專利名稱：一種Al-Mg-Er系焊絲及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接用鋁合金焊絲，尤其涉及一種用于A1-Mg系合金熔化焊用的 焊絲及其制備工藝。
背景技術(shù)：
目前鋁合金研究的一個(gè)方向是在鋁合金中添加微量稀土元素以提高合金的強(qiáng)度， 并獲得較好的綜合性能。近年來(lái)許多學(xué)者對(duì)稀土元素Er在鋁及鋁合金的作用進(jìn)行了的研 究，徐國(guó)富等發(fā)現(xiàn)，將Er加入Al-Zn-Mg合金中能明顯細(xì)化鑄態(tài)合金晶粒，Er能通過(guò)彌散 析出的方式提高合金的強(qiáng)度，Er還能抑制合金的再結(jié)晶行為(XU Guo-fu，M0U Shen-zhou， NIE Zuo_ren and YINZhi_min， Effect of trace rare earth element Er on Al_Zn_Mg al loy [J] Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2006， 16 (1) :598-603)。楊軍軍等將微量 Er加入純鋁中，也發(fā)現(xiàn)彌散分布的細(xì)小Al3Er質(zhì)點(diǎn)對(duì)位錯(cuò)和亞晶界具有釘扎作用，Er可以 有效抑制再結(jié)晶，能將高純鋁的再結(jié)晶溫度提高5(TC左右(YANGJ皿-j皿，NIE Zuo-ren， JIN Tou_nan， et al. Effect of trace rare—earth element Eron Rectystallization behavior of high pure aluminum[J]. Rare-earth Rare MetalMaterials and Engineering,2003， 32(1) :37-40)。 Al-Mg基焊料合金廣泛地用在陸地、海洋運(yùn)輸用存儲(chǔ)罐和海洋運(yùn)輸類的大型焊接 結(jié)構(gòu)中，其標(biāo)準(zhǔn)合金之一是AA5183，該合金用途廣泛是主要原因在于它具有較高的強(qiáng)度、高 耐蝕性、高彎曲能力和高可焊性。AA5183合金的焊縫強(qiáng)度可通過(guò)提高合金中的Mg含量而得 以提高，同時(shí)延展性的損失也不大。然而，提高Al-Mg基焊料合金中的Mg含量會(huì)引起耐蝕 性的急劇降低。但是，對(duì)于含Er的Al-Mg合金用于制備焊絲材料的研究，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有相關(guān) 報(bào)道。因此結(jié)合我國(guó)豐富的稀土資源以及對(duì)鋁材焊接性能的進(jìn)一步要求，本發(fā)明是將稀土 Er加入到Al-Mg合金焊絲中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種焊接性能穩(wěn)定、強(qiáng)度高、可滿足Al-Mg系合金的工程 化焊接的A1-Mg-Er系焊絲。 本發(fā)明的另一 目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單的制備Al-Mg-Er系焊絲的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案 —種Al-Mg-Er系焊絲，其特征在于其化學(xué)成分及質(zhì)量百分比(％ )組成為Mg : 4. 3-6. 5， Mn :0. 4-1. 2， Zr :0. 05-0. 3， Er :0. 1-0. 6，余量為Al及其它不可避免的夾雜。
上述Al-Mg-Er系焊絲采用如下工藝制備 (1)原材料配制，基體元素鋁以A。。純鋁、鎂以lft純鎂形式加入，Mn、Zr、Er均以Al 基中間合金的形式加入，按質(zhì)量百分比配制； (2)采用中頻感應(yīng)電阻爐、黏土石墨坩堝熔煉，待合金完全熔化后，用(^Cle精煉除 氣，加覆蓋劑(NaCl 8%，CaF2 10%，MgCl2 67%，]\% 2/0&(:1215%，用量為爐料的3%-5% )保護(hù)，然后進(jìn)行二次精煉、靜置、扒渣，澆鑄成鑄錠； (3)對(duì)鑄錠合金切頭、銑面后，進(jìn)行均勻化退火、退火溫度為450-520°C，時(shí)間為 5-20小時(shí); (4)退火后進(jìn)行熱擠壓，鑄錠加熱溫度為420-50(TC，保溫1-3小時(shí)，擠壓比
10-100 ; (5)熱擠后對(duì)桿材進(jìn)行中間退火，退火溫度為380-48(TC，保溫時(shí)間為0. 5_4小 時(shí)； (6)將擠壓后鋁合金桿材進(jìn)行多次拉拔到規(guī)格尺寸的成品焊絲，累計(jì)截面直徑減 小60-95% ，在拉拔過(guò)程中可進(jìn)行多道次退火，退火溫度為350-420°C ，保溫時(shí)間為0. 5_4小 時(shí)。本發(fā)明焊絲中加入合適的Mg、Mn、Zr、Er等合金元素，其具體作用為 1. Mg :Mg是焊絲合金中的主要強(qiáng)化元素，Mg含量太低不能使焊縫達(dá)到所需的強(qiáng)
度，而Mg加入量超過(guò)6. 5% ，制造焊絲時(shí)會(huì)非常困難，且生成的Al8Mg5相會(huì)造成焊接接頭的
晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕加劇。為兼顧可制造性和強(qiáng)度，優(yōu)選的Mg含量為4. 3-6. 5% 。 2.Mn :Mn是基本添加元素，與Mg相匹配，Mn可提高焊接接頭的強(qiáng)度。且Mn能阻止
鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程，提高再結(jié)晶溫度，能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒，并通過(guò)AleMn溶解雜質(zhì)Fe，
減小Fe的有害影響。低于0.4X的Mn含量不能提供足夠強(qiáng)度的焊接接頭；而Mn含量超過(guò)
1.2%，拉絲原料的制造會(huì)非常困難。因此在實(shí)際使用中為了減少Al8Mg5的有害影響，常加
入lX以下的Mn起補(bǔ)充強(qiáng)化作用，比等量的Mg效果更好。為保證強(qiáng)度，Mn的優(yōu)選最低量為
0. 4%。 3. Zr :Zr對(duì)提高焊縫強(qiáng)度有重要意義，也對(duì)防止焊接過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生意義重 大。Zr的含量超過(guò)O. 3%會(huì)形成非常粗大的針狀初生顆粒，從而在拉絲過(guò)程中造成失效，所 以Zr的含量必須控制在0. 3%以下。 4. Er :Er與Al形成LI2型的Al3Er，這些直接從熔體中形成的初生Al3Er具有良 好的異質(zhì)形核作用，作為形核核心而起到顯著細(xì)化晶粒的作用。同時(shí)加入的微量Zr促使形 成AlJZr、 Er)的復(fù)合粒子長(zhǎng)大，為熔池的非平衡結(jié)晶提供足夠的形核粒子，從而細(xì)化焊縫 組織。 本發(fā)明鋁合金焊絲具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.本焊絲合金冶煉工藝穩(wěn)定易于實(shí)現(xiàn)，焊絲拉拔性能優(yōu)良，滿足機(jī)車車廂、化工壓 力容器、造船、航空等行業(yè)的焊接技術(shù)要求。 2.本發(fā)明Al-Mg-Er焊絲合金組織明顯細(xì)化，成型性能良好，從而保證焊縫金屬的 強(qiáng)度，同時(shí)保證焊縫金屬塑性與母材相當(dāng)。 3.特殊工藝的控制，以降低Al-Mg-Er焊絲中雜質(zhì)的含量，提高了其韌性。4.本發(fā)明中高含量Mg、 Mn元素的添加促進(jìn)了鋁基體的固溶強(qiáng)化和Al、 Mn、 Zr、 Er
等多元復(fù)合粒子的形成，有效提高了焊縫金屬的強(qiáng)度。 采用本發(fā)明的A1-Mg-Er焊絲，焊接接頭的綜合性能明顯提高(l)對(duì)該焊接試樣 進(jìn)行100X目測(cè)、X射線探傷。目測(cè)檢查試樣表面成形良好；(2)焊縫組織明顯細(xì)化；(3)拉 室溫抗拉強(qiáng)度明顯提高。例如采用自動(dòng)TIG焊，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到350-400MPa， 且焊縫金屬塑性與母材相當(dāng)。與同條件下采用不含Er的A1-Mg焊絲的接頭相比，接頭抗拉強(qiáng)度提高55-lOOMPa ; (3)與同條件下采用不含Er的Al-Mg焊絲的接頭相比，本發(fā)明焊 絲的接頭在抗拉強(qiáng)度提高的同時(shí)，接頭的塑性和韌性也有很大的提高，例如延伸率可提高 20-60%。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體配料時(shí)各合金元素百分比優(yōu)化的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的Al-Mg-Er焊絲
成分及制備工藝進(jìn)行描述。
實(shí)施例1Al-Mg-Er系焊絲，其主要化學(xué)成分(％ )為:Mg :4. 3， Mn :1. 2， Zr :0. 05， Er :0. 6，
Al余量。
其制備工藝 (1)原材料配制，基體元素鋁以A。。純鋁、鎂以lft純鎂形式加入，Mn、Zr、Er均以Al 基中間合金的形式加入，按質(zhì)量百分比配制； (2)采用中頻感應(yīng)電阻爐、黏土石墨坩堝熔煉，待合金完全熔化后，用(^Cle精煉除 氣，加覆蓋劑(NaCl 8%，CaF2 10%，MgCl2 67%，MgF2/CaCl2 15%，用量為爐料的3%-5% ) 保護(hù)，然后進(jìn)行二次精煉、靜置、扒渣，澆鑄成鑄錠； (3)對(duì)鑄錠合金切頭、銑面后，進(jìn)行均勻化退火、退火溫度為450-520°C，時(shí)間為 5-20小時(shí); (4)退火后進(jìn)行熱擠壓，鑄錠加熱溫度為420-50(TC，保溫1-3小時(shí)，擠壓比
10-100 ; (5)熱擠后對(duì)桿材進(jìn)行中間退火，退火溫度為380-480°C，保溫時(shí)間為0. 5_4小 時(shí)； (6)將擠壓后鋁合金桿材進(jìn)行多次拉拔到規(guī)格尺寸的成品焊絲，累計(jì)截面直徑減 小60-95% ，在拉拔過(guò)程中可進(jìn)行多道次退火，退火溫度為350-420°C ，保溫時(shí)間為0. 5_4小 時(shí)。 本實(shí)施例中焊絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到435MPa，延伸率達(dá)到15% ;焊絲進(jìn)行自動(dòng)TIG焊， 焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到340MPa，延伸率可達(dá)8% 。
實(shí)施例2 Al-Mg-Er系焊絲，其主要化學(xué)成分(% )為:Mg :4. 7，Mn :l，Zr :0. l，Er :0. 5，A1余
其制備工藝同實(shí)施例l。 本實(shí)施例中焊絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到440MPa，延伸率達(dá)到14% ;將焊絲進(jìn)行自動(dòng)TIG 焊，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到340MPa，延伸率可達(dá)9% 。
實(shí)施例3 Al-Mg-Er系焊絲其主要化學(xué)成分(% )為:Mg :5. l，Mn :0.8，Zr :0. 15， Er :0.4，A1 io;43] 其制備工藝同實(shí)施例l。 本實(shí)施例中焊絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到450MPa，延伸率達(dá)到13% ;將焊絲進(jìn)行自動(dòng)TIG 焊，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到355MPa，延伸率可達(dá)10%。
實(shí)施例4其主要化學(xué)成分(％ )為:Mg :5. 6， Mn :0. 7， Zr :0. 2， Er :0. 3， Al余量。
其制備工藝同實(shí)施例l。 本實(shí)施例中焊絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到455MPa，延伸率達(dá)到17%，將焊絲進(jìn)行自動(dòng)TIG 焊，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到360MPa，延伸率可達(dá)12%。
實(shí)施例5Al-Mg-Er系焊絲，其主要化學(xué)成分(％ )為:Mg :6. 0， Mn :0. 6， Zr :0. 25， Er :0. 2，
Al余量。 其制備工藝同實(shí)施例l。 本實(shí)施例中焊絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到460MPa，延伸率達(dá)到17. 5% ;將焊絲進(jìn)行自動(dòng) TIG焊，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到360MPa，延伸率可達(dá)13%。
實(shí)施例6 Al-Mg-Er系焊絲，其主要化學(xué)成分(% )為Mg :6. 5，Mn :0. 4， Zr :0. 3， Er :0. 1， Al io、055] 其制備工藝同實(shí)施例l。 本實(shí)施例中焊絲的抗拉強(qiáng)度達(dá)到455MPa，延伸率達(dá)到19. 5% ;將焊絲進(jìn)行自動(dòng) TIG焊，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到360MPa，延伸率可達(dá)13%。
權(quán)利要求
一種焊接用鋁合金焊絲，其特征在于化學(xué)成分及質(zhì)量百分比(％)組成為Mg4.3-6.5，Mn0.4-1.2，Zr0.05-0.3，Er0.1-0.6，余量為Al及其它不可避免的夾雜。
2. —種制備權(quán)利要求l所述焊絲的工藝，其特征是(1) 原材料配制，基體元素鋁以A。。純鋁、鎂以1#純鎂形式加入，Mn、 Zr、 Er均以Al基 中間合金的形式加入，按質(zhì)量百分比配制；(2) 采用中頻感應(yīng)電阻爐、黏土石墨坩堝熔煉，待合金完全熔化后，用(^Cle精煉除氣， 加覆蓋劑(NaCl 8X，CaF2l0X，MgCl267X，MgF2/CaCl2l5X，用量為爐料的3% -5% )保護(hù)， 然后進(jìn)行二次精煉、靜置、扒渣，澆鑄成鑄錠；(3) 對(duì)鑄錠合金切頭、銑面后，進(jìn)行均勻化退火、退火溫度為450-520°C，時(shí)間為5-20小時(shí)；(4) 退火后進(jìn)行熱擠壓，鑄錠加熱溫度為420-50(TC，保溫1-3小時(shí)，擠壓比10-100 ;(5) 熱擠后對(duì)桿材進(jìn)行中間退火，退火溫度為380-48(TC，保溫時(shí)間為0. 5_4小時(shí)；(6) 將擠壓后鋁合金桿材進(jìn)行多次拉拔到規(guī)格尺寸的成品焊絲，累計(jì)截面直徑減小 60-95%，在拉拔過(guò)程中可進(jìn)行多道次退火，退火溫度為350-42(TC，保溫時(shí)間為0. 5_4小 時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種Al-Mg-Er系焊絲及其制備工藝，其主要化學(xué)成分及質(zhì)量百分比(％)組成為Mg4.3-6.5，Mn0.4-1.2，Zr0.05-0.3，Er0.1-0.6，余量為Al及其它不可避免的夾雜；制備方法如下備純鋁錠、純鎂錠、Al-10.0Mn、Al-6.0Er、Al-4.5Zr中間合金；按配比將合金在中頻感應(yīng)電阻爐熔化，澆鑄成鑄錠；將均勻化后的鑄錠切頭、銑面，然后進(jìn)行熱擠；中間退火后進(jìn)拔絲機(jī)中拔絲，在拉拔過(guò)程中進(jìn)行道次退火，經(jīng)表面處理后盤成卷即得本發(fā)明Al-Mg-Er焊絲。本發(fā)明焊絲具有如下優(yōu)點(diǎn)冶煉工藝穩(wěn)定易于實(shí)現(xiàn)，焊絲拉拔性能優(yōu)良；焊絲組織明顯細(xì)化成型性能良好，保證焊縫金屬的強(qiáng)度，同時(shí)保證焊縫金屬塑性與母材相當(dāng)；r焊絲中雜質(zhì)的含量低，提高了其韌性，促進(jìn)了鋁基體的固溶強(qiáng)化，有效提高了焊縫金屬的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K35/28GK101716704SQ20091023679
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者王為, 聶祚仁, 陳子勇, 韋小園, 黃暉 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)