[发明专利]一种铝合金药芯焊丝及其制备方法

说明书

本发明属于铝合金药芯焊丝技术领域，涉及一种铝合金药芯焊丝及其制备方法。本发明采用混合盐作为药芯焊丝填充物，通过焊接热量直接诱发混合盐与焊接母材生成原位纳米颗粒，此方式不仅使焊丝生产成本降低，原位增强颗粒与母材良好的润湿性更良好的解决了外加颗粒与母材的结合问题，除此之外，稀土元素的加入具有显著的晶粒细化作用，这为7XXX铝合金焊接用药芯焊丝的选取提供了新的思路。

技术领域

本发明属于铝合金药芯焊丝技术领域，涉及一种铝合金药芯焊丝及其制备方法，尤其涉及一种用于7XXX铝合金焊接的混合盐与稀土填充的药芯焊丝及其制备方法。

技术背景

铝是地壳中含量最多的金属元素，随着生产力的不断提高，铝合金已成为继钢铁外应用最广泛的材料。近年来，因其密度小、熔化温度低、导热性和可塑性好、成本低等优势，已广泛应用于航空航天、军工、轨道车辆、压力容器等领域。7XXX系铝合金作为一种超高强、可热处理强化铝合金，在航空航天领域有着广泛的应用，例如：7085铝合金已应用于A380、波音、空客等大飞机翼梁和翼肋；7N01已广泛应用于高铁轨道领域。

由于铝合金零部件已向着大型化、复杂化方向发展，因此解决铝合金的连接问题迫在眉睫。焊接，作为一种高效的连接手段，具有成行方便、适应性强、成本低等优势，但其应用在工业生产中，还存在很大的难题，例如焊接热裂纹倾向严重、焊缝晶粒粗大、焊缝力学性能软化等难题。例如，对7N01进行激光焊接，接头抗拉强度下降约110MPa；对7075进行TIG焊，焊缝表面存在严重的热裂纹。因此，铝合金焊缝作为构件的薄弱环节，严重制约着铝合金的应用。目前，已有研究表明，当向焊材中加入颗粒，焊缝宏观裂纹小时，焊缝中枝晶等轴晶化而有效细化晶粒，强度衰减也明显改善。

中国专利CN11015013A公开了一种用于2A12高强铝合金焊接的微纳米颗粒增强的药芯焊丝，其通过在药芯焊丝中添加TiC、TiN、SiC、ZrC等微纳米颗粒抑制焊缝区、熔合区晶粒生长并钉扎位错以提高焊接接头强度；通过细化第二相和枝晶弥补凝固过程引起的应变，减小热裂纹倾向。

但以上焊材在制备过程中，微纳米增强颗粒成本过高，并且外加增强颗粒与基体的润湿性不好，导致结合基体与界面的结合强度降低，限制其的生产应用。

发明内容

本发明将药芯焊丝技术和原位纳米颗粒增强机制有机的结合，设计制备了用于7XXX铝合金焊接的混合盐与稀土填充的药芯焊丝，目的是解决实心焊丝用于7XXX铝合金时，裂纹倾向严重、合金元素烧损、组织晶粒粗大、接头性能下降严重等问题。利用本发明设计制备的铝合金药芯焊丝，可以通过在药芯配方中调整混合盐比例，增大对铝合金焊缝成分的调节范围，实现对7XXX铝合金焊缝组织、性能的优化，提升焊接接头强度。使用本发明焊丝可以在保证焊缝金属化学成分、力学性能、耐腐蚀性能满足相关要求的情况下，显著降低焊缝金属热裂纹倾向，获得成型美观，强度较高，性能优良的焊接接头。

本发明采用混合盐作为药芯焊丝填充物，通过焊接热量直接诱发混合盐与焊接母材生成原位纳米颗粒，此方式不仅使焊丝生产成本降低，原位增强颗粒与母材良好的润湿性更良好的解决了外加颗粒与母材的结合问题，除此之外，稀土元素的加入具有显著的晶粒细化作用，这为7XXX铝合金焊接用药芯焊丝的选取提供了新的思路，也是本专利的发明创新点。

本发明通过以下技术方案实现：一种用于7XXX铝合金焊接的混合盐与稀土填充的药芯焊丝，其特征在于，采用1070半硬态纯铝带作为外皮，焊丝的填充率为20％～30％，即药粉质量占药芯焊丝质量的20-30％。药粉由以下组分按质量百分比配制，总的质量百分比是100％，其中药粉中各成分的质量百分比为：金属Zn粉含量4.5％～8.0％，金属Mg粉含量1.2％～3.5％，金属Cu粉含量0.5％～2.5％，金属Mn粉含量0.04％～0.5％，混合盐粉含量5％～30％，稀土粉含量0.1％～1.0％，余量为纯铝粉。