专利名称：一种高强度铝合金焊丝及其制备方法
技术领域：
本发明属国防工业领域，尤其涉及一种高强度铝合金焊丝及其制备方法。
背景技术：
铝由于具有比重小、抗腐蚀性好、导电性及导热性高等优良性能，在航天工业中大 量地应用；目前，我们国家火箭箭体采用的材料是10号锻铝，这种材料虽然质轻，强度高， 且价格低，但是，与现有铝合金焊丝材料焊接品质不好，所以欧美国家都没有采用。由于对国防工业航天用的运载装置的建造有着极其的严格要求，在保证强度的前 提下，焊接箱体后要求焊缝与母材基本特性需保持一致，才能保证箭体注入燃料到发射后 的整个过程顺利成功。所以亟需有更优质且具有符合运载装置母材基本特性的焊接材料问 世。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高强度的铝合金焊丝，其能够保证焊接后跟母材的 熔接性好及硬度一致，焊接品质佳，以满足航天用运载装置箱体的焊接。本发明的另一目的是提供一种工艺简单的制作高强度铝合金焊丝的方法。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案—种高强度铝合金焊丝，其材料组成成份和重量百分比含量为Cu: 2. 5^3. 5%Si: 2. 2^3. 2%Ti: 0. Γ0. 25%Zr 0. Γ0. 25%Mn: 0. Γθ. 2%Al 余量本发明中关键是高强度铝合金焊丝与运载装置箱体焊接后二者能牢固结合，其结 合性能优劣，在很大程度上取决于该铝合金焊丝的性能。首先铝合金焊丝与运载装置箱体 (LDlO)应良好匹配，而铝合金焊丝的性能首先取决于材料组成，控制铝合金焊丝的材料组 成，可以保持与高强度铝合金焊丝与运载装置箱体的性能相吻合。一种制备高强度铝合金焊丝的方法，该方法包括下述步骤1)以纯铝锭、铜锭、海绵钛、海绵锆、多晶硅、电解锰为原料，备料；2)将上述原料分别利用中或高频感应电炉、黏土石墨坩埚熔炼、铸锭，制备出 Al-Cu50, Al-Mn10, Al-Si30> Al-Ti10, Al-Zr10 中间合金；3)按照成分配比将存铝锭放入石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次按成分 配比加入 Al-Mn1Q、Al-Cu5(1、Al-Ti1Q、Al-Zrltl 中间合金，熔化；4)待中间合金全部熔清后，升温至800°C，保温15分钟，用石墨罩将六氯乙烷压入 合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0. 3^0. 4%，扒渣完毕，撒少许精炼剂后，除去表面浮渣。继续升温至82(T850°C，充分搅拌，出炉；5)出炉过程中，中频感应炉开始倾炉时，使铝合金熔体流入中间包中，并注意中间 包高度；6)开始拉铸，制成高强度铝合金铸锭；7)随后将铸锭提出，将合格的铸锭锯成段、扒皮；8)放入挤压机中，加热温度为33(T380°C，挤压；9)进拔丝机中拔丝，在拉拔过程中退火，达规格直径即获得高强度铝合金焊丝。要保证本发明高强度铝合金焊丝与运载装置箱体焊接后的牢固结合，同时还会受 处理工艺条件影响，只有通过有效的工艺控制，才能获得理想的焊丝。本发明的优点是1、材质轻，性能稳定，组织细化，从而保证焊接强度高。2、焊接强度好，耐疲劳性强，可满足与运载装置箱体母材基体特性共存的要求；3、特殊工艺的控制，以降低铝合金焊丝的杂质含量，提高了其韧性。
具体实施例方式本发明制备高强度铝合金焊丝的具体方法一、原材料的选用Α1: \、Τ2。彡 99.6%。Cu :Cu-4o 电解铜。彡 99.5%。Mn:电解锰。Ti 海绵钛。Zr 海绵锆。Si 多晶硅。二、中间合金制备1. Al-Cu50中间合金的熔炼1)设备150公斤中频感应炉2)模具水冷板模250*440*30mm3)配料每炉按100公斤配料。4)操作在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温。待铝锭熔化后，加入铜锭，使炉温升至 80(T85(TC，充分搅拌，待铜锭全部熔清后，铸锭。合金浇铸温度70(Γ750 。2. Al-Mn10中间合金的熔炼1)设备10公斤中频感应炉2)模具水冷板模250*440*30mm3)配料每炉按8公斤配料。4)操作在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温。待铝锭熔化后，使炉温升至80(T850°C，将金 属锰碎块分批压入铝液。待金属锰全部熔清后，充分搅拌，铸锭。合金浇铸温度85(T90(TC。3. Al-Ti10中间合金的熔炼
1)设备10公斤中频感应炉2)模具水冷板模250*440*30mm3)配料每炉按8公斤配料。4)操作在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温。待铝锭熔化后，使炉温升至680°C，将海绵钛 压入铝液。待海绵钛全部熔清后，在110(TC保温20分钟，充分搅拌，铸锭。合金浇铸温度 1100 1200°C。3. Al-Zr10中间合金的熔炼1)设备10公斤中频感应炉2)模具水冷板模250*440*30mm3)配料每炉按8公斤配料。4)操作在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温。待铝锭熔化后，使炉温升至800°C，将海绵锆 压入铝液。待海绵锆全部熔清后，在120(TC保温20分钟，充分搅拌，铸锭。合金浇铸温度约 为 1200°C。5. Al-Si30中间合金的熔炼1)设备10公斤中频感应炉2)模具水冷板模250*440*30mm3)配料每炉按8公斤配料。4)操作在石墨粘土坩埚内加入铝锭后，升温。待铝锭熔化后，使炉温升至800°C，将多晶硅 压入铝液。待多晶硅全部熔清后，在1200°C保温20分钟，充分搅拌，铸锭。合金浇铸温度约 为 1200°C。三、高强度铝合金的熔铸1.设备1) 150公斤中频感应炉；2)半连续立式拉铸机；3)中间包；4)结晶器Φ 120mm ；5) 圆盘锯；6)车床。2.原材料1)原材料A1、A1-Mn1(1、Al-Cu5Q、Al-Ti1(1、Al-&1Q、Al-Si30。2)辅料六氯乙烷、高纯铝箔、拉铸用油3.配料每炉一般按150公斤配料，所配返回料不得超过炉量的30%。4.操作将纯铝放入石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次加入Al-Mn1(1、Al-Cu50, Al-Ti10, Al-Zr10, Al-Si30中间合金。待中间合金全部熔清后，升温至800°C，保温15分 钟，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的 0. 3、. 4 %，扒渣完毕，撒少许精炼剂后，除去表面浮渣。继续升温至82(T850 °C，充分搅拌， 出炉。中频感应炉开始倾炉时，要注意测定熔体的温度，同时控制其流速，经常观察中间包的液面高度，防止熔体溢出。当结晶器涂好涂料漆后即可开始进行拉铸，拉铸时液流温度 应控制在75(T780°C。当拉铸接近尾声时，要特别注意拉铸机的行程，直至拉铸完毕。随后 用吊车将铸锭提出，在铸锭上分头、中、尾分别取样送理化分析。待分析结果合格后，即可将 铸锭锯成段，扒皮，转挤压工序。四、高强度铝合金的挤压1.设备1)挤压机用退火炉；幻1200T挤压机2.模具及辅料挤压模具规格Φ 10mm*3润滑剂60% 24#汽缸油+40%石墨粉3.加热规程均勻化退火温度370°C 400°C保温时间12小时4.挤压工艺规程挤压高强度铝锭加热温度370°C ^400°C挤压筒保温套加热温度370°C 400°C挤压模及挤压垫预热温度370°C ^400oC为保证挤压线坯表面质量，要经常观察模具是否粘铝，如发现及时消除。为避免挤 压线坯起皮产生，严禁于模筒内涂抹润滑剂。挤压后的产品应盘好，捆好炉号标记，转入拉 拔工序。五、高强度铝合金的拉拔1.设备1)卧罐拉丝机；2)大立罐拉丝机；3)小立罐拉丝机；4)压尖机；5)拔丝退火炉；6)冷镦机。2.模具及辅料1)拔丝模金刚石聚晶模2)拔丝用润滑油A1-1#拉拔油3.拔丝退火工艺规程退火温度450°C保温时间2小时焊丝在Φ 8. 0mm、Φ 6. 0mm、Φ 4. Omm时可退火，Φ 3. 2mm、Φ 2. 4mm时可退火,退火后 用冷镦机冷焊接丝。4.拔丝工艺规程
权利要求
1.一种高强度铝合金焊丝，其特征在于其材料的化学成分及其质量百分比是 2. 5 3. 5% Cu, 2. 2 3. 2% Si，0. Γθ. 25% Τ ,Ο. Γθ. 25% Zr,0. Γ0. 2% Mn，其余为 Al。
2.一种制备权利要求1所述的高强度铝合金焊丝的方法，该方法包括下列步骤1)以纯铝锭、铜锭、海绵钛、海绵锆、多晶硅、电解锰为原料，备料；2)将上述原料分别利用中或高频感应电炉、黏土石墨坩埚熔炼、铸锭，制备出A1-Cu5(i、 Al-Mn10、Al-Si30、Al-Ti10、Al-Zr10 中间合金；3)按照成分配比将纯铝锭放入石墨坩埚中，升温，待铝锭全部熔化后，依次按成分配比 加入 Al-MniQ、Al-Cu5(1、Al-Ti1Q、Al-Zrltl 中间合金，熔化；4)待中间合金全部熔清后，升温至800°C，保温15分钟，用石墨罩将六氯乙烷压入合 金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0. 3^0. 4%，扒渣完毕，撒少许精炼剂 后，除去表面浮渣。继续升温至82(T850°C，充分搅拌，出炉；5)出炉过程中，中频感应炉开始倾炉时，使铝合金熔体流入中间包中，并注意中间包高度；6)开始拉铸，制成高强度铝合金铸锭；7)随后将铸锭提出，将合格的铸锭锯成段、扒皮；8)放入挤压机中，加热温度为33(T380°C，挤压；9)进拔丝机中拔丝，在拉拔过程中退火，达规格直径即获得高强度铝合金焊丝。
3.根据权利要求2所述的制备高强度铝合金焊丝的方法，其特征在于步骤4)中出炉 前，添加精炼剂进行脱气精炼，用量为炉料的0. 3^0. 4%，精炼完毕后，除去表面浮渣。
4.根据权利要求2所述的制备高强度铝合金焊丝的方法，其特征在于所述的精炼剂 为六氯乙烧。
全文摘要
一种高强度铝合金焊丝，其材料的化学成分及其质量百分比是2.5~3.5％Cu，2.2~3.2％Si，0.1~0.25％Ti，0.1~0.25％Zr，0.1~0.2％Mn，其余为Al。其制备方法如下先将原料熔炼、铸锭，制备出Al-Cu50、Al-Mn10、Al-Si30、Al-Ti10、Al-Zr10中间合金；再按成分配比将纯铝锭放入坩埚中，升温，待铝锭全熔化后依次按成分配比加入Al-Mn10、Al-Cu50、Al-Ti10、Al-Zr10中间合金，熔化；待全部熔清后，升温至800℃，保温15分钟，用石墨罩将六氯乙烷压入合金液底部搅拌进行脱气、造渣，六氯乙烷用量为炉量的0.3~0.4％，扒渣完毕，撒少许精炼剂后，除去表面浮渣。继续升温至820~850℃，充分搅拌，出炉；拉铸，制成高强度铝合金铸锭；随后将铸锭提出锯成段、扒皮；放入挤压机中，加热温度为330~380℃，挤压；进拔丝机中拔丝，在拉拔过程中退火，达规格直径即获得高强度铝合金焊丝。
文档编号B23K35/40GK102114579SQ20091024455
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者张国清, 陈晓宇 申请人:北京有色金属与稀土应用研究所