CN102699564B

CN102699564B - 铝合金自动焊丝

Info

Publication number: CN102699564B
Application number: CN201210146910.1A
Authority: CN
Inventors: 林中强
Original assignee: Zhejiang Yu Guang Aluminium Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Yu Guang Aluminium Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN102699564A

Abstract

一种铝合金自动焊丝，属于金属材料类的焊接材料，其化学成分按质量百分数是：0.01％～0.5％的Zr，0.01％～0.5％的Sc，0.06％～3.0％的Li，0.01％～0.5％的Er₂O₃，0.01％～0.5％的Pr，0.05％～0.20％的Cr，0.05％～0.20％的Mn，0.05％～0.25％的Ti，4.5％～6.2％的Mg，余量为Al。使用市售的铝锭、镁锭、氧化铒、金属Pr、金属Li、铝锆合金、铝钪合金，采用常规冶炼方式按设计成分配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”、“除气剂”冶炼、连铸，可得到棒(线)材。通过退火、剥皮拉拔，即得到丝材。经过清洗、上盘，即得到可用于自动焊接的焊丝。也可经过校直、切断，得到直丝。本发明产品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法，用于铝结构件的自动或半自动焊接。

Description

铝合金自动焊丝

技术领域

本发明属于金属材料类的焊接材料，具体涉及一种铝合金自动焊丝。

背景技术

目前，在五金行业、家电行业、制冷行业、汽车行业，大量采用高强铝合金结构。近几年，在高铁、轻轨列车“轻量化制造”的需求带动下，高强铝合金的应用越来越广泛，但是，高强铝合金的焊接问题始终未能很好地解决，特别是焊缝气孔问题、焊缝裂纹问题以及焊缝强度低于母材的问题，严重地制约了高强铝合金的应用。

解决高强铝合金的焊接难题，主要途径之一是选择焊机，另一途径就是研发、生产性能优异的铝合金焊丝。本项发明“铝合金自动焊丝”，即是在上述技术背景下完成的。

发明内容

本项发明的目的是提供一种焊缝气孔少、焊缝裂纹少、焊缝强度接近母材强度，可用于MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法的自动或半自动焊接的铝合金焊丝。

为此，本项发明的铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.01％～0.5％的Zr，0.01％～0.5％的Sc，0.06％～3.0％的Li，0.01％～0.5％的Er₂O₃，0.01％～0.5％的Pr，0.05％～0.20％的Cr，0.05％～0.20％的Mn，0.05％～0.25％的Ti，4.5％～6.2％的Mg，余量为Al，满足了上述要求。

本项发明的铝合金自动焊丝，使用市售的铝锭、镁锭、氧化铒、金属Pr、金属Li、铝锆合金、铝钪合金，采用常规冶炼方式按设计成分配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”、“除气剂”冶炼、连铸，可得到棒(线)材。通过退火、剥皮拉拔，即得到丝材。经过清洗、上盘，即得到可用于自动焊接的焊丝。也可经过校直、切断，得到直丝。本发明产品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法，用于铝结构件的自动或半自动焊接。

本发明基于铝焊丝是一种柱状强度相对较差的柔软材料，并且在熔融时对氢溶解度极敏感的难题，添加稀土元素Er₂O₃和金属Pr解决了冶炼与焊接时的氢溶解问题，可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属范围。通过对焊丝成分优化，在优化后的成分范围，新发明的铝焊丝表面抛光度、焊丝清洁度、焊丝直径控制以及焊丝翘距和螺旋问题均达到要求。

具体实施方案

本项发明主要解决了以下关键性问题：

1)通过同时添加微量稀土元素Er₂O₃和金属Pr，解决了铝合金焊丝在冶炼、焊接时的氢溶解问题，可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属范围。在上述范围内，焊缝无气孔缺陷产生，保证了焊缝质量。

2)经过10组约150个合金配方试验研究发现，在常规合金元素Cr、Mn、Mg的范围内，同时加入微量的Zr、Sc、Li、Er₂O₃、Pr元素，可以提高并保证焊丝及焊缝具有较高的抗拉强度和较高的塑性，满足了5356、5083、5087、6N01等高强铝合金焊接的要求。

3)试验发现，本项发明的铝合金自动焊丝，其Zr、Sc、Er₂O₃、Pr元素的含量必须控制在0.01％～0.5％范围，且0.01％～0.5％的加入量(质量百分数)必须控制在Zr∶Sc∶Er₂O₃∶Pr＝1∶1∶1∶1的含量水平；它们与Li元素的比例必须控制在Me∶Li＝1∶6的水平(Me＝Zr、Sc、Er₂O₃、Pr)。在上述成分范围内，本项发明的铝合金自动焊丝，具有最佳的抗气孔性能、焊缝力学性能和焊丝加工性能。

与以往研究相比，本发明的创造性在于：

一、研究发现并证明了微量稀土元素Er₂O₃和金属Pr的抗气孔能力，解决了铝合金焊丝在冶炼、焊接时的氢溶解问题，不仅可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属(0.4ml/100g金属，是目前国内外公认的铝合金焊丝氢气含量的临界值)范围，从而确保焊缝无气孔缺陷产生，还研究确定了Er₂O₃和金属Pr的最佳添加范围分别为0.01％～0.5％(质量百分数)。

需要特别指出的是，研究发现：冶炼时加入的“氧化铒(Er₂O₃)”、“金属镨(Pr)”，必须分别满足GB/T 15678-2010《氧化铒》中的“121040”牌号品质、GB/T 19395-2003《金属镨》中的“034030”牌号品质，以保证氧化铒、金属镨中带入的其它杂质的量不影响本发明“铝合金自动焊丝”的性能。

二、研究发现了本发明的铝合金焊丝，其Zr、Sc、Er₂O₃、Pr元素的含量必须控制在0.01％～0.5％范围，且0.01％～0.5％的加入量(质量百分数)必须控制在Zr∶Sc∶Er₂O₃∶Pr＝1∶1∶1∶1的含量水平；它们与Li元素的比例必须控制在Me∶Li＝1∶6的水平(Me＝Zr、Sc、Er₂O₃、Pr)。在上述成分范围内，本项发明的铝合金自动焊丝，具有最佳的抗气孔性能、焊缝力学性能和焊丝加工性能。

试验中尝试了Zr∶Sc∶Er₂O₃∶Pr的比例偏离1∶1∶1∶1的幅度在5％～200％的情况。发现不仅焊缝力学性能会发生大幅度下降(下降幅度为10％～40％)，焊缝气孔发生率以及气孔数量提高50％～100％。

试验还研究了Me∶Li＝1∶6的比例(Me＝Zr、Sc、Er₂O₃、Pr)偏离1∶6的幅度在5％～200％的情况。发现焊缝气孔发生率以及气孔数量提高20％～30％，但是焊缝力学性能下降幅度为20％～50％。

根据本发明的“铝合金自动焊丝”的质量配方比，叙述本发明的具体实施方式。

实施例一

一种铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.01％的Zr，0.01％的Sc，0.06％的Li，0.01％的Er₂O₃，0.01％的Pr，0.20％的Cr，0.20％的Mn，0.05％的Ti，6.2％的Mg，余量为Al，焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的5083铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。

实施例二

一种铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.5％的Zr，0.5％的Sc，3.0％的Li，0.5％的Er₂O₃，0.5％的Pr，0.05％的Cr，0.05％的Mn，0.25％的Ti，4.5％的Mg，余量为Al，焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的5083铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。

实施例三

一种铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.1％的Zr，0.1％的Sc，0.6％的Li，0.1％的Er₂O₃，0.1％的Pr，0.10％的Cr，0.10％的Mn，0.15％的Ti，5.0％的Mg，余量为Al，焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的5083铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。

实施例四

一种铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.25％的Zr，0.25％的Sc，1.5％的Li，0.25％的Er₂O₃，0.25％的Pr，0.15％的Cr，0.15％的Mn，0.10％的Ti，4.8％的Mg，余量为Al，焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的5083铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。

实施例五

一种铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.14％的Zr，0.14％的Sc，0.84％的Li，0.14％的Er₂O₃，0.14％的Pr，0.12％的Cr，0.13％的Mn，0.12％的Ti，5.2％的Mg，余量为Al，焊缝的力学性能优良。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的5083铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为320MPa±40MPa。采用直径为2mm的焊丝，焊接厚度为10mm的6N01铝合金试板，焊接电流为280A、焊接电弧电压为24V、焊接速度为20m/h，氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)，采用MIG自动焊对接单道焊接，焊缝抗拉强度为310MPa±35MPa。

Claims

1.一种铝合金自动焊丝，属于金属材料类的焊接材料，其化学成分按质量百分数是：0.01％～0.5％的Zr，0.01％～0.5％的Sc，0.06％～3.0％的Li，0.01％～0.5％的Er₂O₃，0.01％～0.5％的Pr，0.05％～0.20％的Cr，0.05％～0.20％的Mn，0.05％～0.25％的Ti，4.5％～6.2％的Mg，余量为Al。