一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲及其制備方法，其制備方法包括熔煉和精煉、連鑄連軋軋、拉絲、焊絲表面拋光處理步驟，本發明提供了一種高性能、接頭性能穩定良好的鋁-鎂合金焊絲。
【專利說明】一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋁合金氣體保護電弧焊焊接材料【技術領域】，具體涉及一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著我國汽車產業政策的調整和新能源政策、低碳環保政策的實施，以及軌道車輛高速高效交通的發展，采用高強度、高韌性、耐腐蝕鋁合金替代鋼材，同時采用薄壁復雜斷面鋁型材和薄板沖壓鋁結構件作為車體材料，已經成為實現車體輕量化的主要途徑。由于車體制造是以焊接為主導工藝的產業，鋁合金車體制造業的發展深度促進了鋁焊接技術的快速發展，同時推動了我國鋁焊材產業結構調整，以穩健的步伐從焊接大國向焊接強國邁進。
[0003]目前鋁合金車體覆蓋件和沖壓件的用材多數采用5000系的Al-Mg合金，具體牌號如5083防銹鋁等，車體鋁型材以6000系的Al-Mg-Si合金為主，其中汽車用的小型鋁型材多采用6063鍛鋁，而軌道車輛用的斷面尺寸達到300mm以上的大型鋁型材則多采用6005鍛鋁；對重載的鋁型材、覆蓋件和鈑金件也常用7000系的Al-Zn -Mg合金，如7005超硬鋁
坐寸ο
[0004]目前國內用于焊接鋁-鎂合金母材的焊材是傳統的鋁-鎂合金焊絲，主要有ER5356、ER5183等。傳統鋁-鎂合金焊絲早在上世紀70年代就已經定型并一直沿用至今，其化學成分設計比較簡單，沒有利用近些年發展起來的多元復合微合金強韌化理論，特別是稀土等高效能的微量合金元素沒有得到充分利用，焊絲的機械、理化等綜合性能不高，特別是工藝性能更加落后。傳 統鋁-鎂焊絲細化晶粒作用較弱，不能抑制焊絲、特別是焊縫金屬晶粒粗大的傾向，接頭強度普遍偏低；傳統鋁-鎂焊絲缺乏自動排除焊縫熔體金屬中氫氣、夾雜的能力，凈化晶粒界面效果差，焊縫金屬雜質多；傳統鋁-鎂焊絲沒有自動降低溶體金屬表面張力的作用，流動性較差，焊縫裂紋傾向大。傳統鋁-鎂焊絲與母材融合性差，不適應低能量輸入的電弧焊工藝技術，而低能量輸入的電弧焊技術是解決傳統弧焊所有技術問題的關鍵，如母材變形超差、熱影響區強度過低、裂紋、氣孔、夾雜等缺陷過多、金屬蒸發和發塵量過大等問題。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的不足，本發明提供一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲及其制備方法，本發明提供了一種高性能，工藝優異，接頭性能穩定良好的鋁-鎂合金焊絲。
[0006]實現本發明目的的技術方案是:
一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲，鋁-鎂合金焊絲的化學成分的重量份為:A1:92-97 份；Mg:3-6 份；Mn:0.5-1.0 份；Cr:0.10-0.35 份；T1:0.05-0.25 份；Zr:0.05-0.25 份；Ce:0.01-0.1 份。
[0007]—種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲的制備方法，具體包括如下步驟:
I)鋁-鎂焊絲合金的熔煉和精煉:
將已在400°C預熱4小時的配比量工業純鋁(鋁錠)投入石墨坩鍋電阻爐，在850-880°C加熱至鋁錠軟化時，撒入鋁-鎂合金熔煉專用熔劑干粉覆蓋，熔化后調整溫度至700-7400C，在坩堝內鋁液面上通入干燥N2進行排氧，然后按配比量通過石墨鐘罩分兩批加AAl-Mn, Al-Mg, Al-Cr, Al-T1、Al-Zr, Al-Ce等中間合金碎塊，石墨鐘罩在離坩堝底部約150mm的深處來回移動，直至熔化。中間合金完全熔化后，以石英棒攪拌3_4min，進行精煉。精煉時采用“SNIF”無氫氣泡浮游精煉工藝，即通過一個可以垂直升降、旋轉的、帶石墨噴頭的精煉管，從坩堝底部向合金熔體中吹入“Ar2+C2Cl6”氣固體混合精煉劑，精煉熔體5-15min，靜置IOmin后扒凈熔渣，得到純凈的鋁-鎂合金熔體待用。所述鋁_鎂合金專用熔劑為常規選擇，具體可以是氟化鈣(CaF2) 20%和光鹵石(MgCl.KC) 80%。加入量為加入時坩鍋熔煉爐中爐料總重量的3-5% ;精煉劑六氯乙烷由帶壓力的氬氣從熔體底部吹入，所述氬氣的通入壓力為3-5KPa ;六氯乙烷的重量為熔體重量的0.2-0.3% ；
步驟二:鋁-鎂合金焊絲拉絲桿坯的連鑄連軋
通過開啟安裝于精煉爐底部的石英堵閥，將步驟一精煉完成的鋁-鎂合金熔體在氮氣保護下排出爐外，流經導流槽進入澆鑄包，穩定地澆入連續鑄造機的結晶輪腔，鑄成截面尺寸為(15+10.5) X 9的梯形鑄坯條料；鑄坯經過輥剪機剪除飛邊后，即進入連軋機，經過四道次的連續輥軋，得到直徑Φ8πιπι的粗拉線坯。
[0008]步驟三:拉絲
將步驟(2)所得直徑的鋁-鎂合金粗拉線坯通過一套拉絲機組7道次的拉制，獲得直徑Φ3.2_的精拉線坯。線坯經過感應加熱應力退火后，再通過一臺塔式18道次精拉絲機拉制成直徑可以為《GB/T 10858鋁及鋁合金焊絲》中規定的常規直徑。
[0009]步驟四:表面拋光處理
對步驟三所得鋁-鎂合金焊絲進行表面拋光處理，其工藝流程為:脫脂一水清洗一化學拋光一水清洗一去灰一熱水洗一熱風吹干。
[0010]其中脫脂工藝條件為:硫酸(98%) 10%-20% (質量比)，溫度60_80°C，時間10_12s。
[0011]化學拋光的工藝條件為:磷酸(85%) 75.0% ;硫酸(98%) 11.0% ;硝酸(65%) 6.7% ；自制添加劑7.5% ;溫度100-120°C，時間20-30s。其中的自制添加劑的具體組成及配比為:CuSO4.5 H2O為0.02%，尿素3.1%，助劑T 4.4%。助劑T是硫酸鹽類無機化合物(呈白色粉末狀)，能進一步提高拋光液的黏度，更重要的是能在溶液中形成膠狀化合物。
[0012]去灰的工藝條件:重鉻酸鉀溶液(質量分數)1%-5% ;常溫，時間:15-20s。
[0013]熱風吹干的工藝條件，熱風溫度100_120°C，時間:15s。
[0014]步驟五:包裝
采用焊絲盤通過排線機將步驟四所得光亮清潔的焊絲進行盤繞和熱縮膜包裝，既得成
品O
[0015]包裝的技術條件達到防潮防腐蝕的要求。
[0016]本發明的優點是:
1、鋁-鎂合金焊絲的化學成分為:Al:92-97% ；Mg:3_6% ；Mn:0.5-1.0% ；Cr:0.10-0.35% ；Ti:0.05-0.25% ；Zr:0.05-0.25% ；Ce:0.01-0.1%。在化學成分的設計方法上，
采用多元復合微合金強韌化機理，優化了鋁-鎂合金焊絲的成分組成，使鋁-鎂合金在Al的基體上主要固溶了 Mg、Mn兩元素的原子，形成了非熱處理強化的固溶體金屬，基體的強度很高；通過加入多種微量元素Cr、T1、Zr、Ce等，形成多種性能各異、尺寸很小、密度極高的冶金微粒，起到異質形核和機械阻礙晶粒長大的作用，細化了焊絲及其焊接后與母材形成的焊縫的晶粒組織，充分提高了焊絲及焊縫的強度、韌性等機械性能指標；同時疊加利用各元素有利的冶金現象，最大限度地提高焊絲的焊接工藝性能，從而獲得綜合性能比其它同類型產品優越很多的鋁-鎂合金焊絲。
[0017]2、鋁-鎂合金焊絲QT21采用了新型的拋光工藝，使焊絲表面光潔度達到鏡面水平，進一步提高焊絲的焊接工藝性能。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發明作進一步的闡述，但不因此而限定本發明的保護范圍。以下以一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲QT21為例進行說明。
[0019]實施例1:
一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲QT21，它由QT21鋁-鎂合金焊絲和QT21焊劑組成。QT21鋁-鎂合金焊絲的直徑為Φ 1.0mm，表面光潔度達鏡面，化學成分的重量份為:A1:93.68，Mg:5.1，Mn:0.75，Cr:0.2，T1:0.12，Zr:0.12，Ce:0.03。
[0020]上述鋁-鎂合金焊絲QT21的制備方法，按照下述步驟進行:
1、熔煉和精煉:
將已在400°C預熱4小時的配比量工業純鋁(鋁錠)投入石墨坩鍋電阻爐，在870°C加熱至鋁錠軟化時，撒入鋁-鎂合金熔煉專用熔劑干粉覆蓋，熔化后調整溫度至720°C，在坩堝內鋁液面上通入干燥隊進行排氧，然后按配比量使用石墨鐘罩分兩批加入Al-Mn、Al-Mg、Al-Cr、Al-T1、Al-Zr、Al-Ce等中間合金，石墨鐘罩在離坩堝底部約150mm的深處來回移動，直至熔化。中間合金完全熔化后，以石英棒攪拌4min，進行精煉。精煉時采用“SNIF”無氫氣泡浮游精煉工藝，即通過一個可以垂直升降、旋轉的、帶石墨噴頭的精煉管，從坩堝底部向合金熔體中吹入“Ar2+C2Cl6”氣固體混合精煉劑，精煉熔體llmin，靜置IOmin后扒凈熔渣，得到純凈的鋁-鎂合金熔體待用。所述鋁-鎂合金專用熔劑為常規選擇，具體可以是氟化鈣(CaF2)20%和光鹵石(MgCl.KC)80%。加入量為加入時坩鍋熔煉爐中爐料總重量的3% ；精煉劑六氯乙烷由帶壓力的氬氣從熔體底部吹入，所述氬氣的通入壓力為5KPa ;六氯乙烷的重量為熔體重量的0.3%。
[0021]將完成精煉的合金熔體澆鑄試棒，進行抽樣檢查，其化學成分重量份為:Mg:
5.1 ；Mn:0.75 ；Cr:0.2 ；T1:0.12 ；Zr:0.12 ；Ce:0.03，Al:余量。
[0022]2、連鑄連軋軋:
通過開啟安裝于精煉爐底部的石英堵閥，將步驟一精煉完成的鋁-鎂合金熔體在氮氣保護下排出爐外，流經導流槽進入澆鑄包，穩定地澆入連續鑄造機的結晶輪腔，鑄成截面為(15+10.5) X9梯形的鑄坯條料；鑄坯經過輥剪機剪除飛邊后，即進入連軋機組，經過四道次的連續輥軋，得到直徑Φ8πιπι的粗拉線坯。
[0023]3、拉絲將步驟(2)所得直徑的鋁-鎂合金粗拉線坯通過一套拉絲機組7道次的拉制，獲得直徑Φ3.2_的精拉線坯。線坯經過感應加熱應力退火后，再通過一臺塔式18道次精拉絲機拉制成Φ 1.0的鋁-鎂合金焊絲。
[0024]4、焊絲表面拋光處理
步驟三所得鋁-鎂合金焊絲經表面拋光處理，其工藝流程為:脫脂一水清洗一化學拋光一水清洗一去灰一熱水洗一熱風吹干。
[0025]其中脫脂工藝條件為:硫酸(98%) 15% (質量比)，溫度70°C，時間11s。
[0026]化學拋光的工藝條件為:磷酸(859075.0% ;硫酸(98%) 11.0% ;硝酸(65%)6.7% ；自制添加劑?.5% ;溫度110°C，時間25s。其中的自制添加劑的具體組成及配比為=CuSO4.5H2O 為 0.02%，尿素 3.1%，助劑 T 4.4%。
[0027]去灰的工藝條件:重鉻酸鉀溶液(質量分數)3% ;常溫，時間:17s。
[0028]拋光后的焊絲表面光潔度達到鏡面。
[0029]行包裝，即得成品。
[0030]實施例2:
與實施例1不同的是，鋁-鎂合金焊絲QT21化學成分的重量份為:Mg:5.0，Mn:0.7，Cr:0.18，Ti:0.10，Zr:0.10，Ce:0.03，Al:余量。
[0031]制備時:步驟1，將 Al-Mg、Al-Mn, Al-Cr, Al-Ti, Al-Zr 和 Al- Ce 等中間合金在700°C條件下同時加入熔化的純鋁液中，所有中間合金都熔化并攪拌3分鐘，通入氬氣(Ar2)和六氯乙環(C2Cl6)精煉10分鐘并靜置15min后扒渣。將完成精煉的合金熔體澆鑄試棒，進行抽樣檢查，其化學成分重量百分比為:Mg:5.0% ；Mn:0.7% ；Cr:0.18% ；T1:0.10% ；Zr:
0.10% ；Ce:0.03%。Al:余量。其余同實施例1。
[0032]實施例3:
與實施例1不同的是:鋁-鎂合金焊絲QT21化學成分的重量份為:Mg:4.9，Mn:0.65，Cr:0.15，Ti:0.09，Zr:0.15，Ce:0.02，Al:余量。
[0033]實施例4
與實施例1不同的是:鋁-鎂合金焊絲QT21化學成分的重量份為:Mg:5.3，Mn:0.8，Cr:0.25，T1:0.08，Zr:0.18，Ce:0.04，Al:余量。其余同實施例1。
[0034]實施例5:
與實施例1不同的是:鋁-鎂合金焊絲QT21化學成分的重量份為:Mg:5.4，Mn:0.6，Cr:0.22，T1:0.14，Zr:0.2，Ce:0.03，Al:余量。其余同實施例1。
[0035]實施例6:
與實施例1不同的是:鋁-鎂合金焊絲QT21化學成分的重量份為:Mg:5.:1, Mn:0.9，Cr:0.23，T1:0.15，Zr:0.15，Ce:0.02，Al:余量。其余同實施例1。
【權利要求】
1.一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲，其特征是:所述鋁-鎂合金焊絲的化學成分的重量份為:A1:92-97 份，Mg:3-6 份，Mn:0.5-1.0 份，Cr:0.10-0.35 份，Ti:0.05-0.25 份，Zr:0.05-0.25 份，Ce:0.01-0.1 份。
2.根據權利要求1所述的鋁-鎂合金焊絲，其特征是鋁-鎂合金焊絲的直徑為Φ0.8、Φ 1.0、Φ 1.2、Φ 1.6mm 規格。
3.一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲的制備方法，其特征是；包括如下步驟: O復合鋁基釬焊絲型材的熔煉和精煉: 將已在400°C預熱4小時的配比量工業純鋁(鋁錠)投入石墨坩鍋電阻爐，在850-880°C加熱至鋁錠軟化時，撒入鋁-鎂合金熔煉專用熔劑干粉覆蓋，熔化后調整溫度至700-7400C，在坩堝內鋁液面上通入干燥N2進行排氧，然后按配比量通過石墨鐘罩分兩批加AAl-Mn, Al-Mg, Al-Cr, Al-T1、Al-Zr, Al-Ce等中間合金碎塊，石墨鐘罩在離坩堝底部約150mm的深處來回移動，直至熔化，中間合金完全熔化后，以石英棒攪拌3_4min，進行精煉，精煉時采用“SNIF”無氫氣泡浮游精煉工藝，得到純凈的鋁-鎂合金熔體待用，所述鋁-鎂合金專用熔劑的加入量為加入時坩鍋熔煉爐中爐料總重量的3-5% ;精煉劑六氯乙烷由帶壓力的氬氣從熔體底部吹入，所述氬氣的通入壓力為3-5KPa ;六氯乙烷的重量為熔體重量的0.2-0.3% ； 2)鋁-鎂合金焊絲拉絲桿坯的連鑄連軋 通過開啟安裝于精煉爐底部的石英堵閥，將步驟一精煉完成的鋁-鎂合金熔體在氮氣保護下排出爐外，流經導流槽進入澆鑄包，穩定地澆入連續鑄造機的結晶輪腔，鑄成截面尺寸為(15+10.5) X9的梯形鑄坯條料；鑄坯經過輥剪機剪除飛邊后，即進入連軋機，經過四道次的連續輥軋，得到直徑Φ8πιπι的粗拉線坯； 3)拉絲 將步驟(2)所得直徑的鋁-鎂合金粗拉線坯通過一套拉絲機組7道次的拉制，獲得直徑Φ3.2mm的精拉線坯，線坯經過感應加熱應力退火后，再通過一臺塔式18道次精拉絲機拉制成直徑可以為Φ0.8、Φ 1.0、Φ 1.2、Φ 1.6等規格的鋁-鎂合金焊絲； 4)表面拋光處理 對步驟(3)所得鋁-鎂合金焊絲進行表面拋光處理，其工藝流程為:脫脂一水清洗一化學拋光一水清洗一去灰一熱水洗一熱風吹干； 其中脫脂工藝條件為:硫酸(98%) 10%-20% (質量比)，溫度60-80°C，時間10_12s ； 化學拋光的工藝條件為:磷酸(859075.0% ;硫酸(98%) 11.0% ;硝酸(65%)6.7% ;自制添加劑 7.5% ;溫度 100-120°C，時間 20-30s ； 其中的自制添加劑的具體組成及配比為:CuSO4.5 H2O為0.02%，尿素3.1%，助劑T 4.4%，助劑T是硫酸鹽類無機化合物(呈白色粉末狀)； 去灰的工藝條件:重鉻酸鉀溶液(質量分數)1%-5% ;常溫，時間:15-20s ； 熱風吹干的工藝條件，熱風溫度100-120°C，時間:15s ； 5)包裝 采用焊絲盤通過排線機將步驟四所得光亮清潔的焊絲進行盤繞和熱縮膜包裝，即得成品O
4.根據權利要求3所述一種用于鋁合金車體氣保焊的鋁-鎂合金焊絲的制備方法，其特征是所述步驟(I)中采用“SNIF”無氫氣泡浮游精煉工藝，是指通過一個可以垂直升降、旋轉的、帶石墨噴頭的精煉管，從坩堝底部向合金熔體中吹入“Ar2+C2Cl6”氣固體混合精煉劑，精煉熔體llmin， 靜置IOmin后扒凈熔渣，得到純凈的鋁-鎂合金熔體。
【文檔編號】B23K35/24GK103451496SQ201310353116
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月14日 優先權日:2013年8月14日
【發明者】陽家盛 申請人:桂林市慶通有色金屬工藝材料開發有限公司