[发明专利]一种超细晶铝合金焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金焊接材料领域，尤其涉及一种超细晶铝合金焊丝及其制备方法。

背景技术

由于具有比重小、抗腐蚀性好、导电性及导热性高等良好性能，铝及其合金广泛应用于航空、航海、军工、交通运输、桥梁，电子电气等领域。铝合金焊接是铝合金材料广泛应用的必要手段，铝合金焊接的特性主要体现在以下几个方面：1、铝和氧的亲和力很大，在空气中铝极易与氧结合生成紧密结实的Al₂O₃薄膜，阻碍基体金属的熔化及彼此之间的良好结合，并易造成夹渣，而且氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔等缺陷，从而降低焊接接头的力学性能；2、铝及铝合金的热导率、比热容、熔化潜热等都很大、在焊接过程中，大量的热能被迅速传到基体金属内部，因此焊接铝及铝合金时比钢要消耗更多的热量；3、高温塑性差，线膨胀系数大，因此焊接某些铝合金时，往往由于过大的收缩内应力而产生失稳变形和热裂纹；4、液态铝能溶解大量氢，在焊接熔池快速冷却和凝固过程中易在焊缝中聚集形成气孔；5、在高温下铝的强度很低，以至于不能支撑液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷（或烧穿）缺陷；6、某些铝合金中含有低沸点的合金元素如镁、锌等，这些元素在高温火焰或电弧的作用下极易蒸发、烧损，从而改变了焊缝金属的化学成分，同时也降低了焊接接头的性能；7、焊接可热处理强化的铝合金时，由于焊接热的影响，会使机体金属近缝区某些部位的力学性能下降。在铝合金基材一定的情况下，铝合金焊接结构的性能主要取决于焊接工艺和焊丝的合金成分和性能，其中，焊丝是影响焊缝金属成分、组织、液-固相线温度、近缝区母材的热裂性、耐腐蚀性以及力学性能的重要因素，因此焊丝材料对铝合金焊接结构的广泛应用具有重要意义。

高强度铝合金是指其抗拉强度大于480MPa的铝合金，主要是压力加工铝合金中防锈铝合金类、硬铝合金类、超硬铝合金类、锻铝合金类、铝锂合金类等。随着高强度铝合金在航空、航天、造船以及军工等领域的大量应用，高强度铝合金的焊接成为较为突出的问题，国内外目前一般采用Al-Mg系焊丝对这种合金进行熔化极惰性气体保护焊接，但该种方法存在焊接接头强度低、热裂等焊接缺陷。

对于基材受焊接热影响造成软化的问题，主要起源于焊接热循环过程中基材靠近焊缝的部位温升超过正常的时效温度，导致时效析出相粗化，正常的时效态组织变成过时效组织。在基材中适当添加能提高抗再结晶的微量元素，同时调整焊接工艺，使焊接热尽快散发，焊接热影响的程度就越小，热影响区强度下降就会减轻。由于金属凝固遗传的影响，焊丝的微观组织直接影响着焊接接头的凝固组织，通过添加合金元素或其他细晶手段细化铝合金焊丝的微观组织可以有效细化焊接接头的微观组织，提高焊接接头强度。

发明内容

本发明所要解决的第一技术问题是针对现有技术而提供一种超细晶铝合金焊丝，该铝合金焊丝能有效减少铝合金焊接缺陷，尤其是高强度铝合金焊接过程中存在的接头强度低、焊接裂纹等焊接缺陷，从而改善铝合金的焊接强度、耐腐蚀性等综合性能。

本发明所要解决的第二技术问题是提供上述超细晶铝合金焊丝的制备方法。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种超细晶铝合金焊丝，其特征在于：其材料组成成分中包含稀土元素和过渡族元素，材料组成成分及各成分的质量百分比（%）含量如下：

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：按以下步骤制备上述方案中所述的超细晶铝合金焊丝：

（1）根据权利要求1中所述的各成分的质量百分比，结合需要配置的铝合金总量，计算出所需的每种单成分元素的量，并备料；

（2）将适量的铝锭或熔融铝液加入到半封闭反射炉中，加热熔化并在700℃～800℃。

（3）再以中间合金形式加入适量的Mn、Ti、Zr、Cr、Zn，待溶化后搅拌均匀，再以中间合金形式加入适量的B和稀土，搅拌均匀；

（4）步骤（3）中的合金熔体中加入精炼剂，进行炉内精炼；

（5）精炼后对合金熔体进行打渣，静置15min～25min后将纯Mg压入合金熔体；

（6）将熔体调温至680℃～800℃后，在电磁连铸机中浇注，制备出Ф80mm～300mm的铝合金铸锭；

（7）将铝合金铸锭提出，350～450℃进行均匀化退火处理，并扒皮待用；

（8）放入挤压模具中进行挤压，挤压出Ф8mm～12mm铝合金丝盘，挤压温度为330℃～400℃；