CN115647657A - 一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法及其制备的铝镁合金焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金焊丝技术领域，涉及一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法及其制备的铝镁合金焊丝。所述焊丝线性稳定方法包括以下步骤：对铝镁合金焊丝成品进行阶梯退火，退火温度为50～135℃，在退火温度下保温3～24小时，铝镁合金焊丝成品规格为Ф0.8～Ф2.0mm。本发明采用低温阶梯退火工艺对外径尺寸公差已经达到焊接要求的铝镁合金焊丝成品进行处理，稳定材料内部组织，优化焊丝材料性能。

Description

一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法及其制备的 铝镁合金焊丝

技术领域

本发明属于铝合金焊丝技术领域，涉及一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法及其制备的铝镁合金焊丝。

背景技术

在我国经济处于新旧动能转化的关键时期，国际化竞争日益加剧的今天，铝及铝合金作为一种重要的基础原材料，其作用显得尤为重要。铝及铝合金加工材通常以管、棒、线、板、带、箔的形态广泛应用于电力、交通、建筑、机械、电子信息、航空航天和国防军工等领域，在保障国民经济建设和社会发展等方面发挥了不可或缺的作用。

最近几年，随着我国产业结构优化升级步伐加快及节能降耗的方针政策逐渐深入人心，伴随着轨道交通、汽车工业、航天军工等行业向轻量化方向发展，高性能铝及铝合金焊丝产品(以下简称铝焊丝)的需求持续增长。

在短短十余年的发展中，我国高铁里程成为了世界上高铁运营里程最长的国家。中国高铁在自主研发夯实的雄厚基础上，通过学习、吸收、引进以及再创新等方式，近年来又自主研发了“复兴号”动车组，列车覆盖时速200公里至350公里各个等级，拥有高寒、高温、高原等各类车型，能很好地满足国内外的不同需求。

高速动车组车体轻量化设计不仅可以降低材料成本，在降低车辆制造成本及列车轨道的维护成本上也能大幅降低。轻量化设计主要从轻质高强度材料应用和车体结构的优化设计。目前车体断面由大型中空铝型材挤压焊接而成，接口长而规则，便于实现自动化作业，因此各种自动焊技术在该行业得到大量应用。

铝合金车体焊接结构的性能，在基材一定的情况下，主要取决于焊接工艺和焊材的合金成分和性能。其中焊材是影响焊缝金属成分、组织、近缝区母材的热裂性、焊缝的耐腐蚀性及力学性能的重要因素。同时，为实现机器人自动化惰性气体保护电弧焊(MIG焊)，保证焊接过程中的送丝稳定性，对铝合金焊材提出了更高的要求，要求机器人自动化盘装焊材的尺寸精、表面光亮、清洁，且具有一定的刚度。因此，我国轨道交通车辆装备的高水平发展迫切需求自主研发高品质的铝合金焊接材料。

国内铝合金原材料熔炼、光亮化表面处理工艺落后，目前只能生产低端的铝焊丝，用于非关键结构及非高性能方面的焊接，不能满足高端装备的焊接制造需求。因此，为满足我国高端装备的制造需求，急需高端铝焊丝国产化并开发具有独立自主知识产权的专利产品。

铝合金焊丝是铝及铝合金惰性气体保护电弧焊的关键，要获得优异的焊接质量需要有高质量的铝焊丝。铝焊丝的制备需要有优选的成分设计，同时也需要有优化的制备工艺设计、产品设计。国产焊丝与进口焊丝相比存在焊后焊缝强度低、内部气孔及夹杂多、焊丝稳定性差、表面质量差等不足。

由于高端铝合金焊接材料长期以来依赖进口，在国内已经形成一种无形和有形的产业链，从焊接设备、焊接工装等方面均同进口焊接材料形成了一种匹配关系，另一方面在焊接工艺、焊接手法上也形成一种同进口焊丝的一种无形匹配，为更好的替代进口，实现自主可控，因此后进入的生产厂家制造的铝合金焊接材料要具有同焊接设备、焊接工装、焊接工艺之间良好的匹配性。

下面阐述国内外铝焊丝的主要技术情况：

(1)成分方面

传统的轻量化高端装备领域用铝焊丝以5XXX系铝镁合金焊丝应用最为广泛，其典型牌号为ER5356、ER5087，在使用过程中存在焊接强度偏低、焊缝组织粗大等问题，目前国内有通过添加Sc的方式，细化晶粒，提高焊缝的强度，但加入Sc后的铝镁合金加工性能差，现阶段还不能应用于工业化制造，如专利CN103286471B；有通过提高Mg含量及Zn元素提高焊缝强度，如专利CN103286472B。

另一方面，根据ISO18273～2015国际标准显示：其它5XXX系铝镁合金焊丝，如Al5087、Al5187的锆含量一般大于0.1％，在非真空条件下，因为锆的金属蒸气压比较低，熔炼时锆的实收率比较低，为了保证锆的成分满足标准的要求，锆的加入比例会比常规其它金属的添加高很多，或者采用特殊的熔炼方法，这样会导致实际生产时的成本提高。

(2)制备工艺方面

国外铝焊丝一般采用如下方法制造：

熔炼→连铸连轧Φ9.5→拉丝(含多道退火)→成品。

采用该工艺可获得大包重的且组织均匀细小的Φ9.5母杆，进一步得到品质更高更稳定的铝焊丝成品。国内也有连铸连轧工艺的研究，如专利 CN106244861A。但该工艺热轧后母杆规格为Φ9.5mm，而常用的焊丝规格为Φ1.2mm，后道的加工流程长，过程的稳定性很难得到保障。

国内铝焊丝一般采用以下两种工艺制作：

①熔炼→水平连铸Φ9.5→拉丝(含多道退火)→成品；

此工艺的特点如下：首先，无法进行有效的溶体在线处理，线材内部夹杂较多，含氢量高，从而导致焊接时焊缝出现气孔及夹杂等缺陷，影响焊接的质量；其次，这种工艺方法生产的Φ9.5线杆为铸态组织，其内部的铸造缺陷较多，如大颗粒化合物、疏松及孔洞等其它铸造缺陷，仅通过后道的拉伸不能消除母杆的铸造缺陷，而这些缺陷会对焊接过程及焊缝质量产生影响。因此该工艺只能生产低端铝焊丝。

②熔炼→半连续铸造→挤压Φ9.5→拉丝(含多道退火)→成品；

此工艺的特点如下：因受到铸锭长度的影响，每卷母杆重量不超过 100kg，后续拉伸前需要将每卷线材物理连接在一起，而过多的接点不仅耗费时间且线材接点的性能与线材存在差异，影响线材整体的一致性；同时，受制于挤压工艺的限制，在挤压过程中，毛坯会由于挤压温度过高而在线杆表面产生粗晶组织，后道加工很难消除，残留在焊丝表层的粗晶组织对融金性能是有害的。

受制于工艺及焊接材料储存条件、生产条件、技术水平的限制，国产焊丝在焊丝性能一致性、焊丝线性稳定性方面同进口焊丝还有差距，还不能完全满足高端装备用铝合金焊接材料的要求，因此急需研究一种新的技术来满足高端领域的MIG焊接要求。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法，其制备的铝镁合金焊丝线性好、焊接工艺稳定、成型性能好。

本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：

一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法，所述焊丝线性稳定方法包括以下步骤：对铝镁合金焊丝成品进行阶梯退火，退火温度为 50～135℃，在退火温度下保温3～24小时。本发明所创制的低温阶梯退火工艺技术是对外径尺寸公差已经达到焊接要求的铝镁合金焊丝进行处理，稳定材料内部组织，优化焊丝材料性能，处理过程不改变焊丝的直径及表面光洁度。

为稳定焊丝的表面粗糙度及处理后的线性稳定，满足MIG焊接的自动送丝要求，低温退火的低温段及高温段分别进行控制，在阶梯退火过程中，小于50℃时的升温速度为25～35℃/小时，大于50℃时的升温速度为5～15℃ /小时。

作为优选，阶梯退火控制压力为0.9～1.2个大气压。

作为优选，铝镁合金焊丝成品的规格为Φ0.8～Φ2.0mm。

因材料成分及组织的特征决定采用什么样的退火制度，本发明的焊丝线性稳定方法适用于如下质量百分比的铝镁合金焊丝成品：镁： 4.5～5.2wt％；锰：0.75～1.10wt％；铬：0.05～0.20wt％；锆：0.10～0.15wt％；碳：0.0001～0.0050wt％；Li、Na、K、Ca、Rb、Cs中的一种或多种，任意一种元素含量小于0.001wt％，微量元素W1和微量元素W2；余量为铝及不可避免的杂质元素；

所述的微量元素W1为P、La、Ba、V、Ga、Ti中的两种或者两种以上；所述的微量元素W2为Cu、Be、Nb、Ag、In、Ni中的两种或者两种以上。

作为优选，微量元素W1质量百分比为0.03～0.25wt％；和/或，微量元素W2质量百分比为0.01～0.20wt％。

作为优选，杂质元素含量小于0.50wt％。

作为优选，所述杂质元素包括以下质量百分比元素：Pb≤0.20wt％， Sb≤0.015wt％，Bi≤0.015wt％，Te≤0.015wt％，S≤0.015wt％，Fe≤ 0.030wt％，Si≤0.015wt％，Zn≤0.035wt％。

作为优选，Fe和Si质量比为(2～3)：1。

作为优选，铝镁合金焊丝的母杆采用连铸连轧方法制造，母杆的规格为Φ3.5～Φ7.5mm。

作为优选，铝镁合金焊丝成品通过包括以下步骤的方法制备而得：熔炼、连铸连轧制得铝镁合金焊丝母杆、母杆塑性加工、退火、塑性变形、剥皮、分装；连铸连轧制造铝镁合金焊丝母杆的规格为Φ3.5～Φ7.5mm。

作为优选，铝镁合金焊丝成品具体通过包括以下步骤的方法制备而得：

熔炼及溶体处理：铝和镁以纯金属的形式添加，其它添加元素以铝基中间合金的方式添加，按质量百分比进行配制，进行熔炼，合金熔炼温度 670～760℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼；

连铸连轧制得铝镁合金焊丝母杆：连续铸造温度680～750℃，热轧温度370～420℃，轧制后铝合金母杆规格Φ3.5～Φ7.5；

母杆塑性加工：对制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ2.0～Φ4.0mm；

退火：对制得的母线进行火，退火温度为370～480℃，时间8～18.0小时；

塑性变形：对制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率大于65％而小于85％。

剥皮、分装：对制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.01～0.15mm，获得铝镁合金焊丝成品，规格为Φ0.8～Φ2.0mm，之后根据客户的不同需求分装不同重量的铝焊丝成品。

本发明阶梯退火是在获得铝镁合金焊丝成品要求的线径规格后进行的，不改变焊丝表面的尺寸公差。控制退火温度为50～135℃，在退火温度下保温3～24小时，小于50℃时的升温速度为25～35℃/小时，大于50℃时的升温速度为5～15℃/小时。

本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：

一种铝镁合金焊丝，其通过上述焊丝线性稳定方法制备而得。通过上述焊丝线性稳定方法制备得到性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，所述铝镁合金焊丝具有如下特征：

(1)铝镁合金焊丝的直径为Φ0.8～Φ2.0mm，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ350～Φ800mm，翘曲＜10mm；

(2)铝镁合金焊丝的直径为Φ0.8～Φ2.0mm，抗拉强度为440～520Mpa，熔覆后的焊缝强度(融金强度)不低于焊丝强度的0.63倍。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提高了Mg含量，具有如下作用：

①焊丝成分中的镁具有显著的强化作用，Mg在铝中的固溶度很大，在凝固过程中，Mg从Al基体中以Al₅Mg₈相的形式析出，均匀的分布在Al 基体中，起到析出强化的作用；

②因为Mg比Al还要活泼，容易在焊接时出现烧损，所以提高焊丝中的Mg含量也可提高焊接后焊缝中的Mg含量，使焊缝中的Mg含量高于常用基材的Mg含量，从而保证了焊缝的强度；

③提高Mg含量在增加材料强度的同时也会降低材料的塑性，但Mg 元素易出现不均匀分布的情况，本发明通过多种元素的组合加入及杂质元素的控制如Mn、Cr、Zr、C元素的组合、碱金属元素的控制、Fe和Si比例的控制及晶粒细化方法改善材料的塑性。

④通过晶粒细化及铸造工艺避免Mg的不均匀分布；Fe和Si比例按本发明的比例控制可以优化Mg的均匀分布。

(2)本发明通过添加一定量的C元素来提高Ti的晶粒细化效果，提高Ti元素在晶体内的形核率及减少杂质元素在晶界的析出，同时C还具备如下的功效。

①熔炼及铸造时，铝及铝合金极易吸附/吸收空气中的水，在铝熔炼时，水分解为氢和氧，如果不采用特殊的处理方式，残留在溶体中的氧和氢会和基体金属发生化学反应而大幅度降低材料的力学性能，本发明通过添加 C单质来降低这种不足，C在400℃以上会与氧发生氧化，降低溶体中氧含量，提高材料的力学性能。

②凝固过程中在晶界处形成TiC₂硬质相，作为硬质颗粒对位错产生钉扎作用，阻碍位错运动，提高合金的变形抗力。

③进一步消除Li、Na、Ca、K等金属的危害，因为TiC₂细化晶粒的作用，是上述金属以金属原子的形式溶于α晶粒内，减少这些金属元素在晶界处偏聚而导致材料力电性能的下降。

(3)本发明通过控制Fe和Si元素比例，且Fe和Si的比例按(2～3)： 1配置，起到稳定焊丝在制造过程中合金相比例的稳定性作用。

(4)本发明添加了一定量的微量元素W1：P、La、Ba、V、Ga、Ti 中的两种或者两者以上，微量元素W1主要用于对溶体进行变质处理，细化晶粒，达到细晶强化的效果，其中La、V、Ga、Ti元素作为形核变质剂使用，在铝溶体凝固过程中作为晶核促进液体金属内部形核，形成细小的晶粒；Ba元素则通过抑制凝固时晶粒的长大，而得到细小的晶粒；此外， P元素还可以作为脱氧剂去除溶体中的氧，还可以与溶体中的杂质发生化学反应，起到溶体净化的作用，溶体净化程度的提高，溶体的力电性能也会相应提高。

(5)本发明通过添加一定量的微量元素W2：Cu、Be、Nb、Ag、In、 Ni中的两种或者两种以上，其中Ag元素在Al中有很大的固溶度，有固溶强化的作用；Ni有析出强化的作用，Cu与Mg形成MgCu第二相，作为硬质相起到强化作用；Be会在溶体表面形成一层BeO薄膜，保护溶体不受到进一步的氧化，减少熔炼过程中的烧损；Nb和In元素起到细化晶粒、抑制铝的晶粒尺寸长大的作用，从而提升材料的力电性能。

(6)本发明通过加入氯盐或氯气精炼剂与碱金属元素Li、Na、K、Rb、 Cs以及Ca进行反应，生成相应的化合物以减少溶体中相应元素的含量，将Li、Na、K、Rb、Cs中的任何一种元素含量控制在0.001wt％以下是有利的，对材料的性能有提升。

(7)确定Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤ 0.015wt％、S≤0.015wt％、Zn≤0.035wt％等杂质元素的含量，是对制造本发明的铝合金焊丝的所选用的铝锭、中间合金的品类进行限制，保证焊丝的物理化学性能不受原材料杂质的影响而使合金性能降低。

(8)本发明采用连铸连轧的方式生产Φ3.5～Φ7.5铝合金母杆，此方法生产效率高、产品组织均匀细小、质量稳定；与水平连铸工艺相比，内部的气孔及夹杂更少；与挤压工艺相比有如下优点：

①可以获得性能稳定的大包重母杆，母杆包重可达2吨，每包料无需连接在一起生产，最终产品中不会存在连接点，同时，免去了母杆连接的时间提高了效率；

②以ER5087母杆制作为例，连铸连轧出线速度在4m/s以上，而挤压Φ9.5母杆，挤压出线速度在0.3m/s左右，同时挤压过程还存在上料和下料时间，故本发明采用的连铸连轧方式在生产效率上有很大的提高。与国外的连铸连轧工艺相比：其轧制后母杆的规格更小，后续加工至成品规格所需的加工道次相应缩短，同时因为轧制规格更小，相应轧制及铸造设备的尺寸更小，设备投资及占地空间更小，生产成本及设备投资成本更低。

(9)本发明所制作的焊丝因为采用低温阶梯退火制度，焊丝的内应力得到充分释放，材料的第二相得到充分析出，晶体内和晶间的化学成分更加稳定，表现在外观上就是焊丝的圈径和翘曲更加稳定，满足MIG焊在送丝时的阻力要求以及焊接时杆长的稳定性，保证焊丝在焊接时的成型性能和焊接工艺性。

(10)采用低温阶梯退火制度，使焊丝在焊接应用时，重新熔化再凝固形成焊缝组织时，焊缝中的第二相更加稳定，Mn、Cr、Zr、Ti元素在再凝固过程中会优先形成第二相，分布在焊缝溶体中，作为晶核促进焊缝中的液态金属内部形核，从而具有细化焊缝组织晶粒的作用；低温退火后的焊丝能使上述元素生产的第二相更加稳定。

附图说明

图1为本发明制备的铝镁合金焊丝的组织示意图；

图中，1：α-Al；2：Mg₂Si；3：Al₂Zr₃；4：(Fe，Mn，Cr)Al_x；5：Mg₃Al₂； 6：Ti₂C。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。且本文中所使用的附图，仅仅是为了更好地说明本发明所公开内容，对保护范围并不具有限制作用。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。

以下是本发明的一些术语的定义：

本发明所述的中间合金是指：以一种金属为基体，将一种或者几种单质加入其中，以解决该单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题或者用来改善合金性能的特种合金，是一种添加型的功能材料。

本发明所述的溶体处理是指：通过气体、精炼剂及过滤等方式去除溶体中的气体、夹杂、碱金属元素等有害物质，使溶体得到净化。

本发明所述的碱金属元素是指：在元素周期表中I A族除氢(H)外的六个金属元素，即锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)。碱金属均有一个属于s轨道的最外层电子，其化学性质显示出十分明显的同系行为。

本发明所述的固溶强化是指：合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象；融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。

本发明所述的细晶强化是指：通过细化晶粒以提高材料强度的方法；实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。

本发明所述的析出强化是指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和 (或)由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化，它是通过析出弥散的、又能阻碍位错运动的第二相沉淀颗粒来获得强化。

本发明所述的变质处理是指：在金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部形核或改变晶体成长过程从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的一种方法。生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。形核变质剂的作用机理是在铝溶体中加入能够产生非自发晶核的物质，使其在凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的目的。吸附变质剂的特点是在晶体生长时富集在相界面上，阻碍晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分枝形成细的缩颈而易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。

本发明所述的焊丝线性包括焊丝在自由状态下的直径、自然摊平状态下焊丝的扭曲度(英语称为Helix)，扭曲在本发明中采用翘曲的指标来代替，即焊丝截取一个圆周的长度自然摊平状态下，呈自由状态的一端距离水平面的高度，以及焊丝加工过后的压应力释放程度。压应力释放程度根据本发明的研究在被发明中以屈服强度的变化值来表征。

本发明所述的融金是指纯焊接状态金属，融金性能是指融金的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等。

本发明所述的杆长是指焊接时，焊丝伸出导丝嘴的长度，是行业的一种通俗叫法。

本发明所述的连铸连轧是指：金属熔液通过铸轮铸成铸坯后，直接经过与铸机相连的轧机时，轧制成一定直径的圆杆的过程。

本发明所述的Mpa是指：压强单位兆帕，用以表征材料的抗拉强度或屈服强度高低。

为了证明本发明的一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法及其制备的铝镁合金焊丝是有利的，通过下面的实施例来加以证明。

实施例1

本实施例的铝镁合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：

Mg：4.7％，Mn：0.75％，Cr：0.07％，Zr：0.11％，C：1ppm，V：0.016％， Ti：0.03％，P：0.002％，Ni：0.03％，Be：0.0002％，In：0.002％，Cu：0.0055％；余量为铝及杂质元素；

杂质元素的质量百分比满足以下要求：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、 Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤ 0.15wt％、Zn≤0.035wt％。

其中Fe：0.16wt％，Si：0.07wt％。

本实施例的铝镁合金焊丝制备方法为：

(1)原材料配料：采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al～Mn、Al～Cr、 Al～Ti～C等中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6吨。

(2)熔炼及溶体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度730℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼。

(3)采用连续铸造+连续轧制，连续铸造温度690℃，热轧温度380℃，轧制后铝合金母杆规格为Φ6.2。

(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ2.60。

(5)退火：对步骤(4)制得的母线进行再结晶退火，退火温度为390℃，时间12.0小时。

(6)大加工率塑性加工：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率80％。

(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(6)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.05mm，焊丝成品规格为Φ1.2。

(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：70℃，保温时间7小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。

根据上述(1)～(8)的制作流程，产出性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，本发明实施例1的最终产品的特征如下：

铝镁合金焊丝的直径为Φ1.2，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ650mm，翘曲小于10mm，抗拉强度为470Mpa。

实施例2

本实施例的铝镁合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：

Mg：4.7％，Mn：0.75％，Cr：0.07％，Zr：0.11％，C：1ppm，V：0.016％， Ti：0.03％，P：0.002％，Ni：0.03％，Be：0.0002％，In：0.002％，Cu：0.0055％；余量为铝及杂质元素；

杂质元素的质量百分比满足以下要求：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、 Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤ 0.15wt％、Zn≤0.035wt％；

其中Fe：0.16wt％，Si：0.07wt％。

本实施例的铝镁合金焊丝制备方法为：

(1)原材料配料：采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al～Mn、A1～Cr、Al～Ti～C等中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6吨。

(2)熔炼及溶体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度730℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼。

(3)采用连续铸造+连续轧制，连续铸造温度690℃，热轧温度380℃，轧制后铝合金母杆规格为Φ6.0。

(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ2.20。

(5)退火：对步骤(4)制得的母线进行再结晶退火，退火温度为390℃，时间12.0小时。

(6)大加工率塑性加工：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率75％。

(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(6)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.06mm，焊丝成品规格为Φ1.0。

(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：70℃，保温时间7小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。

根据上述(1)～(8)的制作流程，产出性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，本发明实施例2的最终产品的特征如下：

铝镁合金焊丝的直径为Φ1.0，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ600mm，翘曲小于10mm，抗拉强度为485Mpa。

实施例3

本实施例的铝镁合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：

Mg：4.85％，Mn：0.85％，Cr：0.07％，Zr：0.11％，C：1ppm，V：0.016％， Ti：0.03％，P：0.002％，Ni：0.03％，Be：0.0002％，In：0.002％，Cu：0.0055％；余量为铝及杂质元素；

杂质元素的质量百分比满足以下要求：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤ 0.15wt％、Zn≤0.035wt％；

其中Fe：0.19wt％，Si：0.07wt％。

本实施例的铝镁合金焊丝制备方法为：

(1)原材料配料：采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al～Mn、Al～Cr、 Al～Ti～C等中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6吨。

(2)熔炼及溶体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度730℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼。

(3)采用连续铸造+连续轧制，连续铸造温度690℃，热轧温度380℃，轧制后铝合金母杆规格为Φ6.2。

(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ3.40。

(5)退火：对步骤(4)制得的母线进行再结晶退火，退火温度为390℃，时间12.0小时。

(6)大加工率塑性加工：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率66％。

(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(6)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.10mm，焊丝成品规格为Φ2.0。

(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：80℃，保温时间9.5小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。

根据上述(1)～(8)的制作流程，产出性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，本发明实施例3的最终产品的特征如下：

铝镁合金焊丝的直径为Φ2.0，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ600mm，翘曲小于10mm，抗拉强度为465Mpa。

实施例4

本实施例的铝镁合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：

Mg：4.90％，Mn：0.95％，Cr：0.07％，Zr：0.11％，C：1ppm，V：0.016％， Ti：0.07％，P：0.008％，Ni：0.04％，Be：0.0002％，In：0.002％，Cu：0.0045％：余量为铝及杂质元素；

杂质元素的质量百分比满足以下要求：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、 Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤ 0.15wt％、Zn≤0.035wt％；

其中Fe：0.14wt％，Si：0.06wt％。

本实施例的铝镁合金焊丝制备方法为：

(1)原材料配料：采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al～Mn、Al～Cr、 Al～Ti～C等中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金5.5吨。

(2)熔炼及溶体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度750℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼。

(3)采用连铸铸造+连续轧制+微型轧制，连续铸造温度720℃，热轧温度395℃，轧制后铝合金母杆规格为Φ6.5。

(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ3.15。

(5)退火：对步骤(4)制得的母线进行再结晶退火，退火温度为380℃，时间12.0小时。

(6)大加工率塑性变形：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率68％。

(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(6)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.06mm，焊丝成品规格为Φ1.6。

(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：65℃，保温时间6.5小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为15℃/小时。

根据上述(1)～(8)的制作流程，产出性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，本发明实施例4的最终产品的特征如下：

铝镁合金焊丝的直径为Φ1.6，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ550mm，翘曲为小于10mm，抗拉强度为470Mpa。

实施例5

本实施例的铝镁合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：

Mg：5.0％，Mn：1.0％，Cr：0.12％，Zr：0.12％，C：4ppm，V：0.017％， Ti：0.10％，P：0.005％，Ni：0.03％，Be：0.0001％，In：0.0015％，Cu： 0.0050％；余量为铝及杂质元素；

杂质元素的质量百分比满足以下要求：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、 Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤ 0.15wt％、Zn≤0.035wt％；

其中Fe：0.25wt％，Si：0.09wt％。

本实施例的铝镁合金焊丝制备方法为：

(1)原材料配料：采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al～Mn、Al～Cr、 Al～Ti～C等中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6.5吨。

(2)熔炼及溶体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度730℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼。

(3)采用连续铸造+连续轧制，连续铸造温度690℃，热轧温度380℃，轧制后铝合金母杆规格为Φ6.2。

(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ2.20。

(5)退火：对步骤(4)制得的母线进行再结晶退火，退火温度为390℃，时间12.0小时。

(6)大加工率塑性加工：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率73％。

(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(6)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.06mm，焊丝成品规格为Φ1.1。

(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：70℃，保温时间7小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。

根据上述(1)～(8)的制作流程，产出性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，本发明实施例5的最终产品的特征如下：

铝镁合金焊丝的直径为Φ1.1，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ580，翘曲8mm，抗拉强度为470Mpa。

实施例6

本实施例的铝镁合金焊丝的化学成分按质量百分比计为：

Mg：5.2％，Mn：0.75％，Cr：0.18％，Zr：0.13％，C：2ppm，V：0.025％， Ti：0.08％，P：0.007％，Ni：0.04％，Be：0.0003％，In：0.0009％，Cu：0.0055％；余量为铝及杂质元素；

杂质元素的质量百分比满足以下要求：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、 Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.30wt％、Si≤ 0.15wt％、Zn≤0.035wt％；

其中Fe：0.21wt％，Si：0.08wt％。

本实施例的铝镁合金焊丝制备方法为：

(1)原材料配料：采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al～Mn、Al～Cr、 Al～Ti～C等中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6吨；

(2)熔炼及溶体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度730℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少溶体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼；

(3)采用连续铸造+连续轧制，连续铸造温度690℃，热轧温度380℃，轧制后铝合金母杆规格为Φ6.2。

(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Φ2.55；

(5)退火：对步骤(4)制得的母线进行再结晶退火，退火温度为390℃，时间12.0小时；

(6)大加工率塑性加工：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率77.8％。

(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(6)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.05mm，焊丝成品规格为Φ1.2。

(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：80℃，保温时间7小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。

根据上述(1)～(8)的制作流程，产出性能要求符合MIG焊用的铝镁合金焊丝，本发明实施例6的最终产品的特征如下：

铝镁合金焊丝的直径为Φ1.2，铝镁合金焊丝的弹开直径为Φ580，翘曲8mm，抗拉强度为465Mpa。

对比例1～6的铝镁合金焊丝成分和含量分别见表1，对比例1～6的铝镁合金焊丝的制备方法同实施例1。

实施例7、8、9的铝镁合金焊丝成分和含量同实施例1，实施例7、8、 9的铝镁合金焊丝的低温阶梯退火制度见表2。

对比例7～13的铝镁合金焊丝成分和含量同实施例1，对比例7～13的铝镁合金焊丝的低温阶梯退火制度见表2。

表1对比例1～6铝镁合金焊丝成分表

表2实施例79以及对比例713的铝镁合金焊丝的阶梯退火制度、性能及焊缝性能

结合表1对比分析：因为对比例1和对比2中的Fe和Si的比例不在2～ 3∶1的范围内，焊丝及焊缝的延伸率会降低，经试验所得焊缝金属延伸率只有15％，不能满足焊接要求；对比例3中的材料不含C，连铸连轧工艺无法成型，不能进行批量化生产；对比例4因为V、Ti细化金属元素过量添加，使材料的塑性降低，焊缝的塑性(延伸率)也降低，经试验所得焊缝金属延伸率只有12％，不能满足焊接要求；对比例5的Cu含量太高，超出本发明限制，连铸连轧无法成型；对比例6因为Zr元素的过量添加，连铸连轧铸造时溶体的冷却速度快，材料无法成型，不能正常生产。

结合表2对比分析：对比例7，因为没有进行低温退火处理，焊丝的翘距和圈经达不到要求，焊接工艺性差；对比例8～9因为退火的保温时间达不到本发明的要求，对比例8的焊丝抗拉强度达不到焊丝要求，对比例 9的翘距达不到焊丝的要求；对比例10～11因为低温退火工艺过低或过高，焊丝的性能均达不到MIG焊接对焊丝的工艺性要求；对比例12因为升温速度过低，焊丝强度有变软的趋势，不能满足焊接工艺性的要求，对比例 13因为升温速度过快，应力不能完全释放，翘距超标，达不到本发明专利的要求，不能满足焊接工艺性的送丝要求。

表3为本发明实施例焊丝与对比焊丝的融金性能对比，对比焊丝牌号为市场常用ER5087，使用焊接母材5083。

表3本发明实施例焊丝与对比焊丝性能对比

通过上述实施例可以看出，通过本发明可以获得一种高性能的铝镁合金焊丝，其融金强度高于普通ER5087焊丝10Mpa左右，同时焊缝的塑性不降低，连铸连轧后可得到包重可达2吨的母杆，避免了采用挤压工艺的焊接问题及生产效率问题，同时，规格更小，与现有连铸连轧工艺相比，其相应制作成本和设备成本更低。

此外，本发明制备的产品的组织示意图如图1所示：1：α-Al；2：Mg₂Si； 3：Al₂Zr₃；4：(Fe，Mn，Cr)Alx；5：Mg₃Al₂；6：Ti₂C，展示了本发明制备的产品组织中各主要元素的分布情况及位置。

同时，因为本发明采用对最终成品低温阶梯退火工艺制度，使焊丝的弹开直径、翘曲以及屈服强度等影响送丝性的指标更加稳定，提高了焊接成型性能以及焊接工艺性。

本发明的各方面、实施例、特征应视为在所有方面为说明性的且不限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明的制备方法中，各步骤的次序并不限于所列举的次序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

最后应说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明，而并非对本发明的实施方式进行限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种用于制造铝镁合金焊丝的焊丝线性稳定方法，其特征在于，所述焊丝线性稳定方法包括以下步骤：对铝镁合金焊丝成品进行阶梯退火，退火温度为50～135℃，在退火温度下保温3～24小时；铝镁合金焊丝成品规格为Ф0.8～Ф2.0mm。

2.根据权利要求1所述的焊丝线性稳定方法，其特征在于，阶梯退火过程中，小于50℃时的升温速度为25～35℃/小时，大于50℃时的升温速度为5～15℃/小时。

3.根据权利要求1所述的焊丝线性稳定方法，其特征在于，铝镁合金焊丝成品包括以下重量百分比成分：镁：4.5～5.2wt％；锰：0.75～1.10wt％；铬：0.05～0.20wt％；锆：0.10～0.15wt％；碳：0.0001～0.0050wt％；Li、Na、K、Ca、Rb、Cs中的一种或多种，任意一种元素含量小于0.001wt％，微量元素W1和微量元素W2；余量为铝及不可避免的杂质元素；

所述的微量元素W1为P、La、Ba、V、Ga、Ti中的两种或者两种以上；所述的微量元素W2为Cu、Be、Nb、Ag、In、Ni中的两种或者两种以上。

4.根据权利要求3所述的焊丝线性稳定方法，其特征在于，微量元素W1重量百分比为0.03～0.25wt％；和/或，微量元素W2重量百分比为0.01～0.20wt％；不可避免的杂质元素含量小于0.50wt％。

5.根据权利要求3或4所述的焊丝线性稳定方法，其特征在于，所述杂质元素包括以下重量百分比元素：Pb≤0.20wt％，Sb≤0.015wt％，Bi≤0.015wt％，Te≤0.015wt％，S≤0.015wt％，Fe≤0.30wt％，Si≤0.15wt％，Zn≤0.035wt％。

6.根据权利要求5所述的焊丝线性稳定方法，其特征在于，Fe和Si质量比为(2～3)：1。

7.根据权利要求1所述的焊丝线性稳定方法，其特征在于，铝镁合金焊丝成品通过包括以下步骤的方法制备而得：熔炼、连铸连轧制得铝镁合金焊丝母杆、母杆塑性加工、退火、塑性变形、剥皮、分装；连铸连轧制造铝镁合金焊丝母杆的规格为Ф3.5～Ф7.5mm。

8.一种铝镁合金焊丝，其特征在于，其通过权利要求1所述的焊丝线性稳定方法制备而得。

9.根据权利要求8所述的铝镁合金焊丝，其特征在于，铝镁合金焊丝的直径为Ф0.8～Ф2.0mm，铝镁合金焊丝的弹开直径为Ф350～Ф800mm，翘曲＜10mm。

10.根据权利要求8所述的铝镁合金焊丝，其特征在于，铝镁合金焊丝的直径为Ф0.8～Ф2.0mm，抗拉强度为440～520Mpa，熔覆后的焊缝强度不低于焊丝强度的0.63倍。

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