CN103451496A

CN103451496A - 一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN103451496A
Application number: CN2013103531169A
Authority: CN
Inventors: 阳家盛
Original assignee: Guilin Qingtong Non-Ferrous Metal Art & Craft Material Development Co Ltd
Current assignee: Guilin Qingtong Non-Ferrous Metal Art & Craft Material Development Co Ltd
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2013-12-18

Abstract

本发明公开了一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝及其制备方法，其制备方法包括熔炼和精炼、连铸连轧轧、拉丝、焊丝表面抛光处理步骤，本发明提供了一种高性能、接头性能稳定良好的铝-镁合金焊丝。

Description

一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金气体保护电弧焊焊接材料技术领域，具体涉及一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国汽车产业政策的调整和新能源政策、低碳环保政策的实施，以及轨道车辆高速高效交通的发展，采用高强度、高韧性、耐腐蚀铝合金替代钢材，同时采用薄壁复杂断面铝型材和薄板冲压铝结构件作为车体材料，已经成为实现车体轻量化的主要途径。由于车体制造是以焊接为主导工艺的产业，铝合金车体制造业的发展深度促进了铝焊接技术的快速发展，同时推动了我国铝焊材产业结构调整，以稳健的步伐从焊接大国向焊接强国迈进。

目前铝合金车体覆盖件和冲压件的用材多数采用5000系的Al-Mg合金，具体牌号如5083防锈铝等，车体铝型材以6000系的Al-Mg-Si合金为主，其中汽车用的小型铝型材多采用6063锻铝，而轨道车辆用的断面尺寸达到300mm以上的大型铝型材则多采用6005锻铝；对重载的铝型材、覆盖件和钣金件也常用7000系的Al-Zn -Mg合金，如7005超硬铝等。

目前国内用于焊接铝-镁合金母材的焊材是传统的铝-镁合金焊丝，主要有ER5356、ER5183等。传统铝-镁合金焊丝早在上世纪70年代就已经定型并一直沿用至今，其化学成分设计比较简单，没有利用近些年发展起来的多元复合微合金强韧化理论，特别是稀土等高效能的微量合金元素没有得到充分利用，焊丝的机械、理化等综合性能不高，特别是工艺性能更加落后。传统铝-镁焊丝细化晶粒作用较弱，不能抑制焊丝、特别是焊缝金属晶粒粗大的倾向，接头强度普遍偏低；传统铝-镁焊丝缺乏自动排除焊缝熔体金属中氢气、夹杂的能力，净化晶粒界面效果差，焊缝金属杂质多；传统铝-镁焊丝没有自动降低溶体金属表面张力的作用，流动性较差，焊缝裂纹倾向大。传统铝-镁焊丝与母材融合性差，不适应低能量输入的电弧焊工艺技术，而低能量输入的电弧焊技术是解决传统弧焊所有技术问题的关键，如母材变形超差、热影响区强度过低、裂纹、气孔、夹杂等缺陷过多、金属蒸发和发尘量过大等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝及其制备方法，本发明提供了一种高性能，工艺优异，接头性能稳定良好的铝-镁合金焊丝。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝，铝-镁合金焊丝的化学成分的重量份为：Al：92-97份；Mg：3-6份；Mn：0.5-1.0份；Cr：0.10-0.35份；Ti：0.05-0.25份；Zr：0.05-0.25份；Ce：0.01-0.1份。

一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝的制备方法，具体包括如下步骤：

1)铝-镁焊丝合金的熔炼和精炼：

将已在400℃预热4小时的配比量工业纯铝（铝锭）投入石墨坩锅电阻炉，在850～880℃加热至铝锭软化时，撒入铝-镁合金熔炼专用熔剂干粉覆盖，熔化后调整温度至700-740℃，在坩埚内铝液面上通入干燥N₂进行排氧，然后按配比量通过石墨钟罩分两批加入Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Ti、Al-Zr、Al-Ce等中间合金碎块，石墨钟罩在离坩埚底部约150mm的深处来回移动，直至熔化。中间合金完全熔化后，以石英棒搅拌3-4min，进行精炼。精炼时采用“SNIF”无氢气泡浮游精炼工艺，即通过一个可以垂直升降、旋转的、带石墨喷头的精炼管，从坩埚底部向合金熔体中吹入“Ar₂+C₂Cl₆”气固体混合精炼剂，精炼熔体5～15min，静置10min后扒净熔渣，得到纯净的铝-镁合金熔体待用。所述铝-镁合金专用熔剂为常规选择，具体可以是氟化钙（CaF₂）20%和光卤石（MgCl.KC）80%。加入量为加入时坩锅熔炼炉中炉料总重量的3～5%；精炼剂六氯乙烷由带压力的氩气从熔体底部吹入，所述氩气的通入压力为3～5KPa；六氯乙烷的重量为熔体重量的0.2～0.3%；

步骤二：铝-镁合金焊丝拉丝杆坯的连铸连轧

通过开启安装于精炼炉底部的石英堵阀，将步骤一精炼完成的铝-镁合金熔体在氮气保护下排出炉外，流经导流槽进入浇铸包，稳定地浇入连续铸造机的结晶轮腔，铸成截面尺寸为（15+10.5）×9的梯形铸坯条料；铸坯经过辊剪机剪除飞边后，即进入连轧机，经过四道次的连续辊轧，得到直径ф8mm的粗拉线坯。

步骤三：拉丝

将步骤（2）所得直径ф8mm的铝-镁合金粗拉线坯通过一套拉丝机组7道次的拉制，获得直径ф3.2mm的精拉线坯。线坯经过感应加热应力退火后，再通过一台塔式18道次精拉丝机拉制成直径可以为《GB/T 10858 铝及铝合金焊丝》中规定的常规直径。

步骤四：表面抛光处理

对步骤三所得铝-镁合金焊丝进行表面抛光处理，其工艺流程为：脱脂一水清洗一化学抛光一水清洗一去灰一热水洗一热风吹干。

其中脱脂工艺条件为：硫酸（98%）10%-20%（质量比），温度60-80℃，时间10-12s。

化学抛光的工艺条件为：磷酸（85%）75.0%；硫酸（98%）11.0%；硝酸（65%）6.7%；自制添加剂7.5%；温度100-120℃，时间20-30s。其中的自制添加剂的具体组成及配比为：CuSO₄·5 H₂O为0．02％，尿素3．1％，助剂T 4．4％。助剂T是硫酸盐类无机化合物(呈白色粉末状)，能进一步提高抛光液的黏度，更重要的是能在溶液中形成胶状化合物。

去灰的工艺条件：重铬酸钾溶液（质量分数）1%-5%；常温，时间：15-20s。

热风吹干的工艺条件，热风温度100-120℃，时间：15s。

步骤五：包装

采用焊丝盘通过排线机将步骤四所得光亮清洁的焊丝进行盘绕和热缩膜包装，既得成品。

包装的技术条件达到防潮防腐蚀的要求。

本发明的优点是：

1、铝-镁合金焊丝的化学成分为：Al：92-97%；Mg：3-6%；Mn：0.5-1.0%；Cr：0.10-0.35%；Ti：0.05-0.25%；Zr：0.05-0.25%；Ce：0.01-0.1%。在化学成分的设计方法上，采用多元复合微合金强韧化机理，优化了铝-镁合金焊丝的成分组成，使铝-镁合金在Al的基体上主要固溶了Mg、Mn两元素的原子，形成了非热处理强化的固溶体金属，基体的强度很高；通过加入多种微量元素Cr、Ti、Zr、Ce等，形成多种性能各异、尺寸很小、密度极高的冶金微粒，起到异质形核和机械阻碍晶粒长大的作用，细化了焊丝及其焊接后与母材形成的焊缝的晶粒组织，充分提高了焊丝及焊缝的强度、韧性等机械性能指标；同时叠加利用各元素有利的冶金现象，最大限度地提高焊丝的焊接工艺性能，从而获得综合性能比其它同类型产品优越很多的铝-镁合金焊丝。

2、铝-镁合金焊丝QT21采用了新型的抛光工艺，使焊丝表面光洁度达到镜面水平，进一步提高焊丝的焊接工艺性能。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不因此而限定本发明的保护范围。以下以一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝QT21为例进行说明。

实施例1：

一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝QT21，它由QT21铝-镁合金焊丝和QT21焊剂组成。QT21铝-镁合金焊丝的直径为ф1.0mm，表面光洁度达镜面，化学成分的重量份为：Al：93.68，Mg：5.1， Mn：0.75，Cr：0.2，Ti：0.12，Zr：0.12，Ce：0.03。

上述铝-镁合金焊丝QT21的制备方法，按照下述步骤进行：

1、熔炼和精炼：

将已在400℃预热4小时的配比量工业纯铝（铝锭）投入石墨坩锅电阻炉，在870℃加热至铝锭软化时，撒入铝-镁合金熔炼专用熔剂干粉覆盖，熔化后调整温度至720℃，在坩埚内铝液面上通入干燥N₂进行排氧，然后按配比量使用石墨钟罩分两批加入Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Ti、Al-Zr、Al-Ce等中间合金，石墨钟罩在离坩埚底部约150mm的深处来回移动，直至熔化。中间合金完全熔化后，以石英棒搅拌4min，进行精炼。精炼时采用“SNIF”无氢气泡浮游精炼工艺，即通过一个可以垂直升降、旋转的、带石墨喷头的精炼管，从坩埚底部向合金熔体中吹入“Ar₂+C₂Cl₆”气固体混合精炼剂，精炼熔体11min，静置10min后扒净熔渣，得到纯净的铝-镁合金熔体待用。所述铝-镁合金专用熔剂为常规选择，具体可以是氟化钙（CaF₂）20%和光卤石（MgCl.KC）80%。加入量为加入时坩锅熔炼炉中炉料总重量的3%；精炼剂六氯乙烷由带压力的氩气从熔体底部吹入，所述氩气的通入压力为5KPa；六氯乙烷的重量为熔体重量的0.3%。

将完成精炼的合金熔体浇铸试棒，进行抽样检查，其化学成分重量份为： Mg：5.1；Mn：0.75；Cr：0.2；Ti：0.12；Zr：0.12；Ce：0.03，Al：余量。

2、连铸连轧轧：

通过开启安装于精炼炉底部的石英堵阀，将步骤一精炼完成的铝-镁合金熔体在氮气保护下排出炉外，流经导流槽进入浇铸包，稳定地浇入连续铸造机的结晶轮腔，铸成截面为（15+10.5）×9梯形的铸坯条料；铸坯经过辊剪机剪除飞边后，即进入连轧机组，经过四道次的连续辊轧，得到直径ф8mm的粗拉线坯。

3、拉丝

将步骤（2）所得直径ф8mm的铝-镁合金粗拉线坯通过一套拉丝机组7道次的拉制，获得直径ф3.2mm的精拉线坯。线坯经过感应加热应力退火后，再通过一台塔式18道次精拉丝机拉制成ф1.0的铝-镁合金焊丝。

4、焊丝表面抛光处理

步骤三所得铝-镁合金焊丝经表面抛光处理，其工艺流程为：脱脂一水清洗一化学抛光一水清洗一去灰一热水洗一热风吹干。

其中脱脂工艺条件为：硫酸（98%）15%（质量比），温度70℃，时间11s。

化学抛光的工艺条件为：磷酸（85%）75.0%；硫酸（98%）11.0%；硝酸（65%）6.7%；自制添加剂7.5%；温度110℃，时间25s。其中的自制添加剂的具体组成及配比为：CuSO₄·5 H₂O为0．02％，尿素3．1％，助剂T 4．4％。

去灰的工艺条件：重铬酸钾溶液（质量分数）3%；常温，时间：17s。

抛光后的焊丝表面光洁度达到镜面。

行包装，即得成品。

实施例2：

与实施例1不同的是，铝-镁合金焊丝QT21化学成分的重量份为：Mg：5.0，Mn：0.7，Cr：0.18，Ti：0.10，Zr：0.10，Ce：0.03，Al：余量。

制备时：步骤1,将Al-Mg、Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti、Al-Zr和Al- Ce等中间合金在700℃条件下同时加入熔化的纯铝液中，所有中间合金都熔化并搅拌3分钟，通入氩气（Ar₂）和六氯乙环（C₂Cl₆）精炼10分钟并静置15min后扒渣。将完成精炼的合金熔体浇铸试棒，进行抽样检查，其化学成分重量百分比为： Mg：5.0%；Mn：0.7%；Cr：0.18%；Ti：0.10%；Zr：0.10%；Ce：0.03%。Al：余量。其余同实施例1。

实施例3：

与实施例1不同的是：铝-镁合金焊丝QT21化学成分的重量份为：Mg：4.9，Mn：0.65，Cr：0.15，Ti：0.09，Zr：0.15，Ce：0.02，Al：余量。

实施例4

与实施例1不同的是：铝-镁合金焊丝QT21化学成分的重量份为：Mg：5.3，Mn：0.8，Cr：0.25，Ti：0.08，Zr：0.18，Ce：0.04，Al：余量。其余同实施例1。

实施例5：

与实施例1不同的是：铝-镁合金焊丝QT21化学成分的重量份为：Mg：5.4，Mn：0.6，Cr：0.22，Ti：0.14，Zr：0.2，Ce：0.03，Al：余量。其余同实施例1。

实施例6：

与实施例1不同的是：铝-镁合金焊丝QT21化学成分的重量份为：Mg：5.:1，Mn：0.9，Cr：0.23，Ti：0.15，Zr：0.15，Ce：0.02，Al：余量。其余同实施例1。

Claims

1.一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝，其特征是：所述铝-镁合金焊丝的化学成分的重量份为：Al：92-97份，Mg：3-6份，Mn：0.5-1.0份，Cr：0.10-0.35份，Ti：0.05-0.25份，Zr：0.05-0.25份，Ce：0.01-0.1份。

2.根据权利要求1所述的铝-镁合金焊丝，其特征是铝-镁合金焊丝的直径为ф0.8、ф1.0、ф1.2、ф1.6mm规格。

3.一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝的制备方法，其特征是;包括如下步骤：

1）复合铝基钎焊丝型材的熔炼和精炼：

将已在400℃预热4小时的配比量工业纯铝（铝锭）投入石墨坩锅电阻炉，在850～880℃加热至铝锭软化时，撒入铝-镁合金熔炼专用熔剂干粉覆盖，熔化后调整温度至700-740℃，在坩埚内铝液面上通入干燥N₂进行排氧，然后按配比量通过石墨钟罩分两批加入Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-Ti、Al-Zr、Al-Ce等中间合金碎块，石墨钟罩在离坩埚底部约150mm的深处来回移动，直至熔化，中间合金完全熔化后，以石英棒搅拌3-4min，进行精炼，精炼时采用“SNIF”无氢气泡浮游精炼工艺，得到纯净的铝-镁合金熔体待用，所述铝-镁合金专用熔剂的加入量为加入时坩锅熔炼炉中炉料总重量的3～5%；精炼剂六氯乙烷由带压力的氩气从熔体底部吹入，所述氩气的通入压力为3～5KPa；六氯乙烷的重量为熔体重量的0.2～0.3%；

2）铝-镁合金焊丝拉丝杆坯的连铸连轧

通过开启安装于精炼炉底部的石英堵阀，将步骤一精炼完成的铝-镁合金熔体在氮气保护下排出炉外，流经导流槽进入浇铸包，稳定地浇入连续铸造机的结晶轮腔，铸成截面尺寸为（15+10.5）×9的梯形铸坯条料；铸坯经过辊剪机剪除飞边后，即进入连轧机，经过四道次的连续辊轧，得到直径ф8mm的粗拉线坯；

3）拉丝

将步骤（2）所得直径ф8mm的铝-镁合金粗拉线坯通过一套拉丝机组7道次的拉制，获得直径ф3.2mm的精拉线坯，线坯经过感应加热应力退火后，再通过一台塔式18道次精拉丝机拉制成直径可以为ф0.8、ф1.0、ф1.2、ф1.6等规格的铝-镁合金焊丝；

4)表面抛光处理

对步骤（3）所得铝-镁合金焊丝进行表面抛光处理，其工艺流程为：脱脂一水清洗一化学抛光一水清洗一去灰一热水洗一热风吹干；

其中脱脂工艺条件为：硫酸（98%）10%-20%（质量比），温度60-80℃，时间10-12s；

化学抛光的工艺条件为：磷酸（85%）75.0%；硫酸（98%）11.0%；硝酸（65%）6.7%；自制添加剂7.5%；温度100-120℃，时间20-30s；

其中的自制添加剂的具体组成及配比为：CuSO₄·5 H₂O为0．02％，尿素3．1％，助剂T 4．4％，助剂T是硫酸盐类无机化合物(呈白色粉末状)；

去灰的工艺条件：重铬酸钾溶液（质量分数）1%-5%；常温，时间：15-20s；

热风吹干的工艺条件，热风温度100-120℃，时间：15s；

5)包装

采用焊丝盘通过排线机将步骤四所得光亮清洁的焊丝进行盘绕和热缩膜包装，即得成品。

4.根据权利要求3所述一种用于铝合金车体气保焊的铝-镁合金焊丝的制备方法，其特征是所述步骤（1）中采用“SNIF”无氢气泡浮游精炼工艺，是指通过一个可以垂直升降、旋转的、带石墨喷头的精炼管，从坩埚底部向合金熔体中吹入“Ar₂+C₂Cl₆”气固体混合精炼剂，精炼熔体11min，静置10min后扒净熔渣，得到纯净的铝-镁合金熔体。