[发明专利]一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺

说明书

(一)技术领域

本发明涉及焊接技术，具体说就是一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺。

(二)背景技术

近年来，为了缓解能源压力，降低生产成本，优化结构性能，铝/钢复合结构件在航空航天、汽车制造、造船等工业领域中受到广泛的重视和应用，然而铝钢之间物化性能差异大，焊接过程中易生成脆性的金属间化合物，采用传统熔焊的方法难以实现两者的可靠连接。

目前，激光熔-钎焊和电弧熔-钎焊(包括TIG焊、MIG焊、CMT焊)成为铝/钢异种合金连接的热门研究方向。这两类焊接方法能够实现对焊接热输入的严格控制，在焊接过程中，低熔点的铝处于熔化状态，为熔焊结合，而高熔点的钢不熔化，为钎焊结合，其实质是熔化的铝(包括填充材料)与固态的钢通过界面反应结合在一起的，焊接过程兼备熔焊和钎焊的双重特点。

针对这两类焊接方法，在铝/钢焊接过程中，通常需要送进铝基焊丝，通过焊丝的熔化、润湿以及化学反应与钢形成界面层，实现铝/钢异种合金的有效连接。然而，无论是激光焊，还是电弧焊，都是一种动态加热过程，具有加热温度高、加热时间短、温度梯度大的特点，液态铝基钎料在钢表面的润湿铺展存在较大困难。因此，在铝/钢熔-钎焊过程中，对填充焊丝具有很高的要求：一是熔化的铝基钎料在钢表面流动性要强，焊丝中须含有与钢亲和性高的合金元素；二是焊丝中须含有能够抑制Al-Fe化合物生长的合金元素，实现对界面层的有效控制。

发明专利(申请号200810063869.5)研制出了“一种用于铝及铝合金与钢连接的焊丝”，这种焊丝以Al-Si为基体，同时添加少量合金元素研制而成。这种焊丝熔化后在钢表面具有高的流动性，同时焊丝中的Si、Mn、La等元素能够有效控制铝/钢界面层的生长。然而，这种焊丝的不足之处在于含有高的Si含量，在界面处生成Al-Fe-Si三元化合物层，使铝/钢接头脆性增大，降低了接头的性能。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种综合性能好、通过加入特殊元素替代Si元素、保证钎料良好流动性、降低接头界面化合物层脆性的用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺。

本发明的目的是这样实现的：所述的用于铝/钢异种合金连接的焊丝，它是以Al-Cu为基体，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，该组合物以质量百分数计，含有Cu：2.0％～20.0％；Ag：0.0％～10.0％；Mn：0.0％～2.0％；Mg：0.0％～1.0％；Ti：0.0％～1.0％；Zr：0.0％～0.5％；Zn：0.0％～0.5％；其它为Al。

所述的用于铝/钢异种合金连接的焊丝的加工工艺，焊丝的加工工艺流程如下：

(a)备料：原材料：铝，纯度≥99.7％；中间合金：将铜、银、锰、镁、钛、锆、锌与铝先熔炼成中间合金，以中间合金形式配料、加料；

(b)熔炼：预热坩埚，将纯铝锭放入坩埚中；待铝完全熔化后，加入铝铜、铝银、铝锰、铝镁、铝钛、铝锆、铝锌中间合金，加热至400～800℃熔合，整个熔炼浇铸过程均用冰晶石覆盖剂保护，用六氯乙烷除气精炼；除气后，静置10～15分钟浇铸成铸锭；

(c)成分分析：对坯料进行成分分析，确定坯料的实际成分，与设计焊丝成分组配进行对比，确定各种元素的挥发量；对不合格坯料计算损失量，进行回炉重炼，直到符合设定的组配比例；

(d)挤压：将符合设定成分组配的坯料预热到450℃，用500吨压机挤压成直径为3.0mm的丝坯；

(e)拉丝：用拉丝机将丝坯拉拔成最终所需直径；

(f)清洗：将制成的焊丝进行清洗，去除表面油污。

本发明一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺，其优点在于：高含量Cu元素能够抑制界面化合物层的生长，并能够改善Al-Fe化合物层的性能，特别是提高化合物层的抗裂性；Ag元素与铝、钢都具有较高的亲和性，增强液态钎料在钢表面的流动性；Mn、Ti元素能够改善化合物性能，提高钎料流动性；Mg、Zn元素能够促进钎料流动性，提高焊丝强度；Zr细化晶粒，提高焊丝强度。

(四)附图说明

图1为本发明的铝合金/不锈钢电弧熔-钎焊对接接头形貌。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。