專利名稱：一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，具體說就是一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲及其加工工藝。
(二)
背景技術(shù)：
近年來，為了緩解能源壓力，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能，鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)件在 航空航天、汽車制造、造船等工業(yè)領(lǐng)域中受到廣泛的重視和應(yīng)用，然而鋁鋼之間物化性能差 異大，焊接過程中易生成脆性的金屬間化合物，采用傳統(tǒng)熔焊的方法難以實(shí)現(xiàn)兩者的可靠 連接。 目前，激光熔-釬焊和電弧熔-釬焊(包括TIG焊、MIG焊、CMT焊)成為鋁/鋼異 種合金連接的熱門研究方向。這兩類焊接方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)焊接熱輸入的嚴(yán)格控制，在焊接 過程中，低熔點(diǎn)的鋁處于熔化狀態(tài)，為熔焊結(jié)合，而高熔點(diǎn)的鋼不熔化，為釬焊結(jié)合，其實(shí)質(zhì) 是熔化的鋁(包括填充材料)與固態(tài)的鋼通過界面反應(yīng)結(jié)合在一起的，焊接過程兼?zhèn)淙酆?和釬焊的雙重特點(diǎn)。 針對(duì)這兩類焊接方法，在鋁/鋼焊接過程中，通常需要送進(jìn)鋁基焊絲，通過焊絲的 熔化、潤濕以及化學(xué)反應(yīng)與鋼形成界面層，實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種合金的有效連接。然而，無論是 激光焊，還是電弧焊，都是一種動(dòng)態(tài)加熱過程，具有加熱溫度高、加熱時(shí)間短、溫度梯度大的 特點(diǎn)，液態(tài)鋁基釬料在鋼表面的潤濕鋪展存在較大困難。因此，在鋁/鋼熔_釬焊過程中， 對(duì)填充焊絲具有很高的要求一是熔化的鋁基釬料在鋼表面流動(dòng)性要強(qiáng)，焊絲中須含有與 鋼親和性高的合金元素；二是焊絲中須含有能夠抑制Al-Fe化合物生長的合金元素，實(shí)現(xiàn) 對(duì)界面層的有效控制。 發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?00810063869. 5)研制出了 "一種用于鋁及鋁合金與鋼連接的 焊絲"，這種焊絲以Al-Si為基體，同時(shí)添加少量合金元素研制而成。這種焊絲熔化后在鋼 表面具有高的流動(dòng)性，同時(shí)焊絲中的Si、Mn、 La等元素能夠有效控制鋁/鋼界面層的生長。 然而，這種焊絲的不足之處在于含有高的Si含量，在界面處生成A1-Fe-Si三元化合物層， 使鋁/鋼接頭脆性增大，降低了接頭的性能。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種綜合性能好、通過加入特殊元素替代Si元素、保證釬 料良好流動(dòng)性、降低接頭界面化合物層脆性的用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲及其加工工 藝。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲，它是以 Al-Cu為基體，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，該組合物以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，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% ;其它為Al。
所述的用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲的加工工藝，焊絲的加工工藝流程如下
(a)備料原材料鋁，純度^ 99. 7%;中間合金將銅、銀、錳、鎂、鈦、鋯、鋅與鋁先 熔煉成中間合金，以中間合金形式配料、加料； (b)熔煉預(yù)熱坩堝，將純鋁錠放入坩堝中；待鋁完全熔化后，加入鋁銅、鋁銀、鋁 錳、鋁鎂、鋁鈦、鋁鋯、鋁鋅中間合金，加熱至400 80(TC熔合，整個(gè)熔煉澆鑄過程均用冰晶 石覆蓋劑保護(hù)，用六氯乙烷除氣精煉；除氣后，靜置10 15分鐘澆鑄成鑄錠；
(c)成分分析對(duì)坯料進(jìn)行成分分析，確定坯料的實(shí)際成分，與設(shè)計(jì)焊絲成分組配 進(jìn)行對(duì)比，確定各種元素的揮發(fā)量；對(duì)不合格坯料計(jì)算損失量，進(jìn)行回爐重?zé)?，直到符合設(shè) 定的組配比例； (d)擠壓將符合設(shè)定成分組配的坯料預(yù)熱到45(TC，用500噸壓機(jī)擠壓成直徑為 3. Omm的絲還； (e)拉絲用拉絲機(jī)將絲坯拉拔成最終所需直徑；
(f)清洗將制成的焊絲進(jìn)行清洗，去除表面油污。 本發(fā)明一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲及其加工工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于高含量 Cu元素能夠抑制界面化合物層的生長，并能夠改善Al-Fe化合物層的性能，特別是提高化 合物層的抗裂性；Ag元素與鋁、鋼都具有較高的親和性，增強(qiáng)液態(tài)釬料在鋼表面的流動(dòng)性； Mn、 Ti元素能夠改善化合物性能，提高釬料流動(dòng)性；Mg、 Zn元素能夠促進(jìn)釬料流動(dòng)性，提高 焊絲強(qiáng)度；Zr細(xì)化晶粒，提高焊絲強(qiáng)度。
(四)


圖1為本發(fā)明的鋁合金/不銹鋼電弧熔-釬焊對(duì)接接頭形貌。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1 :本發(fā)明一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲，它是以Al-Cu為基體，添 加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，該組合物以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，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% ;其它為Al。
所述的一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲的加工工藝，步驟如下 (a)備料原材料鋁，純度^ 99. 7%;中間合金將銅、銀、錳、鎂、鈦、鋯、鋅與鋁先
熔煉成中間合金，以中間合金形式配料、加料； (b)熔煉預(yù)熱坩堝，將純鋁錠放入坩堝中；待鋁完全熔化后，加入鋁銅、鋁銀、鋁
錳、鋁鎂、鋁鈦、鋁鋯、鋁鋅中間合金，加熱至400 80(TC熔合，整個(gè)熔煉澆鑄過程均用冰晶 石覆蓋劑保護(hù)，用六氯乙烷除氣精煉；除氣后，靜置10 15分鐘澆鑄成鑄錠；
(c)成分分析對(duì)坯料進(jìn)行成分分析，確定坯料的實(shí)際成分，與設(shè)計(jì)焊絲成分組配 進(jìn)行對(duì)比，確定各種元素的揮發(fā)量；對(duì)不合格坯料計(jì)算損失量，進(jìn)行回爐重?zé)?，直到符合設(shè) 定的組配比例； (d)擠壓將符合設(shè)定成分組配的坯料預(yù)熱到450°C，用500噸壓機(jī)擠壓成直徑為 3. Omm的絲還； (e)拉絲用拉絲機(jī)將絲坯拉拔成最終所需直徑；
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(f)清洗將制成的焊絲進(jìn)行清洗，去除表面油污。 實(shí)施例2:結(jié)合圖1，本發(fā)明一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲，焊絲成分為 Cu 5. 5% 6. 5%， Mn 0. 2% 0. 4%， Ti 0. 1% 0. 2%， ZrO. 1% 0. 2%， Zn 0. 05% 0. 1%， Al余量。 采用上述成分焊絲，獲得了成形良好的鋁合金/不銹鋼電弧熔_釬焊對(duì)接接頭，接 頭形貌如圖l所示。 焊絲成分為Cu 5. 5% 6. 5%，Ag 4. 8% 5. 8%，Mn 0. 2% 0. 4%，Mg 0. 1% 0.2%，Ti 0.1% 0.2%，Zr 0.1% 0.2%，Zn 0. 1 % 0. 2% ， Al余量。 采用上述成分焊絲，進(jìn)行鋁/鋼異種合金TIG熔-釬焊實(shí)驗(yàn)，釬料流動(dòng)性好，焊接 過程穩(wěn)定，接頭成形良好。 焊絲成分為Cu 9. 8 % 10. 8 % ， Ag 3. 0 % 5. 0 % ， Mn 0. 5 % 1. 0 % ， Mg 0.1% 0.3%，Ti 0. 3% 0. 5%， Al余量。焊絲成分為Cu 15. 5% 16. 5%， Ag 2.0% 4.0%，Mn 1.0% 2.0%，Mg 0.5% 1.0%，Ti 0.1% 0.2%，Zr 0.3% 0.5%，Zn 0. 1 % 0. 3% ， Al余量。
焊絲成分為Cu 2. 0 % 4. 0 % ， Ag 8. 0 % 10. 0 % ， Mn 1. 0 % 2. 0 % ， Mg
0. 5% 1. 0%， Ti 0. 1% 0. 2%， Zr 0. 3% 0. 5%， Zn 0. 3% 0. 5%， Al余量。
實(shí)施例3 :本發(fā)明的目的在于克服上述焊絲缺陷而提供一種綜合性能更好的新焊 絲，通過加入一些其它特殊元素來替代Si元素，在保證釬料良好流動(dòng)性的同時(shí)，降低接頭 界面化合物層的脆性。 該焊絲是以Al-Cu為基體，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，該組合物以質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)計(jì)，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% ;其它為Al。本發(fā)明適用 的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；本發(fā)明適用的鋼為不銹鋼、碳鋼、合金鋼，特別適用于不 銹鋼；本發(fā)明適用的焊接方法為電弧焊、激光焊。
權(quán)利要求
一種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲，其特征在于它是以Al-Cu為基體，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，該組合物以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，含有Cu2.0％～20.0％；Ag0.0％～10.0％；Mn0.0％～2.0％；Mg0.0％～1.0％；Ti0.0％～1.0％；Zr0.0％～0.5％；Zn0.0％～0.5％；其它為Al。
2. —種用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲的加工工藝，其特征在于焊絲的加工工藝流 程如下(a) 備料原材料鋁，純度》99. 7%;中間合金將銅、銀、錳、鎂、鈦、鋯、鋅與鋁先熔煉 成中間合金，以中間合金形式配料、加料；(b) 熔煉預(yù)熱坩堝，將純鋁錠放入坩堝中；待鋁完全熔化后，加入鋁銅、鋁銀、鋁錳、鋁鎂、鋁鈦、鋁鋯、鋁鋅中間合金，加熱至400 80(TC熔合，整個(gè)熔煉澆鑄過程均用冰晶石覆 蓋劑保護(hù)，用六氯乙烷除氣精煉；除氣后，靜置10 15分鐘澆鑄成鑄錠；(C)成分分析對(duì)坯料進(jìn)行成分分析，確定坯料的實(shí)際成分，與設(shè)計(jì)焊絲成分組配進(jìn)行 對(duì)比，確定各種元素的揮發(fā)量；對(duì)不合格坯料計(jì)算損失量，進(jìn)行回爐重?zé)?，直到符合設(shè)定的 組配比例；(d) 擠壓將符合設(shè)定成分組配的坯料預(yù)熱到450°C，用500噸壓機(jī)擠壓成直徑為 3. Omm的絲還；(e) 拉絲用拉絲機(jī)將絲坯拉拔成最終所需直徑；(f) 清洗將制成的焊絲進(jìn)行清洗，去除表面油污。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種綜合性能好、通過加入特殊元素替代Si元素、保證釬料良好流動(dòng)性、降低接頭界面化合物層脆性的用于鋁/鋼異種合金連接的焊絲及其加工工藝。它是以Al-Cu為基體，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，焊絲的加工工藝流程包括備料；熔煉；成分分析；擠壓；拉絲；清洗。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于高含量Cu元素能夠抑制界面化合物層的生長，并能夠改善Al-Fe化合物層的性能，特別是提高化合物層的抗裂性；Ag元素與鋁、鋼都具有較高的親和性，增強(qiáng)液態(tài)釬料在鋼表面的流動(dòng)性；Mn、Ti元素能夠改善化合物性能，提高釬料流動(dòng)性；Mg、Zn元素能夠促進(jìn)釬料流動(dòng)性，提高焊絲強(qiáng)度；Zr細(xì)化晶粒，提高焊絲強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K35/28GK101745751SQ200910073489
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者宋建嶺, 張東衛(wèi), 楊春利, 林三寶, 范成磊 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)