专利名称：Zl205a铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属焊接焊丝领域，特别提供了一种ZL205A铸件补焊焊接工艺及其 配套专用抗裂焊丝。
背景技术：
根据图1和图2可知，从原理上说Al Cu合金Cu含量在固熔点5.65%，热裂倾向 最大。但这是理想条件下，实际生产中固溶线是稍向左下偏移。ZL205A含铜4.6 5.3X， 处于热裂倾向比较严重的范围。 因此铸件在补焊时，补焊焊区易产生热裂纹缺陷，其宏观形貌如图3示意。技术条 件一般要求，铸件绝对不能存在热裂纹缺陷，因为热裂纹会引起部件断裂等等许多严重的 工程问题。 现在，有关铸件补焊的研究较少，未见该方面的报道。发明人曾经进行了焊接工艺 方面的一系列试验，如采用不同的焊接方法(氩弧焊、送丝焊)，不同的工艺参数，不同的坡 口处理等。均未取得明显改善。究其原因，是该材料本身热裂敏感性太强，靠补焊工艺调整 不能解决该问题，只能是想办法降低其热裂敏感性。 人们渴望获得技术效果更好的低热裂敏感性的用于消除ZL205A合金铸件补焊热 裂纹缺陷的专用抗裂焊丝及其配套工艺。因此发明人在此基础上进行了这方面的深入研 究，进而希望开发专用的抗裂型焊丝及配套工艺。
发明内容
本发明的目的是提供了一种可以用于消除ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷的 ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝。 本发明是针对前述ZL205A合金铸件补焊热裂纹问题，结合铸造相关热裂理论，采 用热裂环方法，开发了一种新型焊接工艺及其配套专用焊丝，采用该焊丝并配合相应的焊 接工艺，可达到消除或减少ZL205A合金铸件补焊热裂纹的目的，明显优于现有技术。
本发明ZL205A铸件补焊焊接工艺，其特征在于所述ZL205A铸件补焊焊接工艺 具体是采用与焊接本体成分一致的焊接材料，其中除了 Al之外还包含有质量百分含量如 下的各个组成成分Cu :4. 6 5. 3%， Mn :0. 3 0. 5%， Ti :0. 15 0. 35%， Cd :0. 15 0. 25%， V :0. 05 0. 3%， Zr :0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%。 本发明所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的优选内容是所述ZL205A铸件补焊焊接 使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu :4. 6 5. 3%， Mn :0. 3 0. 5%， Ti :0. 15 0. 35%， Cd :0. 15 0. 25%， V :0. 05 0. 3%， Zr :0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%，M:0. 001 1%，余量为Al ;所述M具体为Ce、La、Y三者之一或者其任意组合。
本发明所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的进一步优选内容是
所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料 Cu :4. 6 5. 3 % ， Mn :0. 3 0. 5 % ， Ti :0. 15 0. 35 % ， Cd :0. 15 0. 25 % ， V :0. 05 0. 3%， Zr :0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%， M :0. 1 0. 25%，余量为Al ;所述M具体为 Ce、 La、 Y三者之一或者其任意组合。 本发明还要求保护如上所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，其 特征在于所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料 Cu :4. 6 5. 3 % ， Mn :0. 3 0. 5 % ， Ti :0. 15 0. 35 % ， Cd :0. 15 0. 25 % ， V :0. 05 0. 3%， Zr :0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%， M :0. 001 1%，余量为Al ;所述M具体为 Ce、 La、 Y三者之一或者其任意组合。 本发明所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝进一步优选内容是 所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu :4. 6 5. 3 % ， Mn :0. 3 0. 5 % ， Ti :0. 15 0. 35 % ， Cd :0. 15 0. 25 % ， V :0. 05 0. 3 % ， Zr : 0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%， M :0. 1 0. 25%，余量为Al。所述M具体为Ce、 La、 Y
三者之一或者其任意组合。
其中 1)当M含量为0.001 0. 1%时，由于含量较低，对降低合金热裂有一定的效果， 但效果不太明显； 2)当M含量为0. 1 0. 25%时，为较优成分含量，此时可达到既不降低合金机械 性能，又有显著的降低合金热裂效果； 3)当M含量为0.25 1%时，含量偏高，虽有显著的降低合金热裂效果，但降低 合金机械性能； 所述的用于消除ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷的焊丝为条丝和盘丝。在实际使用时，条状丝规格为直径。2. Omm， 。3. Omm， 。3. 5mm， 。4. Omm不等，通
常的长度为lm长。 盘状丝的规格可以根据需要选用，最通常的优选一种是①1.6mm，①2.0mm，长度 400m 。 使用本发明所述的用于ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷的焊丝具体优选操作工 艺介绍如下 根据铸件原始缺陷合理开设坡口，保证四壁光亮，无毛剌、油污、污垢等。焊前采用
丙酮将焊区清洗干净，并根据铸件形状、壁厚等条件进行预热。将焊丝洗刷干净，并烘烤干。
如采用氩弧焊，需要配备引弧板，等电弧稳定后，持续添加焊丝，应缓慢收弧，防止产生收弧
裂纹。如采用送丝焊，直接施焊即可。如为多层焊，每层之间应控制温差在8(TC左右，再进
行下层施焊。 原理分析 根据液膜理论，热裂纹的形成是由于铸件在凝固末期晶间存在液膜和铸件在凝固 过程中受拉应力共同作用的结果，即当合金冷却到液相线以下某温度后，枝晶彼此接触，连 成骨架，并不断挤在一起，晶间存在液相但很少，液体流动困难，不能补縮，在拉应力作用下 产生裂纹。液膜所承受的拉应力为
p = _ o /r 式中o为液膜的表面张力；r为液膜凹面的曲率半径。 r由液膜厚度决定，液膜越薄则r越小，p越大，即合金凝固末期所能承受的拉应力越大。对比图5-7，黑色相为低熔点物质，也即是凝固末期的液膜，可以看出液膜明显变薄 了，因此提高了合金抗热裂能力。如果考虑o-液膜的表面张力，稀土元素为活性元素，添 加后一定程度上可能降低了液膜界面张力o ，增加合金热裂倾向，不过相比液膜厚度的减 小，液膜界面张力o为次要因素。 本发明针对ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷。其具体通过微合金化，添加微量稀 土元素，解决了高强韧ZL205A合金易热裂问题。在同等强度下，有效防止了铸件热裂纹缺 陷的产生，其技术效果很好，具有明显的经济价值。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 图1为Al-Cu 二元合金相图； 图2为有效结晶温度区间与热裂关系； 图3为铸件补焊区热裂纹缺陷宏观形貌； 图4为焊丝照片； 图5为ZL205A合金显微组织； 图6为添加0. 1 % Y的ZL205A合金显微组织； 图7为添加0. 2 % Y的ZL205A合金显微组织。
具体实施例方式
实施例1 一种ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝
所述ZL205A铸件补焊焊接工艺具体是采用与焊接本体成分一致的焊接材料， 其中除了 Al之外还包含有质量百分含量如下的各个组成成分Cu :5. 0%， Mn :0. 4%， Ti : 0. 20%， Cd :0. 21%， V :0. 18%， Zr :0. 14%， B :0. 03%， Y :0. 175%。 如上所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，使用满足下述成分和 质量百分含量要求的焊丝材料:Cu :5. 0%， Mn :0. 4%， Ti :0. 20%， Cd :0. 21%， V :0. 18%， Zr :0. 14%， B :0. 03%， Y :0. 175%。 所述的用于消除ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷的焊丝为条丝和盘丝。在实际 使用时，条状丝规格为直径。2. Omm， 。3. Omm， 。3. 5mm， 。4. Omm不等，通常的长度为lm长。 盘状丝的规格是①1.6mm， 。2. Omm，长度400m。 上述ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝应用于下述具体技术实践 中 某舱体铸件，补焊处壁厚17mm，坡口尺寸40X30X10mm。首先采用氩弧焊，原 成分焊丝施焊，产生补焊热裂纹。返修时采用本专利成分焊丝，具体操作在原补焊区域 重新开设坡口 ，将热裂纹缺陷清除干净，坡口四壁表面光亮、显金属光泽、无毛剌，坡口尺 寸45X35X 12mm，用丙酮将坡口清洗干净，无污垢、油污，将铸件补焊处局部加热，保持在 60 80。C，采用氩弧焊，焊丝直径为①1.6mm，焊接电流110 160A，焊接速度20 25m/ h，钨极直径①3. 2mm，氩气流量14 20L/min，分三层补焊完成。焊后经探伤，补焊区域无 热裂纹缺陷。 实施例2 —种ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝
5
所述ZL205A铸件补焊焊接工艺具体是采用与焊接本体成分一致的焊接材料， 其中除了 Al之外还包含有质量百分含量如下的各个组成成分Cu :4. 6%， Mn :0. 3%， Ti : 0. 15%， Cd :0. 15%， V :0. 3%， Zr :0. 2%， B :0. 06%， Y :1%。 如上所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，使用满足下述成分和 质量百分含量要求的焊丝材料Cu :4. 6%， Mn :0. 3%， Ti :0. 15%， Cd :0. 15%， V :0. 3%，
Zr :0. 2%， B :0. 06%， Y :1%。 所述的用于消除ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷的焊丝为条丝和盘丝。在实际 使用时，条状丝规格为直径。2. Omm， 。3. Omm， 。3. 5mm， 。4. Omm不等，通常的长度为lm长。 盘状丝的规格是①1.6mm， 。2. Omm，长度400m。 上述ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝应用于下述具体技术实践 中某壳体铸件，补焊处壁厚40mm，坡口尺寸65X45 X25mm。直接采用本专利成分焊
丝，具体操作打磨坡口使得四壁表面光亮、显金属光泽、无毛剌，用丙酮将坡口清洗干净，
无污垢、油污，将铸件补焊处局部加热，保持在90 ll(TC，采用氩弧焊，焊丝直径为①3mm，
焊接电流200 250A，焊接速度15 18m/h，钨极直径①4. 8mm，氩气流量24 28L/
min，分三层补焊完成。焊后经探伤，补焊区域无热裂纹缺陷存在。 实施例3 —种ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝 本实施例内容与实施例1基本相同，其不同之处主要在于 其所采用的焊接本体成分一致的焊接材料中除了 Al之外还包含有质量百分含 量如下的各个组成成分:Cu :5. 3%， Mn :0. 5%， Ti :0. 35%， Cd :0. 25%， V :0. 05%， Zr : 0. 05%， B :0. 005%， Y :0. 001%。 如上所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，使用满足下述成分和 质量百分含量要求的焊丝材料:Cu :5. 3%， Mn :0. 5%， Ti :0. 35%， Cd :0. 25%， V :0. 05%， Zr :0. 05%， B :0. 005%， Y :0. 001%。。 所述的用于消除ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷的焊丝为条丝和盘丝。在实际 使用时，条状丝规格为直径。2. Omm， 。3. Omm， 。3. 5mm， 。4. Omm不等，通常的长度为lm长。 盘状丝的规格是①1.6mm， 。2. Omm，长度400m。 上述ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝应用于下述具体技术实践 中 某壳体铸件，补焊处壁厚60mm，坡口尺寸55X35X32mm。采用送丝焊，本专利成 分焊丝，具体操作打磨坡口使得四壁表面光亮、显金属光泽、无毛剌，用丙酮将坡口清洗干 净，无污垢、油污，将铸件补焊处局部加热，保持在120 14(TC，采用的焊丝直径为①2mm， 焊接电流270 320A，焊接速度12 15m/h，氩气流量80 90L/min，分三层补焊完成。 焊后经探伤，补焊区域无热裂纹缺陷存在。
实施例4 其所采用的焊接本体成分一致的焊接材料中除了 Al之外还包含有质量百分含 量如下的各个组成成分:Cu :5. 0%， Mn :0. 38%， Ti :0. 24%， Cd :0. 21%， V :0. 05%， Zr : 0. 01%， B :0. 03%， Ce :0. 001%， La :0. 002%， Y :0. 001%。 上述ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝应用于下述具体技术实践
6中 某箱体铸件，补焊处壁厚80mm，坡口尺寸70X55X41mm。采用送丝焊，本专利成 分焊丝。具体操作打磨坡口使得四壁表面光亮、显金属光泽、无毛剌，用丙酮将坡口清洗干 净，无污垢、油污，将铸件补焊处局部加热，保持在130 15(TC，采用的焊丝直径为①2mm， 焊接电流270 320A，焊接速度12 15m/h，氩气流量100 110L/min，分四层补焊完 成。焊后经探伤，补焊区域无热裂纹缺陷存在。
实施例5 本实施例使用实施例1 4其中之一的焊接材料； 上述ZL205A铸件补焊焊接工艺及其配套专用抗裂焊丝应用于下述具体技术实践 中 某锥型铸件，补焊处壁厚90mm，坡口尺寸102X67X52mm。采用送丝焊，本专利成 分焊丝。具体操作打磨坡口使得四壁表面光亮、显金属光泽、无毛剌，用丙酮将坡口清洗干 净，无污垢、油污，将铸件补焊处局部加热，保持在140 16(TC，采用的焊丝直径为①2mm， 焊接电流320 380A，焊接速度8 10m/h，氩气流量80 90L/min，分五层补焊完成。 焊后经探伤，补焊区域无热裂纹存在。 以上为生产中的一些实例，现已使用近1年，通过实践证明该焊丝确实可有效消 除ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷。
实施例6 本实施例内容与实施例1 4基本相同，其不同之处主要在于
所述以ZL205A为本体材料的低热裂敏感性的高强韧铸造铝铜合金的成分和含 量满足如下范围:Cu :4. 6-5. 3 %， Mn :0. 3-0. 5 %， Ti :0. 15-0. 35%， Cd :0. 15-0. 25%， V : 0. 05-0. 3%， Zr :0. 05-0. 2%， B :0. 005-0. 06%， M :0. 1 0. 25%，余量为Al ;其中M具体 为Ce、 La三者之一或者Ce、 La、 Y三者的任意组合。
权利要求
ZL205A铸件补焊焊接工艺，其特征在于所述ZL205A铸件补焊焊接工艺具体是采用与焊接本体成分一致的焊接材料，其中除了Al之外还包含有质量百分含量如下的各个组成成分Cu4.6～5.3％，Mn0.3～0.5％，Ti0.15～0.35％，Cd0.15～0.25％，V0.05～0.3％，Zr0.05～0.2％，B0.005～0.06％。
2. 按照权利要求1所述ZL205A铸件补焊焊接工艺，其特征在于所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu : 4. 6 5. 3%，Mn :0. 3 0. 5%，Ti :0. 15 0. 35%，Cd :0. 15 0. 25%，V :0. 05 0. 3%， Zr :0. 05 0. 2%，B :0. 005 0. 06%，M :0. 001 1%，余量为Al ;所述M具体为Ce、La、Y 三者之一或者其任意组合。
3. 按照权利要求2所述ZL205A铸件补焊焊接工艺，其特征在于 所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu :4. 6 5. 3%，Mn :0. 3 0. 5%，Ti :0. 15 0. 35%，Cd :0. 15 0. 25%，V :0. 05 0. 3%， Zr :0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%， M :0. 1 0. 25%，余量为Al。
4. 如权利要求1所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，其特征在于 所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu :4. 6 5. 3 % ， Mn :0. 3 0. 5 % ， Ti :0. 15 0. 35 % ， Cd :0. 15 0. 25 % ， V :0. 05 0. 3 % ， Zr : 0. 05 0.2%，B :0. 005 0. 06%，M:0. 001 1X，余量为A1 ;所述M具体为Ce、La、Y三 者之一或者其任意组合。
5. 按照权利要求4所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，其特征在于 所述ZL205A铸件补焊焊接使用满足下述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu :4. 6 5. 3 % ， Mn :0. 3 0. 5 % ， Ti :0. 15 0. 35 % ， Cd :0. 15 0. 25 % ， V :0. 05 0. 3 % ， Zr : 0. 05 0. 2%， B :0. 005 0. 06%， M :0. 1 0. 25%，余量为Al。
全文摘要
ZL205A铸件补焊焊接工艺采用与焊接本体成分一致的焊接材料。本发明还要求保护如上所述ZL205A铸件补焊焊接工艺的配套专用抗裂焊丝，其满足上述成分和质量百分含量要求的焊丝材料Cu4.6～5.3％，Mn0.3～0.5％，Ti0.15～0.35％，Cd0.15～0.25％，V0.05～0.3％，Zr0.05～0.2％，B0.005～0.06％，M0.001～1％，余量为Al；所述M具体为Ce、La、Y三者之一或者其任意组合。本发明针对ZL205A合金铸件补焊热裂纹缺陷。其具体通过微合金化，添加微量稀土元素，有效解决了高强韧ZL205A合金补焊易热裂问题。
文档编号B23K35/28GK101758336SQ200810230079
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者冯志军, 宋国金, 翟虎, 闫卫平, 马志毅 申请人:沈阳铸造研究所