CN107877032A

CN107877032A - 船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝及其生产方法

Info

Publication number: CN107877032A
Application number: CN201711233754.1A
Authority: CN
Inventors: 刘运强; 郑利华; 张文凤; 叶东
Original assignee: Guilin University of Aerospace Technology
Current assignee: Guilin University of Aerospace Technology
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-04-06

Abstract

本发明涉及一种船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝及其生产方法，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Mg:4.0‑6.5％、Cr:0.25‑0.45％、Zn:0.15‑0.35％、Mn:0.3‑0.6％、Ti:0.15‑0.25％、Pr0.01‑0.1％、Ce:0.01‑0.1％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al，铝镁合金焊丝经过经熔炼、精炼、铸造、均匀化、挤压、拉制和表面处理制得。本发明铝镁合金焊丝电弧稳定性好，焊缝成型美观，强度高、耐低温性与抗冲击性好，并且具有更佳的抗热裂和抗应力腐蚀性能。

Description

船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金焊丝技术领域，具体涉及一种适用于船舶与海洋工程的铝镁合金焊丝及其生产方法。

背景技术

建设海洋强国，提高海洋资源开发能力，发展海洋经济，保护海洋生态环境，维护国家海洋权益，是我国的重大发展战略。船舶和海洋工程得工作环境要求其结构材料具有高的比强度、韧性、耐蚀性、抗疲劳、抗冲击及良好的焊接性等综合性能。铝合金具有质量轻，强度高，耐磨性好，加工后不易变形等优点，在汽车、航空航天、航运等领域应用十分广泛。铝镁合金具有中等强度和良好的成型性，被广泛的应用在船舶制造和海洋工程领域。

铝镁合金在船舶和海洋工程中大部分是通过焊接成形的，而且其中大多数焊接后要求不进行强化热处理而直接使用，因此通常要求铝镁合金焊丝焊接的焊缝最好不需要强化热处理即有较高的强度、塑性和抗蚀性。目前市场上常用的铝镁合金焊丝是ER5356合金焊丝，ER5356合金焊丝的优点是强度适中，抗裂性能与耐腐蚀性能相对完好。但是，ER5356合金焊丝在焊接过程中镁和锌等元素挥发氧化烧损严重而使接头强度明显低于母材强度，已不能满足中高强度铝镁合金焊接接头高强度要求尤其是对厚板焊接和焊接后不能进行热处理的大型部件，迫切研制无需强化热处理就能使焊缝获得较好综合性能的铝镁合金焊丝，并且具有更佳的抗热裂和抗应力腐蚀性能，以满足船舶和海洋工程得连接强度与可靠性需要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种电弧稳定性好，焊缝成型美观，强度高、耐低温性与抗冲击性好，与母材结合强度大且性能稳定，并且具有更佳的抗热裂和抗应力腐蚀性能的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝及其生产方法。

本发明是这样实现的：

一种船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Mg:4.0-6.5％、Cr:0.25-0.45％、Zn:0.15-0.35％、Mn:0.3-0.6％、Ti:0.15-0.25％、Pr:0.01-0.1％、Ce:0.01-0.1％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

进一步优选，所述铝镁合金焊丝的化学组分按质量百分比为：Mg:5％、Cr:0.3％、Zn:0.2％、Mn:0.4％、Ti:0.2％、Pr:0.04％、Ce:0.04％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

本发明的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：按比例将纯度为99.75％以上的铝锭和中间合金投入熔炼炉中，并且将镁锭放入铁笼中，用叉车吊起铁笼送入熔炼炉，并在熔炼炉内缓慢移动，直到镁锭全部融化，炉料在熔炼炉加热完全融化后搅拌20-30min，取样进行成分分析合格后转入保温炉，熔炼温度为720-750℃，熔炼时间为7-9小时；

(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉的铝液中，由旋转吹头向铝液中通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒细化剂进行晶粒细化；

(3)铸造：将铝液浇铸成铝镁合金圆棒，所述铸造速度为60mm/min-80mm/min，铸造水压为0.02-0.04MPa，铸造温度为710℃-750℃；

(4)均匀化：将铝镁合金铸放入热处理炉中均匀化退火处理，在550-580℃温度下保温8-10h，然后对铝镁合金圆棒进行强力风冷，待铝镁合金圆棒温度降至230-250℃时，再对铝镁合金圆棒进行喷水冷却至常温；

(5)挤压：采用挤压机对铝镁合金圆棒进行挤压，得到铝镁合金线坯，挤压前先将铝镁合金圆棒切成短棒，铝镁合金短棒与挤压筒和模具加热到一定温度，铝镁合金短棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即将铝镁合金线坯进行强风冷却；

(6)拉制：将铝镁合金线坯先去应力退火，然后进行拉制，拉制两次后再进行去应力退火，再进行拉制，拉制延伸率为15％-20％，直至将铝镁合金线坯拉制成直径为0.8-1.6mm规格的铝镁合金焊丝；

(7)表面处理：将铝镁合金焊丝进行脱脂、抛光和清洗、吹干后，层绕上盘、包装入库。

进一步优选，所述步骤2中氩气流量为130-150L/min，氯气流量为120-140L/min。

进一步优选，所述步骤5中挤压的主缸速度为4-10mm/s，铝镁合金短棒温度为470-490℃，挤压筒温度为420-440℃，模具温度为460-480℃。

进一步优选，所述步骤6中去应力退火为在惰性气体的保护下，将铝镁合金线坯加热至400-450℃，保温100-120分钟，然后先进行强风冷却，待温度降至220-250℃时，喷水冷却至出炉。

进一步优选，所述步骤6中脱脂采用的脱脂液包括以下重量份数的原料：浓度98％的硫酸20-30份、甲基磺酸5-10份、五水偏硅酸钠4-8份、脂肪醇聚氧乙烯醚2-5份、柠檬酸钠10-15份和水100-150份。

进一步优选，所述步骤6中抛光采用抛光液对铝镁合金焊丝表面进行浸泡，浸泡时间5-8min；所述抛光液包括以下成分：氢氧化钠、椰油醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘油、三乙醇胺和水；氢氧化钠、椰油醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸盐、甘油、三乙醇胺和水的重量比为5:4:2:1:1:200-300。

进一步优选，所述步骤6中清洗为将铝镁合金焊丝放在温度为40-50℃的水中进行超声波清洗，清洗时间为10-20秒，然后热风吹干。

本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：

1、本发明铝镁合金焊丝通过调整合金成分及生产工艺，制得的铝镁合金焊丝电弧稳定性好，焊缝成型美观，强度高、耐低温性与抗冲击性好，与母材结合强度大且性能稳定，并且具有更佳的抗热裂和抗应力腐蚀性能。

2、本发明通过添加微量Ce和Pr元素，通过Ce和Pr的合金化作用，显著改善Al-Mg合金显微组织，细化球化晶粒，改变第二相形态，大幅提高铝镁合金焊丝焊缝强度和耐腐蚀性。

3、本发明采用抛光液对焊丝表面进行抛光，通过抛光液中各物质的协同作用，使得浸泡后的铝镁合金焊丝的表面光亮平整、光泽度好和耐腐蚀的特性。

具体实施方式

实施例1

铝镁合金焊丝的化学组分按质量百分比为：

Mg:4.0％、Cr:0.25％、Zn:0.15％、Mn:0.3％、Ti:0.15％、Pr:0.01％、Ce:0.01％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

铝镁合金焊丝的生产方法为：

(2)精炼：将保温炉内的铝液进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉的铝液中，由旋转吹头向铝液中通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量，精炼完成后进行过滤除渣，铝液进入过滤装置之前，在铝液中加入铝钛硼晶粒细化剂进行晶粒细化，氩气流量为130-150L/min，氯气流量为120-140L/min；

(5)挤压：采用挤压机对铝镁合金圆棒进行挤压，得到铝镁合金线坯，挤压前先将铝镁合金圆棒切成短棒，铝镁合金短棒与挤压筒和模具加热到一定温度，铝镁合金短棒、挤压筒和模具达到设定的温度后上模进行挤压，挤压后立即将铝镁合金线坯进行强风冷却，挤压的主缸速度为4-10mm/s，铝镁合金短棒温度为470-490℃，挤压筒温度为420-440℃，模具温度为460-480℃；

(6)拉制：将铝镁合金线坯先去应力退火，然后进行拉制，拉制两次后再进行去应力退火，再进行拉制，拉制延伸率为15％-20％，直至将铝镁合金线坯拉制成直径为0.8-1.6mm规格的铝镁合金焊丝；所述去应力退火为在惰性气体的保护下，将铝镁合金线坯加热至400-450℃，保温100-120分钟，然后先进行强风冷却，待温度降至220-250℃时，喷水冷却至出炉

(7)表面处理：将铝镁合金焊丝进行脱脂、抛光和清洗、吹干后，层绕上盘、包装入库，抛光采用抛光液对铝镁合金焊丝表面进行浸泡，浸泡时间5-8min；清洗为将铝镁合金焊丝放在温度为40-50℃的水中进行超声波清洗，清洗时间为10-20秒，然后热风吹干。

实施例2

铝镁合金焊丝的化学组分按质量百分比为：

Mg:6％、Cr:0.4％、Zn:0.3％、Mn:0.5％、Ti:0.22％、Pr:0.08％、Ce:0.07％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

生产方法与实施例1相同。

实施例3

铝镁合金焊丝的化学组分按质量百分比为：

Mg:5％、Cr:0.3％、Zn:0.2％、Mn:0.4％、Ti:0.2％、Pr:0.04％、Ce:0.04％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

生产方法与实施例1相同。

实施例4

铝镁合金焊丝的化学组分按质量百分比为：

Mg:6.5％、Cr:0.45％、Zn:0.35％、Mn:0.6％、Ti:0.25％、Pr:0.01-0.1％、Ce:0.01-0.1％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

生产方法与实施例1相同。

试验效果

使用本实施例1-4生产的铝镁合金焊丝，对照例采用广东某公司的ER5356合金焊丝，焊丝直径为1.2mm，铝镁合金焊丝和ER5356焊丝分别作为填充材料，在室温下，用MIG焊焊接10mm厚的铝镁合金板，然后进行抗拉强度、屈服强度和断后伸长率试验，结果如下：

由表1得知，本发明的铝镁合金焊丝具有更佳的接头抗拉强度、焊接接头弯曲试和接头断后伸长率，力学性能优于ER5356焊丝，能满足在船舶和海洋工程中铝镁合金的焊接。

Claims

1.一种船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝，其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Mg:4.0-6.5％、Cr:0.25-0.45％、Zn:0.15-0.35％、Mn:0.3-0.6％、Ti:0.15-0.25％、Pr:0.01-0.1％、Ce:0.01-0.1％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝，其特征在于：其化学组分按质量百分比为：Mg:5％、Cr:0.3％、Zn:0.2％、Mn:0.4％、Ti:0.2％、Pr:0.04％、Ce:0.04％、Fe≤0.2％、Si≤0.2％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

3.如权利要求1或2所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤2中氩气流量为130-150L/min，氯气流量为120-140L/min。

5.根据权利要求3所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤5中挤压的主缸速度为4-10mm/s，铝镁合金短棒温度为470-490℃，挤压筒温度为420-440℃，模具温度为460-480℃。

6.根据权利要求3所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤6中去应力退火为在惰性气体的保护下，将铝镁合金线坯加热至400-450℃，保温100-120分钟，然后先进行强风冷却，待温度降至220-250℃时，喷水冷却至出炉。

7.根据权利要求3所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤6中脱脂采用的脱脂液包括以下重量份数的原料：浓度98％的硫酸20-30份、甲基磺酸5-10份、五水偏硅酸钠4-8份、脂肪醇聚氧乙烯醚2-5份、柠檬酸钠10-15份和水100-150份。

8.根据权利要求3所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤6中抛光采用抛光液对铝镁合金焊丝表面进行浸泡，浸泡时间5-8min；所述抛光液包括以下成分：氢氧化钠、椰油醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘油、三乙醇胺和水；氢氧化钠、椰油醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸盐、甘油、三乙醇胺和水的重量比为5:4:2:1:1:200-300。

9.根据权利要求3所述的船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，其特征在于：所述步骤6中清洗为将铝镁合金焊丝放在温度为40-50℃的水中进行超声波清洗，清洗时间为10-20秒，然后热风吹干。