[发明专利]SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型铝锂合金焊丝及其制备方法，属于新材料范围内的金属材料种类内的有色金属材料制备、加工和成型领域。

背景技术

锂是自然界最轻的金属，密度为0.534g／cm3，熔点为186℃，铝中加入金属元素锂，在降低合计密度的同时，可大幅度提高合金的弹性模量。研究表明，在铝合金中每添加质量分数为1%的锂，可降低金属密度3%，提高弹性模量6%。用铝锂合金代替常规的铝合金，可使结构减重10%～20%，刚度提高15%～20%。因此，拥有低密度、高弹性模量、高比强度和高比刚度性能的铝锂合金在航空航天领域有着广阔的应用前景。

在航空航天飞行器燃料贮箱中，每减轻1kg重量就增加1kg的有效载荷，而增加1kg有效载荷可带来约100000美元的经济效益。因此，在未来新型飞行器的设计和制造中，将会更多的采用铝锂合金制作燃料贮箱进行减重。相应的各种铝锂合金焊丝的用量将越来越大。

目前，国外铝锂合金已有20多种铸锭生产达到工业化水平，欧美等国已能生产6～10t的铸锭，而俄罗斯已经具备生产25t的铸锭能力。美国Alcoa公司铝锂合金年产量已超过3600t，根据需要可迅速扩大到9000t。英国Alcan公司和法国Pechiney公司联合建造的铝锂合金生产厂年产量可达10000t，美、俄、欧等国铝锂合金轧制、挤压和锻造的技术已达到常规铝合金水平。近几年来，国外在实施低成本发射装置、超轻油箱计划以及重复使用的航天器核心计划中，加强了铝锂合金的研究，促进了铝锂合金的迅速发展。铝锂合金在美国F15B、俄罗斯米格29、苏27、英国EAP等战机上已使用多年，效益显著。美国“发现号”航天飞机燃料箱使用2195铝锂合金的焊接结构，使整个燃料贮箱减重3300kg。美国“奋进号”航天飞机燃料贮箱采用了Weldalite049铝锂合金代替2219合金，使航天飞机的运载能力提高了3400 kg。火箭推进剂贮箱是一个承压焊接容器，由金属壳体焊接而成，铝锂合金是该贮箱的首选材料。国外在80年代已经采用焊接方法代替铆接方法，获得了很好的减重效益。研制的铝锂合金焊丝达到了较高的水平。

我国自60年代末开始了Al-Cu-Li系合金的研究，但真正的研究高潮是在铝锂合金作为国家重点项目被列入七五攻关计划后开始的，迄今全国已有数十家高等学校、科研院所和工厂参加，研究内容也颇为全面，从理论到实际，从熔铸、合金化、热处理到组织性能，可以说无所不包，尤其是1998年航天510研究所利用微重力电磁模拟装置成功地制备出含锂量高达5%～10%的二元铝锂合金小试样，使铝锂合金的制造技术得到进一步发展。

我国已在某新型航天飞行器设计中采用了铝锂合金的铆接结构件，但是铆接一般接一些密封要求低的设备，而焊接可以加工密封性要求较高的设备，因此，有可能在未来航天飞行器制造中大量采用铝锂合金的焊接结构件，铝锂合金焊丝的用量将稳步上升，但目前我国的铝锂合金焊丝尚未形成批量生产能力，水平仍处于填补空白的实验研究阶段。

铝锂合金采用TIG焊(Tangstent inert gas，钨极惰性气体保护焊)或MIG焊(Metal inert-gas welding熔化极气体保护电弧焊)，材料本身的减重效益约为12%，用焊接取代铆接，省去连接紧固件和密封胶圈减重效益又有12%。

但是传统的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝在制备过程中锂容易被氧化，锂的烧损率高，铝锂合金焊丝盘条表面粗糙、划痕深，且挤压接头强度低，拉丝时易断裂，生产效率低，环境污染严重，所制备的焊丝力学性能不好。

发明内容

本发明旨在克服以上现有技术存在的不足，提供一种力学性能好的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝配方体系，以满足2195铝锂合金对焊接工艺的需求。

本发明的另一目的是提供一种在制备过程中锂的烧损率低，降低环境污染的制备SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，所述焊丝采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金系统，各组分的重量百分含量为：Li　0.5～1.5%、Mg  0.5～1.5%、Cu　3.5～4.5％、Zr　0.1～0.25％、Ce 0.1～0.2％，其余为Al。

本发明所述的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法，按以下步骤进行：