本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域的焊接材料，特別用于鋁及鋁合金、鎂及鎂合金或銅及銅合金焊絲或焊條的制備。

背景技術(shù)：

鋁及鋁合金、鎂及鎂合金密度小，比強(qiáng)度高，抗震減噪性好，承受沖擊載荷能力大等性能優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制造業(yè)中輕金屬結(jié)構(gòu)材料。銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，在有傳熱效率和低電阻要求的結(jié)構(gòu)中也得到廣泛的應(yīng)用。其中，焊接技術(shù)作為關(guān)鍵制造技術(shù)對上述合金材料的結(jié)構(gòu)安全性和服役性能具有重要的影響。鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、銅及銅合金焊接的主要問題是接頭中的裂紋、氣孔、變形和腐蝕問題。焊縫組織晶粒細(xì)化可增加晶界總長與面積，分割焊縫為若干細(xì)小的晶粒單元，消除宏觀偏析、使低熔點(diǎn)相均勻分布；同時，液體收縮單元體積減小，緩解了體積應(yīng)力與熱應(yīng)力，提高了抗裂敏感性；根據(jù)Holl-Petch關(guān)系，晶粒細(xì)化能有效提高材料的強(qiáng)度而不損害其塑性與韌性。由此可知，焊縫金屬的晶粒細(xì)化對保障焊接質(zhì)量具有重要的意義。

對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索可知，為了獲得細(xì)小的焊縫組織，美國專利US20080193792A1和中國專利CN 201210398811.2公開了一種Ti、B微合金化鋁合金焊絲，焊縫中形成了TiB₂和TiC顆粒，顯著細(xì)化了鋁合金焊縫組織。但是，如果在焊縫中形成了Al₃Ti顆粒，伴隨焊縫中過量自由Ti的存在，會大大降低鋁合金焊縫的性能；WO 1999017903A1公開了一種Ti、Zr微合金化的鋁合金焊絲，具有高的強(qiáng)度和高的抗裂性，除了過量自由Ti的危害之外，過量Zr的存在導(dǎo)致粗大針狀金屬間化合物的產(chǎn)生，容易導(dǎo)致焊絲在拉拔過程中發(fā)生斷裂；專利EP1775037A1公開了一種Zr微合金化的鎂合金制備方法，但是在連續(xù)拉拔或擠壓過程中需要進(jìn)行中間處理工藝，而單獨(dú)的Zr微合金化并不能滿足焊縫具有足夠的強(qiáng)度。

另外，隨著合金含量的增加，合金的液固溫度區(qū)間變寬，裂紋敏感性增加；還可能降低合金的耐蝕性，同時增加了制造成本，比如CN 201010219084.X公開的一種鎂合金焊絲及制備方法，大量的使用了稀土元素。如果在焊縫凝固過程中引入外場，比如磁場、超聲波、振動場，通常可以獲得細(xì)化的焊縫組織。但是，由于外場形成設(shè)備的使用增加了工藝成本和設(shè)備成本，在很多場合并不實(shí)用。

因此，很有必要開發(fā)一種鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、或銅及銅合金焊絲(焊條)的制備方法解決該類合金現(xiàn)有的焊接問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有細(xì)小晶粒組織的焊絲或焊條的制備方法，用該方法制備的焊絲焊接后具有細(xì)小的焊縫組織，較高的力學(xué)性能，和高的抗氣孔敏感性、高的抗裂性和高的耐蝕性。焊縫具有細(xì)小的晶粒組織，保證焊縫的力學(xué)性能與被焊接材料相當(dāng)；由于焊縫組織晶粒細(xì)小，因此焊縫金屬具有高的抗裂性、抗氣孔性，焊接殘余應(yīng)力較小。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種具有細(xì)小晶粒組織的焊絲或焊條的制備方法，包括如下步驟，包括：合金的熔煉、澆注、連鑄、擠壓或拉拔，最后成絲。

步驟1，對鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、銅、銅合金或其任意組合物進(jìn)行熔煉形成熔體；

步驟2，熔煉結(jié)束后，在保護(hù)氣氛中冷卻至低于液相線溫度高于固相線溫度；

步驟3，給熔體施加強(qiáng)烈攪拌，使熔體中的氧化膜發(fā)生破碎形成相應(yīng)納米尺度的MgO、Al₂O₃或Cu₂O顆粒，或者加入人工合成的MgO、Al2O3或Cu2O顆粒，并使其均勻分布于熔體中；

步驟4，進(jìn)行澆注，對鑄錠進(jìn)行拉拔，形成焊絲或焊條。

本發(fā)明原理為：鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、或銅及銅合金熔點(diǎn)較低，化學(xué)活性大，很容易在空氣中、熔體中發(fā)生氧化，在合金材料的表面或熔體的表面形成氧化膜。這些氧化膜在空氣中容易吸附水分，熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于合金熔體，在焊接熔池中容易引起氣孔。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這些氧化膜是由大量的鎂、鋁或銅的氧化物顆粒組成。在熔體中將這些氧化膜破碎形成納米尺度的顆粒，可以很好的作為凝固組織的細(xì)化劑。然而，在通常情況下，這些納米尺度的氧化物顆粒聚集成團(tuán)裝或膜狀，不具備細(xì)化劑細(xì)化凝固組織的能力。在焊絲鑄錠(連鑄)的合金熔體澆注前破碎氧化膜形成(或加入人工合成的)納米尺度的MgO、Al₂O₃或Cu₂O顆粒，在焊絲中均勻分布。根據(jù)所述方法制備的焊絲與鎢極氬弧焊、金屬極惰性氣體保護(hù)焊或金屬極活性氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，或者進(jìn)行釬焊，這些在焊絲中均勻分布的納米尺度的顆粒在焊接熔池中扮演細(xì)化劑的角色，可以顯著地細(xì)化焊縫的凝固組織。有效的提高了抗裂性和抗氣孔敏感性，焊縫凝固過程中的組織應(yīng)力、熱應(yīng)力和拘束應(yīng)力等都顯著降低。

利用制備好的焊絲進(jìn)行鎢極氬弧焊(TIG)，或者金屬極氣體保護(hù)焊(MIG或MAG)或者釬焊，該類合金焊縫金屬具有細(xì)小的晶粒組織和優(yōu)良性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法制備的焊絲焊接后焊縫金屬具有細(xì)小的晶粒組織；焊縫的化學(xué)成分與母材基本一致，因此，具有良好的耐蝕性；由于焊縫組織細(xì)小，焊縫的抗氣孔性和抗裂性均很好，同時，接頭的焊接殘余應(yīng)力和變形也得到了顯著地抑制。

附圖說明

圖1a用本發(fā)明方法制備的鋁合金焊絲鑄錠的組織；

圖1b普通鋁合金鑄錠的組織；

圖2a用本發(fā)明方法制備的紫銅焊絲鑄錠的組織；

圖2b普通紫銅鑄錠的組織；

圖3a用本發(fā)明制備的AZ31鎂合金焊絲的焊縫組織；

圖3b普通AZ31鎂合金焊絲的焊縫組織。

圖4a用本發(fā)明制備的AZ91D鎂合金焊絲鑄錠的組織；

圖4b普通AZ91D鎂合金鑄錠的組織。

具體實(shí)施方式

下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

選擇Al-5Mg合金進(jìn)行熔煉，熔煉結(jié)束后讓Al-5Mg合金熔體在保護(hù)氣氛中隨爐冷卻，等冷卻到低于液相線溫度接近但高于固相線溫度時，給熔體施加強(qiáng)烈攪拌，使Al-5Mg熔體中的氧化膜發(fā)生破碎形成納米尺度的MgO和MgAl氧化物顆粒，并使其均勻分布于熔體中，然后進(jìn)行澆注。用本發(fā)明方法制備的焊絲鑄錠的組織組織細(xì)小，平均尺寸400μm，常規(guī)鑄錠的組織900μm，效果顯著，如圖1所示。

實(shí)施例2：

選擇紫銅(純銅)進(jìn)行熔煉，熔煉結(jié)束后讓紫銅熔體在保護(hù)氣氛中隨爐冷卻，等冷卻到低于液相線溫度接近但高于固相線溫度時，給熔體施加強(qiáng)烈攪拌，使紫銅熔體中的氧化膜發(fā)生破碎形成納米尺度的Cu₂O氧化物顆粒，并使其均勻分布于熔體中，然后進(jìn)行澆注。用本發(fā)明方法制備的焊絲鑄錠的組織組織細(xì)小，與常規(guī)鑄錠的組織相比，效果顯著，如圖2所示。

實(shí)施例3：

選擇AZ31鎂合金進(jìn)行熔煉，熔煉結(jié)束后讓AZ31熔體在保護(hù)氣氛中隨爐冷卻，等冷卻到低于液相線溫度接近但高于固相線溫度時，給熔體施加強(qiáng)烈攪拌，使AZ31熔體中的氧化膜發(fā)生破碎形成納米尺度的MgO氧化物顆粒，并使其均勻分布于熔體中，然后進(jìn)行澆注，對鑄錠進(jìn)行拉拔，最后制備出焊絲。用本發(fā)明方法制備的焊絲進(jìn)行鎢極氬弧焊，焊縫組織細(xì)小，平均尺寸40-70μm，普通鎂合金焊絲焊接后焊縫的組織為120-200μm，與普通鎂合金焊絲的焊縫相比，本發(fā)明方法獲得的焊絲的焊縫組織細(xì)化效果顯著，如圖3所示。

實(shí)施例4：

選擇AZ91D鎂合金進(jìn)行熔煉，熔煉結(jié)束后讓AZ91D鎂合金熔體在保護(hù)氣氛中隨爐冷卻，等冷卻到低于液相線溫度接近但高于固相線溫度時，在熔體中加入人工合成的納米尺度的MgO氧化物顆粒，并使其均勻分布于熔體中，然后進(jìn)行澆注。用本發(fā)明方法制備的焊絲鑄錠的組織組織細(xì)小，平均尺寸80μm，常規(guī)鑄錠的組織200μm，與常規(guī)鑄錠的組織相比效果顯著，如圖4所示。

由圖1-圖4可見，用本發(fā)明方法制備的鋁合金、紫銅(純銅)、鎂合金焊絲鑄錠(焊縫)具有細(xì)小的晶粒組織，可以顯著改善該類合金焊縫的抗氣孔性、抗熱裂性和優(yōu)良的力學(xué)性能和耐蝕性能，實(shí)施效果良好。用本發(fā)明制備的焊絲或焊條，通過鑄錠的拉拔或擠壓制造；焊絲或焊條的化學(xué)成分與被焊接材料的化學(xué)成分相同或不同；用本發(fā)明制備的焊絲或焊條焊接后焊縫的晶粒組織細(xì)小，焊縫的抗裂性好，抗氣孔敏感性高，力學(xué)性能優(yōu)良。用本發(fā)明制備的焊絲或焊條，特別適合于鎂及鎂合金、鋁及鋁合金或銅及銅合金的熔化焊、釬焊或焊接修復(fù)。