CN108531788A - 一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，它涉及一种焊丝线材的制造方法。本发明的目的是要解决现有的硅铝合金焊丝存在内部组织较差，导致焊接时易出现气孔、夹渣和裂纹的问题。制造方法：一、熔炼；二、铸造；三、锯切；四、车皮；五、预热；六、挤压；七、退火；八、第一次拉伸；九、中间退火；十、第二次拉伸，得到航天用含硅铝合金焊丝线材。优点：组织均匀，无粗大晶粒。本发明主要用于制备航天用含硅铝合金焊丝线材。

Description

一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种焊丝线材的制造方法。
背景技术
铝合金具有比强度较高、制造工艺性好、成本低的特点，是航天产品的首选结构材料。运载火箭贮箱、卫星贮箱、战术导弹壳体等采用铝合金焊接而成。铝合金焊丝是铝合金焊接所必需的填充材料，是决定焊缝质量的因素之一，在航天铝合金焊接生产中占有重要地位。而硅铝合金焊丝属于铝合金焊丝中一种类型，被广泛的应用于航天领域中，但是现有的硅铝合金焊丝存在内部组织较差，导致焊接时易出现气孔、夹渣和裂纹的问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有的硅铝合金焊丝存在内部组织较差，导致焊接时易出现气孔、夹渣和裂纹的问题，而提供一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法。
一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，具体按以下步骤完成的：
一、熔炼：按照含硅铝合金焊丝线材中Si的质量分数为3.0％～4.0％、Cu的质量分数为1.5％～2.8％、Cr的质量分数为0.001％～0.08％、V的质量分数为0.05％～0.20％、Be的质量分数为0.0001％～0.0015％、Ti的质量分数为0.08％～0.18％、Zr的质量分数为0.08％～0.28％、杂质的质量分数≤0.1％和余量为Al称取低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金，并低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金依次放入熔炼炉中，在温度为720℃～760℃条件下熔炼5h～6h，得到含硅铝合金熔液；所述低镁铝合金锭中镁的质量分数＜0.02％；
二、铸造：将步骤一得到的含硅铝合金熔液在铸造温度为735℃～750℃、铸造速度为70mm/min～75mm/min、冷却水强度为0.05MPa～0.10MPa和冷却水温度为15℃～30℃的条件下铸造成直径为172mm±2mm的铸锭；
三、锯切：将步骤二得到的直径为172mm±2mm的铸锭锯切，得到长度为500mm～510mm的铸锭；
四、车皮：将步骤三得到的长度为500mm～510mm的铸锭进行车皮，去除铸锭表面氧化皮，得到直径为162mm±2mm的铸锭；
五、预热：将步骤四得到的直径为162mm±2mm的铸锭放入电阻加热炉，加热至温度为400℃～430℃，得到预热后铸锭；
六、挤压：将步骤五得到的预热后铸锭经过铝合金线材专用模具挤压至直径12mm，挤压温度为390℃～420℃，得到直径为12mm的线材；
七、退火：将步骤六得到的直径为12mm的线材进行退火，退火温度为360℃～400℃，退火时间为1.5h～2h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到退火后线材；
八、第一次拉伸：将步骤七得到的退火后线材进行第一次拉伸，从直径为12mm拉伸减径至直径为10mm～10.5mm，得到第一次拉伸线材；
九、中间退火：将步骤八得到的第一次拉伸线材进行中间退火，中间退火温度为360℃～380℃，中间退火时间为1.5h～2h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到中间退火后线材；
十、第二次拉伸：将步骤九得到的中间退火后线材进行第二次拉伸，拉伸减径至直径为5mm～5.05mm，得到航天用含硅铝合金焊丝线材。
本发明优点：一、本发明通过合金成分的合理配比，使得焊丝用铝合金线材焊接性能优良。采用均匀化退火消除晶内偏析和铸造应力，使其具有较好的加工性能和组织性能；采用添加少量微量元素、配合中间退火进行两次次拉伸减径等工艺，使组织均匀，无粗大晶粒，保证了线材的最终焊接性能的稳定。二、本发明制备的铝合金焊丝线材表面、尺寸、组织质量优异，工业生产中成型性能好、焊接性能优良、组织均匀细密，适合制作要求硅含量较高的铝合金焊丝线材。三、常规焊丝应选用主合金元素和母材相一致的焊丝(为防止主元素扩散造成接头附近母材强度降低)，本发明航天用含硅铝合金焊丝线材开发主要用于铜为主要合金元素的航天用2XXX系铝合金(如2A14、2024)的焊接。同时为保证焊缝有适中的强度，需要加入适量的铜，铜可以在组织中形成CuAl2等相提高合金强度。经过实践验证，最终确定铜含量为1.5％-2.8％。硅元素在合金中主要以α+Si共晶体形式存在，共晶体的增加，可以增加合金熔体的流动性，在焊接时，熔化的焊丝熔体可以较快的填充焊缝，实践验证本合金硅含量范围可以保证焊接时熔体有充分的流动性。其余主合金化微量元素(Cr、V、Be、Ti、Zr)，依据合金化理论，主要为达到细化组织晶粒，提高成型性能、焊接性能的目的设计加入。四、常规焊接接头要求强度至少要到达母材的50％以上，且越接近越好。而本发明航天用含硅铝合金焊丝线材相对于市场上常见的含硅铝合金焊丝焊接后的接头强度提升非常明显，提高幅度在25％以上，焊接后焊接接头的强度达到了母材本身强度的76％～85％，因此充分说明本发明航天用含硅铝合金焊丝线材焊接性能优良。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，具体按以下步骤完成的：
一、熔炼：按照含硅铝合金焊丝线材中Si的质量分数为3.0％～4.0％、Cu的质量分数为1.5％～2.8％、Cr的质量分数为0.001％～0.08％、V的质量分数为0.05％～0.20％、Be的质量分数为0.0001％～0.0015％、Ti的质量分数为0.08％～0.18％、Zr的质量分数为0.08％～0.28％、杂质的质量分数≤0.1％和余量为Al称取低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金，并低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金依次放入熔炼炉中，在温度为720℃～760℃条件下熔炼5h～6h，得到含硅铝合金熔液；所述低镁铝合金锭中镁的质量分数＜0.02％；
二、铸造：将步骤一得到的含硅铝合金熔液在铸造温度为735℃～750℃、铸造速度为70mm/min～75mm/min、冷却水强度为0.05MPa～0.10MPa和冷却水温度为15℃～30℃的条件下铸造成直径为172mm±2mm的铸锭；
三、锯切：将步骤二得到的直径为172mm±2mm的铸锭锯切，得到长度为500mm～510mm的铸锭；
四、车皮：将步骤三得到的长度为500mm～510mm的铸锭进行车皮，去除铸锭表面氧化皮，得到直径为162mm±2mm的铸锭；
五、预热：将步骤四得到的直径为162mm±2mm的铸锭放入电阻加热炉，加热至温度为400℃～430℃，得到预热后铸锭；
六、挤压：将步骤五得到的预热后铸锭经过铝合金线材专用模具挤压至直径12mm，挤压温度为390℃～420℃，得到直径为12mm的线材；
七、退火：将步骤六得到的直径为12mm的线材进行退火，退火温度为360℃～400℃，退火时间为1.5h～2h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到退火后线材；
八、第一次拉伸：将步骤七得到的退火后线材进行第一次拉伸，从直径为12mm拉伸减径至直径为10mm～10.5mm，得到第一次拉伸线材；
九、中间退火：将步骤八得到的第一次拉伸线材进行中间退火，中间退火温度为360℃～380℃，中间退火时间为1.5h～2h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到中间退火后线材；
十、第二次拉伸：将步骤九得到的中间退火后线材进行第二次拉伸，拉伸减径至直径为5mm～5.05mm，得到航天用含硅铝合金焊丝线材。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中按照含硅铝合金焊丝线材中Si的质量分数为3.5％、Cu的质量分数为2.05％、Cr的质量分数为0.02％、V的质量分数为0.10％、Be的质量分数为0.0006％、Ti的质量分数为0.11％、Zr的质量分数为0.13％和余量为Al称取低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中在温度为740℃条件下熔炼5.5h，得到含硅铝合金熔液。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中将步骤一得到的含硅铝合金熔液在铸造温度为740℃、铸造速度为72mm/min、冷却水强度为0.08MPa和冷却水温度为25℃的条件下铸造成直径为172mm的铸锭。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤五中将步骤四得到的直径为162mm±2mm的铸锭放入电阻加热炉，加热至温度为415℃，得到预热后铸锭。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤六中将步骤五得到的预热后铸锭经过铝合金线材专用模具挤压至直径12mm，挤压温度为405℃，得到直径为12mm的线材。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤七中退火温度为380℃，退火时间为1.5h。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤九中中间退火温度为370℃，中间退火时间为1.5h。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤十中所述航天用含硅铝合金焊丝线材中的单元素杂质含量≤0.02％，杂质总量≤0.10％。其他与具体实施方式一至八相同。
本实施方式航天用含硅铝合金焊丝线材中的含硅铝合金线材中的单个杂质≤0.02％，全部杂质的范围为≤0.10％，该范围内的杂质不会对铝合金线材的焊接性能产生影响。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，具体按以下步骤完成的：
一、熔炼：按照含硅铝合金焊丝线材中Si的质量分数为3.5％、Cu的质量分数为2.05％、Cr的质量分数为0.02％、V的质量分数为0.10％、Be的质量分数为0.0006％、Ti的质量分数为0.11％、Zr的质量分数为0.13％、杂质的质量分数≤0.1％和余量为Al称取低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金，并低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金依次放入熔炼炉中，在温度为740℃条件下熔炼5.5h，得到含硅铝合金熔液；所述低镁铝合金锭中镁的质量分数＜0.02％；
二、铸造：将步骤一得到的含硅铝合金熔液在铸造温度为740℃、铸造速度为72mm/min、冷却水强度为0.08MPa和冷却水温度为25℃的条件下铸造成直径为172mm的铸锭；
三、锯切：将步骤二得到的直径为172mm的铸锭锯切，得到长度为505mm的铸锭；
四、车皮：将步骤三得到的长度为505mm的铸锭进行车皮，去除铸锭表面氧化皮，得到直径为162mm的铸锭；
五、预热：将步骤四得到的直径为162mm的铸锭放入电阻加热炉，加热至温度为415℃，得到预热后铸锭；
六、挤压：将步骤五得到的预热后铸锭经过铝合金线材专用模具挤压至直径12mm，挤压温度为405℃，得到直径为12mm的线材；
七、退火：将步骤六得到的直径为12mm的线材进行退火，退火温度为380℃，退火时间为1.5h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到退火后线材；
八、第一次拉伸：将步骤七得到的退火后线材进行第一次拉伸，从直径为12mm拉伸减径至直径为10mm，得到第一次拉伸线材；
九、中间退火：将步骤八得到的第一次拉伸线材进行中间退火，中间退火温度为370℃，中间退火时间为1.5h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到中间退火后线材；
十、第二次拉伸：将步骤九得到的中间退火后线材进行第二次拉伸，拉伸减径至直径为5mm，得到航天用含硅铝合金焊丝线材，所述航天用含硅铝合金焊丝线材中的单元素杂质含量≤0.02％，杂质总量≤0.10％。
焊接试验检测：以2A14T6作为焊接铝合金母材，分别利用实施例1得到的航天用含硅铝合金焊丝线材、含硅铝合金焊丝4043和含硅铝合金焊丝4047作为焊丝进行焊接，对焊接结果进行检测，如表1所示。通过表1可知，本发明航天用含硅铝合金焊丝线材相对于市场上常见的含硅铝合金焊丝焊接后的接头强度提升非常明显，提高幅度在25％以上，焊接后焊接接头的强度达到了母材本身强度的76％～85％。
表1

Claims (9)

1.一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：
一、熔炼：按照含硅铝合金焊丝线材中Si的质量分数为3.0％～4.0％、Cu的质量分数为1.5％～2.8％、Cr的质量分数为0.001％～0.08％、V的质量分数为0.05％～0.20％、Be的质量分数为0.0001％～0.0015％、Ti的质量分数为0.08％～0.18％、Zr的质量分数为0.08％～0.28％、杂质的质量分数≤0.1％和余量为Al称取低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金，并低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金依次放入熔炼炉中，在温度为720℃～760℃条件下熔炼5h～6h，得到含硅铝合金熔液；所述低镁铝合金锭中镁的质量分数＜0.02％；
二、铸造：将步骤一得到的含硅铝合金熔液在铸造温度为735℃～750℃、铸造速度为70mm/min～75mm/min、冷却水强度为0.05MPa～0.10MPa和冷却水温度为15℃～30℃的条件下铸造成直径为172mm±2mm的铸锭；
三、锯切：将步骤二得到的直径为172mm±2mm的铸锭锯切，得到长度为500mm～510mm的铸锭；
四、车皮：将步骤三得到的长度为500mm～510mm的铸锭进行车皮，去除铸锭表面氧化皮，得到直径为162mm±2mm的铸锭；
五、预热：将步骤四得到的直径为162mm±2mm的铸锭放入电阻加热炉，加热至温度为400℃～430℃，得到预热后铸锭；
六、挤压：将步骤五得到的预热后铸锭经过铝合金线材专用模具挤压至直径12mm，挤压温度为390℃～420℃，得到直径为12mm的线材；
七、退火：将步骤六得到的直径为12mm的线材进行退火，退火温度为360℃～400℃，退火时间为1.5h～2h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到退火后线材；
八、第一次拉伸：将步骤七得到的退火后线材进行第一次拉伸，从直径为12mm拉伸减径至直径为10mm～10.5mm，得到第一次拉伸线材；
九、中间退火：将步骤八得到的第一次拉伸线材进行中间退火，中间退火温度为360℃～380℃，中间退火时间为1.5h～2h，然后以不大于30℃/h的速度冷却至250℃以下，然后出炉空冷，得到中间退火后线材；
十、第二次拉伸：将步骤九得到的中间退火后线材进行第二次拉伸，拉伸减径至直径为5mm～5.05mm，得到航天用含硅铝合金焊丝线材。
2.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤一中按照含硅铝合金焊丝线材中Si的质量分数为3.5％、Cu的质量分数为2.05％、Cr的质量分数为0.02％、V的质量分数为0.10％、Be的质量分数为0.0006％、Ti的质量分数为0.11％、Zr的质量分数为0.13％和余量为Al称取低镁铝合金锭、铜锭、硅铝合金、铬铝合金、钒铝合金、锆铝合金、铍铝合金和钛铝合金。
3.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤一中在温度为740℃条件下熔炼5.5h，得到含硅铝合金熔液。
4.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤二中将步骤一得到的含硅铝合金熔液在铸造温度为740℃、铸造速度为72mm/min、冷却水强度为0.08MPa和冷却水温度为25℃的条件下铸造成直径为172mm的铸锭。
5.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤五中将步骤四得到的直径为162mm±2mm的铸锭放入电阻加热炉，加热至温度为415℃，得到预热后铸锭。
6.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤六中将步骤五得到的预热后铸锭经过铝合金线材专用模具挤压至直径12mm，挤压温度为405℃，得到直径为12mm的线材。
7.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤七中退火温度为380℃，退火时间为1.5h。
8.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤九中中间退火温度为370℃，中间退火时间为1.5h。
9.根据权利要求1所述的一种航天用含硅铝合金焊丝线材的制造方法，其特征在于步骤十中所述航天用含硅铝合金焊丝线材中的单元素杂质含量≤0.02％。
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