專利名稱：一種磁控焊接熔敷成形制備高強(qiáng)鋁合金接頭的焊接絲材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁控焊接熔敷成形技術(shù)制備高強(qiáng)度鋁合金焊接接頭的Al-Mg 絲材，主要通過(guò)在Al-Mg系鋁合金焊絲添加Sc、Zr、Er等稀有金屬元素，使Al-Mg系鋁合金焊絲微合金化，改善鋁合金焊接接頭的組織，提高鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能。
背景技術(shù)：
焊接熔敷快速成形作為快速成形技術(shù)的一種新工藝，其是利用堆焊技術(shù)的原理， 不但可以用于零件的 表面改性，還可以對(duì)缺損零件進(jìn)行修復(fù)和直接成形新零件。鋁合金表面修復(fù)技術(shù)包括普通焊條電弧焊、MIG焊和等離子焊接等焊接方法，熱噴涂技術(shù)和刷鍍技術(shù)。焊接熔敷技術(shù)與熱噴涂和電刷鍍技術(shù)相比，焊接熔敷層與基體為冶金結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度較高；與普通的焊接方法相比，焊接熔敷技術(shù)沉積率、粗糙度、熱輸入、敷層厚度等指標(biāo)更優(yōu)巳
隨著材料電磁過(guò)程的不斷發(fā)展，將磁場(chǎng)引入焊接過(guò)程已經(jīng)成為一種先進(jìn)的焊接技術(shù)，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用于電弧時(shí)，由于焊接電弧中的等離子體的良好導(dǎo)電性，提供了外部磁場(chǎng)對(duì)它的可作用性。磁場(chǎng)控制焊接熔敷技術(shù)的研究包括通過(guò)電磁力攪拌熔池，強(qiáng)迫金屬流動(dòng)，使晶粒細(xì)化；通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)電弧的拘束作用，提高非熔化極電弧的能量密度，可改善接頭質(zhì)量，提高熔敷效率。2002年由北京工業(yè)大學(xué)殷樹(shù)言等人申請(qǐng)的公告號(hào)為CN1369347A 的發(fā)明專利《磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護(hù)焊接(MAG)方法及專用設(shè)備》中磁場(chǎng)作用于焊接過(guò)程，有效的提高了熔敷效率。2005年由武漢理工大學(xué)羅健等人申請(qǐng)的公告號(hào)為 CN1751834的發(fā)明專利《一種磁控熔化極焊接方法及其拓展應(yīng)用和通用設(shè)備》中采用磁場(chǎng)影響焊接過(guò)程，提高了焊接接頭的質(zhì)量。2010年由裝甲兵工程學(xué)院朱勝等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?201010049723. 2的發(fā)明專利《電磁場(chǎng)控制焊接熔敷快速成形方法和設(shè)備》中提到采用直流橫向磁控熔覆成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)零件的快速成形。
鋁合金焊接絲材廣泛應(yīng)用于焊接領(lǐng)域。隨著技術(shù)的進(jìn)步，普通的Al-Mg絲材不能滿足生產(chǎn)的需求，在Al-Mg絲材中添加具有特殊性能的元素成為改善絲材性能的重要手段。2008年由潘清林等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00810143170的發(fā)明專利《一種Al-Mg-Mn-Sc-Er 合金》中Sc重量百分比為O. Γ0. 25wt°/c^P Er元素重量百分比為O. 15 O. 4wt%的合金，提高了鋁合金的抗拉強(qiáng)度；2009年由鄭志榮等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00910154113的發(fā)明專利 《高速列車用鋁合金焊絲及制作方法》中其特征為組分和重量百分含量分別為Si ( O. 40、 Fe ( O. 40,Cu ( O. 10,0. 05 ^ Mn ^1. 1、4· 2 彡 Mg 彡 7· 5、0· 05 ^ Cr ^ O. 25,Zn ( O. 25、 Be ( O. 005,0. 05 ^ Ti ^ O. 20,0. 0005 ^ Sc ^ O. 005，其他單個(gè)雜質(zhì)< O. 05%，其他雜質(zhì)合計(jì)< O. 15%，其余量是Al，焊絲的抗拉強(qiáng)度及延伸強(qiáng)度得到提高。但對(duì)于添加Sc、Zr、Er三種元素的Al-Mg合金尚未涉及，本發(fā)明Al-Mg焊絲通過(guò)磁控焊接熔敷成形技術(shù)，可以在鋁基體表面堆敷一層或數(shù)層特殊敷層，所得敷層微觀組織致密，晶粒細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)良。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以普通Al-Mg系合金焊絲為對(duì)象，添加Sc、Zr、Er微量稀有元素后制成焊絲。利用磁控熔敷成形技術(shù)在鋁合金表面制備高強(qiáng)度覆層。焊絲絲材中的各組分質(zhì)量百分比范圍為Mg 6. 2 6. 8%、Cr 0. 05 O. 2%、Ti 0. 02 O. 05%、Sc+ Zr+Er :0. 3 O. 6%，其余為 Al。采用磁控焊接熔敷成形技術(shù)，使用上述成分的Al-Mg系合金焊絲，制備出具有優(yōu)良組織結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度、高塑性等力學(xué)性能的鋁合金焊接接頭。
一種磁控焊接熔敷成形制備高強(qiáng)鋁合金接頭的焊接絲材，其特征在于絲材各組分含量占絲材質(zhì)量的百分比范圍如下Mg 6. 2 6. 8%、Cr :0. 05 O. 2%、T1:0. 02 O. 05%、Sc+ Zr+Er 0. 3 O. 6%，其余為 Al。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(I)在普通Al-Mg系合金焊絲中加入Sc、Zr、Er元素，焊絲經(jīng)熱擠壓后橫截面的微觀組織晶粒細(xì)化，晶粒尺寸為普通焊絲晶粒尺寸的259Γ30%。
(2)所述焊絲采用磁控焊接熔敷成形技術(shù)，得到鋁合金焊接接頭中，接頭抗拉強(qiáng)度比普通焊絲抗拉強(qiáng)度提高3. (Γ5. 2% ;屈服強(qiáng)度比普通焊絲屈服強(qiáng)度提高2. 5^4. 3% ;抗背彎強(qiáng)度和抗面彎強(qiáng)度比普通焊絲分別提高4(Γ45%、65 73% ;所得熔敷層的硬度比普通焊絲堆焊層的硬度提高5. 09Tll%。
本發(fā)明有益的效果在普通Al-Mg系合金焊絲中添加Sc、Zr、Er等微量稀有元素制備焊絲，采用磁控熔敷成形技術(shù)在鋁合金表面焊接熔敷制備出高強(qiáng)度的焊接接頭。采用所述焊絲在鋁合金上利用磁控熔敷成形技術(shù)得到的焊接接頭微觀組織致密，晶粒細(xì)??；接頭抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度以及硬度等力學(xué)性能優(yōu)異。


附圖1為實(shí)施例I的5183-1和5183焊絲經(jīng)熱擠壓后橫截面金相組織。
附圖2為實(shí)施例1、2的5183、5183-1、5183-2、5183-3焊絲所得焊接接頭的硬度對(duì)比圖。
附圖3為實(shí)施例4的5183、5183-4焊絲所得焊接接頭的力學(xué)性能對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)
實(shí)施例1:
在牌號(hào)為5183的Al-Mg系合金焊絲中添加的Sc、Zr、Er等微量元素，其中Sc的含量為O. 1%，Zr的含量為O. 2%，Er的含量為0，制備5183-1焊絲。圖1 (a)為5183焊絲經(jīng)熱擠壓后的橫截面的金相組織圖，圖1 (b)為5183-1焊絲經(jīng)熱擠壓后的橫截面的金相組織圖。從圖1可以看出，5183-1焊絲的擠壓組織明顯細(xì)化，其晶粒直徑為ΙΟμπι，而5183焊絲的擠壓組織晶粒直徑為40 μ m。
實(shí)施例2:
在牌號(hào)為5183的Al-Mg系合金焊絲中添加的Sc、Zr、Er等微量稀土元素，其中 Sc的含量為O. 3%，Zr的含量為O. 2%，Er的含量為0，制備5183-2焊絲；添加Sc的含量為O.3%，Zr的含量均為0，Er的含量為O. 2%，制備5183-3焊絲。采用再制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中外加縱向磁場(chǎng)的Fronius全數(shù)字TPS-4000直流脈沖MIG焊接熔敷成形技術(shù)，使用5183、5183-1、5183-2、5183-3焊絲對(duì)7A52鋁合金施焊，得到焊接接頭。接頭的硬度如圖2所示， 添加微量元素焊絲的焊接接頭硬度比較普通焊絲接頭硬度；比較5183-1和5183-2可知，Sc 元的增加有利于接頭硬度的提高。比較5183-2和5183-3可知，Zr元素比Er元素更有利于接頭硬度的提高。
實(shí)施例3:
在牌號(hào)為5183的Al-Mg系合金焊絲中添加的Sc、Zr、Er等微量稀土元素，其中Sc 的含量為O ,Zr的含量為0.3%，Er的含量為為O. 3%，制備5183-4焊絲。采用再制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中外加縱向磁場(chǎng)的Fronius全數(shù)字TPS-4000直流脈沖MIG焊接熔敷成形技術(shù)，使用5183、5183-4焊絲分別在7A52鋁合金上制備焊接接頭，對(duì)接頭的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。得到結(jié)果采用5183-4焊絲的抗拉強(qiáng)度327. 821MPa，比5183焊絲抗拉強(qiáng)度提高4. 8% ; 5183-4 焊絲的屈服強(qiáng)度為179. 596MPa，比5183焊絲屈服強(qiáng)度提高4. 1% ;5183_4焊絲抗背彎強(qiáng)度和抗面彎強(qiáng)度比5183焊絲分別提高42%、69%。通過(guò)對(duì)比可知，添加微量元素Zr、Er后，鋁合金焊接接頭的力學(xué)性能顯著提高。
實(shí)施例4:
在牌號(hào)為5183的Al-Mg系合金焊絲中添加的Sc、Zr、Er等微量稀土元素，其中Sc 的含量為O. 3%，Zr的含量為O. 2%，Er的含量為為O. 1%，制備5183-5焊絲。采用再制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中外加縱向磁場(chǎng)的Fronius全數(shù)字TPS-4000直流脈沖MIG焊接熔敷成形技術(shù)，使用5183、5183-5焊絲在7A52鋁合金上制備焊接接頭，對(duì)接頭的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。 圖3為兩種焊絲所得焊接接頭的力學(xué)性能對(duì)比圖。從圖中可知，5183-5焊絲制備所得鋁合金接頭的抗拉強(qiáng)度332. 364MPa，5183焊絲制備所得鋁合金接頭抗拉強(qiáng)度為316. 179 MPa ； 5183-5焊絲制備所得鋁合金接頭的屈服強(qiáng)度為183.661 MPa，5183焊絲制備所得鋁合金接頭的屈服強(qiáng)度176. 136 MPa，抗背彎強(qiáng)度和抗面彎強(qiáng)度5183焊絲制備所得鋁合金接頭比 5183焊絲制備所得鋁合金接頭分別提高45%、73%。權(quán)利要求
1.一種磁控焊接熔敷成形制備高強(qiáng)鋁合金接頭的焊接絲材，其特征在于絲材各組分含量占絲材質(zhì)量的百分比范圍如下Mg 6. 2 6. 8%、Cr :0. 05 0. 2%、Ti :0. 02 0. 05%、Sc+Zr+Er 0. 3 0. 6%，其余為 Al。
全文摘要
一種磁控焊接熔敷成形制備高強(qiáng)鋁合金接頭的焊接絲材屬于焊件領(lǐng)域。該絲材是以普通Al-Mg系合金焊絲為基礎(chǔ)，添加Sc、Zr、Er等微量元素后制備而成。絲材各組分含量占絲材質(zhì)量的百分比范圍如下Mg6.2~6.8%、Cr0.05~0.2%、Ti0.02~0.05%、Sc+ Zr+Er0.3~0.6%，其余為Al。采用磁控焊接熔覆成形技術(shù)，使用含微量元素的Al-Mg系合金焊絲，制備出具有優(yōu)良組織結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度、高塑性等力學(xué)性能的鋁合金焊接接頭。
文檔編號(hào)B23K35/28GK102974955SQ20121051509
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者朱勝, 趙志浩, 王曉明, 姚巨坤, 王啟偉, 崔建忠, 劉玉項(xiàng) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院