CN114850728B - 一种适用于7a52高强铝合金的焊丝及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于7A52高强铝合金的焊丝及焊接方法，其中焊丝及焊接方法适用于10mm～60mm厚7A52高强铝合金焊接，其中焊丝化学成分按重量百分比为：Si：≤0.10％，Mn：0.5％～1.0％，Cr：0.15％～0.20％，Cu：≤0.04％，Fe：0.10％～0.20％，Mg：5.3％～5.8％，Zn：≤0.15％，Ti：0.15％～0.20％，Zr：0.10％～0.15％，其余为Al及不可避免的杂质元素。本申请中采用双丝双脉冲焊接方法，选择合适的焊接工艺，获得了高质量的焊接接头，其中接头抗拉强度≥335MPa，焊接接头强度系数≥0.80，焊接效率提高35％以上。从而使得所述焊丝和焊接方法应用于7A52高强铝合金的焊接具有巨大的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种适用于7A52高强铝合金的焊丝及焊接方法。
背景技术
7A52铝合金是可热处理强化的7系铝合金，经固溶和时效处理后强度≥410MPa，现已广泛用于飞机机身结构、特殊车辆、铁路运输和低温压力容器等领域的大型结构件中。对于这些大型结构件，采用传统的制造方法(铸造、锻压等)不能一体化加工成形，只能通过焊接进行连接制造，因此焊接技术成为了一种重要的材料加工方法。但铝合金由于熔点低、导热快，采用传统的焊接方法(直流MIG、TIG以及脉冲模式)，焊接效率低，焊后母材变形严重，同时由于焊接线能量较大导致焊缝组织晶粒粗大，热影响区软化严重，极大地降低了焊接接头的力学性能，从而也限制了7A52高强铝合金的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于7A52高强铝合金的焊丝及焊接方法，解决常规7A52高强铝合金在焊接中存在背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种适用于7A52高强铝合金的焊丝，其化学成分按重量百分比为：Si：≤0.10％，Mn：0.5％～1.0％，Cr：0.15％～0.20％，Cu：≤0.04％，Fe：0.10％～0.20％，Mg：5.3％～5.8％，Zn：≤0.15％，Ti：0.15％～0.20％，Zr：0.10％～0.15％，其余为Al及不可避免的杂质元素；其中焊丝经过铸锭制备、热挤压、轧制、中间退火、光亮冷拔步骤进行加工制得，具体为常规焊丝加工工艺。
并经过以下步骤制得丝径为1.2mm和1.6mm的焊丝：
其经过铸锭制备、热挤压、轧制、中间退火、光亮冷拔步骤。
本申请通过焊丝成分设计解决上述背景技术中存在的问题；其中Mg元素是7A52铝合金中重要的固溶强化元素，能与Zn元素形成强化相MgZn2；
但是在采用双丝双脉冲焊接过程中，焊缝总热输入增加，导致Mg元素蒸发严重，减弱了Mg元素强化作用；
本申请中通过提高Mg元素含量(5.3％～5.8％)，从而保证Mg元素固溶强化效果。
另外，本申请中同时该焊丝组分中添加有一定比例的Ti(0.15％～0.20％)和微量稀土元素Zr(0.10％～0.15％)；其中Ti与Zr能够产生复合微合金化，形成Al3(Zr,Ti)弥散相，该弥散相与Al基体的错配度很小，从而能够细化晶粒和抑制再结晶，提高合金的热稳定性，进而提高材料的力学性能。
本发明提供了一种适用于7A52高强铝合金的焊接方法，其应用上述的适用于7A52高强铝合金的焊丝，
采用双丝双脉冲焊接方法：
其中主丝为脉冲(P)焊接模式，焊接电流为240A～330A，焊接电压为23.3V～25.3V；副丝为冷金属过渡(CMT)+脉冲(P)焊接模式，焊接电流为100A～160A，焊接电压为18.2V～20.1V；
焊接速度为0.48m/min～0.72m/min，送丝速度为22m/min～30m/min；
保护气体为50％He+50％Ar，气体流量为18～22L/min，道间温度≤80℃。
本申请中所述主丝为脉冲(P)焊接模式，是通过主丝脉冲(P)大电流射流过渡方式，从而提高金属熔敷效率，以获得大熔深、高熔敷量；所述副丝为冷金属过渡(CMT)+脉冲(P)焊接模式实现焊缝成形精度和降低热输入，并且利用脉冲(P)焊接能够对熔池产生搅拌作用，从而助于减少焊缝缺陷，细化焊缝晶粒，而提高焊缝强度。
本实施例中，进一步地优化，其适用于10mm～60mm厚的7A52高强铝合金焊接。
本实施例中，再进一步地优化，其中焊接坡口为“V”型或“X”型坡口，坡口角度为70°～90°，钝边≤1mm；从而使得焊接接头的抗拉强度≥335MPa，接头强度系数≥0.80，焊接效率提高35％以上。
本实施例中，再进一步地优化，其中焊接坡口的角度具体设计为80°。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：本申请中采用双丝双脉冲焊接方法，选择合适的焊接工艺，获得了高质量的焊接接头，其中接头抗拉强度≥335MPa，焊接接头强度系数≥0.80，焊接效率提高35％以上。从而使得所述焊丝和焊接方法应用于7A52高强铝合金的焊接具有巨大的潜力。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为中厚板7A52焊接宏观示意图；
图2为焊接接头焊缝区组织金相图；
图3为焊接接头焊缝区组织EBSD图；
图4为焊缝区Al3(Zr,Ti)相TEM图。
具体实施方式
实施例1
本实施例中采用本发明焊丝进行40mm厚7A52高强铝合金双丝双脉冲焊接实验，焊丝化学成分按重量百分比为：Si：0.05％，Mn：0.60％，Cr：0.16％，Cu：0.04％，Fe：0.12％，Mg：5.3％，Zn：0.08％，Ti：0.16％，Zr：0.10％，其余为Al及不可避免的杂质元素。实验前对焊接坡口进行打磨、清理，去除表面氧化膜，并用丙酮去除油污，双丝双脉冲焊接工艺参数如表1所示。焊接接头宏观如图1所示，焊缝表面成形良好，截面无宏观气孔、裂纹产生，母材几乎无变形。焊缝区组织呈等轴状生长(如图2和图3所示)，平均晶粒尺寸约为32μm。焊缝区还出现球形状Al3(Zr,Ti)相(如图4所示)，尺寸约为50nm～100nm，纳米级Al3(Zr,Ti)相能够显著细化晶粒，提高接头强度。焊接接头抗拉强度为339MPa，接头强度系数为0.82。作为对比示例，采用普通直流MIG进行40mm厚7A52高强铝合金焊接，在相同焊接工艺参数下(送丝速度仅有19.4m/min)，焊接接头抗拉强度仅为285MPa。对比之下，本发明焊接效率提高了41％，实现了高质量与高效率焊接。
表1双丝双脉冲焊接工艺参数
实施例2
采用本发明焊丝进行40mm厚7A52高强铝合金双丝双脉冲焊接实验，焊丝化学成分按重量百分比为：Si：0.05％，Mn：0.60％，Cr：0.16％，Cu：0.04％，Fe：0.15％，Mg：5.5％，Zn：0.10％，Ti：0.18％，Zr：0.12％，其余为Al及不可避免的杂质元素。实验前对焊接坡口进行打磨、清理，去除表面氧化膜，并用丙酮去除油污。双丝双脉冲焊接工艺参数如表2所示。焊缝区组织呈等轴状，随着Zr、Ti含量增加，纳米级的Al3(Zr,Ti)数量增加，细化晶粒效果更加明显，平均晶粒尺寸约为28μm，提高了焊接接头的抗拉强度。本实施例中接头抗拉强度为345MPa，接头强度系数为0.84，焊接效率提高37％(直流MIG送丝速度18.9m/min)。
表2双丝双脉冲焊接工艺参数
实施例3
采用本发明焊丝进行40mm厚7A52高强铝合金双丝双脉冲焊接实验，焊丝化学成分按重量百分比为：Si：0.07％，Mn：0.8％，Cr：0.15％，Cu：0.02％，Fe：0.14％，Mg：5.8％，Zn：0.07％，Ti：0.18％，Zr：0.14％，其余为Al及不可避免的杂质元素。实验前对焊接坡口进行打磨、清理，去除表面氧化膜，并用丙酮去除油污。本实施例双丝双脉冲焊接工艺参数如表3所示。母材几乎无变形，焊缝成形效果较好，焊缝区平均晶粒尺寸约为24μm。焊接接头具有良好的拉伸性能，抗拉强度达到351MPa，接头强度系数为0.85，焊接效率提高55％(直流MIG送丝速度15.6m/min)。
表3双丝双脉冲焊接工艺参数
实施例4
采用本发明焊丝进行40mm厚7A52高强铝合金双丝双脉冲焊接实验，焊丝化学成分按重量百分比为：Si：0.03％，Mn：0.90％，Cr：0.18％，Cu：0.03％，Fe：0.18％，Mg：5.4％，Zn：0.13％，Ti：0.20％，Zr：0.15％，其余为Al及不可避免的杂质元素。实验前对焊接坡口进行打磨、清理，去除表面氧化膜，并用丙酮去除油污。双丝双脉冲焊接工艺参数如表4所示。母材几乎无变形，焊缝表面成形较好，截面无缺陷产生。焊缝区晶粒长大，平均晶粒尺寸约为35μm，由于焊接电流较大，组织中Al3(Zr,Ti)相发生粗化，其尺寸约为200nm。焊接接头抗拉强度为344MPa，接头强度系数为0.84，焊接效率提高53％(直流MIG送丝速度为17.8m/min)。
表4MIG脉冲焊接工艺参数
Claims (4)
1.一种适用于7A52高强铝合金的焊接方法，其特征在于：采用双丝双脉冲焊接方法：
其中主丝为脉冲(P)焊接模式，焊接电流为240A～330A，焊接电压为23.3V～25.3V；副丝为冷金属过渡(CMT)+脉冲(P)焊接模式，焊接电流为100A～160A，焊接电压为18 .2V～20.1V；
焊接速度为0.48m/min～0.72m/min，送丝速度为22m/min～30m/min；
保护气体为50％He+50％Ar，气体流量为18～22L/min，道间温度≤80℃；
其中焊丝的化学成分按重量百分比为：Si：≤0.10％，Mn：0.5％～1.0％，Cr：0.15％～0.20％，Cu：≤0.04％，Fe：0.10％～0.20％，Mg：5.3％～5.8％，Zn：≤0.15％，Ti：0.15％～0.20％，Zr：0.10％～0.15％，其余为Al及不可避免的杂质元素；
焊接接头的抗拉强度≥335MPa，接头强度系数≥0.80，焊接效率提高35％以上。
2.根据权利要求1所述的适用于7A52高强铝合金的焊接方法，其特征在于：其适用于10mm～60mm厚的7A52高强铝合金焊接。
3.根据权利要求1所述的适用于7A52高强铝合金的焊接方法，其特征在于：其中焊接坡口为“V”型或“X”型坡口，坡口角度为70°～90°，钝边≤1mm。
4.根据权利要求3所述的适用于7A52高强铝合金的焊接方法，其特征在于：其中焊接坡口的角度为80°。
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| GR01 | Patent grant | ||
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