CN108274008A - 一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接材料制备技术领域，具体涉及一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法。本发明以高岭石为原料，经过处理得到非晶高岭石粉末，将硅酸钠与非晶高岭土粉末混合，经过球磨、干燥得到改性非晶高岭土颗粒，将改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合处理得到铝合金线材，再置于热压模具中热压得到防飞溅抗裂铝合金焊丝，高岭石和冰晶石界面处的铝酸钠盐能够改善冰晶石覆层与铝合金焊丝的界面力，能够吸收碳系杂质产生的二氧化碳和水，减弱对熔滴的冲击作用，起到防飞溅的效果，非晶高岭石在高温下的微膨胀能够阻止铝合金焊丝中铝微小晶粒的成长和聚集，有效减轻杂质的危害，60611铝合金粉与矿石粉，使焊接接头中组织分布更加均匀，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料制备技术领域，具体涉及一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法。
背景技术
我国属原铝生产大国，原铝产量居全球第三位，仅次于美国、俄罗斯。铝由于具有比重小、抗腐蚀性好、导电性及导热性高等良好性能，在航空工业中大量地应用。
现代科学技术的发展促进了铝合金焊接技术的进步。铝合金具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀性，同时还具有良好的成形工艺性和焊接性，加之成本比较低，因此，成为航空、航天、船舶、汽车、列车、化工、军事等领域应用最广泛的一类有色金属结构材料。例如，船用壳体、高速列车与地铁列车铝合金车厢、化工容器等都由铝合金结构材料焊接而成。其中，铝合金焊丝为影响焊缝金属组织、成分、固-液相线温度、焊缝的耐腐烛性、近缝区母材的热裂性及力学性能的重要因素，是铝合金焊接所必需的填充材料，铝合金焊丝内部质量很大程度上取决于原铝材的质量。
目前，在铝合金焊丝的制备过程中，由于铝合金熔炼除气效果不佳，会使铝合金焊丝氢含量偏高，致使在焊接过程中生成较多的气孔，从而导致焊接接头强度小（其接头强度往往只有母材强度的60%～70%），抗开裂性与耐腐蚀性差，影响金属构件的正常使用。另外，焊丝用铝合金多含有较多的杂质，以及有明显的成分偏析，不仅会影响焊丝的拉拔成形，使焊丝极易拉断，成材率下降，而且铝合金中的杂质能在整个生产过程中传递，从而导致焊丝质量低劣。
因此，研制出一种能够解决上述性能问题的铝合金焊丝非常有必要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前铝合金焊丝组分不合理，焊接时飞溅大，熔敷金属易出现气孔，焊接接头强度小，抗开裂性差，提供了一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中球磨后，过筛得到高岭石粉末；
（2）将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温，预热，待预热完成后，程序升温，保温加热后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过筛，得到非晶高岭石粉末；
（3）将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末混合，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，将聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，球磨得到球磨浆料，将球磨浆料置于烘箱中干燥，得到改性非晶高岭石颗粒；
（4）将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合，置于球磨罐中球磨，收集得到球磨混合粉末，并置于线型冷压模具中冷压，待冷压完成后，得到合金线材；
（5）将上述合金线材置于直进式拉丝机上，拉伸后冷却至室温后用铝酸钠溶液冲洗，干燥得到铝合金线材；
（6）将铝合金线材移入装有冰晶石粉的热压模具中，压制后静置冷却至室温，脱模得到防飞溅抗裂铝合金焊丝。
步骤（1）所述的球磨过程中控制球料质量比为15:1，球磨转速为450～500r/min，球磨时间为6～8h后，所过筛规格为150目。
步骤（2）所述的加热升温后温度为150～200℃，预热时间为1～2h，程序升温速率为5～10℃/min，升温后温度为1150～1200℃，保温加热时间为2～3h，淬火处理时间为20～25min，所过筛规格为100目。
步骤（3）所述的硅酸钠与所得非晶高岭石粉末混合质量比为1:5，搅拌混合时间为5～10min，将聚乙二醇溶液添加至混合粉末中按固液比为1:7，球磨转速为500～700r/min，球磨时间为2～3h，烘箱设定温度为50～80℃，干燥时间为6～8h。
步骤（4）所述的改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合质量比为1:2，控制球料质量比为10:1，球磨转速为250～300r/min，球磨时间为1～2h，冷压时间为1～2h，控制冷压压力为5～10MPa，冷压温度为0～5℃。
步骤（5）所述的控制拉伸速度为0.5～1.0m/s，合金线材拉伸至直径为2.5～4.0mm时停止拉丝，铝酸钠溶液的质量分数为20%，干燥温度为55～60℃，干燥时间为6～8h。
步骤（6）所述的铝合金线材与冰晶石粉的质量比为15:1，控制热压温度为220～250℃，热压压力为7～10MPa，压制时间为20～25min。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以高岭石为原料，经破碎球磨得到高岭土粉末，将高岭石粉末置于电阻炉中升温预热后，继续升温将高岭石熔融，将熔融高岭土淬火处理得到非晶高岭石，经研磨过筛得到非晶高岭石粉末，将硅酸钠与非晶高岭土粉末混合得到混合粉末，经过球磨、干燥得到改性非晶高岭土颗粒，将改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合球磨后冷压得到合金线材，将合金线材置于拉丝机中拉丝得到铝合金线材，将铝合金线材置于装有冰晶石粉末的热压模具中热压得到防飞溅抗裂铝合金焊丝，本发明中高岭石属于三斜晶系结构，层间没有阳离子或水分子存在，熔融后的高岭石与铝合金粉末之间会有强氢键存在，使所制得焊丝强度更高，合金线材经过热压后冰晶石粉末能够均匀包覆在铝合金焊丝表面，有效改善电弧形态并稳定电弧促使电弧形态变为敞开型，从而降低了高温熔融状态下焊接接头的表面张力，细化熔滴，使周围高温膨胀的气体不易渗入焊接处熔敷金属，提高焊接质量，另外高岭石和冰晶石界面处的铝酸钠盐能够改善冰晶石覆层与铝合金焊丝的界面力，并能够吸收碳系杂质产生的二氧化碳和水，减弱对熔滴的冲击作用，起到防飞溅的效果；
（2）本发明制备的非晶高岭石在高温下的微膨胀能够阻止铝合金焊丝中铝微小晶粒的成长和聚集，促进新相成核，使熔敷金属整体晶粒细化，生成强化相硅化铝并均匀分布在α-Al基体中，该强化相在α-Al基体中作为形核基底，显著细化焊缝组织中的晶粒，提高熔敷金属中再结晶温度，阻碍位错滑移，有效减轻杂质的危害，使熔敷金属中含铁相更少且更细小，同时有效避免出现粗大针片状β相，从而提高焊接接头致密性，提高抗裂性能，改善焊接接头中组织形态，减少熔敷金属中初晶硅和共晶硅的生成，使焊缝中的组织呈现亚共晶状态，另外所用的60611铝合金粉与矿石粉中镁含量较高，由于镁熔点较低，会先熔融流动填充焊接孔隙，有利于降低焊缝针孔率，使焊接接头中组织分布更加均匀，抑制出现偏析现象，从而提高焊接接头强度的同时还显著提高了焊接接头的韧性，应用前景广阔。
具体实施方式
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料质量比为15:1，以450～500r/min转速球磨6～8h后，过150目筛，得到高岭石粉末；将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至150～200℃，预热1～2h，待预热完成后，以5～10℃/min的速率程序升温至1150～1200℃，保温加热2～3h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理20～25min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末；将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1:5搅拌混合5～10min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1:7，将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以500～700r/min的转速球磨2～3h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为50～80℃的烘箱中，干燥6～8h，得到改性非晶高岭石颗粒；将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1:2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10:1，在250～300r/min转速下球磨1～2h，收集得到球磨混合粉末，并置于线型冷压模具中冷压1～2h，控制冷压压力为5～10MPa，冷压温度0～5℃，待冷压完成后，得到合金线材；将上述合金线材置于直进式拉丝机上，控制拉伸速度0.5～1.0m/s，待合金线材拉伸至直径为2.5～4.0mm时，停止拉丝，冷却至室温后用质量分数为20%的铝酸钠溶液冲洗3～5次，再在55～60℃下干燥6～8h，得到铝合金线材；将铝合金线材移入装有冰晶石粉的热压模具中，其中铝合金线材与冰晶石粉的质量比为15:1，控制热压温度为220～250℃，热压压力为7～10MPa，压制20～25min后静置冷却至室温，脱模得到防飞溅抗裂铝合金焊丝。
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料比为15:1，以450r/min转速球磨6h后，过150目筛，得到高岭石粉末；将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至150℃，预热1h，待预热完成后，以5℃/min的速率程序升温至1150℃，保温加热2h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理20min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末；将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1:5搅拌混合5min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1:7，将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以500r/min的转速球磨2h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为50℃的烘箱中，干燥6h，得到改性非晶高岭石颗粒；将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1:2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10:1，在250r/min转速下球磨1h，收集得到球磨混合粉末，并置于线型冷压模具中冷压1h，控制冷压压力为5MPa，冷压温度0℃，待冷压完成后，得到合金线材；将上述合金线材置于直进式拉丝机上，控制拉伸速度0.5m/s，待合金线材拉伸至直径为2.5mm时，停止拉丝，冷却至室温后用质量分数为20%的铝酸钠溶液冲洗3次，再在55℃下干燥6h，得到铝合金线材；将铝合金线材移入装有冰晶石粉的热压模具中，其中铝合金线材与冰晶石粉的质量比为15:1，控制热压温度为220℃，热压压力为7MPa，压制20min后静置冷却至室温，脱模得到防飞溅抗裂铝合金焊丝。
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料比为15:1，以475r/min转速球磨7h后，过150目筛，得到高岭石粉末；将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至175℃，预热1.5h，待预热完成后，以8℃/min的速率程序升温至1175℃，保温加热2.5h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理23min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末；将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1:5搅拌混合7min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1:7，将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以600r/min的转速球磨2～3h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为65℃的烘箱中，干燥7h，得到改性非晶高岭石颗粒；将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1:2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10:1，在275r/min转速下球磨1.5h，收集得到球磨混合粉末，并置于线型冷压模具中冷压1.5h，控制冷压压力为7MPa，冷压温度3℃，待冷压完成后，得到合金线材；将上述合金线材置于直进式拉丝机上，控制拉伸速度0.7m/s，待合金线材拉伸至直径为3.1mm时，停止拉丝，冷却至室温后用质量分数为20%的铝酸钠溶液冲洗4次，再在57℃下干燥7h，得到铝合金线材；将铝合金线材移入装有冰晶石粉的热压模具中，其中铝合金线材与冰晶石粉的质量比为15:1，控制热压温度为235℃，热压压力为8MPa，压制23min后静置冷却至室温，脱模得到防飞溅抗裂铝合金焊丝。
取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中，控制球料比为15:1，以500r/min转速球磨8h后，过150目筛，得到高岭石粉末；将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温至200℃，预热2h，待预热完成后，以10℃/min的速率程序升温至1200℃，保温加热3h后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理25min得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过100目筛，得到非晶高岭石粉末；将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末按质量比为1:5搅拌混合10min，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，按固液比为1:7，将质量浓度20%的聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，以700r/min的转速球磨3h，得到球磨浆料，将球磨浆料置于设定温度为80℃的烘箱中，干燥8h，得到改性非晶高岭石颗粒；将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末按质量比为1:2混合，置于球磨罐中，控制球料质量比为10:1，在300r/min转速下球磨2h，收集得到球磨混合粉末，并置于线型冷压模具中冷压2h，控制冷压压力为10MPa，冷压温度5℃，待冷压完成后，得到合金线材；将上述合金线材置于直进式拉丝机上，控制拉伸速度1.0m/s，待合金线材拉伸至直径为4.0mm时，停止拉丝，冷却至室温后用质量分数为20%的铝酸钠溶液冲洗5次，再在60℃下干燥8h，得到铝合金线材；将铝合金线材移入装有冰晶石粉的热压模具中，其中铝合金线材与冰晶石粉的质量比为15:1，控制热压温度为250℃，热压压力为10MPa，压制25min后静置冷却至室温，脱模得到防飞溅抗裂铝合金焊丝。
以合肥市某公司生产的铝合金焊丝作为对比例 对本发明制得的防飞溅抗裂铝合金焊丝和对比例中的铝合金焊丝进行检测，检测结果如表1所示：
将本发明制备的实例1～3和对比例铝合金焊丝分别作为填充材料，在室温下，用MIG焊焊接10mm厚的5083 O态板。
参照《铝及铝合金焊丝标准》（GBT10858-2008）进行测试。
表1性能测定结果
根据表1中数据可知，本发明制得的防飞溅抗裂铝合金焊丝，具有良好的拉伸强度和韧性，不易开裂，且抗腐蚀性能良好，满足大型铝型材地高性能铝合金焊丝的苛刻技术要求，具备替代国外进口高性能铝合金焊丝的性能指标，具有广阔的市场前景。
Claims (7)
1.一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取高岭石，将其置于液压破碎机中破碎成碎块，将高岭石碎块置于球磨罐中球磨后，过筛得到高岭石粉末；
（2）将高岭石粉末置于管式电阻炉中，加热升温，预热，待预热完成后，程序升温，保温加热后，将熔融高岭石置于冰水浴中淬火处理得到非晶高岭石，将非晶高岭土放入碾磨机中碾磨处理，过筛，得到非晶高岭石粉末；
（3）将硅酸钠与上述所得非晶高岭石粉末混合，得到混合粉末，将混合粉末置于球磨罐中，将聚乙二醇溶液添加至混合粉末中，球磨得到球磨浆料，将球磨浆料置于烘箱中干燥，得到改性非晶高岭石颗粒；
（4）将上述改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合，置于球磨罐中球磨，收集得到球磨混合粉末，并置于线型冷压模具中冷压，待冷压完成后，得到合金线材；
（5）将上述合金线材置于直进式拉丝机上，拉伸后冷却至室温后用铝酸钠溶液冲洗，干燥得到铝合金线材；
（6）将铝合金线材移入装有冰晶石粉的热压模具中，压制后静置冷却至室温，脱模得到防飞溅抗裂铝合金焊丝。
2.根据权利要求1所述的一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：
步骤（1）所述的球磨过程中控制球料质量比为15:1，球磨转速为450～500r/min，球磨时间为6～8h后，所过筛规格为150目。
3.根据权利要求1所述的一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：
步骤（2）所述的加热升温后温度为150～200℃，预热时间为1～2h，程序升温速率为5～10℃/min，升温后温度为1150～1200℃，保温加热时间为2～3h，淬火处理时间为20～25min，所过筛规格为100目。
4.根据权利要求1所述的一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：
步骤（3）所述的硅酸钠与所得非晶高岭石粉末混合质量比为1:5，搅拌混合时间为5～10min，将聚乙二醇溶液添加至混合粉末中按固液比为1:7，球磨转速为500～700r/min，球磨时间为2～3h，烘箱设定温度为50～80℃，干燥时间为6～8h。
5.根据权利要求1所述的一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：
步骤（4）所述的改性非晶高岭石颗粒与6061铝合金粉末混合质量比为1:2，控制球料质量比为10:1，球磨转速为250～300r/min，球磨时间为1～2h，冷压时间为1～2h，控制冷压压力为5～10MPa，冷压温度为0～5℃。
6.根据权利要求1所述的一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：
步骤（5）所述的控制拉伸速度为0.5～1.0m/s，合金线材拉伸至直径为2.5～4.0mm时停止拉丝，铝酸钠溶液的质量分数为20%，干燥温度为55～60℃，干燥时间为6～8h。
7.根据权利要求1所述的一种防飞溅抗裂铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：
步骤（6）所述的铝合金线材与冰晶石粉的质量比为15:1，控制热压温度为220～250℃，热压压力为7～10MPa，压制时间为20～25min。
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