強度低等問題。利用本發明設計制備的鋁合金藥芯焊絲，可以通過在藥芯配方中調整增強相顆粒及稀土金屬的成分，實現對焊縫顯微組織和力學性能的優化，提高2A12鋁合金接頭強度。本發明可以在保證焊縫金屬化學成分、力學性能、耐腐蝕性能滿足國家相關要求的情況下，顯著降低焊縫熱裂紋傾向，細化焊縫晶粒尺寸，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2A12高強鋁合金焊接的藥芯焊絲，其特征在于，采用1070半硬態純鋁帶作為外皮，焊絲的填充率為20％～30％。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Cu粉含22％-29％，微納米陶瓷粉0.5％～25％，金屬Mn粉2％-4.5％，金屬V粉1％-2.5％，AlTi合金粉1％-2％，金屬Zr粉1.5％-5％，稀土金屬粉末1％-6％，余量為純鋁粉。鈦鋁合金中鈦鋁質量比為1:1。

上述微納米陶瓷粉包括TiC、ZrC、SiC、TiN、ZrN、TiB2等中的至少一種，粒徑在20nm～120μm，純度大于99.9％，粉末形狀為球形或近球形，可以任意質量比例混合。