CN106271192A

CN106271192A - 一种AI‑Mg‑Si系列铝合金配用焊丝及其制备工艺

Info

Publication number: CN106271192A
Application number: CN201610801305.1A
Authority: CN
Inventors: 傅开武; 杨小娟; 朱丽玲; 施正国; 李小慧
Original assignee: Lanzhou Weite Welding Material Technology Co Ltd
Current assignee: Lanzhou Weite Welding Material Technology Co Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-01-04

Abstract

本发明公开了AI‑Mg‑Si系列铝合金配用焊丝，其主要化学成分及其质量百分比（%）为Mg：1.2~1.5%，Si：0.8~1.0%，Cu：0.2~0.3%，Fe：0.4~0.5%，Cr：0.1~0.15%，Ce：0.15~0.2%，Er：0.1~0.2%，其余为Al；其制备工艺如下：按配比将上述原料混合，采用中频感应电阻炉熔炼，并在氩气的保护下浇铸为铸锭；将均匀化后的铸锭切头、铣面，再经挤压制得合金盘条；将合金盘条经粗、中、精拉丝后，再进行刮削清洗处理得到上述焊丝。本发明制备的焊丝有如下优点：冶炼工艺稳定易于实现，焊丝拉拔性能良好，且拉拔装置进行密封处理来防止焊丝表面氧化；由于加入了稀土元素，焊丝组织细化；焊丝中杂质少且含量低，促使其韧性提高；表面处理采用刮削超声波清洗，简易且无污染；焊丝的烧伤率低、不易断裂、力学性能好。

Description

一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝及其制备工艺

技术领域

本发明涉及焊接材料制造技术领域，尤其是一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝及其制备工艺。

背景技术

铝及其合金因具有密度小、重量轻、无磁性、比强度高、导电与导热性好、并且具有良好的成型性以及耐大气腐蚀性等优点，因而被广泛应用于各种焊接结构和产品之中，诸如航空、航海、汽车制造、石油化工、电信等行业。

铝及铝合金的广泛应用以及铝合金焊接技术的飞速进步，使得铝及铝合金焊丝日益引起人们的关注。目前我国生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定问题，某些用途（特别是高速列车）的铝合金焊丝尚依靠进口。因此，控制焊丝的化学成分，提高焊丝的产品质量非常重要。此外，焊丝的表面抛光度、清洁度、丝径均匀度、焊丝翘距和螺旋度等对焊丝质量的影响也不可忽视，同样也是目前铝及铝合金焊丝研制和生产中迫切需要解决的问题。

以铝为基体元素并且以镁、硅为主要合金元素的变形合金，热成型性好，中等强度，良好的可焊性和耐腐蚀性。而目前针对这一铝合金配用焊丝及其焊接性能的研究仍然较少，因此研究该种新型Al-Mg-Si系合金配用焊丝的制备工艺及其焊接性能，对拓展该系铝合金的应用范围，优化国产铝合金焊丝的制造工艺均具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝及其制备工艺。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，的原料包括以下重量百分数的各组分：Mg：1.2-1.5%，Si：0.8-1.0%，Cu：0.2-0.3%，Fe：0.4-0.5%，Cr：0.1-0.15%，Ce：0.15-0.2%，Er：0.1-0.2%，其余为Al。

进一步地，所述焊丝直径为1.5mm-2.5mm。

一种上述AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，包括以下步骤：

（a）将原料中各组分Mg、Si、Cu、Fe、Cr、Ce、Er、Al按照配比量进行精确称重，备用；

（b）采用感应电阻炉对上述各组分原料进行熔炼，熔炼温度为690-750℃，熔炼后在氩气的保护下进行浇铸得到铝合金铸锭；氩气流量为8-10ml/s；

（c）对所述铝合金铸锭进行退火处理，退火温度为450-500℃，保温时间为8-20h；

（d）对经过步骤（c）的铝合金铸锭进行热挤压制得铝合金盘条；

（e）将步骤（d）获得的铝合金盘条拉拔到规格尺寸焊丝。

进一步地，在进行步骤（e）过程中，将拉拔装置进行密封并循环通入氩气。

进一步地，在进行步骤（e）过程中，对铝合金进行退火，退火温度为450-470℃，保温3h。

进一步地，在步骤（b）中，所述感应电阻炉为中频感应电阻炉，在熔炼过程中，对熔体进行搅拌，并在合金液中加入六氟乙烷进行除气与精炼。

进一步地，在步骤（b）中，浇铸铝合金铸锭前将合金液静置10分钟。

进一步地，在步骤（d）中，热挤压温度为450-500℃，挤压比为15-85。

进一步地，步骤（b）中熔炼、浇铸前将熔炼、浇铸工具在400-500℃下保温 1 小时烘干。

进一步地，在步骤（a）中，组分Si通过以AlSi20中间合金形式加入。

本发明所公开的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，在铝合金中加入Mg能提高抗拉强度和屈服强度，这是因为加入镁后形成强化相（Mg2Si）。Mg含量较大时，由于合金容易发生腐蚀，因此再添加一定量的Cr来防止这种腐蚀；Si元素是以AlSi20中间合金形式加入，从而避免工业硅高熔点这一问题；合金中，Er元素的添加可以有效细化铸态晶粒，减小枝晶间距；稀土元素Ce，在铝及铝合金铸造过程中，加入稀土能使铝中杂质重新分布、粗大状化合物球状化,以及使晶界净化,改善变形铝及其合金的塑性加工性能。本发明还公开了上述AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，步骤设计科学合理，有效保证焊丝的性能与质量，采用本发明所公开的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝焊接后焊缝成型美观，焊接接头性能良好。

具体实施方式

下面对本发明一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝及其制备工艺进行详细说明，本部分的说明仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

具体实施例1：

一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，制造时焊丝中各组分的重量百分含量为：Mg：1.2%，Si：0.9%，Cu：0.3%，Fe：0.4%，Cr：0.1%，Ce：0.15-0.2%，Er：0.15%，其余为Al；

上述AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝按以下步骤方法制备获得：

（a）熔炼与浇铸

熔炼、浇铸前将熔炼、浇铸工具在400-500℃下保温 1 小时烘干。采用中频感应电阻炉熔炼，熔炼温度为690℃，熔炼过程中，搅拌熔体，使熔体内部温度和成分都均匀化，在合金液中加入六氯乙烷进行除气与精炼。浇铸前用铝箔将镁包裹加入铝液中，避免其与空气接触，生成杂质，造成金属的损耗。静置10分钟，然后在氩气的保护下进行浇铸得到铝合金铸锭，其中，氩气流量为8ml/s。

（b）均匀化退火

将从步骤（b）得到的铝合金铸锭进行切头、铣面后，进行均匀化退火处理，退火温度为450℃，保温时间为10h。

（c）热挤压

均匀化退火后，在470℃进行连续热挤压制得合金盘条，挤压比为15-85，挤压后坯料尺寸为φ9.5mm。

（d）拉拔

将步骤（c）得到的φ9.5mm盘条经过粗、中、细拉拔到规格尺寸为 φ2.0mm的成品焊丝。在拉拔过程中焊丝表面容易发生氧化，可将拉拔装置尽量密封并循环通入氩气，这样就能以最大程度降低焊丝表面发生氧化的概率。

（e）拉拔过程中退火

在拉拔过程中进行退火，退火温度为450-470℃，保温3h。

（f）表面处理及封装

经精刮、抛光、清洗、烘干、精绕上盘，随后立即用真空袋封装，得到性能良好的Al-Mg-Si系焊丝。

具体实施例2：

一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，制造时焊丝中各组分的重量百分含量为：Mg：1.37%，Si：0.8%，Cu：0.2%，Fe：0.5%，Cr：0.1%，Ce：0.15%，Er：0.1%，其余为Al；

按实施例1所述的方法制备，不同之处在于，熔炼温度为720℃，步骤(b)中退火温度为480℃，保温时间为18h，氩气流量为8ml/s，步骤（c）中，热挤压温度为450℃，挤压比为15。所述焊丝直径为1.5mm。剩余步骤与实施例1相同。

具体实施例3：

一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，制造时焊丝中各组分的重量百分含量为：Mg：1.5%，Si：1.0%，Cu：0.3%，Fe：0.5%，Cr：0.15%，Ce：0.2%，Er：0.2%，其余为Al；

按实施例1所述的方法制备，其中熔炼温度为750℃，氩气流量为10ml/s，步骤(b)中退火温度为500℃，保温时间为8h，步骤（c）中，热挤压温度为500℃，挤压比为75。所述焊丝直径为2.5mm。剩余步骤与实施例1相同。

选取某一合金作为母材，以上述实施例1-3中制备的任意一焊丝作为填充材料，利用手工TIG方法施焊，并对焊接接头进行分析，最终得出以下结论：

第一，本发明焊丝主要针对变形铝合金，焊丝的化学成分设计主要参考变形铝合金的成分，这样焊丝与母材的化学成分匹配性好，焊缝熔透良好、表面光滑。

第二，本发明焊丝中加入了微量元素Ce和Er等，接头组织得到细化，焊缝综合性能得到提升。焊缝组织主要为等轴晶和树枝晶，熔合区组织主要为柱状晶。

第三，焊丝中的主要合金元素Mg和Si，结合形成铝合金强化相Mg₂Si，该强化相显著提高焊接接头的力学性能，尤其抗拉强度。

综上：该TIG/MIG焊接铝合金配用焊丝焊后焊缝成型美观，焊接接头性能良好。

Claims

1.一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，其特征在于：的原料包括以下重量百分数的各组分：Mg：1.2-1.5%，Si：0.8-1.0%，Cu：0.2-0.3%，Fe：0.4-0.5%，Cr：0.1-0.15%，Ce：0.15-0.2%，Er：0.1-0.2%，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的一种AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝，其特征在于：所述焊丝直径为1.5mm-2.5mm。

3.一种权利要求1所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

(a)将原料中各组分Mg、Si、Cu、Fe、Cr、Ce、Er、Al按照配比量进行精确称重，备用；

(b)采用感应电阻炉对上述各组分原料进行熔炼，熔炼温度为690-750℃，熔炼后在氩气的保护下进行浇铸得到铝合金铸锭；氩气流量为8-10ml/s；

(c)对所述铝合金铸锭进行退火处理，退火温度为450-500℃，保温时间为8-20h；

(d)对经过步骤（c）的铝合金铸锭进行热挤压制得铝合金盘条；

(e)将步骤（d）获得的铝合金盘条拉拔到规格尺寸焊丝。

4.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：在进行步骤（e）过程中，将拉拔装置进行密封并循环通入氩气。

5.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：在进行步骤（e）过程中，对铝合金进行退火，退火温度为450-470℃，保温3h。

6.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：在步骤（b）中，所述感应电阻炉为中频感应电阻炉，在熔炼过程中，对熔体进行搅拌，并在合金液中加入六氟乙烷进行除气与精炼。

7.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：在步骤（b）中，浇铸铝合金铸锭前将合金液静置10分钟。

8.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：在步骤（d）中，热挤压温度为450-500℃，挤压比为15-85。

9.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：步骤（b）中熔炼、浇铸前将熔炼、浇铸工具在400-500℃下保温 1 小时烘干。

10.根据权利要求3所述的AI-Mg-Si系列铝合金配用焊丝的制备工艺，其特征在于：在步骤（a）中，组分Si通过以AlSi20中间合金形式加入。