專利名稱：Sal2195鋁鋰合金tig/mig焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型鋁鋰合金焊絲及其制備方法，屬于新材料范圍內(nèi)的金屬材料 種類內(nèi)的有色金屬材料制備、加工和成型領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰是自然界最輕的金屬，密度為0.534g / cm3，熔點為186 °C，鋁中加入金屬元素 鋰，在降低合計密度的同時，可大幅度提高合金的彈性模量。研究表明，在鋁合金中每添加 質(zhì)量分數(shù)為1%的鋰，可降低金屬密度3%，提高彈性模量6%。用鋁鋰合金代替常規(guī)的鋁合金， 可使結(jié)構(gòu)減重10% 20%，剛度提高15% 20%。因此，擁有低密度、高彈性模量、高比強度 和高比剛度性能的鋁鋰合金在航空航天領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在航空航天飛行器燃料貯箱中，每減輕Ikg重量就增加Ikg的有效載荷，而增加 Ikg有效載荷可帶來約100000美元的經(jīng)濟效益。因此，在未來新型飛行器的設(shè)計和制造中， 將會更多的采用鋁鋰合金制作燃料貯箱進行減重。相應(yīng)的各種鋁鋰合金焊絲的用量將越來 越大。目前，國外鋁鋰合金已有20多種鑄錠生產(chǎn)達到工業(yè)化水平，歐美等國已能生產(chǎn) 6 IOt的鑄錠，而俄羅斯已經(jīng)具備生產(chǎn)25t的鑄錠能力。美國Alcoa公司鋁鋰合金年產(chǎn) 量已超過3600t，根據(jù)需要可迅速擴大到9000t。英國Alcan公司和法國Pechiney公司聯(lián) 合建造的鋁鋰合金生產(chǎn)廠年產(chǎn)量可達lOOOOt，美、俄、歐等國鋁鋰合金軋制、擠壓和鍛造的 技術(shù)已達到常規(guī)鋁合金水平。近幾年來，國外在實施低成本發(fā)射裝置、超輕油箱計劃以及重 復(fù)使用的航天器核心計劃中，加強了鋁鋰合金的研究，促進了鋁鋰合金的迅速發(fā)展。鋁鋰合 金在美國F15B、俄羅斯米格四、蘇27、英國EAP等戰(zhàn)機上已使用多年，效益顯著。美國“發(fā) 現(xiàn)號”航天飛機燃料箱使用2195鋁鋰合金的焊接結(jié)構(gòu)，使整個燃料貯箱減重3300kg。美國 “奮進號”航天飛機燃料貯箱采用了 ffeldalite049鋁鋰合金代替2219合金，使航天飛機的 運載能力提高了 3400 kg。火箭推進劑貯箱是一個承壓焊接容器，由金屬殼體焊接而成，鋁 鋰合金是該貯箱的首選材料。國外在80年代已經(jīng)采用焊接方法代替鉚接方法，獲得了很好 的減重效益。研制的鋁鋰合金焊絲達到了較高的水平。我國自60年代末開始了 Al-Cu-Li系合金的研究，但真正的研究高潮是在鋁鋰 合金作為國家重點項目被列入七五攻關(guān)計劃后開始的，迄今全國已有數(shù)十家高等學(xué)校、科 研院所和工廠參加，研究內(nèi)容也頗為全面，從理論到實際，從熔鑄、合金化、熱處理到組織性 能，可以說無所不包，尤其是1998年航天510研究所利用微重力電磁模擬裝置成功地制備 出含鋰量高達5% 10%的二元鋁鋰合金小試樣，使鋁鋰合金的制造技術(shù)得到進一步發(fā)展。我國已在某新型航天飛行器設(shè)計中采用了鋁鋰合金的鉚接結(jié)構(gòu)件，但是鉚接一般 接一些密封要求低的設(shè)備，而焊接可以加工密封性要求較高的設(shè)備，因此，有可能在未來航 天飛行器制造中大量采用鋁鋰合金的焊接結(jié)構(gòu)件，鋁鋰合金焊絲的用量將穩(wěn)步上升，但目 前我國的鋁鋰合金焊絲尚未形成批量生產(chǎn)能力，水平仍處于填補空白的實驗研究階段。鋁鋰合金采用TIG焊(Tangstent inert gas，鎢極惰性氣體保護焊)或MIG焊(Metal inert-gas welding熔化極氣體保護電弧焊)，材料本身的減重效益約為12%，用焊 接取代鉚接，省去連接緊固件和密封膠圈減重效益又有12%。但是傳統(tǒng)的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲在制備過程中鋰容易被氧化，鋰的燒 損率高，鋁鋰合金焊絲盤條表面粗糙、劃痕深，且擠壓接頭強度低，拉絲時易斷裂，生產(chǎn)效率 低，環(huán)境污染嚴重，所制備的焊絲力學(xué)性能不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種力學(xué)性能好的SAL2195鋁鋰 合金TIG/MIG焊絲配方體系，以滿足2195鋁鋰合金對焊接工藝的需求。本發(fā)明的另一目的是提供一種在制備過程中鋰的燒損率低，降低環(huán)境污染的制備 SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
一種SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲，所述焊絲采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金系統(tǒng)，各 組分的重量百分含量為Li 0. 5 1.5%、Mg 0.5 1.5%、Cu 3. 5 4. 5%、Zr 0. 1 0. 25%,Ce 0. 1 0. 2%，其余為 Al。本發(fā)明所述的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的制備方法，按以下步驟進行
a、將配比量的Li、Mg、Cu,Zr , Ce和Al采用真空感應(yīng)爐熔煉，熔煉溫度為630°C 6600C，純化真空度為1 X 10 — 3I^a 2 X 10 — 3Pa,熔煉后在氬氣的保護下進行澆鑄得鑄錠，氬 氣流量為8 IOml / s ；
b、去除鑄錠表面及兩頭的雜物后在500 550°C溫度下進行連續(xù)擠壓制得合金盤條；
c、將合金盤條經(jīng)過粗、中、精拉絲后，再進行刮削清洗處理即得所述焊絲。進一步地，步驟a中所采用的純化真空度為1. 35 X 10-3Pa時效果最佳。進一步地，步驟c中刮削清洗采用旋轉(zhuǎn)式三角孔刮刀。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個方面
1、采用真空熔煉吹氬澆鑄工藝制備鋁鋰合金鑄錠，解決了鑄錠時合金中鋰容易被氧化 的問題，鋰的燒損率可控制在3%以內(nèi)。2、采用熱溶連續(xù)擠壓工藝制備鋁鋰合金盤條。原工藝為冷擠壓，新工藝為擠壓時 把鋁鋰合金錠預(yù)熱至500 550°C，解決了原來冷壓時鋁鋰合金焊絲盤條表面粗糙、劃痕 深，且擠壓接頭強度低的問題，使得在后續(xù)工序拉絲時不易斷裂，提高了生產(chǎn)效率。3、采用刮削清洗工藝制備鋁鋰合金焊絲。原工藝為拉絲時采用強酸(硝酸+硫酸 +磷酸)加熱至120°C清洗焊絲表面氧化物，而新工藝為拉絲時采用旋轉(zhuǎn)式三角孔刮刀進行 刮削清洗，避免了傳統(tǒng)化學(xué)清洗工藝帶來的環(huán)境污染問題。4、現(xiàn)有技術(shù)中的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的力學(xué)性能一般為抗拉強度 σ t為460ΜΡ a，屈服強度σ 0. 2為370ΜΡ a、接頭延伸率δ為7%、彎曲角a為12°、強 度系數(shù)η為70%。而本發(fā)明的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲在原料中加入微量的稀土元 素Ce，達到了彌散強化晶格結(jié)構(gòu)、改善共晶分布形態(tài)、強化焊縫凝固組織的目的，力學(xué)性能 有較大的改善，抗拉強度σ L·為550 600ΜΡ a，屈服強度σ 0. 2為450 500ΜΡ a、接頭 延伸率δ為8 10%、彎曲角a為12 18°、強度系數(shù)η為80 85%。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用 于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例1
一種SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲，所述焊絲采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金系統(tǒng)， 制造時各組分的重量百分含量為Li 1.08%, Mg 0.69%, Cu 3. 96%, Zr 0. 14%, Ce 0. 15%、其余為Al。按以下步驟的方法制備
a、將配比量的Li、Mg、Cu、Zr、Ce和Al采用真空感應(yīng)爐進行熔煉，熔煉溫度為650°C左 右，真空度為1X10 —3Pa,熔煉后在氬氣的保護下進行澆鑄得鑄錠，氬氣流量為8ml / s左 右；
b、去除鑄錠表面及兩頭的雜物后在500°C溫度下進行連續(xù)擠壓制得合金盤條；
C、將合金盤條經(jīng)過粗、中、精拉絲后，用旋轉(zhuǎn)式三角孔刮刀進行刮削清洗處理即得所述 焊絲。實施例2
一種SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲，所述焊絲采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金系統(tǒng)，制 造時各組分的重量百分含量為Li 0. 5%,Mg 1. 5%,Cu 3. 5%、Zr 0. 25%,Ce 0. 1%、其余 為Al。按實施例1所述的方法制備，其中熔煉溫度為630°C，真空度為1 X 10 — 3Pa,氬氣流 量為IOml / s，在525°C溫度下進行連續(xù)擠壓。實施例3
一種SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲，所述焊絲采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金系統(tǒng)，制 造時各組分的重量百分含量為Li 1.5%、Mg 0.5%、Cu 4. 5%, Zr 0.1%、Ce 0.2%、其余 為Al。按實施例1所述的方法制備，其中熔煉溫度為660°C，真空度為2 X 10 — 3Pa,氬氣流 量為9ml / s，在550°C溫度下進行連續(xù)擠壓。實施例4
一種SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲，所述焊絲采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金系統(tǒng)，制 造時各組分的重量百分含量為Li 1. 3%,Mg 1. 3%,Cu 4. 2%,Zr 0. 2%,Ce 0. 16%、其余 為Al。按實施例3所述的方法制備。本發(fā)明的各實施例所得焊絲的焊接接頭力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表1。表 權(quán)利要求
1.SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲，其特征在于，制造時所使用的原料包括以下重量百 分數(shù)的各組分Li 0. 5 1.5%、Mg 0. 5 1.5%、Cu 3. 5 4. 5%、Zr 0.1 0.25%、 Ce 0. 1 0. 2%，其余為 Al。
2.權(quán)利要求1所述的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的制備方法，其特征在于，按以下 步驟進行a、將配比量的Li、Mg、Cu,Zr , Ce和Al采用真空感應(yīng)爐熔煉，熔煉溫度為630°C 6600C，純化真空度為1 X 10 — 3I^a 2 X 10 — 3Pa,熔煉后在氬氣的保護下進行澆鑄得鑄錠，氬 氣流量為8 IOml / s ；b、去除鑄錠表面及兩頭的雜物后在500 550°C溫度下進行連續(xù)擠壓制得合金盤條；c、將合金盤條經(jīng)過粗、中、精拉絲后，再進行刮削清洗處理即得所述焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的制備方法，其特征在于 步驟a中所采用的純化真空度為1. 35 X 10 — 3Pa0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的制備方法，其特征在于 步驟c中刮削清洗采用旋轉(zhuǎn)式三角孔刮刀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲及其制備方法，制造時所使用的原料包括以下重量百分數(shù)的各組分Li 0.5～1.5%、Mg 0.5～1.5%、Cu 3.5～4.5％、Zr0.1～0.25％、Ce 0.1～0.2％，其余為Al。本發(fā)明的SAL2195鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的制備方法，按以下步驟進行a、混合原料采用真空感應(yīng)爐熔煉，再在氬氣的保護下進行澆鑄；b、擠壓制得合金盤條；c、將合金盤條經(jīng)過粗、中、精拉絲后，再進行刮削清洗得所述焊絲。本發(fā)明制備的鋁鋰合金TIG/MIG焊絲的燒傷率低，不易斷裂，力學(xué)性能好。
文檔編號B23K35/28GK102145440SQ20111009671
公開日2011年8月10日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者何成旦, 傅開武 申請人:蘭州威特焊材爐料有限公司