CN103695735A - 铝合金焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金焊丝及其制备方法，其特征在于，其化学组分按重量百分比为Mg：4-6%、Cr：0.1-0.3%、Fe+Si：≤0.1%、Cu：0.05-0.08%、Zn：0.04-0.07%、Mn：0.12-0.16%，余量为Al。本发明的铝合金焊丝的制备方法包括熔化精炼、铸造、均匀化、热挤压、退火、拉伸、刮削光亮化和包装入库等步骤，本发明的铝合金焊丝杂质含量少，性能稳定，组织晶粒细，具有良好的耐疲劳性、抗裂纹性和焊接性能等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金焊接加工领域，具体地说是一种铝合金焊丝及其制备方法。
背景技术
由于铝及铝合金的比重小、导电和导热能力和机械加工性能优良而在家电、军工、汽车、建筑和制冷行业得到了广泛的应用，它使产品减轻了重量，降低了能耗和加工成本，故而当今社会生产中都竭尽可能的用铝代替铜。随着铝合金及高效自动化焊接技术在高端军民轻量化装备上的大量应用，对铝合金焊接材料的质量和性能要求越来越高。铝合金焊丝的性能和质量既取决于铝合金熔体的冶炼和净化技术，同时也取决于铝合金焊丝的成型加工和表面处理工艺。
而目前我国生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定的问题，主要问题有：1.生产的铝合金焊丝含有较多的杂质Fe和Si，杂质Fe和Si会降低合金的耐蚀性和机械性能，尤其对Mn含量较高的合计更为明显；2. 生产的铝合金焊丝还含有杂质元素Na，杂质元素Na严重影响合金的热变形性能，Na含量超过0.001%就会出现“Na脆性”，在高Mg合金中尤为显著；3.焊丝氢含量偏高，容易出现焊缝气孔；4.焊丝中易有夹杂物，导致焊缝表面发黑，出现脏物；这些问题是铝合金焊丝研究和生产中迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种杂质含量少，性能稳定，组织晶粒细，具有良好的耐疲劳性、抗裂纹性和焊接性能的一种铝合金焊丝及其制备方法。
本发明是这样实现的：
一种铝合金焊丝，其特征在于，其化学组分按重量百分比为Mg：:4-6%、Cr：0.1-0.3%、Fe+Si：≤0.1%、Cu：0.05-0.08%、Zn：0.04-0.07%、Mn：0.12-0.16%，余量为Al。
其中，主要合金元素Mg与Al形成固溶体基体，少量形成Al.Mg粒子；Mn，Cr，Ti等都是起微合金化，强韧化作用的微量元素；Cr和Mn能提高合金的耐应力腐蚀能力；Ti可形成TiAl，起细化晶粒，提高抗裂纹能力的作用，并可改善合金的可焊性。
本发明的铝合金焊丝的制备方法，其方法包括熔化精炼、铸造、均匀化、热挤压、退火、拉伸、刮削光亮化和包装入库，其工艺步骤如下：
（1）熔化精炼：先将铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中再加入镁锭、锌锭、铜锭、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛硼丝、精炼剂和打渣剂，并对铝合金溶液进行搅拌，并采用在线除气去除低熔点轻金属和非金属杂质；
（2）铸造：将经过熔化精炼的铝合金溶液浇铸成直径为120mm的铝合金铸棒，铸造温度为680-700℃，铸造速度为120-140mm/min，冷却水为2600L/分钟；
（3）均匀化：将浇铸好的铸棒锯切成长度为595-605mm的短铸锭，再进行均匀化退火处理，退火温度为550-570℃，保温时间为4h-5h，得到铝合金铸棒；
（4）热挤压：将经过均匀化的铸棒放入工频炉中加热，加热方式为阶梯加热，从200℃加热至450-490℃，再通过挤压机将铸锭挤压成直径为10mm的铝合金线坯；
（5）退火：将经过挤压的铝合金线坯在温度为380-430℃的条件下保温1.5h-2h；
（6）拉伸：将经过退火的铝合金线坯进行第一次拉伸，第一次拉伸后再返回上一工序进行退火处理，然后再进行拉伸，退火与拉伸循环进行，每次拉伸延伸率为15%-18%，直至将铝合金线坯拉制成直径为1.5mm或2mm的铝合金焊丝；
（7）刮削光亮化：将拉伸好的铝合金焊丝通过定径模进行整圆处理，确保焊丝在刮削工序表层能被均匀刮削，之后将穿过定径模的铝合金焊丝穿过刮削模具进行刮削处理；将刮削后的铝合金焊丝穿过聚晶模具进行光轧处理，聚晶光轧后的铝合金焊丝再经过超声波清洗，超声波水箱中的超声波频率在28-32KHz之间，水温控制在45-55℃；
（8）包装入库：将经过刮削光亮化的铝合金焊丝成品检验，合格的产品包装入库。
以上所述的在线除气是将氯、氩气吹入铝合金熔体中，形成大量的弥散气泡，铝合金液与氯、氩气充分接触，气泡在熔体中吸收熔体中的氢，以及吸附氧化夹渣之后上升到熔体的表面形成浮渣。
以上所述的精炼剂的成分和重量含量为：KCl：65-75%、CaF2：5-7%、Na3AlF6：8-10%、Mg2N3：10-15%、C2Cl6：2-4%、稀土：0.3-0.5%。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1．本发明的铝合金焊丝加入精炼剂和打渣剂进行熔化精炼，使杂质Fe和Si的含量≤0.1%，杂质元素Na含量<0.001%，性能稳定，具有良好的耐疲劳性、抗裂纹性和焊接性能。
2．本发明的铝合金焊丝加入铝钛硼丝并采用在线除气进行熔化精炼，消除铝合金熔铸过程中产生的气孔、夹杂等缺陷，达到净化粒铝合金液、铸棒组织晶粒细化的目的，提高产品的铝合金铸棒质量。
3．本发明的铝合金焊丝制备方法采用刮削光亮化工艺，可以刮削掉铝合金焊丝材料的氧化层、疲劳层和吸水层等缺陷，提高铝合金焊丝表面的光洁度。
具体实施方式
实施例1
取重量份数为Mg：:4份、Cr：0.1份、Cu：0.05份、Zn：0.04份、Mn：0.12份，余量为Al，进行配料。
以上述配料为实施例说明本铝合金焊丝的制备过程。
（1）熔化精炼：先将铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中再加入镁锭、锌锭、铜锭、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛硼丝、精炼剂和打渣剂，并对铝合金溶液进行搅拌，并采用在线除气去除低熔点轻金属和非金属杂质；精炼剂的重量份数为：KCl：65份、CaF2：7份、Na3AlF6：10份、Mg2N3：10份、C2Cl6：2份、稀土：0.3份。
（2）铸造：将经过熔化精炼的铝合金溶液浇铸成直径为120mm的铝合金铸棒，铸造温度为680℃，铸造速度为120mm/min，冷却水为2600L/分钟；
（3）均匀化：将浇铸好的铸棒锯切成长度为600mm的短铸锭，再进行均匀化退火处理，退火温度为550℃，保温时间为5h，得到铝合金铸棒；
（4）热挤压：将经过均匀化的铸棒放入工频炉中加热，加热方式为阶梯加热，从200℃加热至450℃，再通过挤压机将铸锭挤压成直径为10mm的铝合金线坯；
（5）退火：将经过挤压的铝合金线坯在温度为380℃的条件下保温2h；
（6）拉伸：将经过退火的铝合金线坯进行第一次拉伸，第一次拉伸后再返回上一工序进行退火处理，然后在进行拉伸，退火与拉伸循环进行，每次拉伸加工率为15%，直至将铝合金线坯拉制成直径为1.5mm的铝合金焊丝；
（7）刮削光亮化：将拉伸好的铝合金焊丝通过定径模进行整圆处理，确保焊丝在刮削工序表层能被均匀刮削，之后将穿过定径模的铝合金焊丝穿过刮削模具进行刮削处理；将刮削后的铝合金焊丝穿过聚晶模具进行光轧处理，聚晶光轧后的铝合金焊丝再经过超声波清洗，超声波水箱中的超声波频率在28KHz之间，水温控制在45℃；
（8）包装入库：将经过刮削光亮化的铝合金焊丝成品检验，合格的产品包装入库。
实施例2
取重量份数为Mg：5份、Cr：0.3份、Cu：0.06份、Zn：0.05份、Mn：0.15份，余量为Al，进行配料。
以上述配料为实施例说明本铝合金焊丝的制备过程。
（1）熔化精炼：先将铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中再加入镁锭、锌锭、铜锭、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛硼丝、精炼剂和打渣剂，并对铝合金溶液进行搅拌，并采用在线除气去除低熔点轻金属和非金属杂质；精炼剂的重量份数为：KCl：70份、CaF2： 8份、Na3AlF6：12份、Mg2N3：14份、C2Cl6：3份、稀土：0.4份。
（2）铸造：将经过熔化精炼的铝合金溶液浇铸成直径为120mm的铝合金铸棒，铸造温度为690℃，铸造速度为130mm/min，冷却水为2600L/分钟；
（3）均匀化：将浇铸好的铸棒锯切成长度为600mm的短铸锭，再进行均匀化退火处理，退火温度为560℃，保温时间为4.5h，得到铝合金铸棒；
（4）热挤压：将经过均匀化的铸棒放入工频炉中加热，加热方式为阶梯加热，从200℃加热至460℃，再通过挤压机将铸锭挤压成直径为10mm的铝合金线坯；
（5）退火：将经过挤压的铝合金线坯在温度为400℃的条件下保温1.5h；
（6）拉伸：将经过退火的铝合金线坯进行第一次拉伸，第一次拉伸后再返回上一工序进行退火处理，然后再进行拉伸，退火与拉伸循环进行，每次拉伸延伸率为16%，直至将铝合金线坯拉制成直径为2mm的铝合金焊丝；
（7）刮削光亮化：将拉伸好的铝合金焊丝通过定径模进行整圆处理，确保焊丝在刮削工序表层能被均匀刮削，之后将穿过定径模的铝合金焊丝穿过刮削模具进行刮削处理；将刮削后的铝合金焊丝穿过聚晶模具进行光轧处理，聚晶光轧后的铝合金焊丝再经过超声波清洗，超声波水箱中的超声波频率在30KHz之间，水温控制在50℃；
（8）包装入库：将经过刮削光亮化的铝合金焊丝成品检验，合格的产品包装入库。
实施例3
取重量份数为Mg：6份、Cr：0.3份、Cu：0.08份、Zn：0.07份、Mn：0.16份，余量为Al，进行配料。
以上述配料为实施例说明本铝合金焊丝的制备过程。
（1）熔化精炼：先将铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中再加入镁锭、锌锭、铜锭、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛硼丝、精炼剂和打渣剂，并对铝合金溶液进行搅拌，并采用在线除气去除低熔点轻金属和非金属杂质；精炼剂的重量份数为：KCl：75份、CaF2：6份、Na3AlF6：9份、Mg2N3：15份、C2Cl6：4份、稀土：0.5份。
（2）铸造：将经过熔化精炼的铝合金溶液浇铸成直径为120mm的铝合金铸棒，铸造温度为700℃，铸造速度为140mm/min，冷却水为2600L/分钟；
（3）均匀化：将浇铸好的铸棒锯切成长度为600mm的短铸锭，再进行均匀化退火处理，退火温度为570℃，保温时间为4h，得到铝合金铸棒；
（4）热挤压：将经过均匀化的铸棒放入工频炉中加热，加热方式为阶梯加热，从200℃加热至490℃，再通过挤压机将铸锭挤压成直径为10mm的铝合金线坯；
（5）退火：将经过挤压的铝合金线坯在温度为430℃的条件下保温1.5h；
（6）拉伸：将经过退火的铝合金线坯进行第一次拉伸，第一次拉伸后再返回上一工序进行退火处理，然后在进行拉伸，退火与拉伸循环进行，每次拉伸加工率为18%，直至将铝合金线坯拉制成直径为1.5mm的铝合金焊丝；
（7）刮削光亮化：将拉伸好的铝合金焊丝通过定径模进行整圆处理，确保焊丝在刮削工序表层能被均匀刮削，之后将穿过定径模的铝合金焊丝穿过刮削模具进行刮削处理；将刮削后的铝合金焊丝穿过聚晶模具进行光轧处理，聚晶光轧后的铝合金焊丝再经过超声波清洗，超声波水箱中的超声波频率在32KHz之间，水温控制在55℃；
（8）包装入库：将经过刮削光亮化的铝合金焊丝成品检验，合格的产品包装入库。
Claims (4)
1.一种铝合金焊丝，其特征在于，其化学组分按重量百分比为Mg：:4-6%、Cr：0.1-0.3%、Fe+Si：≤0.1%、Cu：0.05-0.08%、Zn：0.04-0.07%、Mn：0.12-0.16%，余量为Al。
2.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：其方法包括熔化精炼、铸造、均匀化、热挤压、退火、拉伸、刮削光亮化和包装入库，其工艺步骤如下：
（1）熔化精炼：先将铝锭投入熔炼炉中进行熔炼，在熔炼过程中再加入镁锭、锌锭、铜锭、铝铬中间合金、铝硅中间合金、铝锰中间合金、铝钛硼丝、精炼剂和打渣剂，并对铝合金溶液进行搅拌，并采用在线除气去除低熔点轻金属和非金属杂质；
（2）铸造：将经过熔化精炼的铝合金溶液浇铸成直径为120mm的铝合金铸锭，铸造温度为680-700℃，铸造速度为120-140mm/min，冷却水为2600L/分钟，得到铝合金棒；
（3）均匀化：将浇铸好的铝合金铸棒锯切成长度为595-605mm的短铸棒，再进行均匀化退火处理，退火温度为550-570℃，保温时间为4h-5h，得到铝合金铸棒；
（4）热挤压：将经过均匀化的铸棒放入工频炉中加热，加热方式为阶梯加热，从200℃加热至450-490℃，再通过挤压机将铸锭挤压成直径为10mm的铝合金线坯；
（5）退火：将经过挤压的铝合金线坯在温度为380-430℃的条件下保温1.5h-2h；
（6）拉伸：将经过退火的铝合金线坯进行第一次拉伸，第一次拉伸后再返回上一工序进行退火处理，然后再进行拉伸，退火与拉伸循环进行，每次拉伸延伸率为15%-18%，直至将铝合金线坯拉制成直径为1.5或2mm的铝合金焊丝；
（7）刮削光亮化：将拉伸好的铝合金焊丝通过定径模进行整圆处理，确保焊丝在刮削工序表层能被均匀刮削，之后将穿过定径模的铝合金焊丝穿过刮削模具进行刮削处理；将刮削后的铝合金焊丝穿过聚晶模具进行光轧处理，聚晶光轧后的铝合金焊丝再经过超声波清洗，超声波水箱中的超声波频率在28-32KHz之间，水温控制在45-55℃；
（8）包装入库：将经过刮削光亮化的铝合金焊丝成品检验，合格的产品包装入库。
3.根据权利要求2所述的铝合金焊丝制备方法，其特征在于：所述的在线除气是将氯、氩气吹入铝合金熔体中，形成大量的弥散气泡，铝合金液与氯、氩气充分接触，气泡在熔体中吸收熔体中的氢，以及吸附氧化夹渣之后上升到熔体的表面形成浮渣。
4.根据权利要求2所述的铝合金焊丝制备方法，其特征在于：所述的精炼剂的成分和重量含量为：KCl：65-75%、CaF2：5-7%、Na3AlF6：8-10%、Mg2N3：10-15%、C2Cl6：2-4%、稀土：0.3-0.5%。
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