一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺

摘要

本发明的目的在于提供一种综合性能好、通过加入特殊元素替代Si元素、保证钎料良好流动性、降低接头界面化合物层脆性的用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺。它是以Al-Cu为基体，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，焊丝的加工工艺流程包括备料；熔炼；成分分析；挤压；拉丝；清洗。本发明优点在于：高含量Cu元素能够抑制界面化合物层的生长，并能够改善Al-Fe化合物层的性能，特别是提高化合物层的抗裂性；Ag元素与铝、钢都具有较高的亲和性，增强液态钎料在钢表面的流动性；Mn、Ti元素能够改善化合物性能，提高钎料流动性；Mg、Zn元素能够促进钎料流动性，提高焊丝强度；Zr细化晶粒，提高焊丝强度。

权利要求

1.一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝的制作方法，其特征在于：焊丝的加工工艺流程如下：(a)备料：原材料：铝，纯度≥99.7％；中间合金：将铜、银、锰、镁、钛、锆、锌与铝先熔炼成中间合金，以中间合金形式配料、加料；

(b)熔炼：预热坩埚，将纯铝锭放入坩埚中；待铝完全熔化后，加入铝铜、铝银、铝锰、铝镁、铝钛、铝锆、铝锌中间合金，加热至400～800℃熔合，整个熔炼浇铸过程均用冰晶石覆盖剂保护，用六氯乙烷除气精炼；除气后，静置10～15分钟浇铸成铸锭；

(c)成分分析：对坯料进行成分分析，确定坯料的实际成分，与设计焊丝成分组配进行对比，确定各种元素的挥发量；对不合格坯料计算损失量，进行回炉重炼，直到符合设定的组配比例；

(d)挤压：将符合设定成分组配的坯料预热到450℃，用500吨压机挤压成直径为

3.0mm的丝坯；

(e)拉丝：用拉丝机将丝坯拉拔成最终所需直径；

(f)清洗：将制成的焊丝进行清洗，去除表面油污；

其中，该焊丝成分以质量百分数计，含有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％；其它为Al。

2.根据权利要求1所述的一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝的制作方法所制得的一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝。

说明书

一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺

(一)技术领域

[0001] 本发明涉及焊接技术，具体说就是一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺。(二)背景技术

[0002] 近年来，为了缓解能源压力，降低生产成本，优化结构性能，铝/钢复合结构件在航空航天、汽车制造、造船等工业领域中受到广泛的重视和应用，然而铝钢之间物化性能差异大，焊接过程中易生成脆性的金属间化合物，采用传统熔焊的方法难以实现两者的可靠连接。

[0003] 目前，激光熔-钎焊和电弧熔-钎焊(包括TIG焊、MIG焊、CMT焊)成为铝/钢异种合金连接的热门研究方向。这两类焊接方法能够实现对焊接热输入的严格控制，在焊接过程中，低熔点的铝处于熔化状态，为熔焊结合，而高熔点的钢不熔化，为钎焊结合，其实质是熔化的铝(包括填充材料)与固态的钢通过界面反应结合在一起的，焊接过程兼备熔焊和钎焊的双重特点。

[0004] 针对这两类焊接方法，在铝/钢焊接过程中，通常需要送进铝基焊丝，通过焊丝的熔化、润湿以及化学反应与钢形成界面层，实现铝/钢异种合金的有效连接。然而，无论是激光焊，还是电弧焊，都是一种动态加热过程，具有加热温度高、加热时间短、温度梯度大的特点，液态铝基钎料在钢表面的润湿铺展存在较大困难。因此，在铝/钢熔-钎焊过程中，对填充焊丝具有很高的要求：一是熔化的铝基钎料在钢表面流动性要强，焊丝中须含有与钢亲和性高的合金元素；二是焊丝中须含有能够抑制Al-Fe化合物生长的合金元素，实现对界面层的有效控制。

[0005] 发明专利(申请号200810063869.5)研制出了“一种用于铝及铝合金与钢连接的焊丝”，这种焊丝以Al-Si为基体，同时添加少量合金元素研制而成。这种焊丝熔化后在钢表面具有高的流动性，同时焊丝中的Si、Mn、La等元素能够有效控制铝/钢界面层的生长。然而，这种焊丝的不足之处在于含有高的Si含量，在界面处生成Al-Fe-Si三元化合物层，使铝/钢接头脆性增大，降低了接头的性能。
(三)发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种综合性能好、通过加入特殊元素替代Si元素、保证钎料良好流动性、降低接头界面化合物层脆性的用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺。

[0007] 本发明的目的是这样实现的：所述的用于铝/钢异种合金连接的焊丝，它是以Al-Cu为基体，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，该组合物以质量百分数计，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％；其它为Al。

[0008] 所述的用于铝/钢异种合金连接的焊丝的加工工艺，焊丝的加工工艺流程如下：

[0009] (a)备料：原材料：铝，纯度≥99.7％；中间合金：将铜、银、锰、镁、钛、锆、锌与铝先熔炼成中间合金，以中间合金形式配料、加料；

[0010] (b)熔炼：预热坩埚，将纯铝锭放入坩埚中；待铝完全熔化后，加入铝铜、铝银、铝锰、铝镁、铝钛、铝锆、铝锌中间合金，加热至400～800℃熔合，整个熔炼浇铸过程均用冰晶石覆盖剂保护，用六氯乙烷除气精炼；除气后，静置10～15分钟浇铸成铸锭；

[0011] (c)成分分析：对坯料进行成分分析，确定坯料的实际成分，与设计焊丝成分组配进行对比，确定各种元素的挥发量；对不合格坯料计算损失量，进行回炉重炼，直到符合设定的组配比例；

[0012] (d)挤压：将符合设定成分组配的坯料预热到450℃，用500吨压机挤压成直径为3.0mm的丝坯；

[0013] (e)拉丝：用拉丝机将丝坯拉拔成最终所需直径；

[0014] (f)清洗：将制成的焊丝进行清洗，去除表面油污。

[0015] 本发明一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝及其加工工艺，其优点在于：高含量Cu元素能够抑制界面化合物层的生长，并能够改善Al-Fe化合物层的性能，特别是提高化合物层的抗裂性；Ag元素与铝、钢都具有较高的亲和性，增强液态钎料在钢表面的流动性；Mn、Ti元素能够改善化合物性能，提高钎料流动性；Mg、Zn元素能够促进钎料流动性，提高焊丝强度；Zr细化晶粒，提高焊丝强度。
(四)附图说明

[0016] 图1为本发明的铝合金/不锈钢电弧熔-钎焊对接接头形貌。(五)具体实施方式

[0017] 下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

[0018] 实施例1：本发明一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝，它是以Al-Cu为基体，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，该组合物以质量百分数计，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％；其它为Al。

[0019] 所述的一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝的加工工艺，步骤如下：

[0020] (a)备料：原材料：铝，纯度≥99.7％；中间合金：将铜、银、锰、镁、钛、锆、锌与铝先熔炼成中间合金，以中间合金形式配料、加料；

[0021] (b)熔炼：预热坩埚，将纯铝锭放入坩埚中；待铝完全熔化后，加入铝铜、铝银、铝锰、铝镁、铝钛、铝锆、铝锌中间合金，加热至400～800℃熔合，整个熔炼浇铸过程均用冰晶石覆盖剂保护，用六氯乙烷除气精炼；除气后，静置10～15分钟浇铸成铸锭；

[0022] (c)成分分析：对坯料进行成分分析，确定坯料的实际成分，与设计焊丝成分组配进行对比，确定各种元素的挥发量；对不合格坯料计算损失量，进行回炉重炼，直到符合设定的组配比例；

[0023] (d)挤压：将符合设定成分组配的坯料预热到450℃，用500吨压机挤压成直径为3.0mm的丝坯；

[0024] (e)拉丝：用拉丝机将丝坯拉拔成最终所需直径；

[0025] (f)清洗：将制成的焊丝进行清洗，去除表面油污。

[0026] 实施例2：结合图1，本发明一种用于铝/钢异种合金连接的焊丝，焊丝成分为Cu 5.5％～6.5％，Mn 0.2％～0.4％，Ti 0.1％～0.2％，Zr0.1％～0.2％，Zn 0.05％～0.1％，Al余量。

[0027] 采用上述成分焊丝，获得了成形良好的铝合金/不锈钢电弧熔-钎焊对接接头，接头形貌如图1所示。

[0028] 焊丝成分为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。

[0029] 采用上述成分焊丝，进行铝/钢异种合金TIG熔-钎焊实验，钎料流动性好，焊接过程稳定，接头成形良好。

[0030] 焊丝成分为Cu 9.8％～10.8％，Ag 3.0％～5.0％，Mn 0.5％～1.0％，Mg0.1％～0.3％，Ti 0.3％～0.5％，Al余量。

[0031] 焊丝成分为Cu 15.5％～16.5％，Ag 2.0％～4.0％，Mn 1.0％～2.0％，Mg0.5％～1.0％，Ti 0.1％～0.2％，Zr 0.3％～0.5％，Zn 0.1％～0.3％，Al余量。

[0032] 焊丝成分为Cu 2.0％～4.0％，Ag 8.0％～10.0％，Mn 1.0％～2.0％，Mg0.5％～1.0％，Ti 0.1％～0.2％，Zr 0.3％～0.5％，Zn 0.3％～0.5％，Al余量。

[0033] 实施例3：本发明的目的在于克服上述焊丝缺陷而提供一种综合性能更好的新焊丝，通过加入一些其它特殊元素来替代Si元素，在保证钎料良好流动性的同时，降低接头界面化合物层的脆性。

[0034] 该焊丝是以Al-Cu为基体，添加Ag、Mn、Mg、Ti、Zr、Zn元素研制而成，该组合物以质量百分数计，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％；其它为Al。本发明适用的铝及铝合金为所有铝及其合金；本发明适用的钢为不锈钢、碳钢、合金钢，特别适用于不锈钢；本发明适用的焊接方法为电弧焊、激光焊。