CN111112871A - 一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝及其制备方法。所述铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金，其重量百分比包含如下元素：4.0‑6.0％Cu，0.2‑0.6％Mn，0.8‑1.2％Mg，0.10‑0.30％Zr，Si＜0.1％，Fe＜0.1％，0.14‑6.89％Ti，0.06‑3.11％B，余量为Al。

Description

一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金焊丝技术领域，特别涉及到一种新型抗热裂2xxx系铝 合金焊丝及其制备方法。

背景技术

2xxx系铝合金由于其优异的比强度和塑性，高温和低温下有着更宽广的 应用温度范围，使其在航空航天工业领域有着大规模的应用。但是2xxx系铝 合金多以铆接或一次成型方式应用，这增加了质量，削弱了比强度，因此， 提高2xxx系铝合金的焊接强度至关重要。

2xxx系铝合金焊接性能较差，主要原因是在焊接过程中，焊接接头金属 处显微组织表现为，以α(Al)为基体在晶界处分布有α(Al)-θ(CuAl₂) 共晶组织，并且有粗大、方向性很强的柱状晶形成，等轴晶和柱状晶相比， 晶粒大小不同，变形不均匀，容易产生热裂纹，严重降低了焊接处金属的力 学性能。焊接接头强度，不仅取决于焊接母材的成分和性能，还与填充焊丝 有着必要的联系。焊丝的成分和性能直接关系着焊接的质量，影响着焊接强度。

目前应用于2xxx铝合金的焊丝，主要有国外生产的ER2319商品化焊丝， 国内按照GB/T10858-1989标准制备的SAlCu焊丝，但这两种焊丝对于焊接2219 和2519高强铝合金，焊接接头强度只能达到母材的55～60％，焊接处热裂现 象改善不佳。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明目的提供了一种通过其作为填充材 料用于2xxx系铝合金的焊接金属晶粒细小，具有高的焊接强度和抗热裂性能 的新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案来实现的：

一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，其特征在于，该铝合金焊丝为含有 TiB₂颗粒的2xxx系铝合金，其重量百分比包含如下元素：4.0-6.0％Cu， 0.2-0.6％Mn，0.8-1.2％Mg，0.10-0.30％Zr，Si＜0.1％，Fe＜0.1％，0.14-6.89％Ti， 0.06-3.11％B，余量为Al。

在本发明的一个优选实施例中，该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝 合金，其重量百分比包含如下元素：4.5％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr，Si ＜0.1％，Fe＜0.1％，1.4％Ti，0.6％B，余量为Al。

在本发明的一个优选实施例中，该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝 合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr，Si ＜0.1％，Fe＜0.1％，2.8％Ti，1.2％B，余量为Al。

在本发明的一个优选实施例中，该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝 合金，其重量百分比包含如下元素：6.5％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr，Si ＜0.1％，Fe＜0.1％，5.6％Ti，2.4％B，余量为Al。

本发明还公开了一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征 在于，包括如下步骤：

S1：将高纯铝加入坩埚中，升温熔融，加入JZF-03型覆盖剂，覆盖均匀 后，进行熔炼，熔炼温度为700-750℃；熔体中加入均匀混合并烘干的KBF₄和 K₂TiF₆盐，机械搅拌原位反应，然后加入Cu粒，Al-Mn合金、Al-Zr合金、Mg粒， 并加入精炼剂除气精炼；

S2：除去熔体杂质，将熔液浇铸铁模中形成铸锭，并均匀化处理；

S3：将S2所得铸锭，进行扒皮后热挤压形成线坯；

S4：将S3所得线坯，进行多道次拉拔和机械刮削加工成不同规格的焊丝， 最后经过清洁处理制成成品焊丝。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S1所述KBF₄和K₂TiF₆质量比为1： 0.5-1：2，机械搅拌反应时间为10-45min。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S1所述精炼剂为JZJ型无害铝合 金精炼剂，精炼温度为650-750℃，时间为10-20min。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S2中的均匀化处理的温度为 535℃，保温16h。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S3中的热挤压温度为 350-450℃，挤压速度为0.5-2m/min，挤压比8-20。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤S4中的拉拔道次为8-25道次， 每道次拉拔后300-400℃，退火20min。

与现有技术相比，本发明具有以下几点有益效果：

1.本发明提供的含有TiB₂颗粒2xxx系铝合金焊丝，用于焊接填充材料，由 于TiB2颗粒提供了大量非均质形核位点，所得焊缝金属多为细小等轴晶，粗 大方向性较强得柱状晶较少，根据Hall-Petch关系，大大提高了焊缝强度， 晶粒细小，变形均匀，改善了塑性和抗裂性能。

2.本发明提供一种新型抗裂性2xxx系铝合金焊丝，TiB₂增加了电子散射， 焊丝电阻率较高，焊接线能量较低，减少了低熔点元素挥发和晶粒长大。

3.本发明TiB₂陶瓷颗粒占焊丝总重量百分比≤6％，有效的提高了焊丝的综 合性能，若TiB₂陶瓷颗粒超过焊丝总重量百分比的6％，会导致焊丝材料，气孔、 酥松、焊缝性能差等缺点。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面进一步阐述本发明。

实施例1

一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx 系铝合金，其重量百分比包含如下元素：4.5％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr， Si＜0.1％，Fe＜0.1％，1.4％Ti，0.6％B，余量为Al。

实施例1的新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1：将高纯Al加入坩埚中，升温至750℃熔融，加入JZF-03型高温覆盖剂， 覆盖均匀后进行熔炼，将KBF₄和K₂TiF₆均匀混合盐按质量比1:2加入熔体中，机 械搅拌30min，进行原位合成反应，待反应结束后除去反应副产物，然后依次 加入Cu、Mg、Al-Mn合金，并加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，保 持温度750℃精炼20min；

S2：除去杂质，浇铸在铁模中形成铸锭，在535℃下，均匀化处理16小时。

S3：车去表皮，在400℃进行热挤压，挤压比为16:1，挤压速度为2mm/min；

S4：挤压得10mm线坯经过12道次拉拔，每道次拉拔后再350℃回火20min， 经过12道次拉拔成2mm焊丝，经过定径刮削、清洗和表面处理，得到2mm成品 焊丝。用所制备焊丝，通过TIG焊接技术，对含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金进 行焊接，焊接后经过T6热处理，测试其焊接强度可高达母材合金强度的70.1％， 焊接接头出不见气孔，焊接热裂现象很少出现。

实施例2

一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx 系铝合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr， Si＜0.1％，Fe＜0.1％，2.8％Ti，1.2％B，余量为Al。

实施例2的新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1：将高纯Al加入坩埚中，升温至750℃熔融，加入JZF-03型高温覆盖剂， 覆盖均匀后进行熔炼，将KBF₄和K₂TiF₆均匀混合盐按质量比1:2加入熔体中，机 械搅拌30min，进行原位合成反应，待反应结束后除去反应副产物，然后依次 加入Cu、Mg、Al-Mn合金，并加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，保 持温度750℃精炼20min；

S2：除去杂质，浇铸在铁模中形成铸锭，在535℃下，均匀化处理16小时。

S3：车去表皮，在400℃进行热挤压，挤压比为16:1，挤压速度为2mm/min；

S4：挤压得10mm线坯经过12道次拉拔，每道次拉拔后再350℃回火20min， 经过12道次拉拔成2mm焊丝，经过定径刮削、清洗和表面处理，得到2mm成品 焊丝。用所制备焊丝，通过TIG焊接技术，对含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金进 行焊接，焊接后经过T6热处理，测试其焊接强度可高达母材合金强度的71.5％， 焊接接头出不见气孔，焊接热裂现象很少出现。

实施例3

一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx 系铝合金，其重量百分比包含如下元素：6.5％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr， Si＜0.1％，Fe＜0.1％，5.6％Ti，2.4％B，余量为Al。

实施例3的新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

S1：将高纯Al加入坩埚中，升温至750℃熔融，加入JZF-03型高温覆盖剂， 覆盖均匀后进行熔炼，将KBF₄和K₂TiF₆均匀混合盐按质量比1:2加入熔体中，机 械搅拌30min，进行原位合成反应，待反应结束后除去反应副产物，然后依次 加入Cu、Mg、Al-Mn合金，并加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，保 持温度750℃精炼20min；

S2：除去杂质，浇铸在铁模中形成铸锭，在535℃下，均匀化处理16小时。

S3：车去表皮，在400℃进行热挤压，挤压比为16:1，挤压速度为2mm/min；

S4：挤压得10mm线坯经过12道次拉拔，每道次拉拔后再350℃回火20min， 经过12道次拉拔成2mm焊丝，经过定径刮削、清洗和表面处理，得到2mm成品 焊丝。用所制备焊丝，通过TIG焊接技术，对含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金进 行焊接，焊接后经过T6热处理，测试其焊接强度可高达母材合金强度的69.8％， 焊接接头出不见气孔，焊接热裂现象很少出现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本 发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围 内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，其特征在于，所述铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金，其重量百分比包含如下元素：4.0-6.0％Cu，0.2-0.6％Mn，0.8-1.2％Mg，0.10-0.30％Zr，Si＜0.1％，Fe＜0.1％，0.14-6.89％Ti，0.06-3.11％B，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，其特征在于：所述铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金，其重量百分比包含如下元素：4.5％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr，Si＜0.1％，Fe＜0.1％，1.4％Ti，0.6％B，余量为Al。

3.根据权利要求1所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，其特征在于：所述铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金，其重量百分比包含如下元素：6.0％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr，Si＜0.1％，Fe＜0.1％，2.8％Ti，1.2％B，余量为Al。

4.根据权利要求1所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝，其特征在于：该铝合金焊丝为含有TiB₂颗粒的2xxx系铝合金，其重量百分比包含如下元素：6.5％Cu，0.4％Mn，1.2％Mg，0.2％Zr，Si＜0.1％，Fe＜0.1％，5.6％Ti，2.4％B，余量为Al。

5.一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1：将高纯铝加入坩埚中，升温熔融，加入JZF-03型覆盖剂，覆盖均匀后，进行熔炼，熔炼温度为700-750℃；熔体中加入均匀混合并烘干的KBF₄和K₂TiF₆盐，机械搅拌原位反应，然后加入Cu粒，Al-Mn合金、Al-Zr合金、Mg粒，并加入精炼剂除气精炼；

S2：除去熔体杂质，将熔液浇铸铁模中形成铸锭，并均匀化处理；

S3：将S2所得铸锭，进行扒皮后热挤压形成线坯；

S4：将S3所得线坯，进行多道次拉拔和机械刮削加工成不同规格的焊丝，最后经过清洁处理制成成品焊丝。

6.根据权利要求5所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤S1所述KBF₄和K₂TiF₆质量比为1：0.5-1：2，机械搅拌反应时间为10-45min。

7.根据权利要求5所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤S1所述精炼剂为JZJ型无害铝合金精炼剂，精炼温度为650-750℃，时间为10-20min。

8.根据权利要求5所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的均匀化处理的温度为535℃，保温16h。

9.根据权利要求5所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的热挤压温度为350-450℃，挤压速度为0.5-2m/min，挤压比8-20。

10.根据权利要求5所述的一种新型抗热裂2xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的拉拔道次为8-25道次，每道次拉拔后300-400℃，退火20min。