CN106624472A - 一种利用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的方法，粉末由活性剂、铝粉和铝镁合金粉组成，包套为铝制，粉末经球磨混合后，装入包套中加热抽真空，经过热压实、热挤压、轧制、冷拉拔后制成药芯焊丝。本方法制得的药芯焊丝具有活性剂在焊丝中均匀分布的显著特点，并且工艺简单、成本较低。采用本发明的药芯焊丝焊接铝镁合金，可以简化焊前清理工序、消除焊缝气孔，且熔深达到使用普通铝合金焊丝焊接的1.6倍以上，并具有良好的接头强度性能。

Description

一种利用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的方法

技术领域

本发明是一种利用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

铝合金药芯焊丝是一种新型高效的焊接材料，可以提高铝及铝合金焊接的生产效率和焊接质量。铝合金药芯焊丝的常见制造工艺有带材轧制、带材卷制、盘圆填粉、管状焊丝、铸锭挤压、粉末合成等。

带材轧制、带材卷制、盘圆填粉法均源于弧焊用钢的药芯焊丝制造，获得的均为有缝药芯焊丝，焊丝中的焊剂部分暴露在外，不利于存贮，更不利于深加工成细直径焊丝。

管状焊丝法和铸锭挤压法能够获得无缝药芯焊丝。管状焊丝法是利用振动将焊剂装入铝硅管或锌铝管中，而后再经轧制、粗拔、退火、细拔、层绕等工序制出成品。铸锭挤压法是将基体制成多孔性的铸造毛坯，然后把蜂窝状坯料浸入活性焊剂溶液中，使溶液浸入坯料中的空隙，铸锭冷却后再进行挤压及后续工序的制造。以上两种方法存在的问题是活性剂的填充系数不稳定、在焊丝中分布不均匀，影响焊接质量。

粉末合成法是利用粉末冶金技术制造药芯铝焊丝。将设计的基体和活性剂制成超细粉末，两种粉末混合均匀后压制成复合锭，将这种复合粉末锭在真空下烧结，然后采用与普通焊丝相似的工艺完成后续制造。为使压制、烧结后的复合锭具有一定的结合强度以满足后续加工要求，该方法对基体和活性剂粉末要求较高，需使用超细粉末，因此工艺难度较大且成本较高。

发明内容

本发明提供一种铝合金药芯焊丝的制造方法。该方法能够使活性剂在焊丝中的填充系数稳定、焊丝内部分布均匀，该工艺流程简单、可操作性强、生产成本较低，且焊丝经试验后的焊接工艺性能良好，焊缝无气孔产生、熔深达到使用普通铝合金焊丝焊接的1.6倍以上，并具有良好的接头强度性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种利用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的方法的步骤如下：

步骤一、使用球磨方法将铝粉、铝镁合金粉和活性剂粉充分混合，所述铝镁合金粉的含镁量为50～55％，所述铝粉、铝镁合金粉和活性剂的质量分数分别为：85～90％、6％～10％、4～8％，所述铝粉、铝镁合金粉和活性剂的粒度小于100目；

步骤二、将充分混合后粉末装入铝或铝合金制包套中，加热并抽真空，然后封口，真空度达到10^-3Pa级别；

步骤三、将真空包套放入空气炉中加热，加热温度为400℃～500℃，保温0.5h～2h，

然后进行热压实，热压实的压力P与包套直径D之间的关系的公式为：

P＝(8～12)×D，

其中P的单位为吨，D的单位为毫米；

步骤四、将热压实后的包套放入空气炉中加热，加热温度为400℃～500℃，保温1h～3h，然后进行热挤压，挤压速度10mm/s～30mm/s，挤压比6～20，获得挤压棒材，去掉包套外皮后轧制、冷拉拔减径，制成铝合金药芯焊丝。

本发明考虑到传统的铝制外套添加活性剂制备铝合金药芯焊丝的劣势，结合铝合金复合材料的制备方法和粉末挤压成型工艺，提出了采用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的思路，粉末制坯能够将活性剂充分均匀分布在坯料中，而且不会因后续拉拔而改变分布规律，采用真空包套和热压实工艺大大提高了坯料内部冶金质量，使得较粗原材料粉末也能够使用在该技术当中，扩大了使用粉末的粒度，降低了因超细粉末使用带来的成本增加，因此是一种提高药芯焊丝质量，降低成本的加工方式。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

实施例一

配制1#铝合金药芯焊丝，成分及配比如表1所示。其中：Al-Mg合金粉中Mg的质量分数为50％，活性剂的成分(wt.％)为SiO₂：40％、MgF₂：20％、CaCl₂：40％。Al粉，Al-Mg合金粉，活性剂的粒度均为－100～+200目。

表1 1#药芯焊丝成分

1#铝合金药芯焊丝的制造方法的步骤是：

1、混合装料

将活性剂、铝粉、铝镁合金粉球磨混合均匀，装入铝制合金包套中，包套采用LF6铝合金制造，直径φ120mm，高度140mm。

2、热抽真空

对粉末包套抽真空，真空度达到10-1Pa级别时开始加热并保温，加热温度350℃，保温时间7h，包套内真空度达到10-3Pa级别，然后封口。

3、包套热压实

将真空包套放入空气炉中加热至400℃，保温1h，然后在大型液压机上进行热压实，压力1000t～1300t。

4、包套热挤压

将热压实后的包套放入空气炉中加热至400℃，保温1h，挤压模加热至与包套相同的温度，挤压速度17mm/s～18mm/s，挤压比9：1，获得φ40mm挤压棒。

5、挤压棒加工成焊丝

将挤压棒车去包套外皮，热轧至直径φ15mm，再经多道冷拉拔，制成φ2.5mm药芯焊丝。

采用1#铝合金药芯焊丝焊接LF6铝合金δ4.0试板，同时使用常规ER5356焊丝焊接对比试板，接头均为不开坡口无间隙对接方式，焊前以机械方式清理焊接区域。焊后观察焊缝截面，用X射线检查焊缝缺陷，测试接头室温拉伸强度。

1#铝合金药芯焊丝及常规焊丝焊接δ4.0板工艺参数及熔深情况如表2所示。填充铝合金药芯焊丝可一次焊透δ4.0试板。填充常规焊丝，熔深仅为2.4mm。1#铝合金药芯焊丝的熔深为常规焊丝的1.6倍以上，说明该铝合金药芯焊丝与常规焊丝相比具有显著的增加熔深的功能。

表2 1#药芯焊丝及常规焊丝焊接δ4.0板工艺参数及试验结果

1#铝合金药芯焊丝具有改善焊缝内部质量的作用。焊缝X射线检测结果显示，填充药芯焊丝获得的焊缝中几乎没有气孔，填充常规焊丝，焊缝中出现了大量气孔。药芯焊丝的焊缝内部质量优于常规焊丝。

测试焊接接头室温拉伸强度，其中1#药芯焊丝为315MPa，达到了母材实测值的87％，表现出良好的力学性能。

实施例二

配制2#药芯焊丝，如表3所示。其中：Al-Mg合金粉中Mg的质量分数为50％，活性剂的成分(wt.％)为SiO2：30％、MgF2：30％：CaCl2：40％。Al粉，Al-Mg合金粉，活性剂的粒度均为－100～+200目。

表3 2#药芯焊丝成分

2#铝合金药芯焊丝的制造方法的步骤是：

1、混合装料

将活性剂、铝粉、铝镁合金粉球磨混合均匀，装入铝制包套中，包套采用LF6铝合金制造，直径φ120mm，高度140mm。

2、热抽真空

对粉末包套抽真空，真空度达到10-1Pa级别时开始加热并保温，加热温度350℃，保温时间7h，包套内真空度达到10-3Pa级别，然后封口。

3、包套热压实

将真空包套放入空气炉中加热至450℃，保温2h，然后在大型液压机上进行热压实，压力1000t～1300t。

4、包套热挤压

将热压实后的包套放入空气炉中加热至450℃，保温2h，挤压模加热至与包套相同的温度，挤压速度13mm/s～15mm/s，挤压比16：1，获得φ30mm挤压棒。

5、挤压棒加工成焊丝

将挤压棒车去包套外皮，热轧至直径φ15mm，再经多道冷拉拔，制成φ2.5mm药芯焊丝。

采用2#药芯焊丝焊接LF6铝合金δ4.0试板，同时使用常规ER5356焊丝焊接对比试板，接头均为不开坡口无间隙对接方式，焊前以机械方式清理焊接区域。焊后观察焊缝截面，用X射线检查焊缝缺陷，测试接头室温拉伸强度。

2#药芯焊丝及常规焊丝焊接δ4.0板工艺参数及熔深情况如表2所示。填充药芯焊丝可一次焊透δ4.0试板。填充常规焊丝，熔深仅为2.4mm。药芯焊丝的熔深为常规焊丝的1.6倍以上，说明该药芯焊丝与常规焊丝相比具有显著的增加熔深的功能。

表4 2#药芯焊丝及常规焊丝焊接δ4.0板工艺参数及试验结果

2#铝合金药芯焊丝具有改善焊缝内部质量的作用。焊缝X射线检测结果显示，填充药芯焊丝获得的焊缝中几乎没有气孔，填充常规焊丝，焊缝中出现了大量气孔。药芯焊丝的焊缝内部质量优于常规焊丝。

测试焊接接头室温拉伸强度，其中2#药芯焊丝为312MPa，达到了母材实测值的86％，表现出良好的力学性能。

本发明的铝合金药芯焊丝制造方法与现有技术相比具有如下优点：1、采用粉末为原料制造焊丝，可灵活、精确的调控基体金属成分、活性剂成分、焊丝中活性剂含量，使焊丝满足不同使用需求；2、活性剂粉与金属粉易于均匀混合，因此焊丝中的活性剂也是均匀分布；3、本方法对活性剂粉和金属粉的粒度没有严格要求，原料容易获得，因此工艺难度和制造成本较低。

Claims (1)

1.一种利用粉末包套挤压制坯法制造铝合金药芯焊丝的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

步骤一、使用球磨方法将铝粉、铝镁合金粉和活性剂粉充分混合，所述铝镁合金粉的含镁量为50～55％，所述铝粉、铝镁合金粉和活性剂的质量分数分别为：85～90％、6％～10％、4～8％，所述铝粉、铝镁合金粉和活性剂的粒度小于100目；

步骤二、将充分混合后粉末装入铝或铝合金制包套中，加热并抽真空，然后封口，真空度达到10^-3Pa级别；

步骤三、将真空包套放入空气炉中加热，加热温度为400℃～500℃，保温0.5h～2h，

然后进行热压实，热压实的压力P与包套直径D之间的关系的公式为：

P＝(8～12)×D，

其中P的单位为吨，D的单位为毫米；

步骤四、将热压实后的包套放入空气炉中加热，加热温度为400℃～500℃，保温1h～3h，然后进行热挤压，挤压速度10mm/s～30mm/s，挤压比6～20，获得挤压棒材，去掉包套外皮后轧制、冷拉拔减径，制成铝合金药芯焊丝。