CN106271189B - 一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法，包括，对铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金或其任意组合物进行熔炼形成熔体；熔炼结束后，在保护气氛中冷却至低于液相线温度接近但高于固相线温度；给熔体施加强烈搅拌，使熔体中的氧化膜发生破碎形成相应纳米尺度的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒或者加入人工合成的相应纳米尺度的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒，并使其均匀分布于熔体中；进行浇注，对铸锭进行拉拔，形成焊丝或焊条。本发明显著细化该类合金焊缝金属的组织，提高焊缝的性能，特别适合于镁及镁合金、铝及铝合金或铜及铜合金的熔化焊、钎焊或焊接修复。

Description

一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域的焊接材料，特别用于铝及铝合金、镁及镁合金或铜及铜合金焊丝或焊条的制备。
背景技术
铝及铝合金、镁及镁合金密度小，比强度高，抗震减噪性好，承受冲击载荷能力大等性能优点，广泛用于制造业中轻金属结构材料。铜及铜合金具有优良的导热、导电性能，在有传热效率和低电阻要求的结构中也得到广泛的应用。其中，焊接技术作为关键制造技术对上述合金材料的结构安全性和服役性能具有重要的影响。铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金焊接的主要问题是接头中的裂纹、气孔、变形和腐蚀问题。焊缝组织晶粒细化可增加晶界总长与面积，分割焊缝为若干细小的晶粒单元，消除宏观偏析、使低熔点相均匀分布；同时，液体收缩单元体积减小，缓解了体积应力与热应力，提高了抗裂敏感性；根据Holl-Petch关系，晶粒细化能有效提高材料的强度而不损害其塑性与韧性。由此可知，焊缝金属的晶粒细化对保障焊接质量具有重要的意义。
对现有技术文献的检索可知，为了获得细小的焊缝组织，美国专利US20080193792A1和中国专利CN 201210398811.2公开了一种Ti、B微合金化铝合金焊丝，焊缝中形成了TiB2和TiC颗粒，显著细化了铝合金焊缝组织。但是，如果在焊缝中形成了Al3Ti颗粒，伴随焊缝中过量自由Ti的存在，会大大降低铝合金焊缝的性能；WO 1999017903A1公开了一种Ti、Zr微合金化的铝合金焊丝，具有高的强度和高的抗裂性，除了过量自由Ti的危害之外，过量Zr的存在导致粗大针状金属间化合物的产生，容易导致焊丝在拉拔过程中发生断裂；专利EP1775037A1公开了一种Zr微合金化的镁合金制备方法，但是在连续拉拔或挤压过程中需要进行中间处理工艺，而单独的Zr微合金化并不能满足焊缝具有足够的强度。
另外，随着合金含量的增加，合金的液固温度区间变宽，裂纹敏感性增加；还可能降低合金的耐蚀性，同时增加了制造成本，比如CN 201010219084.X公开的一种镁合金焊丝及制备方法，大量的使用了稀土元素。如果在焊缝凝固过程中引入外场，比如磁场、超声波、振动场，通常可以获得细化的焊缝组织。但是，由于外场形成设备的使用增加了工艺成本和设备成本，在很多场合并不实用。
因此，很有必要开发一种铝及铝合金、镁及镁合金、或铜及铜合金焊丝(焊条)的制备方法解决该类合金现有的焊接问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法，用该方法制备的焊丝焊接后具有细小的焊缝组织，较高的力学性能，和高的抗气孔敏感性、高的抗裂性和高的耐蚀性。焊缝具有细小的晶粒组织，保证焊缝的力学性能与被焊接材料相当；由于焊缝组织晶粒细小，因此焊缝金属具有高的抗裂性、抗气孔性，焊接残余应力较小。
本发明的技术解决方案如下：
一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法，包括如下步骤，包括：合金的熔炼、浇注、连铸、挤压或拉拔，最后成丝。
步骤1，对铝、铝合金、镁、镁合金、铜、铜合金或其任意组合物进行熔炼形成熔体；
步骤2，熔炼结束后，在保护气氛中冷却至低于液相线温度高于固相线温度；
步骤3，给熔体施加强烈搅拌，使熔体中的氧化膜发生破碎形成相应纳米尺度的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒，或者加入人工合成的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒，并使其均匀分布于熔体中；
步骤4，进行浇注，对铸锭进行拉拔，形成焊丝或焊条。
本发明原理为：铝及铝合金、镁及镁合金、或铜及铜合金熔点较低，化学活性大，很容易在空气中、熔体中发生氧化，在合金材料的表面或熔体的表面形成氧化膜。这些氧化膜在空气中容易吸附水分，熔点远高于合金熔体，在焊接熔池中容易引起气孔。经研究发现，这些氧化膜是由大量的镁、铝或铜的氧化物颗粒组成。在熔体中将这些氧化膜破碎形成纳米尺度的颗粒，可以很好的作为凝固组织的细化剂。然而，在通常情况下，这些纳米尺度的氧化物颗粒聚集成团装或膜状，不具备细化剂细化凝固组织的能力。在焊丝铸锭(连铸)的合金熔体浇注前破碎氧化膜形成(或加入人工合成的)纳米尺度的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒，在焊丝中均匀分布。根据所述方法制备的焊丝与钨极氩弧焊、金属极惰性气体保护焊或金属极活性气体保护焊进行焊接，或者进行钎焊，这些在焊丝中均匀分布的纳米尺度的颗粒在焊接熔池中扮演细化剂的角色，可以显著地细化焊缝的凝固组织。有效的提高了抗裂性和抗气孔敏感性，焊缝凝固过程中的组织应力、热应力和拘束应力等都显著降低。
利用制备好的焊丝进行钨极氩弧焊(TIG)，或者金属极气体保护焊(MIG或MAG)或者钎焊，该类合金焊缝金属具有细小的晶粒组织和优良性能。
与现有技术相比，本发明方法制备的焊丝焊接后焊缝金属具有细小的晶粒组织；焊缝的化学成分与母材基本一致，因此，具有良好的耐蚀性；由于焊缝组织细小，焊缝的抗气孔性和抗裂性均很好，同时，接头的焊接残余应力和变形也得到了显著地抑制。
附图说明
图1a用本发明方法制备的铝合金焊丝铸锭的组织；
图1b普通铝合金铸锭的组织；
图2a用本发明方法制备的紫铜焊丝铸锭的组织；
图2b普通紫铜铸锭的组织；
图3a用本发明制备的AZ31镁合金焊丝的焊缝组织；
图3b普通AZ31镁合金焊丝的焊缝组织。
图4a用本发明制备的AZ91D镁合金焊丝铸锭的组织；
图4b普通AZ91D镁合金铸锭的组织。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
选择Al-5Mg合金进行熔炼，熔炼结束后让Al-5Mg合金熔体在保护气氛中随炉冷却，等冷却到低于液相线温度接近但高于固相线温度时，给熔体施加强烈搅拌，使Al-5Mg熔体中的氧化膜发生破碎形成纳米尺度的MgO和MgAl氧化物颗粒，并使其均匀分布于熔体中，然后进行浇注。用本发明方法制备的焊丝铸锭的组织组织细小，平均尺寸400μm，常规铸锭的组织900μm，效果显著，如图1所示。
实施例2：
选择紫铜(纯铜)进行熔炼，熔炼结束后让紫铜熔体在保护气氛中随炉冷却，等冷却到低于液相线温度接近但高于固相线温度时，给熔体施加强烈搅拌，使紫铜熔体中的氧化膜发生破碎形成纳米尺度的Cu2O氧化物颗粒，并使其均匀分布于熔体中，然后进行浇注。用本发明方法制备的焊丝铸锭的组织组织细小，与常规铸锭的组织相比，效果显著，如图2所示。
实施例3：
选择AZ31镁合金进行熔炼，熔炼结束后让AZ31熔体在保护气氛中随炉冷却，等冷却到低于液相线温度接近但高于固相线温度时，给熔体施加强烈搅拌，使AZ31熔体中的氧化膜发生破碎形成纳米尺度的MgO氧化物颗粒，并使其均匀分布于熔体中，然后进行浇注，对铸锭进行拉拔，最后制备出焊丝。用本发明方法制备的焊丝进行钨极氩弧焊，焊缝组织细小，平均尺寸40-70μm，普通镁合金焊丝焊接后焊缝的组织为120-200μm，与普通镁合金焊丝的焊缝相比，本发明方法获得的焊丝的焊缝组织细化效果显著，如图3所示。
实施例4：
选择AZ91D镁合金进行熔炼，熔炼结束后让AZ91D镁合金熔体在保护气氛中随炉冷却，等冷却到低于液相线温度接近但高于固相线温度时，在熔体中加入人工合成的纳米尺度的MgO氧化物颗粒，并使其均匀分布于熔体中，然后进行浇注。用本发明方法制备的焊丝铸锭的组织组织细小，平均尺寸80μm，常规铸锭的组织200μm，与常规铸锭的组织相比效果显著，如图4所示。
由图1-图4可见，用本发明方法制备的铝合金、紫铜(纯铜)、镁合金焊丝铸锭(焊缝)具有细小的晶粒组织，可以显著改善该类合金焊缝的抗气孔性、抗热裂性和优良的力学性能和耐蚀性能，实施效果良好。用本发明制备的焊丝或焊条，通过铸锭的拉拔或挤压制造；焊丝或焊条的化学成分与被焊接材料的化学成分相同或不同；用本发明制备的焊丝或焊条焊接后焊缝的晶粒组织细小，焊缝的抗裂性好，抗气孔敏感性高，力学性能优良。用本发明制备的焊丝或焊条，特别适合于镁及镁合金、铝及铝合金或铜及铜合金的熔化焊、钎焊或焊接修复。

Claims (3)

1.一种具有细小晶粒组织的焊丝或焊条的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，对铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金或其任意组合物进行熔炼形成熔体；
步骤2，熔炼结束后，在保护气氛中冷却至低于液相线温度接近但高于固相线温度；
步骤3，给熔体施加强烈搅拌，使熔体中的氧化膜发生破碎形成相应纳米尺度的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒或者加入人工合成的相应纳米尺度的MgO、Al2O3或Cu2O颗粒，并使其均匀分布于熔体中；
步骤4，进行浇注，对铸锭进行拉拔，形成相应合金的焊丝或焊条。
2.一种利用权利要求1所述的制备方法制备的焊丝或焊条，在铝及铝合金、镁及镁合金或铜及铜合金材料的焊接时应用。
3.一种利用权利要求1所述的制备方法制备的焊丝或焊条，在钨极氩弧焊、金属极惰性气体保护焊、金属极活性气体保护焊或者钎焊时应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107254610A (zh) * 2017-06-12 2017-10-17 吉林大学 一种内生纳米尺寸颗粒强化铝合金材料制备方法
CN110625297B (zh) * 2019-09-19 2021-02-12 北京科技大学 一种含有纳米颗粒的高强韧钢焊丝制备方法
CN111745322B (zh) * 2020-05-22 2022-07-29 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 一种新型铜铁焊丝的制备方法
CN112264592B (zh) * 2020-09-24 2022-04-08 中铝材料应用研究院有限公司 一种镁合金薄带的高速机械搅拌铸轧装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101823190A (zh) * 2010-05-21 2010-09-08 桂林市银箭焊接材料有限公司 一种铝硅合金焊丝及其制备方法
CN103831422A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 中国兵器科学研究院宁波分院 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法
CN103924128A (zh) * 2014-03-26 2014-07-16 南昌大学 一种纳米氧化铝增强铝基复合材料的制备方法
JP2014144465A (ja) * 2013-01-28 2014-08-14 Fujitsu Ltd ハンダペーストおよび導電性接着剤、その製造方法、半導体装置の製造方法および半導体装置
CN104878238A (zh) * 2015-05-22 2015-09-02 上海交通大学 纳米颗粒弥散化的超细晶金属基纳米复合材料的制备方法
CN105081611A (zh) * 2015-09-22 2015-11-25 山东大学 一种专用于热作模具修复堆焊的细径药芯焊丝

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101823190A (zh) * 2010-05-21 2010-09-08 桂林市银箭焊接材料有限公司 一种铝硅合金焊丝及其制备方法
CN103831422A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 中国兵器科学研究院宁波分院 一种Al-Si系铝合金组织的纳米细化方法
JP2014144465A (ja) * 2013-01-28 2014-08-14 Fujitsu Ltd ハンダペーストおよび導電性接着剤、その製造方法、半導体装置の製造方法および半導体装置
CN103924128A (zh) * 2014-03-26 2014-07-16 南昌大学 一种纳米氧化铝增强铝基复合材料的制备方法
CN104878238A (zh) * 2015-05-22 2015-09-02 上海交通大学 纳米颗粒弥散化的超细晶金属基纳米复合材料的制备方法
CN105081611A (zh) * 2015-09-22 2015-11-25 山东大学 一种专用于热作模具修复堆焊的细径药芯焊丝

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