CN102145440B

CN102145440B - Sal2195铝锂合金tig/mig焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN102145440B
Application number: CN2011100967158A
Authority: CN
Inventors: 傅开武; 何成旦
Original assignee: LANZHOU WEITE WELDING MATERIAL FURANCE BURDEN CO Ltd
Current assignee: LANZHOU WEITE WELDING MATERIAL TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: CN102145440A

Abstract

本发明公开了一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝及其制备方法，制造时所使用的原料包括以下重量百分数的各组分：Li　0.5～1.5%、Mg 0.5～1.5%、Cu　3.5～4.5％、Zr0.1～0.25％、Ce0.1～0.2％，其余为Al。本发明的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法，按以下步骤进行：a、混合原料采用真空感应炉熔炼，再在氩气的保护下进行浇铸；b、挤压制得合金盘条；c、将合金盘条经过粗、中、精拉丝后，再进行刮削清洗得所述焊丝。本发明制备的铝锂合金TIG/MIG焊丝的烧伤率低，不易断裂，力学性能好。

Description

SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型铝锂合金焊丝及其制备方法，属于新材料范围内的金属材料种类内的有色金属材料制备、加工和成型领域。

背景技术

锂是自然界最轻的金属，密度为0.534g／cm3，熔点为186℃，铝中加入金属元素锂，在降低合计密度的同时，可大幅度提高合金的弹性模量。研究表明，在铝合金中每添加质量分数为1%的锂，可降低金属密度3%，提高弹性模量6%。用铝锂合金代替常规的铝合金，可使结构减重10%～20%，刚度提高15%～20%。因此，拥有低密度、高弹性模量、高比强度和高比刚度性能的铝锂合金在航空航天领域有着广阔的应用前景。

在航空航天飞行器燃料贮箱中，每减轻1kg重量就增加1kg的有效载荷，而增加1kg有效载荷可带来约100000美元的经济效益。因此，在未来新型飞行器的设计和制造中，将会更多的采用铝锂合金制作燃料贮箱进行减重。相应的各种铝锂合金焊丝的用量将越来越大。

目前，国外铝锂合金已有20多种铸锭生产达到工业化水平，欧美等国已能生产6～10t的铸锭，而俄罗斯已经具备生产25t的铸锭能力。美国Alcoa公司铝锂合金年产量已超过3600t，根据需要可迅速扩大到9000t。英国Alcan公司和法国Pechiney公司联合建造的铝锂合金生产厂年产量可达10000t，美、俄、欧等国铝锂合金轧制、挤压和锻造的技术已达到常规铝合金水平。近几年来，国外在实施低成本发射装置、超轻油箱计划以及重复使用的航天器核心计划中，加强了铝锂合金的研究，促进了铝锂合金的迅速发展。铝锂合金在美国F15B、俄罗斯米格29、苏27、英国EAP等战机上已使用多年，效益显著。美国“发现号”航天飞机燃料箱使用2195铝锂合金的焊接结构，使整个燃料贮箱减重3300kg。美国“奋进号”航天飞机燃料贮箱采用了Weldalite049铝锂合金代替2219合金，使航天飞机的运载能力提高了3400 kg。火箭推进剂贮箱是一个承压焊接容器，由金属壳体焊接而成，铝锂合金是该贮箱的首选材料。国外在80年代已经采用焊接方法代替铆接方法，获得了很好的减重效益。研制的铝锂合金焊丝达到了较高的水平。

我国自60年代末开始了Al-Cu-Li系合金的研究，但真正的研究高潮是在铝锂合金作为国家重点项目被列入七五攻关计划后开始的，迄今全国已有数十家高等学校、科研院所和工厂参加，研究内容也颇为全面，从理论到实际，从熔铸、合金化、热处理到组织性能，可以说无所不包，尤其是1998年航天510研究所利用微重力电磁模拟装置成功地制备出含锂量高达5%～10%的二元铝锂合金小试样，使铝锂合金的制造技术得到进一步发展。

我国已在某新型航天飞行器设计中采用了铝锂合金的铆接结构件，但是铆接一般接一些密封要求低的设备，而焊接可以加工密封性要求较高的设备，因此，有可能在未来航天飞行器制造中大量采用铝锂合金的焊接结构件，铝锂合金焊丝的用量将稳步上升，但目前我国的铝锂合金焊丝尚未形成批量生产能力，水平仍处于填补空白的实验研究阶段。

铝锂合金采用TIG焊(Tangstent inert gas，钨极惰性气体保护焊)或MIG焊(Metal inert-gas welding熔化极气体保护电弧焊)，材料本身的减重效益约为12%，用焊接取代铆接，省去连接紧固件和密封胶圈减重效益又有12%。

但是传统的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝在制备过程中锂容易被氧化，锂的烧损率高，铝锂合金焊丝盘条表面粗糙、划痕深，且挤压接头强度低，拉丝时易断裂，生产效率低，环境污染严重，所制备的焊丝力学性能不好。

发明内容

本发明旨在克服以上现有技术存在的不足，提供一种力学性能好的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝配方体系，以满足2195铝锂合金对焊接工艺的需求。

本发明的另一目的是提供一种在制备过程中锂的烧损率低，降低环境污染的制备SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，所述焊丝采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金***，各组分的重量百分含量为：Li　0.5～1.5%、Mg 0.5～1.5%、Cu　3.5～4.5％、Zr　0.1～0.25％、Ce 0.1～0.2％，其余为Al。

本发明所述的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法，按以下步骤进行：

a、将配比量的Li、Mg、Cu 、Zr 、Ce和Al采用真空感应炉熔炼，熔炼温度为630℃～660℃，纯化真空度为1×10^－3Pa～2×10^－3Pa，熔炼后在氩气的保护下进行浇铸得铸锭，氩气流量为8～10ml∕s；

b、去除铸锭表面及两头的杂物后在500～550℃温度下进行连续挤压制得合金盘条；

c、将合金盘条经过粗、中、精拉丝后，再进行刮削清洗处理即得所述焊丝。

进一步地，步骤a中所采用的纯化真空度为1.35×10^－3Pa时效果最佳。

进一步地，步骤c中刮削清洗采用旋转式三角孔刮刀。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1、采用真空熔炼吹氩浇铸工艺制备铝锂合金铸锭，解决了铸锭时合金中锂容易被氧化的问题，锂的烧损率可控制在3%以内。

2、采用热溶连续挤压工艺制备铝锂合金盘条。原工艺为冷挤压，新工艺为挤压时把铝锂合金锭预热至500～550℃，解决了原来冷压时铝锂合金焊丝盘条表面粗糙、划痕深，且挤压接头强度低的问题，使得在后续工序拉丝时不易断裂，提高了生产效率。

3、采用刮削清洗工艺制备铝锂合金焊丝。原工艺为拉丝时采用强酸（硝酸+硫酸+磷酸）加热至120℃清洗焊丝表面氧化物，而新工艺为拉丝时采用旋转式三角孔刮刀进行刮削清洗，避免了传统化学清洗工艺带来的环境污染问题。

4、现有技术中的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的力学性能一般为：抗拉强度σь为460MPа，屈服强度σ0.2为370MPа、接头延伸率δ为7% 、弯曲角а为12°、强度系数η为70%。而本发明的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝在原料中加入微量的稀土元素Ce，达到了弥散强化晶格结构、改善共晶分布形态、强化焊缝凝固组织的目的，力学性能有较大的改善，抗拉强度σь为550～600MPа，屈服强度σ0.2为450～500MPа、接头延伸率δ为8～10% 、弯曲角а为12～18°、强度系数η为80～85%。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，所述焊丝采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金***，制造时各组分的重量百分含量为：Li　1.08％、Mg 0.69％、Cu 3.96%、Zr 0.14％、Ce 0.15％、其余为Al。

按以下步骤的方法制备：

a、将配比量的Li、Mg、Cu、Zr、Ce和Al采用真空感应炉进行熔炼，熔炼温度为650℃左右，真空度为1×10^－3Pa，熔炼后在氩气的保护下进行浇铸得铸锭，氩气流量为8ml∕s左右；

b、去除铸锭表面及两头的杂物后在500℃温度下进行连续挤压制得合金盘条；

c、将合金盘条经过粗、中、精拉丝后，用旋转式三角孔刮刀进行刮削清洗处理即得所述焊丝。

实施例2

一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，所述焊丝采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金***，制造时各组分的重量百分含量为：Li　0.5％、Mg 1.5％、Cu 3.5%、Zr 0.25％、Ce 0.1％、其余为Al。

按实施例1所述的方法制备，其中熔炼温度为630℃，真空度为1×10^－3Pa，氩气流量为10ml∕s，在525℃温度下进行连续挤压。

实施例3

一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，所述焊丝采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金***，制造时各组分的重量百分含量为：Li　1.5％、Mg 0.5％、Cu 4.5%、Zr 0.1％、Ce 0.2％、其余为Al。

按实施例1所述的方法制备，其中熔炼温度为660℃，真空度为2×10^－3Pa，氩气流量为9ml∕s，在550℃温度下进行连续挤压。

实施例4

一种SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，所述焊丝采用Al-Li-Mg-Cu-Zr-Ce合金***，制造时各组分的重量百分含量为：Li　1.3％、Mg 1.3％、Cu 4.2%、Zr 0.2％、Ce 0.16％、其余为Al。

按实施例3所述的方法制备。

本发明的各实施例所得焊丝的焊接接头力学性能数据见表1。

表1

	抗拉强度（σь/MPа）	屈服强度（σ0.2/ MPа）	接头延伸率（δ/% ）	弯曲角（а/（°））	强度系数（η/%）
						实施例1	587.3	469.7	8.8	16	80
实施例2	596.3	477.4	9.8	15	82
						实施例3	573.2	458.6	8.3	13	85
实施例4	562.4	450.2	8.0	14	78

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝，其特征在于，制造时所使用的原料包括以下重量百分数的各组分：：Li　0.5～1.5%、Mg 0.5～1.5%、Cu　3.5～4.5％、Zr　0.1～0.25％、Ce 0.1～0.2％，其余为Al。

2.权利要求1所述的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

3.根据权利要求2所述的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法，其特征在于：步骤a中所采用的纯化真空度为1.35×10^－3Pa。

4.根据权利要求3所述的SAL2195铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法，其特征在于：步骤c中刮削清洗采用旋转式三角孔刮刀。