CN107138871A - 一种镁‑铝复合板焊接用药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁‑铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉3.0‑5.0％、铬锭65.0‑69.0％、硼锭16‑20％、银片状石墨1.3‑1.6％，余量为铁；其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.1‑3.6％、锰粉0.35‑0.45％、锌粉0.71‑0.96％、铍锭0.01‑0.03％、铜粉0.003‑0.007％、铁粉0.003‑0.007％、硅粉0.01‑0.03％，余量为镁粉。本发明还提出上述一种镁‑铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法。本发明制备得到的药芯焊丝具有优异的韧性和耐磨性。

Description

一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
我国镁资源丰富，充分利用资源优势，实现镁合金材料制品在关键技术装备中的应用将会大大提高我国高技术产品的研发和产业化速度，进而提高国际竞争力。近年来，因技术发展和成本的降低，镁合金在汽车、国防军工、电子电器、民用产品等领域的应用得到了显著的提升。但是镁合金由于具有熔点低、密度小、热导率和热胀系数高、抗氧化性差以及氧化物的熔点高等特点，焊接时容易产生晶粒粗大、氧化蒸发、热应力大、焊缝下塌、气孔和热裂纹等缺陷。近年来，为加大镁铝的广泛应用，焊接作为主要的连接方法，在镁铝异种金属间实现有效焊接就迫在眉睫。故此亟需设计一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝来解决现有技术中的问题。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝及其制备方法，制备得到的药芯焊丝具有优异的韧性和耐磨性。
本发明提出的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉3.0-5.0％、铬锭65.0-69.0％、硼锭16-20％、银片状石墨1.3-1.6％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.1-3.6％、锰粉0.35-0.45％、锌粉0.71-0.96％、铍锭0.01-0.03％、铜粉0.003-0.007％、铁粉0.003-0.007％、硅粉0.01-0.03％，余量为镁粉。
优选地，药芯焊丝的填充量控制在20-30％。
优选地，银片状石墨中碳含量大于98％。
本发明的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨7-9h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至180-220℃，保温1-3h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在720-750℃融化成合金液，在740-760℃进行除气精炼，在730-740℃进行保温静置30-50min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
优选地，S2中，除气精炼过程中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.4-0.6％，精炼后合金液氢含量为0.05-0.10ml/100g。
优选地，S2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为480-520℃，终轧温度大于320℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度小于80℃。
优选地，S2中，人工时效的温度为140-150℃。
本发明合理控制药芯中C、Cr、B和Fe的配比，并合理控制焊皮中Al、Mn、Zn、Be、Cu、Fe、Si和Mg的配比，通过制备焊皮后包裹药芯，并经过拉拔工艺制备得到焊丝运用到焊接工艺中，能够有效提高焊接部的韧性和耐磨性。其中，制备过程中形成的层状区域中，Cr、B和C等元素被硼化物以非均匀形核的方式吸收，同时伴随着晶体的不断形核与长大，最终形成了层片状共晶组织，当共晶温度低于合金液相线温度时，基体产生了很大的过冷度，具有光滑界面的硼化物的生长落后于具有粗燥界面的固液体，各向异性导致后生长的硼化物在剩余空间内发生了枝化，从而产生了菊花状组织，堆焊层中含有大量的碳、膨化物等硬质相，一方面，这些硬质相呈弥散分布，减少了较软的基体和磨粒的接触面积，另一方面，这些硬质相可以起到抗磨耐磨骨架的阻碍作用，导致显微切削运动受到了硬质相颗粒的阻碍作用，且硬质相越密集，阻力越大，因而硬质相的存在可以显著提高堆焊层的耐磨性。由于基体组织逐渐被更多的共晶体环绕的缘故，硼化物的出现改善了堆焊层碳化物的分布形态，提高了碳化物的韧性，从而使得弥散分布在基体中的碳化物可以起到钉扎骨架的作用，因而能很到地抵抗磨粒磨损，，此外，不同形态的M23(C9B)6、M23B6硬质相可以起到联合强化作用，进而大幅度提高了堆焊层的耐磨性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明提出的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉4.0％、铬锭67.0％、硼锭18％、银片状石墨1.45％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.35％、锰粉0.40％、锌粉0.835％、铍锭0.02％、铜粉0.005％、铁粉0.005％、硅粉0.02％，余量为镁粉。
其中，药芯焊丝的填充量控制在25％。
其中，银片状石墨中碳含量为98.3％。
本发明的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨8h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至200℃，保温2h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在735℃融化成合金液，在750℃进行除气精炼，其中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.5％，精炼后合金液氢含量为0.075ml/100g，在735℃进行保温静置40min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，其中，铸锭进轧温度为500℃，终轧温度为330℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为75℃，接着于145℃进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
实施例2
本发明提出的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉3.0％、铬锭69.0％、硼锭16％、银片状石墨1.6％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.1％、锰粉0.45％、锌粉0.71％、铍锭0.03％、铜粉0.003％、铁粉0.007％、硅粉0.01％，余量为镁粉。
其中，药芯焊丝的填充量控制在20％。
其中，银片状石墨中碳含量为98.4％。
本发明的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨7h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至220℃，保温1h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在750℃融化成合金液，在740℃进行除气精炼，其中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.6％，精炼后合金液氢含量为0.05ml/100g，在740℃进行保温静置30min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，其中，铸锭进轧温度为520℃，终轧温度为325℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为74℃，接着于140℃进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
实施例3
本发明提出的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉5.0％、铬锭65.0％、硼锭20％、银片状石墨1.3％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.6％、锰粉0.35％、锌粉0.96％、铍锭0.01％、铜粉0.007％、铁粉0.003％、硅粉0.03％，余量为镁粉。
其中，药芯焊丝的填充量控制在30％。
其中，银片状石墨中碳含量为98.4％。
本发明的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨9h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至180℃，保温3h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在720℃融化成合金液，在760℃进行除气精炼，其中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.4％，精炼后合金液氢含量为0.10ml/100g，在730℃进行保温静置50min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，其中，铸锭进轧温度为480℃，终轧温度为340℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为71℃，接着于150℃进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
实施例4
本发明提出的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉4.5％、铬锭65.5％、硼锭19％、银片状石墨1.4％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.5％、锰粉0.36％、锌粉0.95％、铍锭0.015％、铜粉0.006％、铁粉0.004％、硅粉0.025％，余量为镁粉。
其中，药芯焊丝的填充量控制在28％。
其中，银片状石墨中碳含量为98.8％。
本发明的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨8.5h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至182℃，保温2.5h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在725℃融化成合金液，在755℃进行除气精炼，其中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.45％，精炼后合金液氢含量为0.09ml/100g，在732℃进行保温静置45min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，其中，铸锭进轧温度为485℃，终轧温度为340℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为72℃，接着于148℃进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
实施例5
本发明提出的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉3.5％、铬锭68.5％、硼锭17％、银片状石墨1.5％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.2％、锰粉0.44％、锌粉0.72％、铍锭0.025％、铜粉0.004％、铁粉0.006％、硅粉0.015％，余量为镁粉。
其中，药芯焊丝的填充量控制在22％。
其中，银片状石墨中碳含量为98.6％。
本发明的一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨7.5h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至215℃，保温1.5h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在745℃融化成合金液，在745℃进行除气精炼，其中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.55％，精炼后合金液氢含量为0.06ml/100g，在738℃进行保温静置35min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，其中，铸锭进轧温度为515℃，终轧温度为340℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度为74℃，接着于142℃进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
将本发明的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝运用到实际的镁-铝复合板的焊接中，得到的接头通过检测得到的数据如表1所示。
表1：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：碳粉3.0-5.0％、铬锭65.0-69.0％、硼锭16-20％、银片状石墨1.3-1.6％，余量为铁；
其中焊皮按质量百分比由以下组分组成：铝粉3.1-3.6％、锰粉0.35-0.45％、锌粉0.71-0.96％、铍锭0.01-0.03％、铜粉0.003-0.007％、铁粉0.003-0.007％、硅粉0.01-0.03％，余量为镁粉。
2.根据权利要求1所述的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，其特征在于，药芯焊丝的填充量控制在20-30％。
3.根据权利要求1或2所述的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，其特征在于，银片状石墨中碳含量大于98％。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将碳粉、铬锭、硼锭、银片状石墨和铁放入球磨机中，球磨7-9h后得到混合均匀的药芯粉末，然后于真空加热炉中，升温至180-220℃，保温1-3h，去除药粉中的结晶水；
S2、将铝粉、锰粉、锌粉、铍锭、铜粉、铁粉、硅粉和镁粉在720-750℃融化成合金液，在740-760℃进行除气精炼，在730-740℃进行保温静置30-50min，浇铸得到铸锭，然后将铸锭水冷后进行热轧后冷却，接着进行人工时效得到片状铝合金；
S3、通过药芯焊丝制丝机把混合均匀的药粉未包裹在焊皮内，第一道拉拔模具孔径为2.1mm；
S4、拉拔完毕后，模具孔径依次换至2.0mm、1.82mm、1.56mm、1.43mm、1.32mm、1.15mm，最终拉拔药芯焊丝至直径为1.10mm。
5.根据权利要求4所述的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，其特征在于，S2中，除气精炼过程中，精炼剂加入量为炉料量的炉料量0.4-0.6％，精炼后合金液氢含量为0.05-0.10ml/100g。
6.根据权利要求4或5所述的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，其特征在于，S2中，热轧过程中，铸锭进轧温度为480-520℃，终轧温度大于320℃，热轧水冷后，杆状铝合金温度小于80℃。
7.根据权利要求4-6任一项所述的镁-铝复合板焊接用药芯焊丝，其特征在于，S2中，人工时效的温度为140-150℃。
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