CN108941980A - 一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法，步骤包括：先在模具内设置设硅酸铝纤维毡保温层，然后将模具的左半型模体、右半型模体分别预热，再将已完成精炼处理和变质处理的铝镁合金熔体浇注到模具中，制得铝镁合金中空铸棒；然后将铝镁合金中空铸棒包覆严实后放置于铝镁合金铸件母材热处理炉内，在460‑500℃的环境中保温12‑14小时后随铝镁合金铸件母材热处理炉冷却；再将铝镁合金中空铸棒置于组合式反挤压模具内，经挤压加工制得焊丝。本发明采用反挤压工艺挤压中空铸棒制备焊丝，对焊丝成型压力要求低，采用普通短行程立式压力机即可完成焊丝连续挤压成型，设备适应性强，可在铝合金铸件生产领域大规模推广应用。

Description

一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金焊丝的制备方法，具体涉及一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法。
背景技术
铝合金密度小、塑形高，具有优良的导电性能和导热性能，其表面能生成致密的氧化膜保护层，在大气中具有较好的耐蚀性能。通过在纯铝的基础上加入镁合金元素并通过热处理强化后制得的铝镁合金铸件具有良好的综合力学性能和耐海水腐蚀性能，广泛应用于军事、工业、交通运输等领域，如用于船舶与海洋工程领域中铸造舰船、海上航空器和近海装备的主要承力构件。
目前，大多数高性能铝镁合金铸件仍采用现场配料、检测和浇注的方式制得，尽管铝镁合金铸件具有较好的力学性能和优异的耐海水腐蚀性能，但其铸造工艺性能相对较差，铝镁合金铸件通过铸造成型后，需要对其局部非关键部位进行补焊处理。铸造过程中，由于铝镁合金铸件中镁元素含量较高、强化合金元素含量较多，熔炼工艺和元素烧损量复杂不易掌握，导致各炉次之间的铸件成分具有微量差别，虽然各炉次铝镁合金成分都能够控制在国家规定范围内，但各炉次之间的铸件成分差别难以控制。补焊过程中，采用常规的ER5356型焊丝对铝镁合金铸件进行补焊，由于焊丝与铸件之间的成分差异，导致铝镁合金铸件补焊部位缺陷增多、铸件局部成分异常和补焊部位力学性能不可预测性大等问题。为尽可能减少镁合金铸件补焊部位的缺陷，需要采用与母材成分接近或相同的铝镁合金焊丝，这类铝镁合金焊丝通常采用“拉拔-退火-拉拔-表面处理”的方法制得。
除此之外，CN107877032A公开了船舶与海洋工程用铝镁合金焊丝的生产方法，步骤包括：(1)熔炼：铝锭和中间合金熔炼温度为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。采用该方法制得的铝镁合金焊丝电弧稳定性好，但其制备工艺复杂，使用该焊丝针对高性能铝镁合金铸件进行焊接加工时，难以保证焊丝成分与铸件成分的优良匹配性，会增加焊接裂纹和焊接应力高度集中的风险，导致铝镁合金铸件在长期服役条件下的可靠性与稳定性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法，该方法能够制备出与铝镁合金铸件母材成分一致的焊丝，且制备工艺简单。
为了实现所述目的，本发明采用如下技术方案。
一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法，步骤包括：
步骤1，制备铝镁合金中空铸棒：先在三开模中空铸棒模具内设置设硅酸铝纤维毡保温层，然后将三开模中空铸棒模具的左半型模体、右半型模体分别预热至370-400℃，下半型模体预热至100-150℃，再将已完成精炼处理和变质处理的浇注温度为720-760℃的铝镁合金熔体（Mg≥4.5wt%，wt%表示质量百分比）浇注到三开模中空铸棒模具中，制得铝镁合金中空铸棒；本步骤中，所述铝镁合金熔体采用制备铝镁合金铸件母材过程中的同炉次铝镁合金熔体，即制备焊丝所用的熔体成分与铝镁合金铸件母材成分相同；
步骤2，均匀化处理：采用硅酸铝纤维毡将浇注成型的铝镁合金中空铸棒包覆严实后放置于铝镁合金铸件母材热处理炉内，在460-500℃的环境中保温12-14小时，然后随铝镁合金铸件母材热处理炉冷却至室温；
步骤3，挤压成型：将经过均匀化处理后的铝镁合金中空铸棒置于组合式反挤压模具内，经挤压加工制得焊丝；挤压过程中，所述组合式反挤压模具的预热温度控制为350-400℃，挤压速度控制为20-30mm/min；
所述组合式反挤压模具包括底模，在底模上设置有芯模，在芯模上活动套设有外模，在外模上设置有两端敞口的模腔，模腔半径大于芯模外径以使芯模和铝镁合金中空铸棒能够同时从模腔的一端插入模腔内；在模腔内设置有定型模体和导向模体，在定型模体上轴向设置有焊丝定形通道，导向模体一端卡合于定型模体出丝端，导向模体另一端连接挤压杆；且在挤压过程中，铝镁合金中空铸棒受压后经焊丝定形通道形成焊丝，且焊丝先沿着定型模体轴向运行直至接触导向模体后转换为径向运行并被导出组合式反挤压模具外。
进一步地，所述步骤1中，在所述三开模中空铸棒模具的下半型模体上设置有两条内径为12-15mm的空气冷却通孔。
作为优选，所述步骤1中，设置于所述三开模中空铸棒模具的右半型模体与下半型模体之间、左半型模体与下半型模体之间的硅酸铝纤维毡厚度为5-10mm，设置于所述三开模中空铸棒模具的中空铸棒模具型腔上部的硅酸铝纤维毡保温层厚度为10-12mm。
作为优选，所述步骤2中，所述硅酸铝纤维毡的厚度为20-30mm。
作为优选，所述步骤3中，所述焊丝定形通道包括环向分布在所述定型模体上的8-16个圆孔。
进一步地，所述步骤3中，所述焊丝定形通道包括长度为3.5-4.5mm、直径为5mm的圆孔4-8个，以及长度为2-2.6mm、直径为3mm的圆孔4-8个，每种直径的圆孔平均分为两组，并对称分布于所述定型模体出丝端的第一象限、第三象限或第二象限、第四象限内。
进一步地，所述步骤3中，所述导向模体的导向曲面采用全圆弧过渡，以保证焊丝挤出前端在接触到导向曲面后，其运动方向由轴向快速变为径向，并顺利被导出。
有益效果：本发明巧妙地利用现有铝合金铸造生产线和特定结构的模具能够一次性加工出与铝镁合金铸件母材成分一致的焊丝，且焊丝表面无裂纹；本发明采用反挤压工艺挤压中空铸棒制备焊丝，对焊丝成型压力要求低，对焊丝挤出流向进行二次导向，采用普通短行程立式压力机即可完成焊丝连续挤压成型，设备适应性强，可在铝合金铸件生产领域大规模推广应用；本发明焊丝挤压用中空铸棒，在铸件生产过程可使用简单金属铸型浇注成型，且中空铸棒均匀化热处理可与同牌号其他铸件一同进行，无需额外增加能耗；相比于现有铝镁合金焊丝的制备方法，本发明制备工艺简单，焊丝制备成本低，只需要将制备铝镁合金铸件母材的熔体转移至本发明相关模具内，并随炉进行热处理后即可经简单的挤压工序即可制备符合镁合金铸件补焊部位用的铝镁合金焊丝。
附图说明
图1是本发明中三开模中空铸棒模具的结构示意图；
图2是本发明中组合式反挤压模具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些简单的替换或调整，均在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种ZL301铝镁合金铸件用焊丝制备方法。
该方法中所使用的三开模中空铸棒模具如图1所示，三开模中空铸棒模具包括左半型模体1、右半型模体2和下半型模体3，在下半型模体3上设置有两条内径为15mm的空气冷却通孔，在三开模中空铸棒模具内设置有硅酸铝纤维毡保温层5；设置于右半型模体2与下半型模体3之间、左半型模体1与下半型模体3之间的硅酸铝纤维毡厚度均为5mm，设置于三开模中空铸棒模具型腔上部的硅酸铝纤维毡保温层501厚度为10mm。
该方法中所使用的组合式反挤压模具包括底模4，在底模4上设置有芯模5，在芯模5上活动套设有外模6，在外模6上设置有两端敞口的模腔10，模腔10半径大于芯模5外径以使芯模5和铝镁合金中空铸棒坯料11能够同时从模腔10的一端插入模腔10内；在模腔10内设置有定型模体7和导向模体8，在定型模体7上轴向设置有焊丝定形通道701，导向模体8一端卡合于定型模体7出丝端，导向模体8另一端连接挤压杆9，导向模体8的导向曲面采用全圆弧过渡；且在挤压过程中，铝镁合金中空铸棒坯料11受压后经焊丝定形通道701形成焊丝，且焊丝先沿着定型模体7轴向运行直至接触导向模体8后转换为径向运行并被导出组合式反挤压模具外。焊丝定形通道701包括长度为3.5mm、直径为5mm的圆孔4个，以及长度为2mm、直径为3mm的圆孔4个，每种直径的圆孔平均分为两组，对称分布于所述定型模体出丝端的第一象限、第三象限或第二象限、第四象限内。
本实施例中ZL301铝镁合金铸件用随炉焊丝制备步骤如下。
步骤1，制备铝镁合金中空铸棒坯料：先在三开模中空铸棒模具内壁铺设硅酸铝纤维毡，然后将三开模中空铸棒模具的左半型模体1、右半型模体2分别预热至370℃，下半型模体预热至100℃，再将已完成精炼处理和变质处理的浇注温度为760℃的ZL301铝镁合金熔体浇注到三开模中空铸棒模具中，制得铝镁合金中空铸棒；本步骤中，所述铝镁合金熔体采用制备铝镁合金铸件母材过程中的同炉次铝镁合金熔体，即制备焊丝所用的熔体成分与铝镁合金铸件母材成分相同；
步骤2，均匀化处理：采用30mm厚的硅酸铝纤维毡将浇注成型的铝镁合金中空铸棒包覆严实后放置于铝镁合金铸件母材热处理炉内，在460℃的环境中保温14小时，然后随铝镁合金铸件母材热处理炉冷却至室温；
步骤3，挤压成型：将经过均匀化处理后的铝镁合金中空铸棒置于组合式反挤压模具内，经挤压加工制得焊丝；挤压过程中，所述组合式反挤压模具的预热温度控制为350-400℃，具体地，外模6和芯模5预热温度为380℃，导向模体8和定型模体7预热温度为400℃，挤压速度控制为20-30mm/min。
实施例2
一种ZL303铝镁合金铸件用焊丝制备方法。
该方法中所使用的三开模中空铸棒模具如图1所示，三开模中空铸棒模具包括左半型模体1、右半型模体2和下半型模体3，在下半型模体3上设置有两条内径为12mm的空气冷却通孔，在三开模中空铸棒模具内设置有硅酸铝纤维毡保温层5；设置于右半型模体2与下半型模体3之间、左半型模体1与下半型模体3之间的硅酸铝纤维毡厚度均为10mm，设置于三开模中空铸棒模具型腔上部的硅酸铝纤维毡保温层501厚度为12mm。
该方法中所使用的组合式反挤压模具包括底模4，在底模4上设置有芯模5，在芯模5上活动套设有外模6，在外模6上设置有两端敞口的模腔10，模腔10半径大于芯模5外径以使芯模5和铝镁合金中空铸棒坯料11能够同时从模腔10的一端插入模腔10内；在模腔10内设置有定型模体7和导向模体8，在定型模体7上轴向设置有焊丝定形通道701，导向模体8一端卡合于定型模体7出丝端，导向模体8另一端连接挤压杆9，导向模体8的导向曲面采用全圆弧过渡；且在挤压过程中，铝镁合金中空铸棒坯料11受压后经焊丝定形通道701形成焊丝，且焊丝先沿着定型模体7轴向运行直至接触导向模体8后转换为径向运行并被导出组合式反挤压模具外。焊丝定形通道701包括长度为4.5mm、直径为5mm的圆孔8个，以及长度为2.6mm、直径为3mm的圆孔8个，每种直径的圆孔平均分为两组，对称分布于所述定型模体出丝端的第一象限、第三象限或第二象限、第四象限内。
本实施例中ZL303铝镁合金铸件用焊丝制备步骤如下。
步骤1，制备铝镁合金中空铸棒坯料：先在三开模中空铸棒模具内壁铺设硅酸铝纤维毡，然后将三开模中空铸棒模具的左半型模体1、右半型模体2分别预热至400℃，下半型模体预热至150℃，再将已完成精炼处理和变质处理的浇注温度为720℃的ZL303铝镁合金熔体浇注到三开模中空铸棒模具中，制得铝镁合金中空铸棒；本步骤中，所述铝镁合金熔体采用制备铝镁合金铸件母材过程中的同炉次铝镁合金熔体，即制备焊丝所用的熔体成分与铝镁合金铸件母材成分相同；
步骤2，均匀化处理：采用20mm厚的硅酸铝纤维毡将浇注成型的铝镁合金中空铸棒包覆严实后放置于铝镁合金铸件母材热处理炉内，在500℃的环境中保温12小时，然后随铝镁合金铸件母材热处理炉冷却至室温；
步骤3，挤压成型：将经过均匀化处理后的铝镁合金中空铸棒置于组合式反挤压模具内，经挤压加工制得焊丝；挤压过程中，所述组合式反挤压模具的预热温度控制为350-400℃，具体地，外模6和芯模5预热温度为350℃，导向模体8和定型模体7预热温度为380℃，挤压速度控制为30mm/min。
实施例3
一种ZL305铝镁合金铸件用焊丝制备方法。
该方法中所使用的三开模中空铸棒模具如图1所示，三开模中空铸棒模具包括左半型模体1、右半型模体2和下半型模体3，在下半型模体3上设置有两条内径为13mm的空气冷却通孔，在三开模中空铸棒模具内设置有硅酸铝纤维毡保温层5；设置于右半型模体2与下半型模体3之间、左半型模体1与下半型模体3之间的硅酸铝纤维毡厚度均为8.5mm，设置于三开模中空铸棒模具型腔上部的硅酸铝纤维毡保温层501厚度为9mm。
该方法中所使用的组合式反挤压模具包括底模4，在底模4上设置有芯模5，在芯模5上活动套设有外模6，在外模6上设置有两端敞口的模腔10，模腔10半径大于芯模5外径以使芯模5和铝镁合金中空铸棒坯料11能够同时从模腔10的一端插入模腔10内；在模腔10内设置有定型模体7和导向模体8，在定型模体7上轴向设置有焊丝定形通道701，导向模体8一端卡合于定型模体7出丝端，导向模体8另一端连接挤压杆9，导向模体8的导向曲面采用全圆弧过渡；且在挤压过程中，铝镁合金中空铸棒坯料11受压后经焊丝定形通道701形成焊丝，且焊丝先沿着定型模体7轴向运行直至接触导向模体8后转换为径向运行并被导出组合式反挤压模具外。焊丝定形通道701包括长度为3.8mm、直径为5mm的圆孔6个，以及长度为2.4mm、直径为3mm的圆孔6个，每种直径的圆孔平均分为两组，对称分布于所述定型模体出丝端的第一象限、第三象限或第二象限、第四象限内。
ZL305铝镁合金铸件用焊丝制备步骤如下。
步骤1，制备铝镁合金中空铸棒坯料：先在三开模中空铸棒模具内壁铺设硅酸铝纤维毡，然后将三开模中空铸棒模具的左半型模体1、右半型模体2分别预热至385℃，下半型模体预热至120℃，再将已完成精炼处理和变质处理的浇注温度为740℃的ZL305铝镁合金熔体浇注到三开模中空铸棒模具中，制得铝镁合金中空铸棒；本步骤中，所述铝镁合金熔体采用制备铝镁合金铸件母材过程中的同炉次铝镁合金熔体，即制备焊丝所用的熔体成分与铝镁合金铸件母材成分相同；
步骤2，均匀化处理：采用26mm厚的硅酸铝纤维毡将浇注成型的铝镁合金中空铸棒包覆严实后放置于铝镁合金铸件母材热处理炉内，在490℃的环境中保温13小时，然后随铝镁合金铸件母材热处理炉冷却至室温；
步骤3，挤压成型：将经过均匀化处理后的铝镁合金中空铸棒置于组合式反挤压模具内，经挤压加工制得焊丝；挤压过程中，所述组合式反挤压模具的预热温度控制为350-400℃，具体地，外模6和芯模5预热温度为375℃，导向模体8和定型模体7预热温度为388℃，挤压速度控制为24mm/min。
本实施例1-3中制得的焊丝光滑度好，肉眼观察其表面无裂纹，焊丝成分与铝镁合金铸件母材成分一致，符合使用要求。

Claims (7)

1.一种铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于步骤包括：
步骤1，制备铝镁合金中空铸棒：先在三开模中空铸棒模具内设置硅酸铝纤维毡保温层（5），然后将三开模中空铸棒模具的左半型模体（1）、右半型模体（2）分别预热至370-400℃，下半型模体（3）预热至100-150℃，再将已完成精炼处理和变质处理的浇注温度为720-760℃的铝镁合金熔体浇注到三开模中空铸棒模具中，制得铝镁合金中空铸棒；所述铝镁合金熔体为制备铝镁合金铸件母材过程中的同炉次铝镁合金熔体，其质量百分比满足Mg≥4.5wt%；
步骤2，均匀化处理：采用硅酸铝纤维毡将浇注成型的铝镁合金中空铸棒包覆严实后放置于铝镁合金铸件母材热处理炉内，在460-500℃的环境中保温12-14小时，然后随铝镁合金铸件母材热处理炉冷却至室温；
步骤3，挤压成型：将经过均匀化处理后的铝镁合金中空铸棒置于组合式反挤压模具内，经挤压加工制得焊丝；挤压过程中，所述组合式反挤压模具的预热温度控制为350-400℃，挤压速度控制为20-30mm/min；
所述组合式反挤压模具包括底模（4），在底模（4）上设置有芯模（5），在芯模（5）上活动套设有外模（6），在外模（6）上设置有两端敞口的模腔（10），模腔（10）半径大于芯模（5）外径以使芯模（5）和铝镁合金中空铸棒（11）能够同时从模腔（10）的一端插入模腔（10）内；在模腔（10）内设置有定型模体（7）和导向模体（8），在定型模体（7）上轴向设置有焊丝定形通道（701），导向模体（8）一端卡合于定型模体（7）出丝端，导向模体（8）另一端连接挤压杆（9）；且在挤压过程中，铝镁合金中空铸棒（11）受压后经焊丝定形通道（701）形成焊丝，且焊丝先沿着定型模体（7）轴向运行直至接触导向模体（8）后转换为径向运行并被导出组合式反挤压模具外。
2.根据权利要求1所述的铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于：所述步骤1中，在所述三开模中空铸棒模具的下半型模体（3）上设置有两条内径为12-15mm的空气冷却通孔。
3.根据权利要求2所述的铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于：所述步骤1中，设置于所述三开模中空铸棒模具的右半型模体（2）与下半型模体（3）之间、左半型模体（1）与下半型模体（3）之间的硅酸铝纤维毡（501）厚度均为5-10mm，所述硅酸铝纤维毡保温层（5）的厚度为10-12mm。
4.根据权利要求3所述的铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于：所述步骤2中硅酸铝纤维毡的厚度为20-30mm。
5.根据权利要求4所述的铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于：所述焊丝定形通道（701）包括环向分布在所述定型模体（7）上的8-16个圆孔。
6.根据权利要求5所述的铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于：所述焊丝定形通道（701）包括长度为3.5-4.5mm、直径为5mm的圆孔4-8个，以及长度为2-2.6mm、直径为3mm的圆孔4-8个，同一规格直径的圆孔平均分为两组，并对称分布于所述定型模体（7）出丝端的第一象限、第三象限或第二象限、第四象限内。
7.据权利要1、2、3、4、5或6所述的铝镁合金铸件用焊丝制备方法，其特征在于：所述导向模体（8）的导向曲面采用全圆弧过渡。
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