專利名稱：高性能鋁合金自動(dòng)焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料類的焊接材料，具體涉及ー種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲。
背景技術(shù)：
目前，在五金行業(yè)、家電行業(yè)、制冷行業(yè)、汽車行業(yè)，大量采用高強(qiáng)鋁合金結(jié)構(gòu)。近幾年，在高鐵、輕軌列車“輕量化制造”的需求帶動(dòng)下，高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)用越來越廣泛，但是，高強(qiáng)鋁合金的焊接問題始終未能很好地解決，特別是焊縫氣孔問題、焊縫裂紋問題以及焊縫強(qiáng)度低于母材的問題，嚴(yán)重地制約了高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)用。解決高強(qiáng)鋁合金的焊接難題，主要途徑之一是選擇高性能焊機(jī)，另一途徑就是研發(fā)、生產(chǎn)性能優(yōu)異的高性能鋁合金焊絲。本項(xiàng)發(fā)明“高性能鋁合金自動(dòng)焊絲”，即是在上述技術(shù)背景下完成的。
發(fā)明內(nèi)容
本項(xiàng)發(fā)明的目的是提供一種焊縫氣孔少、焊縫裂紋少、焊縫強(qiáng)度接近母材強(qiáng)度，可用于MIG焊、TIG焊、激光焊以及復(fù)合熱源焊接方法的自動(dòng)或半自動(dòng)焊接的高性能鋁合金焊絲。為此，本項(xiàng)發(fā)明的高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. 01% O. 5% 的 Zr，O. 01% O. 5% 的 Sc，O. 06% 3. 0% 的 Li，O. 01 % O. 5% 的 Er2O3,0. 01% O. 5%的 Pr，O. 05% O. 20%的 Cr，O. 05% O. 20%的 Mn，O. 05% O. 25%的 Ti，4. 5% 6. 2%的Mg,余量為Al,滿足了上述要求。本項(xiàng)發(fā)明的高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，使用市售的鋁錠、鎂錠、氧化鉺、金屬Pr、金屬Li、鋁鋯合金、鋁鈧合金，采用常規(guī)冶煉方式按設(shè)計(jì)成分配比，冶煉時(shí)加入經(jīng)優(yōu)化篩選確定的“覆蓋剤”、“除氣劑”冶煉、連鑄，可得到棒(線)材。通過退火、剝皮拉拔，即得到絲材。經(jīng)過清洗、上盤，即得到可用于自動(dòng)焊接的焊絲。也可經(jīng)過校直、切斷，得到直絲。本發(fā)明產(chǎn)品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及復(fù)合熱源焊接方法，用于鋁結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)或半自動(dòng)焊接。本發(fā)明基于鋁焊絲是ー種柱狀強(qiáng)度相對較差的柔軟材料，并且在熔融時(shí)對氫溶解度極敏感的難題，添加稀土元素Er2O3和金屬Pr解決了冶煉與焊接時(shí)的氫溶解問題，可將焊絲或焊縫中氫氣含量控制在< O. 4ml/100g金屬范圍。通過對焊絲成分優(yōu)化，在優(yōu)化后的成分范圍，新發(fā)明的鋁焊絲表面拋光度、焊絲清潔度、焊絲直徑控制以及焊絲翹距和螺旋問題均達(dá)到要求。
具體實(shí)施方案本項(xiàng)發(fā)明主要解決了以下關(guān)鍵性問題I)通過同時(shí)添加微量稀土元素Er2O3和金屬Pr，解決了鋁合金焊絲在冶煉、焊接時(shí)的氫溶解問題，可將焊絲或焊縫中氫氣含量控制在< O. 4ml/100g金屬范圍。在上述范圍內(nèi)，焊縫無氣孔缺陷產(chǎn)生，保證了焊縫質(zhì)量。2)經(jīng)過10組約150個(gè)合金配方試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)合金元素Cr、Mn、Mg的范圍內(nèi)，同時(shí)加入微量的Zr、SC、Li、Er203、Pr元素，可以提高并保證焊絲及焊縫具有較高的抗拉強(qiáng)度和較高的塑性，滿足了 5356、5083、5087、6N01等高強(qiáng)鋁合金焊接的要求。3)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)發(fā)明的高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其Zr、Sc、Er2O3, Pr元素的含量必須控制在O. 01% O. 5%范圍，且O. 01% O. 5%的加入量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))必須控制在Zr Sc Er2O3 : Pr = I : I : I : I的含量水平；它們與Li元素的比例必須控制在Me : Li = I : 6的水平(Me = Zr、Sc、Er2O3、Pr)。在上述成分范圍內(nèi)，本項(xiàng)發(fā)明的高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，具有最佳的抗氣孔性能、焊縫力學(xué)性能和焊絲加工性能。與以往研究相比，本發(fā)明的創(chuàng)造性在于一、研究發(fā)現(xiàn)并證明了微量稀土元素Er2O3和金屬Pr的抗氣孔能力，解決了鋁合金 焊絲在冶煉、焊接時(shí)的氫溶解問題，不僅可將焊絲或焊縫中氫氣含量控制在< O. 4ml/100g金屬(O. 4ml/100g金屬，是目前國內(nèi)外公認(rèn)的高性能鋁合金焊絲氫氣含量的臨界值)范圍，從而確保焊縫無氣孔缺陷產(chǎn)生，還研究確定了 Er2O3和金屬Pr的最佳添加范圍分別為O. 01% O. 5% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。需要特別指出的是，研究發(fā)現(xiàn)冶煉時(shí)加入的“氧化鉺(Er2O3) ”、“金屬鐠(Pr) ”，必須分別滿足GB/T 15678-2010《氧化鉺》中的“ 121040”牌號(hào)品質(zhì)、GB/T 19395-2003《金屬鐠》中的“034030”牌號(hào)品質(zhì)，以保證氧化鉺、金屬鐠中帶入的其它雜質(zhì)的量不影響本發(fā)明“高性能鋁合金自動(dòng)焊絲”的性能。ニ、研究發(fā)現(xiàn)了本發(fā)明的鋁合金焊絲，其Zr、Sc、Er2O3, Pr元素的含量必須控制在0.01 % O. 5%范圍，且0.01 % 0.5%的加入量(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))必須控制在Zr Sc Er2O3 : Pr = I : I : I : I的含量水平；它們與Li元素的比例必須控制在Me : Li = I : 6的水平(Me = Zr、Sc、Er2O3、Pr)。在上述成分范圍內(nèi)，本項(xiàng)發(fā)明的高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，具有最佳的抗氣孔性能、焊縫力學(xué)性能和焊絲加工性能。試驗(yàn)中嘗試了 Zr Sc Er2O3 Pr的比例偏離I : I : I : I的幅度在5% 200%的情況。發(fā)現(xiàn)不僅焊縫力學(xué)性能會(huì)發(fā)生大幅度下降(下降幅度為10% 40%)，焊縫氣孔發(fā)生率以及氣孔數(shù)量提高50% 100%。試驗(yàn)還研究了Me : Li = I : 6 的比例(Me = Zr、Sc、Er2O3、Pr)偏離 I : 6 的幅度在5% 200%的情況。發(fā)現(xiàn)焊縫氣孔發(fā)生率以及氣孔數(shù)量提高20% 30%，但是焊縫力學(xué)性能下降幅度為20% 50%。根據(jù)本發(fā)明的“高性能鋁合金自動(dòng)焊絲”的質(zhì)量配方比，敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例一ー種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. 01 %的Zr，0.01%的 Sc, O. 06% 的 Li, O. 01% 的 Er2O3,0. 01% 的 Pr, O. 20% 的 Cr, O. 20% 的 Mn，O. 05% 的 Ti,6. 2%的Mg，余量為Al，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)良。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的5083鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為320MPa±40MPa。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的6N01鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為310MPa±35MPa。實(shí)施例ニー種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. 5%的Zr，O. 5%的Sc, 3. 0% 的 Li，0. 5% 的 Er2O3,0. 5% 的 Pr，O. 05% 的 Cr，O. 05% 的 Mn，O. 25% 的 Ti，4. 5% 的Mg，余量為Al，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)良。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的5083鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為320MPa±40MPa。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的6N01鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為310MPa±35MPa。實(shí)施例三 ー種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. I %的Zr，O. I %的Sc,O. 6%的 Li，O. 1%的 Er203，0. 1%的 Pr，0. 10%的 Cr，O. 10%的 Mn，O. 15%的 Ti，5. 0%的Mg，余量為Al，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)良。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的5083鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為320MPa±40MPa。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的6N01鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為310MPa±35MPa。實(shí)施例四ー種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. 25%的Zr，0. 25%的 Sc，I. 5% 的 Li，O. 25% 的 Er2O3,0. 25 % 的 Pr，O. 15% 的 Cr，O. 15% 的 Mn，O. 10 % 的 Ti，
4.8%的Mg，余量為Al，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)良。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的5083鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為320MPa±40MPa。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的6N01鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為310MPa±35MPa。實(shí)施例五ー種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. 14%的Zr，0. 14%的 Sc，O. 84% 的 Li，O. 14% 的 Er2O3,0. 14% 的 Pr，O. 12% 的 Cr，O. 13% 的 Mn，O. 12% 的 Ti，
5.2%的Mg，余量為Al，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)良。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的5083鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為320MPa±40MPa。采用直徑為2mm的焊絲，焊接厚度為IOmm的6N01鋁合金試板，焊接電流為280A、焊接電弧電壓為24V、焊接速度為20m/h，氬氣氣體流量為22L/min.(升/分鐘)，采用MIG自動(dòng)焊對接單道焊接，焊縫抗拉強(qiáng)度為310MPa±35MPa。
權(quán)利要求
1.一種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，屬于金屬材料類的焊接材料，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0. 01% 0. 5%的 Zr，0. 01% 0. 5%的 Sc，0. 06% 3. 0%的 Li，0. 01 % 0. 5%的Er2O3,0. 01% 0. 5% 的 Pr，0. 05% 0. 20% 的 Cr，0. 05% 0. 20% 的Mn，0. 05% 0. 25%的 Ti,4. 5%~ 6. 2%的 Mg，余量為 Al。
全文摘要
一種高性能鋁合金自動(dòng)焊絲，屬于金屬材料類的焊接材料，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是0.01％～0.5％的Zr，0.01％～0.5％的Sc，0.06％～3.0％的Li，0.01％～0.5％的Er2O3，0.01％～0.5％的Pr，0.05％～0.20％的Cr，0.05％～0.20％的Mn，0.05％～0.25％的Ti，4.5％～6.2％的Mg，余量為Al。使用市售的鋁錠、鎂錠、氧化鉺、金屬Pr、金屬Li、鋁鋯合金、鋁鈧合金，采用常規(guī)冶煉方式按設(shè)計(jì)成分配比，冶煉時(shí)加入經(jīng)優(yōu)化篩選確定的“覆蓋劑”、“除氣劑”冶煉、連鑄，可得到棒(線)材。通過退火、剝皮拉拔，即得到絲材。經(jīng)過清洗、上盤，即得到可用于自動(dòng)焊接的焊絲。也可經(jīng)過校直、切斷，得到直絲。本發(fā)明產(chǎn)品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及復(fù)合熱源焊接方法，用于鋁結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)或半自動(dòng)焊接。
文檔編號(hào)B23K35/28GK102699564SQ201210146910
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者林中強(qiáng) 申請人:浙江宇光鋁材有限公司