一種7xxx系鋁合金專用焊絲及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金加工技術(shù)領域，具體涉及一種7XXX系鋁合金專用焊絲及其制造 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 7XXX系鋁合金主要為Al-Zn-Mg系、Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金，強度較高，廣泛用于航 空、航天、兵器和交通運輸?shù)阮I域。有些不含銅的中強7XXX系鋁合金，如7017、7020和7039 等，熔焊時焊接接頭無裂紋缺陷，焊縫熱影響區(qū)的強度降低，但可通過適當?shù)臒崽幚砘謴停?焊縫強度為245~300MPa，伸長率為2%~10%;有些含銅量大于1 %的高強7XXX系鋁合金， 如7022、7075等，熔焊時焊接接頭易產(chǎn)生熱裂紋或應力腐蝕開裂。
[0003] 7XXX系鋁合金一般選用Al-Mg系合金焊絲進行焊接，如ER5356。為了提高焊縫強度 和降低焊縫的熱裂傾向，通常采取含有晶粒細化元素如Z r、Ti、SC、Er等元素的焊絲，如專利 CN104722945所述。經(jīng)查，現(xiàn)有專利號為CN201310189452.4的中國專利《一種新型鋁合金焊 絲及其應用》，該鋁合金焊絲的化學成分如下（質(zhì)量％ ):鎂Mg: 5.50-7.0，猛Μη: 0.80-1.0，鈦 Ti:0.25-0.35,鋅Ζη:0·05-0·20,鉻0:0.10-0.20,鋯Zr:0.25-0.35,鐵Fe: <0.2,硅Si: < 0.2,銅Cu: <0.05,鈹Be: <0.0005,其他單個雜質(zhì)元素：<0.1，其他雜質(zhì)元素合計：<0.15， 余量為鋁A1。該鋁合金焊絲的氫含量<0.03ml/100g。該焊絲是適用于軌道車輛用低氫細晶 的鋁合金焊絲，軌道車輛鋁合金車體較多采用6XXX、7XXX鋁合金，但是該焊絲不能適合于焊 接所有的7XXX系鋁合金，尤其對于含銅量大于1 %的高強7XXX系鋁合金使用效果不佳，焊接 接頭易產(chǎn)生裂紋。
[0004] 為了進一步提高7XXX系鋁合金焊縫強度并解決銅含量大于1 %的7XXX系鋁合金的 焊接接頭開裂的問題，需要研發(fā)出一種專門用于7XXX系鋁合金焊接的焊絲材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種7XXX系鋁合金專用焊絲，采用這種 焊絲對7XXX系鋁合金進行熔焊時不易產(chǎn)生裂紋，焊縫具有較高的強度。
[0006] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種7XXX系鋁合金專用焊絲的制造方 法。
[0007] 本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種7XXX系鋁合金專用焊 絲，其特征在于:該專用焊絲的材料成分和質(zhì)量百分比含量（％ )為：

[0009] 作為改進，所述專用焊絲是采用擠壓、拉制而成，尺寸為Φ1.2~2.4mm。
[0010] 本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種上述7XXX系鋁合金專 用焊絲的制造方法，其特征在于包括以下步驟：
[0011] 1)按照焊絲的成分配比進行配料，其中A1和Mg均以純金屬形式加入，將鋁鎳中間 合金、錯錯中間合金、錯欽中間合金、錯絡中間合金和尚純錯life化，待錯?完全fe化后，加 入純鎂，F(xiàn)e和Si含量通過采用高純原料的方式予以控制，高純鋁錠中鋁的含量至少在 99.98% 以上；
[0012] 2)取樣分析，鋁合金化學成分全部合格后采用電磁攪拌加真空凈化處理，處理結(jié) 束后機漁，待饒注；
[0013] 3)在結(jié)晶器上涂好石墨涂料，開始半連續(xù)鑄造，制成7XXX鋁合金專用焊絲的鑄錠；
[0014] 4)將鑄錠取出，將合格的鑄錠進行均勻化熱處理，出爐空冷；
[0015] 5)將熱處理后的鑄錠鋸成段、扒皮，放入擠壓機中擠壓成直徑為Φ9~11mm的棒 材；
[0016] 6)進拔絲機中拔絲，在拔絲過程中退火，將擠壓后Φ 9~11mm的棒材分多次拉拔到 Φ 1.2~2.4mm的絲材；
[0017] 7)將Φ 1.2~2.4mm的絲材穿過刮肖lj模具去除表面的氧化皮及疲勞層，采用聚晶模 具進行表面光亮化處理，清洗烘干后進行封裝即得到7XXX系鋁合金專用焊絲。
[0018] 作為改進，所述步驟2)的電磁攪拌加真空凈化處理的工藝參數(shù)為：電磁功率為10 ~20KW，電磁攪拌時鋁液的流動速度為1~5m/min，真空度小于267Pa，處理時間為30 ± 5min 之間。
[0019] 作為改進，所述步驟3)的半連續(xù)鑄造工藝參數(shù)為：
[0020] 澆注溫度 700~720Γ，
[0021 ]拉還速度 50 ~100mm/min，
[0022] 冷卻水流量 60~100L/min。
[0023] 再改進，所述步驟4)的均勻化熱處理溫度為420~480°C，保溫時間為24~48小時。 [0024]最后，所述步驟5)的擠壓筒、擠壓模加熱溫度330~380°C，鑄錠預熱溫度為350~ 420°C，擠壓機的擠壓比為10~50,擠壓速度為0.1~5mm/s。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0026]本發(fā)明的焊絲材料不同于以往的焊絲材料，以往的焊絲材料含Zr、Ti、SC、E r等合 金元素，通過這些元素的晶粒細化作用來提高焊縫強度和降低焊縫的熱裂傾向；而本發(fā)明 的焊絲材料在成分上選取了可與A1發(fā)生共晶反應的元素 Ni，通過形成含Al3Ni的共晶組織 來降低焊縫的熱裂傾向和提高焊縫強度。本發(fā)明的焊絲材料中含有大量的合金元素 Ni，Ni 在熔焊的過程中會形成含Al3Ni的共晶組織。作用如下：第一，共晶組織的形成改善了焊縫 處7XXX系鋁合金的鑄造性能，進而降低了焊縫的熱裂傾向；第二、焊縫處的Al 3Ni相細小、分 布均勻，且具有較高的強度和硬度，能提高焊接接頭的強度;第三、在熔焊的過程中Ni元素 不與Zn、Mg兩種元素發(fā)生反應，不影響Zn、Mg兩種元素對焊接接頭的強化作用。因此該焊絲 適用于所有7XXX系鋁合金，并主要針對焊接性能較差的高強7XXX系鋁合金的焊接。
[0027] 采用此焊絲對7XXX系鋁合金進行熔焊，可有效避免焊接裂紋的產(chǎn)生，提高了高強 7XXX系鋁合金的焊接性，焊接接頭經(jīng)恰當熱處理后焊縫強度不低于260MPa，伸長率不低于 3%〇
【附圖說明】
[0028] 圖1是實施例1制備的鋁合金焊絲鑄坯的微觀組織，在該鋁合金焊絲的微觀組織中 含有大量的共晶組織，此為A1和Al3Ni的共晶組織。在采用此中焊絲熔焊7XXX系鋁合金時， 這種共晶組織依然存在，共晶組織的存在降低了焊縫的熱裂傾向。
[0029]圖2是實施例2制備的鋁合金焊絲的微觀組織，Al3Ni相呈細小顆粒狀，Al3Ni具有較 高的硬度，可對7XXX系鋁合金焊縫起到顆粒強化的作用。
【具體實施方式】
[0030] 以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0031] 實施例1
[0032] 鋁合金焊絲的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）：Ni 6%，Zr 0.1%，Cr 0.1%，Ti 0.1%，F(xiàn)e 0.1%，Si 0·1%，Α1 其余。
[0033] 鋁合金焊絲的制備方法：
[0034] (1)按照成份配比量將鋁鎳中間合金、鋁鋯中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鉻中間合 金和高純鋁錠熔化，高純鋁錠中鋁的含量至少在99.98%以上。
[0035] (2)取樣分析，鋁合金化學成分全部合格后采用電磁攪拌加真空凈化處理，電磁功 率為10KW，電磁攪拌時鋁液的流動速度為lm/min，真空度為200Pa，處理時間為30min，處理 結(jié)束后機漁，待饒注。
[0036] (3)給結(jié)晶器涂好石墨涂料，開始半連續(xù)鑄造，制成7XXX鋁合金專用焊絲的鑄錠。 半連續(xù)鑄造工藝參數(shù)如下：
[0037] 澆注溫度 700 Γ
[0038] 拉還速度 5 0mm/mi η
[0039] 冷卻水流量 60L/min
[0040] (4)隨后將鑄錠提出，鑄錠的微觀組織如圖1所示，將合格的鑄錠進行均勻化熱處 理，均勻化熱處理溫度為480°C，保溫時間為24小時，出爐空冷。
[0041 ] (5)將熱處理后的鑄錠鋸成段、扒皮，放入擠壓機中擠壓成直徑為Φ 9mm的棒材，擠 壓筒、擠壓模加熱溫度330°C，鑄錠預熱溫度為400°C，擠壓機的擠壓比為10,擠壓速度為 5mm/s〇
[0042] (6)進拔絲機中拔絲，在拔絲過程中退火，將擠壓后Φ 10mm的棒材分多次拉拔到Φ 1.2mm的焊絲。
[0043] (7)將Φ 1.2mm的絲材穿過刮削模具去除表面的氧化皮及疲勞層，采用聚晶模具進 行表面光亮化處理，清洗烘干后即得到7XXX系鋁合金專用焊絲。
[0044] 采用此焊絲焊接7075鋁合金，經(jīng)適當熱處理后焊縫強度為280MPa，斷后伸長率為 5.5%〇
[0045] 實施例2
[0046] 鋁合金焊絲的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）：Ni 3%，Mg 5.0%，Zr 0.3%，Cr 0.3%，Ti 0.3%，F(xiàn)e 0.060%，Si 0·022%，Α1 其余。
[0047] 鋁合金焊絲的制備方法：
[0048] (1)按照成份配比量將鋁鎳中間合金、鋁鋯中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鉻中間合 金和高純鋁錠熔化，待鋁錠完全熔化后，加入純鎂，高純鋁錠中鋁的含量至少在99.98 %以 上。
[0049] (2)取樣分析，鋁合金化學成分全部合格后采用電磁攪拌加真空凈化處理，電磁攪 拌時電磁功率為20KW，鋁液的流動速度為5m/min，真空度為267Pa，處理時間為30min，處理 結(jié)束后機漁，待饒注。
[0050] (3)給結(jié)晶器涂好石墨涂料，開始半連續(xù)鑄造，制成7XXX鋁合金專用焊絲的鑄錠。 半連續(xù)鑄造工藝參數(shù)如下：
[0051 ] 澆注溫度 720 Γ
[0052] 拉還速度 100mm/min
[0053] 冷卻水流量 100L/min
[0054] (4)隨后將鑄錠提出，將合格的鑄錠進行均勻化熱處理，均勻化熱處理溫度為420 °C，保溫時間為48小時，出爐空冷。
[0055] (5)將熱處理后的鑄錠鋸成段、扒皮，放入擠壓機中擠壓成直徑為Φ 11mm的棒材， 擠壓筒、擠壓模加熱溫度380°C，鑄錠預熱溫度為380°C，擠壓機的擠壓比為50,擠壓速度為 0. lmm/s〇
[0056] (6)進拔絲機中拔絲，在拔絲過程中退火，將擠壓后Φ 10mm的棒材分多次拉拔到Φ 2.4mm的絲材，該鋁合金焊絲的微觀組織如圖2所示。
[0057] (7)將Φ2.4mm的絲材穿過刮削模具去除表面的氧化皮及疲勞層，采用聚晶模具進 行表面光亮化處理，清洗烘干后即得到7XXX系鋁合金專用焊絲。
[0058] 采用此焊絲焊接7075鋁合金，經(jīng)適當熱處理后焊縫強度為320MPa，斷后伸長率為 3%〇
[0059] 實施例3
[0060] 鋁合金焊絲的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）：Ni 3%，Mg 4%，Zr 0.15%，Cr 0.15%， Ti0.15%，F(xiàn)e 0.04%，Si 0·06%，Α1 其余。
[0061] 鋁合金焊絲的制備方法：
[0062] (1)按照成份配比量將鋁鎳中間合金、鋁鋯中間合金、鋁鈦中間合金、鋁鉻中間合 金和高純鋁錠熔化，待鋁錠完全熔化后，加入純鎂，高純鋁錠中鋁的含量至少在99.98 %以 上。
[0063] (2)取樣分析，鋁合金化學成分全部合格后采用電磁攪拌加真空凈化處理，電磁攪 拌時電磁功率為15KW，鋁液的流動速度為3m/min，真空度為220Pa，處理時間為30min，處理 結(jié)束后機漁，待饒注。
[0064] (3)給結(jié)晶器涂好石墨涂料，開始半連續(xù)鑄造，制成7XXX鋁合金專用焊絲的鑄錠。 半連續(xù)鑄造工藝參數(shù)如下：
[0065] 澆注溫度 71(TC
[0066] 拉還速度 70mm/min
[0067] 冷卻水流量 80L/min
[0068] (4)隨后將鑄錠提出，將合格的鑄錠進行均勻化熱處理，均勻化熱處理溫度為450 °C，保溫時間為48小時，出爐空冷。
[0069] (5)將熱處理后的鑄錠鋸成段、扒皮，放入擠壓機中擠壓成直徑為Φ 11mm的棒材， 擠壓筒、擠壓模加熱溫度350°C，鑄錠預熱溫度為380°C。擠壓機的擠壓比為30,擠壓速度為 2.5mm/s〇
[0070] (6)進拔絲機中拔絲，在拔絲過程中退火，將擠壓后Φ 10mm的棒材分多次拉拔到Φ 1.6mm的絲材，該鋁合金焊絲的微觀組織如圖2所示。
[0071] (7)將Φ1.6_的絲材穿過刮削模具去除表面的氧化皮及疲勞層，采用聚晶模具進 行表面光亮化處理，清洗烘干后即得到7ΧΧΧ系鋁合金專用焊絲。
[0072] 采用此焊絲焊接7075鋁合金，經(jīng)適當熱處理后焊縫強度為330MPa，斷后伸長率為 5%〇
【主權(quán)項】
1. 一種7XXX系鋁合金專用焊絲，其特征在于：該專用焊絲的材料成分和質(zhì)量百分比含 量(％ )為： N1 2.0-6.0； Mg (K5.0； Zr 0.1-0.3； Τι 0.1--0,3: Cr 0.1-0.3； Pe <〇. 1 ； Si <0.1； A1 余量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的7XXX系鋁合金專用焊絲，其特征在于:所述專用焊絲是采用擠 壓、拉制而成，尺寸為φ 1.2~2.4mm。3. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的7XXX系鋁合金專用焊絲的制造方法，其特征在于包括以 下步驟： 1) 按照焊絲的成分配比進行配料，其中A1和Mg均以純金屬形式加入，將鋁鎳中間合金、 錯錯中間合金、錯欽中間合金、錯絡中間合金和尚純錯life化，待錯?完全fe化后，加入純 鎂，Si和Fe的含量通過采用高純原材料予以嚴格控制，其中高純鋁錠中鋁的含量至少在 99.98% 以上。 2) 取樣分析，鋁合金化學成分全部合格后采用電磁攪拌加真空凈化處理，處理結(jié)束后 扒渣，待澆注； 3) 在結(jié)晶器上涂好石墨涂料，開始半連續(xù)鑄造，制成7XXX鋁合金專用焊絲的鑄錠； 4) 將鑄錠取出，將合格的鑄錠進行均勻化熱處理，出爐空冷； 5) 將熱處理后的鑄錠鋸成段、扒皮，放入擠壓機中擠壓成直徑為Φ 9~11mm的棒材； 6) 進拔絲機中拔絲，在拔絲過程中退火，將擠壓后Φ 9~11mm的棒材分多次拉拔到Φ 1.2~2.4mm的絲材； 7) 將Φ 1.2~2.4_的絲材穿過刮削模具去除表面的氧化皮及疲勞層，采用聚晶模具進 行表面光亮化處理，清洗烘干后進行封裝即得到7XXX系鋁合金專用焊絲。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于:所述步驟2)的電磁攪拌加真空凈化處 理的工藝參數(shù)為：電磁功率為10KW~20KW，電磁攪拌時鋁液的流動速度為1~5m/min，真空 度小于267Pa，處理時間為30 ± 5min之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步驟3)的半連續(xù)鑄造工藝參數(shù) 為： 澆注溫度 700~720 °C， 拉還速度 50~100mm/min， 冷卻水流量 60~100L/min。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步驟4)的均勻化熱處理溫度為 420~480°C，保溫時間為24~48小時。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于:所述步驟5)的擠壓機的擠壓筒、擠壓 模加熱溫度330~380°C，鑄錠預熱溫度為350~420°C，擠壓機的擠壓比為10~50、擠壓速度 為0·1~5mm/s〇
【專利摘要】一種7XXX系鋁合金專用焊絲及其制造方法，該專用焊絲的材料成分和質(zhì)量百分比含量(％)為：Ni 2.0～6.0；Mg 0～5.0；Zr 0.1～0.3；Ti 0.1～0.3；Cr 0.1～0.3；Fe≤0.1；Si≤0.1；Al余量，制造步驟：配料，熔煉、取樣分析、半連續(xù)鑄造、均勻化熱處理、擠壓、拔絲、表面處理，清洗烘干封裝。本發(fā)明的焊絲材料在成分上選取了可與Al發(fā)生共晶反應的元素Ni，通過形成共晶組織來降低焊縫的熱裂傾向，適用于所有7XXX系鋁合金，并主要針對焊接性能較差的高強7XXX系鋁合金的焊接；采用此焊絲對7XXX系鋁合金進行熔焊，可有效避免焊接裂紋的產(chǎn)生，提高了高強7XXX系鋁合金的焊接性，焊接接頭經(jīng)恰當熱處理后焊縫強度不低于260MPa，伸長率不低于3％。
【IPC分類】B23K35/28, B23K35/40
【公開號】CN105710557
【申請?zhí)枴緾N201610214936
【發(fā)明人】陳大輝, 劉紅偉, 王有祁, 馬良超, 施虹霞, 朱秀榮, 周靈展, 侯林沖, 費良軍
【申請人】中國兵器科學研究院寧波分院