CN117644321B - 一种铝合金气保焊丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金气保焊丝的制备方法，该方法将线坯经粗拔、完全退火、中拔、半退火、精拔、精刮、擦丝工艺制备获得成品焊丝，其中半退火是将加工后的丝材加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理工艺，半退火的温度控制在240‑280℃内、保温时间控制在2‑3h内，使铝合金的组织达到回复和部分再结晶状态，得到的丝材具有合适的强度和表面硬度，既能保证在后续的拉拔过程中不断，又能在精刮时具有一定的表面硬度，提高精刮的表面质量。本发明通过半退火工艺得到强度和表面硬度合适的丝材，配合精刮和擦丝工艺，获得的焊丝本体强度和表面硬度较高、表面质量良好、送丝性稳定、焊接工艺性好，简化了生产工艺，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于焊材技术领域，尤其是涉及一种铝合金气保焊丝的制备方法。
背景技术
铝合金因具有密度小、比强度高、耐腐蚀、良好的加工性能、回收利用率高等优点而被广泛应用，各领域内以铝替代其他材料的现象越来越普遍，因此铝合金焊丝的市场需求不断增加。近年来，国产铝焊丝生产制备技术取得了较大进步。目前国产铝焊丝普遍采用直径9.0-10.5mm的线坯，经过拉拔、退火、刮削、精拔、精刮削、定型拉拔、清洗、烘干等步骤生产焊丝。
目前铝焊丝生产过程中均采用完全退火，现有文献对铝合金退火的报道，都是通过退火使铝合金实现完全再结晶达到完全退火的状态。完全退火后的铝合金为O态，硬度最软，便于后续的拉拔。但是由于铝合金较软，最终成品铝焊丝本体强度较低，使得铝焊丝在焊接使用过程中对送丝阻力非常敏感，尤其是在自动焊设备中，常常因为焊丝软导致送丝不畅。在精刮过程中，被切削的金属如果硬度过高，会给精刮造成困难，但是并非所切金属硬度越低越好，在铝合金精刮过程中常因铝合金硬度低给精刮造成新的困难，俗称粘刀，不仅降低精刮模具使用寿命，还使焊丝精刮表面质量降低。因此需要铝焊丝具有合适的硬度，使得精刮时产生的铝屑具有一定脆性，才能够获得良好表面质量的焊丝。很多研究关注于铝焊丝表面处理工艺，通过一些表面处理方式提高表面质量，但并未从铝焊丝硬度出发克服这一问题。
传统的铝焊丝生产工艺在精刮削过程后进行定径拉拔，定径拉拔过程需要使用润滑油，导致焊丝表面残留大量的润滑油，因此后续需要对焊丝进行清洗除油，清洗除油后还需烘干铝焊丝。然而清洗烘干过程不仅增加了产线长度，而且使生产成本大大增加。因此，研发一种能够在精刮削后即可获得成品所需线径，无需后续的拉拔、清洗和烘干过程就可获得成品的生产工艺，将大大缩短产线长度，简化生产设备，降低铝焊丝制备成本，提升生产工作效率。
发明内容
本发明旨在提出一种铝合金气保焊丝的制备方法，该方法使线坯经粗拔、完全退火、中拔、半退火、刮削、精拔、精刮、擦丝工艺制备获得成品焊丝。在精刮后直接得到成品线径，相比传统工艺省去定径拉拔、清洗、烘干等步骤。为解决因省去定径拉拔而造成的表面质量差的问题，可通过控制加工变形率、半退火工艺，提高丝材强度和表面硬度，使得精刮后即可获得表面质量良好的焊丝，并且提高了最终成品焊丝的强度和表面硬度有效解决了因为焊丝软导致送丝不畅的问题。而后焊丝经过擦丝过程清理焊丝的表面，省去了清洗和烘干过程。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1、粗拔：将直径9.0-10.5mm线坯粗拔至直径为5.0-6.0mm的丝材；
S2、完全退火：将直径为5.0-6.0mm的丝材在320-400℃内退火保温 3h-6h；
S3、中拔：将直径5.0-6.0mm线坯中拔至直径为2.45-2.75mm的丝材；
S4、半退火：将直径为2.45-2.75mm的丝材在240-280℃内退火保温 2h-3h；
S5、精拔：将直径为2.45-2.75mm的丝材拉拔至1.20-1.22mm；
S6、精刮：将步骤5得到的丝材精刮至直径为1.17-1.18mm；
S7、擦丝：清理线材表面残留的乳化液得到铝合金气保焊丝。
优选地，所述制备得到的铝合金气保焊丝为5356铝合金气保焊丝。
优选地，经过所述步骤S1粗拔的线坯的加工变形率为66-78%，表面硬度为125-130HV。
优选地，经过所述步骤S2完全退火的丝材的表面硬度为90-105HV。
优选地，经过所述步骤S3中拔的丝材的加工变形率为66-78%，表面硬度为130-135HV。
优选地，经过所述步骤S4半退火的丝材的表面硬度为115-125HV。
优选地，所述步骤S5中得到的丝材用模具每道次去除丝材表面0.015mm的厚度。
优选地，所述步骤S6精刮后的焊丝的表面硬度为135-145HV，强度为480-520Mpa。
本发明利用半退火工艺使丝材获得合适的强度和表面硬度，在精刮过程中直接将丝材刮削至成品线径，无需后续的定径拉拔等过程。
相对于现有方法，本发明所述的铝合金气保焊丝的制备方法，具有以下优势：
（1）本发明生产过程简易，省去了定径拉拔等过程。因为定径拉拔过程需要润滑油润滑，因此未经定径拉拔的焊丝表面无润滑油残留，进而省去了后续清洗和烘干等流程，降低了生产线长度，减少了生产中的能源消耗。大大降低了生产线建设成本及生产过程中的生产成本。
（2）传统生产工艺得到的5356铝合金气保焊丝强度为440-480Mpa，本发明生产的5356铝合金气保焊丝强度为480-520Mpa，焊丝本体强度提升，具有较好的焊接工艺性及焊接质量。
附图说明
图1为本发明中的丝材在退火过程中显微组织变化示意图；
图2为本发明中的铝合金气保焊丝生产工艺流程图；
图3为传统铝合金气保焊丝生产工艺流程图；
图4为本发明生产的焊丝与使用传统铝焊丝生产工艺生产的焊丝表面对比图（图a为实施例1制得的焊丝，图b为对比例2制得的焊丝，图c为对比例6制得的焊丝）。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
本发明的铝合金气保焊丝的制备方法包括如下步骤：
S1、粗拔：将直径9.0-10.5mm线坯粗拔至直径为5.0-6.0mm的丝材；丝材经过粗拔，加工变形率为66-78%，表面硬度从90-100HV增加到125-130HV。
S2、完全退火：将直径为5.0-6.0mm的丝材在320-400℃内退火保温3h-6h；不同类型的铝焊丝在上述范围内选择最优的退火温度及保温时间。采用较高温度、较长时间退火，使丝材达到完全退火状态。其显微组织处于图1中的c、d及c-d之间的状态。经过完全退火丝材的表面硬度又变回90-105HV。
S3、中拔：将直径5.0-6.0mm线坯中拔至直径为2.45-2.75mm的丝材；丝材经过中拔，加工变形率为66-78%，表面硬度从90-105HV增加到130-135HV；中拔加工变形率高于粗拔的加工变形率，有利于后续半退火中铝合金内部显微组织回复及部分再结晶。
S4、半退火：将直径为2.45-2.75mm的丝材在240-280℃内退火保温2h-3h；采用较低温度、较短时间退火，使丝材达到回复和部分再结晶状态。经过加工变形后的铝合金内部组织处于图1中的b、c以及b-c之间的状态。经过半退火其表面硬度又变为115-125HV。此时的丝材，既消除了部分加工硬化满足后续拉拔需求，又使焊丝不至于过软，具有合适的硬度便于在后续精刮过程中获得良好的表面质量。
S5、精拔：将直径为2.45-2.75mm的丝材拉拔至1.20-1.22mm；
S6、精刮：将步骤5得到的丝材精刮至直径为1.17-1.18mm；
用模具每道次去除表面0.015mm厚度，采用乳化液冷却。此步可将丝材直径精刮至1.17-1.18mm，精刮后焊丝表面硬度为135-145HV，焊丝本体强度为480-520Mpa。
S7、擦丝：清理丝材表面残留的乳化液得到铝合金气保焊丝。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.5mm的丝材，加工变形率为66.48%，表面硬度为127HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为99HV；
中拔：将直径5.5mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材，加工变形率为75.54%，表面硬度为135HV；
半退火：将中拔后的丝材在270℃内退火保温3小时，表面硬度为119HV；
精拔：将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径；
精刮：将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm；
擦丝：使用清洁带清理焊丝表面残留的乳化液。
对本实施例制得的焊丝进行检测，线径和圆度合格，表面质量良好，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为140HV，本体强度为515Mpa，焊接工艺性及焊接质量良好。
实施例2
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.04%，表面硬度为128HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为99HV；
中拔：将直径5.2mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材，加工变形率为72.64%，表面硬度为134HV；
半退火：将中拔后的丝材在250℃内退火保温3小时，表面硬度为116HV；
精拔： 将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径；
精刮： 将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本实施例制得的焊丝进行检测，线径和圆度合格，表面质量良好，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为139HV，本体强度为495Mpa，焊接工艺性及焊接质量良好。
实施例3
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径10.5mm线坯粗拔至直径为5.3mm的丝材，加工变形率为74.52%，表面硬度为127HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在320℃内退火保温6小时，表面硬度为97HV；
中拔：将直径5.3mm线坯粗拔至直径为2.6mm的丝材，加工变形率为75.93%，表面硬度为132HV；
半退火：将中拔后的丝材在240℃内退火保温3小时，表面硬度为116HV；
精拔： 将直径为2.6mm的丝材拉拔至1.202mm线径；
精刮： 将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.172mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本实施例制得的焊丝进行检测，线径和圆度合格，表面质量良好，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为137HV，本体强度485Mpa，焊接工艺性及焊接质量良好。
实施例4
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径10mm线坯粗拔至直径为5.3mm的丝材，加工变形率71.91%，表面硬度为127HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在400℃内退火保温3小时，表面硬度为98HV；
中拔：将直径5.3mm线坯粗拔至直径为2.6mm的丝材，加工变形率75.93%，表面硬度为134HV；
半退火：将中拔后的丝材在280℃内退火保温2小时，表面硬度为118HV；
精拔： 将直径为2.6mm的丝材拉拔至1.204mm线径；
精刮： 将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.173mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本实施例制得的焊丝进行检测，线径和圆度合格，表面质量良好，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为139HV，本体强度508Mpa，焊接工艺性及焊接质量良好。
对比例1
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.4%，表面硬度为128HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为98HV；
中拔：将直径5.2mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材，加工变形率为72.64%，表面硬度为133HV；
退火：将中拔后的丝材在340℃内退火保温4小时，表面硬度为101HV。
精拔：将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径。
精刮：将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本对比例的焊丝进行检测，线径和圆度不合格，表面质量缺陷较多，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为122HV，焊丝本体强度为445Mpa，焊接工艺性及焊接质量较差。
对比例2
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.4%，表面硬度为127HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为97HV；
中拔：将直径5.2mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材, 加工变形率为72.64%，表面硬度为133HV；
退火：将中拔后的丝材在285℃内退火保温3小时，表面硬度为109HV。
精拔：将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径。
精刮：将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本对比例的焊丝进行检测，线径和圆度不合格，表面质量缺陷较多，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为130HV，焊丝本体强度为463Mpa，焊接工艺性及焊接质量较差。
对比例3
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.04%，表面硬度为128HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为99HV；
中拔：将直径5.2mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材，加工变形率为72.64%，表面硬度为133HV；
退火：将中拔后的丝材在235℃内退火保温3小时，表面硬度为131HV；
精拔：将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径。
精刮：将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本对比例的焊丝进行检测，线径和圆度不合格，表面质量缺陷较多，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为151HV，焊丝本体强度为556Mpa，焊接工艺性及焊接质量较差。
对比例4
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.04%，表面硬度为129HV；
退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为99HV；
中拔：将直径5.2mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材，加工变形率为72.64%，表面硬度为134HV；
退火：将中拔后的丝材在250℃内退火保温1.5小时，表面硬度为130HV；
精拔：将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径。
精刮：将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本对比例的焊丝进行检测，线径和圆度不合格，表面质量缺陷较多，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为149HV，焊丝本体强度为546Mpa，焊接工艺性及焊接质量较差。
对比例5
一种铝合金气保焊丝的制备方法，包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.04%，表面硬度为127HV；
退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为98HV；
中拔：将直径5.2mm线坯粗拔至直径为2.72mm的丝材，加工变形率为72.65%，表面硬度为133HV；
退火：将中拔后的丝材在250℃内退火保温3.5小时，表面硬度为110HV；
精拔：将直径为2.72mm的丝材拉拔至1.205mm线径。
精刮：将上步所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.175mm。
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液。
对本对比例的焊丝进行检测，线径和圆度不合格，表面质量缺陷较多，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为132HV，焊丝本体强度为467Mpa，焊接工艺性及焊接质量较差。
对比例6
一种铝合金气保焊丝的制备方法，如图3所示，具体包括如下步骤：
粗拔：将直径9.5mm线坯粗拔至直径为5.2mm的丝材，加工变形率为70.04%，表面硬度为129HV；
完全退火：将粗拔后的丝材在340℃内退火保温5小时，表面硬度为99HV；
中拔：将直径5.5mm线坯粗拔至直径为2.65mm的丝材，加工变形率为74.03%，表面硬度为135HV；
完全退火：将中拔后的丝材在340℃内退火保温4小时，表面硬度为105HV；
精拔：将直径为2.65mm的丝材拉拔至1.47mm线径；
精刮：将精拔所得丝材用刮削模将丝材直径精刮至1.42mm。
定径拉拔：将精刮所得的丝材定精拉拔至1.175mm线径；
清洗：利用碱液清洗掉定径拉拔过程中表面残留的润滑油；
擦丝：使用清洁带清理表面残留乳化液；
烘干：焊丝经过100℃烘干箱烘干焊丝。
对本对比例的焊丝进行检测，线径和圆度合格，表面质量良好，表面光洁度较高，焊丝表面硬度为127HV，焊丝本体强度为465Mpa，焊接工艺性及焊接质量较好。
实施例和对比例制备焊丝的测试结果见下表：
表1 实施例和对比例制备焊丝的测试结果
实施例1、对比例2和对比例6与制得的焊丝的表面质量的照片如图4中a、b、c所示，可以看出，对比例2制得的焊丝表面质量差，而本发明制得的焊丝表面质量明显好于对比例2，对比例6制得的焊丝表面质量相对较差，而本发明制得的焊丝表面质量明显好于对比例6。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铝合金气保焊丝的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、粗拔：将直径9.0-10.5mm线坯粗拔至直径为5.0-6.0mm的丝材；
S2、完全退火：将直径为5.0-6.0mm的丝材在320-400℃内退火保温 3h-6h；
S3、中拔：将直径5.0-6.0mm线坯中拔至直径为2.45-2.75mm的丝材；
S4、半退火：将直径为2.45-2.75mm的丝材在240-280℃内退火保温 2h-3h；
S5、精拔：将直径为2.45-2.75mm的丝材拉拔至1.20-1.22mm；
S6、精刮：将步骤5得到的丝材精刮至直径为1.17-1.18mm；
S7、擦丝：清理丝材表面残留的乳化液得到铝合金气保焊丝；
制备得到的铝合金气保焊丝表面硬度为135-145HV，自身强度为480-520Mpa；
所述制备得到的铝合金气保焊丝为5356铝合金气保焊丝。
2.根据权利要求1所述的铝合金气保焊丝的制备方法，其特征在于：经过所述步骤S1粗拔的线坯的加工变形率为66-78%，表面硬度为125-130HV。
3.根据权利要求1所述的铝合金气保焊丝的制备方法，其特征在于：经过所述步骤S2完全退火的丝材的表面硬度为90-105HV。
4.根据权利要求1所述的铝合金气保焊丝的制备方法，其特征在于：经过所述步骤S3中拔的丝材的加工变形率为66-78%，硬度130-135HV。
5.根据权利要求1所述的铝合金气保焊丝的制备方法，其特征在于：经过所述步骤S4半退火的丝材的硬度为115-125HV。
6.根据权利要求1所述的铝合金气保焊丝的制备方法，其特征在于：所述步骤S5得到的丝材用模具每道次去除其表面0.015mm的厚度。
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