CN102699564B - 铝合金自动焊丝 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金自动焊丝,属于金属材料类的焊接材料,其化学成分按质量百分数是: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,余量为Al。使用市售的铝锭、镁锭、氧化铒、金属Pr、金属Li、铝锆合金、铝钪合金,采用常规冶炼方式按设计成分配比,冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”、“除气剂”冶炼、连铸,可得到棒(线)材。通过退火、剥皮拉拔,即得到丝材。经过清洗、上盘,即得到可用于自动焊接的焊丝。也可经过校直、切断,得到直丝。本发明产品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法,用于铝结构件的自动或半自动焊接。
Description
技术领域
本发明属于金属材料类的焊接材料,具体涉及一种铝合金自动焊丝。
背景技术
目前,在五金行业、家电行业、制冷行业、汽车行业,大量采用高强铝合金结构。近几年,在高铁、轻轨列车“轻量化制造”的需求带动下,高强铝合金的应用越来越广泛,但是,高强铝合金的焊接问题始终未能很好地解决,特别是焊缝气孔问题、焊缝裂纹问题以及焊缝强度低于母材的问题,严重地制约了高强铝合金的应用。
解决高强铝合金的焊接难题,主要途径之一是选择焊机,另一途径就是研发、生产性能优异的铝合金焊丝。本项发明“铝合金自动焊丝”,即是在上述技术背景下完成的。
发明内容
本项发明的目的是提供一种焊缝气孔少、焊缝裂纹少、焊缝强度接近母材强度,可用于MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法的自动或半自动焊接的铝合金焊丝。
为此,本项发明的铝合金自动焊丝,其化学成分按质量百分数是: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,余量为Al,满足了上述要求。
本项发明的铝合金自动焊丝,使用市售的铝锭、镁锭、氧化铒、金属Pr、金属Li、铝锆合金、铝钪合金,采用常规冶炼方式按设计成分配比,冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”、“除气剂”冶炼、连铸,可得到棒(线)材。通过退火、剥皮拉拔,即得到丝材。经过清洗、上盘,即得到可用于自动焊接的焊丝。也可经过校直、切断,得到直丝。本发明产品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法,用于铝结构件的自动或半自动焊接。
本发明基于铝焊丝是一种柱状强度相对较差的柔软材料,并且在熔融时对氢溶解度极敏感的难题,添加稀土元素Er2O3和金属Pr解决了冶炼与焊接时的氢溶解问题,可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属范围。通过对焊丝成分优化,在优化后的成分范围,新发明的铝焊丝表面抛光度、焊丝清洁度、焊丝直径控制以及焊丝翘距和螺旋问题均达到要求。
具体实施方案
本项发明主要解决了以下关键性问题:
1)通过同时添加微量稀土元素Er2O3和金属Pr,解决了铝合金焊丝在冶炼、焊接时的氢溶解问题,可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属范围。在上述范围内,焊缝无气孔缺陷产生,保证了焊缝质量。
2)经过10组约150个合金配方试验研究发现,在常规合金元素Cr、Mn、Mg的范围内,同时加入微量的Zr、Sc、Li、Er2O3、Pr元素,可以提高并保证焊丝及焊缝具有较高的抗拉强度和较高的塑性,满足了5356、5083、5087、6N01等高强铝合金焊接的要求。
3)试验发现,本项发明的铝合金自动焊丝,其Zr、Sc、Er2O3、Pr元素的含量必须控制在0.01%~0.5%范围,且0.01%~0.5%的加入量(质量百分数)必须控制在Zr∶Sc∶Er2O3∶Pr=1∶1∶1∶1的含量水平;它们与Li元素的比例必须控制在Me∶Li=1∶6的水平(Me=Zr、Sc、Er2O3、Pr)。在上述成分范围内,本项发明的铝合金自动焊丝,具有最佳的抗气孔性能、焊缝力学性能和焊丝加工性能。
与以往研究相比,本发明的创造性在于:
一、研究发现并证明了微量稀土元素Er2O3和金属Pr的抗气孔能力,解决了铝合金焊丝在冶炼、焊接时的氢溶解问题,不仅可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属(0.4ml/100g金属,是目前国内外公认的铝合金焊丝氢气含量的临界值)范围,从而确保焊缝无气孔缺陷产生,还研究确定了Er2O3和金属Pr的最佳添加范围分别为0.01%~0.5%(质量百分数)。
需要特别指出的是,研究发现:冶炼时加入的“氧化铒(Er2O3)”、“金属镨(Pr)”,必须分别满足GB/T 15678-2010《氧化铒》中的“121040”牌号品质、GB/T 19395-2003《金属镨》中的“034030”牌号品质,以保证氧化铒、金属镨中带入的其它杂质的量不影响本发明“铝合金自动焊丝”的性能。
二、研究发现了本发明的铝合金焊丝,其Zr、Sc、Er2O3、Pr元素的含量必须控制在0.01%~0.5%范围,且0.01%~0.5%的加入量(质量百分数)必须控制在Zr∶Sc∶Er2O3∶Pr=1∶1∶1∶1的含量水平;它们与Li元素的比例必须控制在Me∶Li=1∶6的水平(Me=Zr、Sc、Er2O3、Pr)。在上述成分范围内,本项发明的铝合金自动焊丝,具有最佳的抗气孔性能、焊缝力学性能和焊丝加工性能。
试验中尝试了Zr∶Sc∶Er2O3∶Pr的比例偏离1∶1∶1∶1的幅度在5%~200%的情况。发现不仅焊缝力学性能会发生大幅度下降(下降幅度为10%~40%),焊缝气孔发生率以及气孔数量提高50%~100%。
试验还研究了Me∶Li=1∶6的比例(Me=Zr、Sc、Er2O3、Pr)偏离1∶6的幅度在5%~200%的情况。发现焊缝气孔发生率以及气孔数量提高20%~30%,但是焊缝力学性能下降幅度为20%~50%。
根据本发明的“铝合金自动焊丝”的质量配方比,叙述本发明的具体实施方式。
实施例一
一种铝合金自动焊丝,其化学成分按质量百分数是:0.01%的Zr,0.01%的Sc,0.06%的Li,0.01%的Er2O3,0.01%的Pr,0.20%的Cr,0.20%的Mn,0.05%的Ti,6.2%的Mg,余量为Al,焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的5083铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。
实施例二
一种铝合金自动焊丝,其化学成分按质量百分数是:0.5%的Zr,0.5%的Sc,3.0%的Li,0.5%的Er2O3,0.5%的Pr,0.05%的Cr,0.05%的Mn,0.25%的Ti,4.5%的Mg,余量为Al,焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的5083铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。
实施例三
一种铝合金自动焊丝,其化学成分按质量百分数是:0.1%的Zr,0.1%的Sc,0.6%的Li,0.1%的Er2O3,0.1%的Pr,0.10%的Cr,0.10%的Mn,0.15%的Ti,5.0%的Mg,余量为Al,焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的5083铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。
实施例四
一种铝合金自动焊丝,其化学成分按质量百分数是:0.25%的Zr,0.25%的Sc,1.5%的Li,0.25%的Er2O3,0.25%的Pr,0.15%的Cr,0.15%的Mn,0.10%的Ti,4.8%的Mg,余量为Al,焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的5083铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。
实施例五
一种铝合金自动焊丝,其化学成分按质量百分数是:0.14%的Zr,0.14%的Sc,0.84%的Li,0.14%的Er2O3,0.14%的Pr,0.12%的Cr,0.13%的Mn,0.12%的Ti,5.2%的Mg,余量为Al,焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的5083铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝,焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板,焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h,氩气气体流量为22L/min.(升/分钟),采用MIG自动焊对接单道焊接,焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。
Claims (1)
1.一种铝合金自动焊丝,属于金属材料类的焊接材料,其化学成分按质量百分数是: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,余量为Al。
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