CN101941122B - 耐蚀铝镁钪合金配用焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝及其制备方法。该焊丝组成包括，Mg 3.0～5.0wt％，Zr 0.1～0.2wt％，Sc 0.1～0.2wt％，Mn 0.2～0.3wt％，Ti 0.05～0.15wt％，Cr 0.05～0.25wt％，Ce 0.01～0.05wt％，Y 0.01～0.05wt％，余量为Al。该耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法包括如下步骤：(1)配制铝基中间合金；(2)合金原料配制；(3)合金精炼；(4)测量含氢量；(5)铸锭；(6)挤压及拉拔成型。本发明适用于飞机燃料箱、火箭贮箱焊接生产的需要，其焊缝可获得较高的接头综合力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术，具体涉及一种适用于铝镁钪合金的焊丝及其制备方法。
背景技术
耐蚀铝镁钪合金比强度高、塑韧性好、耐蚀性能和焊接性能优异，是继Al-Li合金之后又一种航天、航空大型结构件的储备材料。耐蚀铝钪合金具有较高的屈服强度和拉伸强度，是飞机燃料箱和火箭贮箱优先考虑的材料。近年来随着航空航天工业的发展，耐蚀铝镁钪合金的应用提到日程。
铝镁钪合金在大型结构件上的应用离不开焊接技术，铝镁钪合金基本是在原5系合金5A06基础上发展而成的，因此可以采用ER5356、ER5556及5B06铝镁焊丝焊接，采用此类焊丝焊接虽可获得一定质量的接头，但无论在抗裂性、抗应力腐蚀性能还是接头综合力学性能上均无法满足设计要求；此外还有一种含钪铝镁焊丝，为Al-Zn-Mg-Sc焊丝，是专用于Al-Zn-Mg 7系铝合金(如7A52、7005)的焊接，焊丝较高的Zn含量(1％)，对焊接5系的铝镁钪合金，会增强接头脆性和裂纹敏感性。
因此，现有焊丝均无法最大限度的发挥铝镁钪合金的优势；这就迫切需要研制出抗热裂和抗应力腐蚀性能更佳的高强度铝焊丝，特别是能提高接头综合性能的焊丝，以最大限度的满足新型耐蚀铝镁钪合金的使用性能和使用范围。
由于耐蚀铝镁钪合金的综合性能较高，其对焊接质量的要求也同步提高，尤其对接头力学性能和应力腐蚀性能有较高要求，现行的铝镁系焊丝不足以支撑新型耐蚀铝镁钪合金的综合性能优势，无法为该合金提供良好的焊接匹配性，影响该合金的工程应用，因此对高性能配用焊丝的研制要求十分迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于耐蚀铝镁钪合金及普通铝镁合金工程化焊接用的高性能焊丝，其适用于飞机燃料箱、火箭贮箱焊接生产的需要，其焊缝可获得较高的接头综合力学性能。
为实现上述目的本发明采取如下技术方案：一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，该焊丝的组成包括：Mg，其重量百分比为3.0～5.0％；Zr，其重量百分比为0.1～0.2％；Sc，其重量百分比为0.1～0.2％；Mn，其重量百分比为0.2～0.3％；Ti，其重量百分比为0.05～0.15％；Cr，其重量百分比为0.05～0.25％；Ce，其重量百分比为0.01～0.05％；Y，其重量百分比为0.01～0.05％；余量为Al。
如上所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，该焊丝中含有的Zr和Sc的重量之比为1∶1。
如上所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，在焊丝中Zr和Sc的重量百分比之和为0.25～0.35％。
如上所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，该焊丝中Mg的重量百分比在4.0～5.0％。
本发明的另一个目的是提供一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，其可确保焊丝的化学成分控制精度、极低的含氢量和极少的氧化夹杂。
该耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法包括如下步骤：
(1)配制铝基中间合金：Al-10Mn合金，其中Mn的重量百分比为10％，余量为Al；Al-2Sc合金，其中Sc的重量百分比为2％，余量为Al；Al-10Zr合金，其中Zr的重量百分比为10％，余量为Al；Al-10Cr合金，其中Cr的重量百分比为10％，余量为Al；Al-10Ce合金，其中Ce的重量百分比为10％，余量为Al；Al-10Y合金，其中Y的重量百分比为10％，余量为Al；Al-5Ti合金，其中Ti的重量百分比为5％，余量为Al；
(2)合金原料配制：Al、Mg以纯金属形式加入，Mn、Sc、Zr、Cr、Ce、Y及Ti分别以上述铝基中间合金Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti形式加入；在总合金原料中，Mg的重量百分比为3.0～5.0％，Zr的重量百分比为0.1～0.2％，Sc的重量百分比为0.1～0.2％，Mn的重量百分比为0.2～0.3％，Ti的重量百分比为0.05～0.15％，Cr的重量百分比为0.05～0.25％，Ce的重量百分比为0.01～0.05％，Y的重量百分比为0.01～0.05％，余量为Al；
(3)合金精炼：向熔炼炉的熔池内依次加入上述合金原料中的Al及Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti铝基中间合金，升温待合金原料全部熔化后，将Mg用石墨漏斗压入熔池；熔炼温度在780～810℃，时间20～30min；共精炼三次；
(4)测量含氢量：从上述熔池内舀取少量熔融合金，在液态测氢仪中测量熔融合金的含氢量小于0.20ppm，结束测量，再对熔融合金精炼一次；
(5)铸锭：脱气扒渣后待熔融合金温度降至740～760℃进行浇铸；铸锭时先将熔融合金倒入预先准备好的中间包里，再由中间包引流进入铸锭结晶器里浇铸，得到合金铸锭；
(6)挤压及拉拔成型：对上述合金铸锭切头车圆，经420～450℃均匀化退火后挤压成直径φ6-φ8mm的盘条，再通过多道次拉拔，加工成规格尺寸可用于焊接的连续盘状焊丝。
如上所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，步骤(3)合金精炼时，采用精炼剂六氯乙烷和铍，其中六氯乙烷的加入量为合金原料总重量的0.2～0.4％，铍的加入量为合金原料总重量的1～3ppm。
如上所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，步骤(4)测量含氢量时，测量金属熔体的含氢量小于0.16ppm，结束测量。
如上所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，步骤(3)合金精炼时，升温至760～780℃使金属全部熔化。
本发明的效果在于：
本发明提供一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，其采用多元复合微合金化的方式，从而达到焊丝与母材的最佳匹配，即化学成分、理化性能相当，使焊缝获得高的强韧性配合。
由于耐蚀铝钪合金属Al-Mg系合金，所以焊丝主成分采用Al-Mg系，采用钪(Sc)加锆(Zr)的双复合添加，首先获得具有一定程度细化组织和优良性能的焊丝合金基体，在此基础上添加微合金稀土元素钇(Y)和铈(Ce)以及元素鉻(Cr)，使其与钪(Sc)、锆(Zr)形成三元或四元复合相，产生与基体更加共格的复合粒子，增大形核密度和热循环析出强化效果，提高接头耐蚀性。稀土元素钇(Y)和铈(Ce)除可与铝(Al)产生形核质点外，还可通过晶界成份和组织的改善减小接头凝固时形核的表面张力，促进接头组织的晶粒细化，提高焊接接头力学性能。锰(Mn)和钛(Ti)是作为铝合金焊丝中的常规添加元素，细化晶粒，提高接头强度和抗腐蚀能力。
采用本发明所述的焊丝焊接的耐蚀铝钪合金具有以下特点：细小的晶粒组织、低的热裂敏感性、高的抗应力腐蚀性能和接头综合力学性能。手工焊接2mm试板(氩弧焊)，接头抗拉强度427-443MPa，比未采用该钪(Sc)加锆(Zr)双复合元素焊丝的焊接接头强度高100-120MPa，接头强度系数0.95-0.99，延伸率12.3-16.0％。按GJB1742-93附录B“铝镁合金的抗应力腐蚀试验方法”进行的盐水应力腐蚀试验，在0.95Rp0.2载荷下保持1688-2117min(标准值为300min)，而未采用该钪(Sc)加锆(Zr)双复合元素焊丝的焊接接头应力腐蚀试验的保持时间为930-1055min。在抗裂性方面，采用“十字搭接方法”进行的裂纹敏感性试验，K1＝0，K2＝0，焊接性优良。
采用本发明方法制备多元微合金化含钪铝镁焊丝，可确保焊丝的化学成分控制精度、极低的含氢量和极少的氧化夹杂。细化了耐蚀铝合金焊缝区的晶粒组织，当该焊丝做填充材料时，在焊接熔池金属非平衡凝固过程中形成了Al3Sc、Al3Zr、Al3(Sc，Zr)等第二相粒子，这些粒子的晶格类型及晶胞尺寸均与基体极为相似，错配度非常小，能作为很好的非均匀形核的核心质点，使焊缝晶粒得到细化。在熔合区内主要是由很薄的一层细小的等轴晶组成，焊丝及熔化的部分母材中Al3Sc、Al3(Sc，Zr)第二相粒子成为非均匀形核核心，形成一层类似激冷层的细晶层，凝固时熔池熔体具有良好的流动性能填充液化裂纹和阻止因收缩而产生的裂纹扩展，从而显著降低焊接裂纹敏感性。固熔强化、细晶强化和析出强化极大的提高了焊接接头的综合性能。
在本发明中当加入相同含量的钪锆可显著提高单一钪对铝合金性能的增强效果，另外Y、Ce、Ti、Cr等微合金元素的加入可获得更加优异的组织性能和焊接工艺裕度，降低合金的焊接裂纹敏感性，提高接头的综合力学性能，且具有优良的耐盐水应力腐蚀性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的耐蚀铝镁钪合金配用焊丝及其制备方法作进一步描述。
实施例1
一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，按如下配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为4.5％；
Zr，其重量百分比为0.16％；
Sc，其重量百分比为0.16％；
Mn，其重量百分比为0.25％；
Ti，其重量百分比为0.08％；
Cr，其重量百分比为0.17％；
Ce，其重量百分比为0.02％；
Y，其重量百分比为0.02％；
余量为Al；
上述耐蚀铝镁钪合金配用焊丝制备具体可采用如下步骤：
(1)配制铝基中间合金：
Al-10Mn合金，其中Mn的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-2Sc合金，其中Sc的重量百分比为2％，余量为Al；
Al-10Zr合金，其中Zr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Cr合金，其中Cr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Ce合金，其中Ce的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Y合金，其中Y的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-5Ti合金，其中Ti的重量百分比为5％，余量为Al；
(2)合金原料配制：Al、Mg以纯金属形式加入，Mn、Sc、Zr、Cr、Ce、Y及Ti分别以上述铝基中间合金Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti形式加入；在总合金原料中，Mg的重量百分比为4.5％；Zr的重量百分比为0.16％；Sc的重量百分比为0.16％；Mn的重量百分比为0.25％；Ti的重量百分比为0.08％；Cr的重量百分比为0.17％；Ce的重量百分比为0.02％；Y的重量百分比为0.02％；余量为Al；
(3)合金精炼：用工频感应炉熔炼，向熔池内依次加入上述合金原料中的Al及Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti铝基中间合金，升温至780℃待合金原料全部熔化后，将Mg用石墨漏斗压入熔池；熔炼温度在790℃，时间30min。采用精炼剂为六氯乙烷(C2H6)和微量的铍(Be)，其中六氯乙烷的加入量为合金原料总重量的0.3％，铍的加入量为合金原料总重量的3ppm。精炼剂用石墨漏斗压入熔池，上下左右搅拌2-3分钟，再去除熔体表面浮渣。共精炼三次。
(4)测量含氢量：从上述熔池内舀取少量熔融合金，在液态测氢仪中测量熔融合金的含氢量小于0.20ppm，结束测量，再对熔融合金精炼一次；
(5)铸锭：脱气扒渣后待熔融合金温度降至740℃进行浇铸；铸锭时先将熔融合金倒入预先准备好的中间包里，再由中间包引流进入铸锭结晶器里浇铸，得到合金铸锭；
(6)挤压及拉拔成型：对上述合金铸锭切头车圆，经450℃均匀化退火后挤压成直径φ6mm的盘条，再通过多道次拉拔，加工成规格尺寸可用于焊接的连续盘状焊丝。
焊前处理：上述焊丝使用前需对表面进行光亮化处理，可采用焊丝穿过拔丝模刮削的方式，刮削厚度20-30μm；或采用除油、碱洗、酸中和、水洗、烘干的方式清理焊丝表面。
采用上述焊丝对耐蚀铝钪合金母材进行手工氩弧焊焊接，焊接后取10片试样，其焊接接头力学性能见表1。
表1 耐蚀铝钪合金焊接接头力学性能
实施例2
一种多元微合金化含钪铝镁焊丝，按配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为4.0％；
Zr，其重量百分比为0.13％；
Sc，其重量百分比为0.14％；
Mn，其重量百分比为0.28％；
Ti，其重量百分比为0.07％；
Cr，其重量百分比为0.16％；
Ce，其重量百分比为0.02％；
Y，其重量百分比为0.02％；
余量为Al；
上述耐蚀铝镁钪合金配用焊丝制备具体可采用如下步骤：
(1)配制铝基中间合金：
Al-10Mn合金，其中Mn的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-2Sc合金，其中Sc的重量百分比为2％，余量为Al；
Al-10Zr合金，其中Zr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Cr合金，其中Cr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Ce合金，其中Ce的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Y合金，其中Y的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-5Ti合金，其中Ti的重量百分比为5％，余量为Al；
(2)合金原料配制：Al、Mg以纯金属形式加入，Mn、Sc、Zr、Cr、Ce、Y及Ti分别以上述铝基中间合金Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti形式加入；在总合金原料中，Mg的重量百分比为4.0％；Zr的重量百分比为0.13％；Sc的重量百分比为0.14％；Mn的重量百分比为0.28％；Ti的重量百分比为0.07％；Cr的重量百分比为0.16％；Ce的重量百分比为0.02％；Y的重量百分比为0.02％；余量为Al；
(3)合金精炼：用工频感应炉熔炼，向熔池内依次加入上述合金原料中的Al及Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti铝基中间合金，升温至760℃待合金原料全部熔化后，将Mg用石墨漏斗压入熔池；熔炼温度在780℃，时间20min。采用精炼剂为六氯乙烷(C2H6)和微量的铍(Be)，其中六氯乙烷的加入量为合金原料总重量的0.2％，铍的加入量为合金原料总重量的1ppm。精炼剂用石墨漏斗压入熔池，上下左右搅拌2-3分钟，再去除熔体表面浮渣。共精炼三次。
(4)测量含氢量：从上述熔池内舀取少量熔融合金，在液态测氢仪中测量熔融合金的含氢量小于0.16ppm，结束测量，再对熔融合金精炼一次；
(5)铸锭：脱气扒渣后待熔融合金温度降至750℃进行浇铸；铸锭时先将熔融合金倒入预先准备好的中间包里，再由中间包引流进入铸锭结晶器里浇铸，得到合金铸锭；
(6)挤压及拉拔成型：对上述合金铸锭切头车圆，经440℃均匀化退火后挤压成直径φ7mm的盘条，再通过多道次拉拔，加工成规格尺寸可用于焊接的连续盘状焊丝。
焊前处理：上述焊丝使用前需对表面进行光亮化处理，可采用焊丝穿过拔丝模刮削的方式，刮削厚度20-30μm；或采用除油、碱洗、酸中和、水洗、烘干的方式清理焊丝表面。
采用上述焊丝对耐蚀铝钪合金母材进行手工氩弧焊焊接，焊接后取10片试样，其焊接接头力学性能见表2。
表2 耐蚀铝钪合金焊接接头力学性能
实施例3
一种多元微合金化含钪铝镁焊丝，按配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为4.0％；
Zr，其重量百分比为0.14％；
Sc，其重量百分比为0.14％；
Mn，其重量百分比为0.3％；
Ti，其重量百分比为0.09％；
Cr，其重量百分比为0.15％；
Ce，其重量百分比为0.02％；
Y，其重量百分比为0.02％；
余量为Al；
上述耐蚀铝镁钪合金配用焊丝制备具体可采用如下步骤：
(1)配制铝基中间合金：
Al-10Mn合金，其中Mn的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-2Sc合金，其中Sc的重量百分比为2％，余量为Al；
Al-10Zr合金，其中Zr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Cr合金，其中Cr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Ce合金，其中Ce的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Y合金，其中Y的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-5Ti合金，其中Ti的重量百分比为5％，余量为Al；
(2)合金原料配制：Al、Mg以纯金属形式加入，Mn、Sc、Zr、Cr、Ce、Y及Ti分别以上述铝基中间合金Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti形式加入；在总合金原料中，Mg的重量百分比为4.0％；Zr的重量百分比为0.14％；Sc的重量百分比为0.14％；Mn的重量百分比为0.3％；Ti的重量百分比为0.09％；Cr的重量百分比为0.15％；Ce的重量百分比为0.02％；Y的重量百分比为0.02％；余量为Al；
(3)合金精炼：用工频感应炉熔炼，向熔池内依次加入上述合金原料中的Al及Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti铝基中间合金，升温至770℃待合金原料全部熔化后，将Mg用石墨漏斗压入熔池；熔炼温度在810℃，时间25min。采用精炼剂为六氯乙烷(C2H6)和微量的铍(Be)，其中六氯乙烷的加入量为合金原料总重量的0.4％，铍的加入量为合金原料总重量的2ppm。精炼剂用石墨漏斗压入熔池，上下左右搅拌2-3分钟，再去除熔体表面浮渣。共精炼三次。
(4)测量含氢量：从上述熔池内舀取少量熔融合金，在液态测氢仪中测量熔融合金的含氢量小于0.16ppm，结束测量，再对熔融合金精炼一次；
(5)铸锭：脱气扒渣后待熔融合金温度降至750℃进行浇铸；铸锭时先将熔融合金倒入预先准备好的中间包里，再由中间包引流进入铸锭结晶器里浇铸，得到合金铸锭；
(6)挤压及拉拔成型：对上述合金铸锭切头车圆，经420℃均匀化退火后挤压成直径φ6mm的盘条，再通过多道次拉拔，加工成规格尺寸可用于焊接的连续盘状焊丝。
焊前处理：焊丝使用前需对表面进行光亮化处理，可采用焊丝穿过拔丝模刮削的方式，刮削厚度20-30μm；或采用除油、碱洗、酸中和、水洗、烘干的方式清理焊丝表面。
采用上述化学成分制造的焊丝对耐蚀铝钪合金母材进行手工氩弧焊焊接，焊接接头力学性能见表3。
表3 耐蚀铝钪合金焊接接头力学性能
实施例4
一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，按如下配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为3.5％；
Zr，其重量百分比为0.125％；
Sc，其重量百分比为0.125％；
Mn，其重量百分比为0.3％；
Ti，其重量百分比为0.09％；
Cr，其重量百分比为0.15％；
Ce，其重量百分比为0.02％；
Y，其重量百分比为0.02％；
余量为Al；
上述耐蚀铝镁钪合金配用焊丝制备具体可采用如下步骤：
(1)配制铝基中间合金：
Al-10Mn合金，其中Mn的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-2Sc合金，其中Sc的重量百分比为2％，余量为Al；
Al-10Zr合金，其中Zr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Cr合金，其中Cr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Ce合金，其中Ce的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Y合金，其中Y的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-5Ti合金，其中Ti的重量百分比为5％，余量为Al；
(2)合金原料配制：Al、Mg以纯金属形式加入，Mn、Sc、Zr、Cr、Ce、Y及Ti分别以上述铝基中间合金Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti形式加入；在总合金原料中，Mg的重量百分比为3.5％；Zr的重量百分比为0.125％；Sc的重量百分比为0.125％；Mn的重量百分比为0.3％；Ti的重量百分比为0.09％；Cr的重量百分比为0.15％；Ce的重量百分比为0.02％；Y的重量百分比为0.02％；余量为Al；
(3)合金精炼：用工频感应炉熔炼，向熔池内依次加入上述合金原料中的Al及Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti铝基中间合金，升温至780℃待合金原料全部熔化后，将Mg用石墨漏斗压入熔池；熔炼温度在780℃，时间30min。采用精炼剂为六氯乙烷(C2H6)和微量的铍(Be)，其中六氯乙烷的加入量为合金原料总重量的0.3％，铍的加入量为合金原料总重量的3ppm。精炼剂用石墨漏斗压入熔池，上下左右搅拌2-3分钟，再去除熔体表面浮渣。共精炼三次。
(4)测量含氢量：从上述熔池内舀取少量熔融合金，在液态测氢仪中测量熔融合金的含氢量小于0.20ppm，结束测量，再对熔融合金精炼一次；
(5)铸锭：脱气扒渣后待熔融合金温度降至740℃进行浇铸；铸锭时先将熔融合金倒入预先准备好的中间包里，再由中间包引流进入铸锭结晶器里浇铸，得到合金铸锭；
(6)挤压及拉拔成型：对上述合金铸锭切头车圆，经450℃均匀化退火后挤压成直径φ8mm的盘条，再通过多道次拉拔，加工成规格尺寸可用于焊接的连续盘状焊丝。
焊前处理：焊丝使用前需对表面进行光亮化处理，可采用焊丝穿过拔丝模刮削的方式，刮削厚度20-30μm；或采用除油、碱洗、酸中和、水洗、烘干的方式清理焊丝表面。
采用上述化学成分制造的焊丝对耐蚀铝钪合金母材进行手工氩弧焊焊接，焊接接头力学性能见表4。
表4 耐蚀铝钪合金焊接接头力学性能
实施例5
一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，按配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为3.0％；
Zr，其重量百分比为0.175％；
Sc，其重量百分比为0.175％；
Mn，其重量百分比为0.3％；
Ti，其重量百分比为0.05％；
Cr，其重量百分比为0.25％；
Ce，其重量百分比为0.05％；
Y，其重量百分比为0.05％；
余量为Al。
实施例6
一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，按配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为5.0％；
Zr，其重量百分比为0.125％；
Sc，其重量百分比为0.125％；
Mn，其重量百分比为0.2％；
Ti，其重量百分比为0.15％；
Cr，其重量百分比为0.05％；
Ce，其重量百分比为0.01％；
Y，其重量百分比为0.01％；
余量为Al。
实施例7
一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，按配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为5.0％；
Zr，其重量百分比为0.2％；
Sc，其重量百分比为0.2％；
Mn，其重量百分比为0.2％；
Ti，其重量百分比为0.12％；
Cr，其重量百分比为0.05％；
Ce，其重量百分比为0.03％；
Y，其重量百分比为0.04％；
余量为Al。
实施例8
一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，按配方采用熔炼工艺炼制铝铸锭，经挤压、拉拔成φ2mm和φ3mm焊丝，该焊丝配方如下：
Mg，其重量百分比为5.0％；
Zr，其重量百分比为0.1％；
Sc，其重量百分比为0.1％；
Mn，其重量百分比为0.2％；
Ti，其重量百分比为0.8％；
Cr，其重量百分比为0.15％；
Ce，其重量百分比为0.04％；
Y，其重量百分比为0.03％；
余量为Al。
本发明通过对成分的控制，来满足耐蚀铝钪合金配用焊丝的制造问题，本发明的焊丝焊接耐蚀铝钪合金，有较高的抗裂纹敏感性和抗应力腐蚀性能；接头综合力学性能优异。
本发明为Al-Mg-Sc-Zr系铝合金焊丝，是一种双复合多元微合金化铝镁钪锆焊丝。由于耐蚀铝钪合金属Al-Mg系合金，焊丝主成分亦采用Al-Mg系，其主合金成分Mg为4％左右(重量百分比)，相对5-6％的镁，设计为4％Mg的焊丝可提高焊接接头的抗裂性能，增强接头塑性。焊丝采用钪(Sc)加锆(Zr)的双复合添加，首先获得具有一定程度细化组织和优良性能的焊丝合金基体，在此基础上添加微合金稀土元素钇(Y)和铈(Ce)以及元素鉻(Cr)，使其与钪(Sc)、锆(Zr)形成三元或四元复合相，产生与基体更加共格的复合粒子，增大形核密度和热循环析出强化效果，提高接头抗应力腐蚀性能和综合力学性能。稀土元素钇(Y)和铈(Ce)除可与铝(Al)产生形核质点外，还可通过晶界成份和组织的改善减小接头凝固时形核的表面张力，促进接头组织的晶粒细化，提高焊接接头力学性能。锰(Mn)和钛(Ti)是作为铝合金焊丝中的常规添加元素，细化晶粒，提高接头强度和抗腐蚀能力。
通常合金焊接接头的综合性能要低于母材。这是因为焊缝区是铸造组织，晶粒相对母材粗大，而热影响区受焊接热循环影响发生再结晶，力学性能下降显著。焊丝成分的设计是改变接头组织和性能的重要手段，通过添加和母材成分相匹配的元素，提高熔融金属的流动性、减少脆性温度区间、增强细晶强化和析出强化，提高再结晶温度。
钪(Sc)是铝合金有效的晶粒细化变质剂、再结晶抑制剂和改善焊接性能的添加剂，能有效地提高合金的强度和耐热性、可焊性、抗应力腐蚀性能、疲劳寿命和断裂韧性，是发展新一代高强、耐热、可焊、耐蚀铝合金最有希望的微合金化元素。在铝合金添加的微量(.0.8％以下)合金元素中，钪是提高合金及其接头综合性能最为显著的元素。钪(Sc)作为铝合金强有力的晶粒细化剂和再结晶抑制剂，对合金的组织和性能产生明显的影响。其强化机理为：Al3Sc为Ll2(Cu3Au型)结构，与基体共格，面心立方晶格。Sc在Al中的极限溶解度(0.35％)虽然不低，但在一定的冷却速度下，除较少部分以初生Al3Sc形式结晶析出外，其余大部分Sc形成过饱和固溶体，这种过饱和固溶体在随后的热加工过程中会分解形成弥散的且与基体共格的Al3Sc质点，该质点通过对位错和亚晶界的钉扎作用，提高了强度抑制了合金的再结晶。使合金在热加工、退火及热循环状态均能保持稳定的晶粒组织，从而保持优良的强韧性能。试验表明含Sc合金比不含Sc的合金结晶温度范围可减小20-30℃。添加0.15～0.19％Sc可使合金的脆性温度范围减少25～30℃。Sc把铝合金的再结晶温度范围提高到600℃左右。
大量试验表明，钪(Sc)应该与锆(Zr)同时加入到铝合金内。这是因为锆(Zr)能最大限度(达50％)地溶于Al3Sc相中，并形成Al3(Sc1-xZrx)相，该相因其晶格类型、点阵参数与Al3Sc相差甚小，因此不仅保持了Al3Sc的全部有益作用，而且在高温加热下聚集倾向比Al3Sc相小得多。Al3(Zr、Sc)金属间化合物即使在450℃高温退火，仍无明显长大，且与基体保持共格关系，克服了一般时效硬化型高温铝合金在高温时，共格或半共格相向平衡相转变而失去共格。它的形成很大程度上保持了强化效应和抑制再结晶效应。因此，加入钪的同时加入锆，一方面可提高铝合金的有益性能，另一方面还可以减少因昂贵钪加入而造成的成本提升。加Zr的作用，在铝合金中钪含量较小时则更为显著，当Sc含量从0.4％减少到0.2％时，其强化作用明显减小，此时，加Zr不仅起稳定剂作用，而且还起到强化剂作用；依靠增加原始固溶体的过饱和度相应地增加其分解产物的弥散度，强化效应可提高1倍。Al3(Zr、Sc)相是在Al3Sc相基础上的置换固溶体，Sc被性质接近的Zr置换，保持了晶格类型，晶格常数变化很小，其细晶强化和析出强化效果更为明显。Zr可以置换50％的Sc(原子百分数)。因此，Al3(Sc1-xZrx)相的成分是可变的，并由Zr在该相中的溶解数量来改变Al3Sc的性能，其中包括相质点的热稳定性，以及在高温加热时聚集倾向。Al3Sc粒子的熔点为1320℃，与Al基体的错配度为1.34％，Zr能够代替Al3Sc里的Sc，含Sc、Zr的合金在超过300℃温度时效有更长的高硬度平台，说明Al3(Zr、Sc)相粒子比Al3Sc粒子有更好的热稳定性。对抑制再结晶有特殊的效果。因此，最佳的成份是具有相同钪锆比的合金。
钛同锆一样，能溶解于Al3Sc相内，置换出Sc原子，但它在Al3Sc相内的溶解度相当的小。钛的加入，与锆一样会增强Sc的变质效应，并从其出现变质作用开始，减少Sc的临界浓度。但是，在含钪的过饱和固溶体分解时，加Ti会恶化合金的强度性能、加速软化过程。不过，在铝合金中Zr的存在可以充分中和Ti的不良作用，故在含Sc铝合金中可以加Ti，作为和Zr一起的综合变质剂，其加入量可为0.05～0.15％。
锰与钪不起作用，不形成金属间化合物。在铝钪合金中加锰，像在其它工业铝合金中一样，能提高接头强度性能和改善合金的抗腐蚀稳定性。不过，添加过多的Mn会降低Sc的溶解度和生成较多的MnAl6粗晶相，故不宜大量添加，一般用量在0.2～0.3％之间。
Claims (8)
1.一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，其特征在于：该焊丝的组成包括，
Mg，其重量百分比为3.0～5.0％；
Zr，其重量百分比为0.1～0.2％；
Sc，其重量百分比为0.1～0.2％；
Mn，其重量百分比为0.2～0.3％；
Ti，其重量百分比为0.05～0.15％；
Cr，其重量百分比为0.05～0.25％；
Ce，其重量百分比为0.01～0.05％；
Y，其重量百分比为0.01～0.05％；
在焊丝中Zr和Sc的重量百分比之和为0.25～0.35％；
余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，其特征在于：该焊丝中含有的Zr和Sc的重量之比为1∶1。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝，其特征在于：该焊丝中Mg的重量百分比在4.0～5.0％。
4.一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)配制铝基中间合金：
Al-10Mn合金，其中Mn的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-2Sc合金，其中Sc的重量百分比为2％，余量为Al；
Al-10Zr合金，其中Zr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Cr合金，其中Cr的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Ce合金，其中Ce的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-10Y合金，其中Y的重量百分比为10％，余量为Al；
Al-5Ti合金，其中Ti的重量百分比为5％，余量为Al；
(2)合金原料配制：Al、Mg以纯金属形式加入，Mn、Sc、Zr、Cr、Ce、Y及Ti分别以上述铝基中间合金Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti形式加入；在总合金原料中，Mg的重量百分比为3.0～5.0％，Zr的重量百分比为0.1～0.2％，Sc的重量百分比为0.1～0.2％，Mn的重量百分比为0.2～0.3％，Ti的重量百分比为0.05～0.15％，Cr的重量百分比为0.05～0.25％，Ce的重量百分比为0.01～0.05％，Y的重量百分比为0.01～0.05％，余量为Al；
(3)合金精炼：向熔炼炉的熔池内依次加入上述合金原料中的Al及Al-10Mn、Al-2Sc、Al-10Zr、Al-10Cr、Al-10Ce、Al-10Y及Al-5Ti铝基中间合金，升温待合金原料全部熔化后，将Mg用石墨漏斗压入熔池；熔炼温度在780～810℃，时间20～30min；共精炼三次；
(4)测量含氢量：从上述熔池内舀取少量熔融合金，在液态测氢仪中测量熔融合金的含氢量小于0.20ppm，结束测量，再对熔融合金精炼一次；
(5)铸锭：脱气扒渣后待熔融合金温度降至740～760℃进行浇铸；铸锭时先将熔融合金倒入预先准备好的中间包里，再由中间包引流进入铸锭结晶器里浇铸，得到合金铸锭；
(6)挤压及拉拔成型：对上述合金铸锭切头车圆，经420～450℃均匀化退火后挤压成直径φ6-φ8mm的盘条，再通过多道次拉拔，加工成规格尺寸可用于焊接的连续盘状焊丝。
5.根据权利要求4所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，其特征在于：步骤(3)合金精炼时，采用精炼剂六氯乙烷和铍，其中六氯乙烷的加入量为合金原料总重量的0.2～0.4％，铍的加入量为合金原料总重量的1～3ppm。
6.根据权利要求4或5所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，其特征在于：步骤(4)测量含氢量时，测量金属熔体的含氢量小于0.16ppm，结束测量。
7.根据权利要求4或5所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，其特征在于：步骤(3)合金精炼时，升温至760～780℃使金属全部熔化。
8.根据权利要求4或5所述的一种耐蚀铝镁钪合金配用焊丝的制备方法，其特征在于：步骤(2)合金原料配制时，总合金原料中含有的Zr和Sc的重量之比为1∶1，且Zr和Sc的重量百分比之和为0.25～0.35wt％。
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