CN108608098A - 一种焊丝及轨道车体用铝合金焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊丝及轨道车体用铝合金焊接方法，方法包括以下步骤：除去待焊接金属表面的氧化膜；设定焊接速度，焊接电流等参数，焊接电流160‑240A，焊接速度14‑20m/h，氩气流量8‑14L/Min；根据设定的焊接速度，焊接电流等参数，将焊接处的型材加热到熔融状态，通过焊接电弧将Mg2Si强化相溶解到超饱和铝溶液中；焊接后，再将过饱和的熔融液体快速冷却至固态，然后快速冷却至室温，促进Mg2Si弥散体的分布。本发明通过控制焊丝成分以及焊接方法，使得焊接处的强度趋近于型材的强度。

Description

一种焊丝及轨道车体用铝合金焊接方法
技术领域
本发明属于铝合金焊接领域，涉及一种焊丝及轨道车体用铝合金焊接方法。
背景技术
现有的铝焊接过程中，大部分焊丝都是通过调整已有的钎焊合金制成的，所产生的焊丝在受到焊接过程中存在的许多变量时，其在焊缝中提供一致可靠的机械和物理性能的能力受到严重限制，导致车体焊接处的强度相对较低，并且长期在潮湿的环境中，其耐蚀性也相对较低，焊丝通常不具备机械强度优势，因此焊接接头成为铝焊接结构中最薄弱的环节。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种焊丝及轨道车体用铝合金焊接方法，通过控制焊丝成分以及焊接方法，使得焊接处的强度趋近于型材的强度。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种焊丝，合金的组分及重量百分比为，Si：0.25％～3.5％，Mg：3.5％～10.0％，Mn： 0.06％～1.2％，Cr.0.07％～0.30％，Ti：0.005％～0.15％，Zr：0.08％～0.25％，B：0.005％～0.030％， P：≤0.40％，Fe≤0.040％，Cu≤0.040％，Zn≤0.25％，Be≤0.00007％，余量为Al。
一种轨道车体用铝合金焊接方法，包括以下步骤：
A：前处理：除去待焊接金属表面的氧化膜；
B：准备工作：设定焊接速度，焊接电流等参数，焊接电流160-240A，焊接速度14-20m/h，氩气流量8-14L/Min；
C：焊接过程：根据设定的焊接速度，焊接电流等参数，将焊缝处的熔池温度控制在1900～1950℃，通过焊接电弧将Mg2Si强化相溶解到超饱和铝溶液中；
D：冷却步骤：焊接后，再将过饱和的熔融液体快速冷却至固态，然后快速冷却至室温，促进Mg2Si弥散体的分布。
进一步，步骤A中，依次通过打磨、酸洗、碱洗除去待焊接金属表面的氧化膜。
进一步，步骤D中，快速冷却可采用气冷或油冷的方法。
进一步，步骤D中，熔融液态冷却至固态的过程中控制在2秒内。
Mn的用量：当控制在低于其在铝中的最大溶解度时，Mn的添加增加了机械性能，它提供了额外的强度，而不会降低耐腐蚀性。
Si和Mg的用量：固溶体中游离Mg的量可以通过加入特定量的Si来控制，Si将与一部分以液态存在的Mg结合成金属间化合物Mg2Si强化相，从而当液体凝固时产生一定量的游离Mg+，从而为机械成形操作提供所得合金的延展性。通过热操作将该组分控制在溶液中，沉淀或分散相，以促进制造期间的塑性变形。
Cr的用量：Cr的作用用来控制晶粒结构并防止重结晶。
Zr的用量：以进行晶粒细化并改善焊接件的抗凝固裂纹性。
Ti和B的用量：以控制焊件中的晶粒结构尺寸和形状，这种结构可以改善应力腐蚀开裂，韧性和延展性。
P的用量：P加入到含有过量Mg2Si的合金中以改善Mg2Si弥散体的尺寸和分布。细分散体具有提高的强度和耐腐蚀性能。
Fe的用量：Fe是杂质并与其他元素形成负性化合物。
Cu的用量：铜是有效的增强剂，但不会添加到过量的镁合金中，因为铜和镁形成有害的沉淀。
Zn的用量：Zn是另一种用于Mg基合金的有效增强剂。
本发明的有益效果在于：
本发明方法通过选择焊丝成分，然后采用电弧焊，焊接后产生高温，形成熔融的液态，采用高凝固速率，2秒内骤冷到固体，实现其卓越的机械性能。在铝焊接结构工业中，不仅产生优异的强度，而且提供优异的耐腐蚀性，并且在焊接后进行阳极氧化时与基体金属的阳极氧化颜色相匹配，提高轨道车体型材的机械性能和耐腐蚀强度。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：
焊丝的合金组分及重量百分比为，Si：0.25％～3.5％，Mg：3.5％～10.0％，Mn：0.06％～1.2％， Cr：0.07％～0.30％，Ti：0.005％～0.15％，Zr：0.08％～0.25％，B：0.005％～0.030％，P：≤0.40％， Fe≤0.040％，Cu≤0.040％，Zn≤0.25％，Be≤0.00007％，余量为Al。
A：前处理：依次通过打磨、酸洗、碱洗等除去带焊接金属表面的氧化膜。
B：准备工作：设定焊接速度，焊接电流等参数，焊接电流160-240A，焊接速度14-20m/h， Ar流量8-14L/Min。
C：焊接过程：根据设定的焊接速度，焊接电流等参数，将焊缝处的熔池温度控制在1900～1950℃，通过焊接电弧将Mg2Si强化相溶解到超饱和铝溶液中；
D：冷却步骤：焊接后，采用气冷或油冷，2秒内再将过饱和的熔融液体快速冷却至固态，然后快速冷却至室温，促进了小尺寸和精细分布的Mg2Si弥散体。
对比例：焊丝材料选用5356合金，采用现有技术中普通的焊接工艺。
实施例1与对比例相比，实施例1中，通过Mg和Si的含量的控制，使得Mg和Si在生成Mg2Si后，溶液中还具有在自由态的Mg离子，因为加入过量的Mg离子和Mg2Si在一起可以降低裂纹敏感性，防止在焊接过程中发生焊接裂纹，并且过量的Mg也可以为合金提供更好的延展性。
实施例1公开的一种化学组合物，其在熔融金属状态下产生较低的内部摩擦，较高的流动性和较低的表面张力，与任何其他商业5xxx/6xxx填充金属合金相比，改善了焊道轮廓和焊接接头接头处的平滑度，进而增加了焊接效果。例如，金属合金组合物在熔融金属状态下产生更高的流动性(在698℃下内部摩擦仅为1.0厘泊)，并且表面张力降低至570达因，因而通过降低金属之间的内部摩擦，增加金属流动率来提高机械强度。
并且，金属合金组合物在焊件中产生较低的溶液氢气孔隙率。当焊接件具有类似的电弧氢含量时，产生的氢含量的孔隙率为1毫升/100克。对比例产生的氢含量的孔隙率20毫升 /100克。
主要由于晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在。晶间腐蚀破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度，而本方法通过控制溶质间的电负性，使得焊接金属具有优良的晶间腐蚀、应力腐蚀。由于纯铝(99.95％Al)具有-0.85的潜在电压，Al+ 1％Mg2Si具有-0.83的潜在电压，Al+5％mg具有0.88的潜在电压，而Mg2Si成分具有-0.82 的潜在电压，所以本组合物其主要通过降低熔融后所得溶液中的电负性，进而降低晶间腐蚀和应力腐蚀，进而提高机械性能和耐腐蚀强度。
综上所述：通过本实验方法的合金在实际生产中的应用可知，实施例1与市售的5xxx填料合金如5356相比，常规的方法所得的合金具有38ksi的拉伸性能和23ksi的屈服强度，而本改进的的方法机械拉伸性能可高达57ksi，并且可实现高达33ksi的屈服强度。其抗疲劳强度可达57ksi，在百次循环时可达到26ksi的疲劳强度。下表为实施例1与对比例现有技术5356合金做的一组对比试验：
表1实施例1与对比例的机械性能对比
机械性能(mpa) 屈服强度(mpa) 初始抗疲劳强度(mpa) 百次后疲劳强度(mpa)
实施例1 261.82 161 252 118
对比例 399 231 399 182
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种焊丝，其特征在于，合金的组分及重量百分比为，Si：0.25％～3.5％，Mg：3.5％～10.0％，Mn：0.06％～1.2％，Cr：0.07％～0.30％，Ti：0.005％～0.15％，Zr：0.08％～0.25％，B：0.005％～0.030％，P：≤0.40％，Fe≤0.040％，Cu≤0.040％，Zn≤0.25％，Be≤0.00007％，余量为Al。
2.一种轨道车体用铝合金焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：前处理：除去待焊接金属表面的氧化膜；
B：准备工作：设定焊接速度，焊接电流等参数，焊接电流160-240A，焊接速度14-20m/h，氩气流量8-14L/Min；
C：焊接过程：根据设定的焊接速度，焊接电流等参数，将焊缝处的熔池温度控制在1900～1950℃，通过焊接电弧将Mg2Si强化相溶解到超饱和铝溶液中；
D：冷却步骤：焊接后，再将过饱和的熔融液体快速冷却至固态，然后快速冷却至室温，促进Mg2Si弥散体的分布。
3.根据权利要求2所述的一种轨道车体用铝合金焊接方法，其特征在于，步骤A中，依次通过打磨、酸洗、碱洗除去待焊接金属表面的氧化膜。
4.根据权利要求3所述的一种轨道车体用铝合金焊接方法，其特征在于，步骤D中，快速冷却可采用气冷或油冷的方法。
5.根据权利要求4所述的一种轨道车体用铝合金焊接方法，其特征在于，步骤D中，熔融液态冷却至固态的过程中控制在2秒内。
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