本发明涉及一种用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝，属于焊接材料领域。
背景技术：
飞机的机身壁板中存在大量的T型结构，这种T型结构此前主要采用传统的铆接方法进行连接。然而，由于铆接的生产效率低下，而且大幅增加了机身的重量，降低了飞机的燃油经济性，已经越来越不能满足对未来飞机更高的性能要求。目前，双侧激光同步焊接技术是代替铆接的最理想技术之一，空中客车公司已将该技术成功应用于其A318、A380等机型的制造中。相比于铆接工艺，双侧激光同步焊接不仅提高了生产效率，而且大大降低了机身重量，因此更加节约燃油，降低了飞行成本。
随着新一代铝锂合金的研制成功，铝锂合金已经成为替代传统航空铝合金的首选材料之一。然而，铝锂合金与铝合金相比具有更大的凝固温度区间、线膨胀系数及更多的低熔共晶物，加之双侧激光同步焊接过程中急冷急热的特点，导致在焊接时容易出现焊接热裂纹缺陷，从而大幅降低焊缝的承载及力学性能。目前，工业生产中主要采用抑制热裂纹效果较好的Al-Si系焊丝(如ER4043和ER4047)对2060/2099铝锂合金机身壁板T型结构进行双侧激光同步焊接，但这类焊丝对焊缝的合金强化作用较弱；而采用对焊缝合金强化效果较好的Al-Cu系焊丝(如ER2319)时，又不能较好地抑制热裂纹缺陷；因此，现有的两类焊丝均不能完全适用于对2060/2099铝锂合金机身壁板T型结构的双侧激光同步焊接过程中。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有焊丝对焊缝的合金强化作用较弱，不能较好地抑制热裂纹缺陷的技术问题，提供了一种用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝。
用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.35％～7.20％Cu、5.30％～5.60％Si、0.13％～0.17％Ti、0.001％～0.010％B、0.10％～0.18％Zr、0.12％～0.15％Fe和余量的Al制成。
本发明其目的是提高焊缝力学性能，Cu能固溶于焊缝中起固溶强化作用，也能与焊缝中的Al和Li形成晶间强化相Al6CuLi3，有效提高晶界强度，从而提高焊缝强度及硬度；但过多的Cu会促进晶界偏析并恶化晶界性能，从而使焊缝的热裂倾向加大，因此Cu含量应控制在7.20％以内。在本发明焊丝中加入Si 5.30～5.60％，其目的是降低焊缝的热裂倾向并抑制裂纹扩展，在熔池凝固过程中，具有良好流动性的Si能够填补晶界上萌生的显微裂纹源，从而降低焊缝的热裂倾向；Si也能与焊缝中的Al和Li形成晶间强化相AlLiSi，有效抑制显微裂纹沿晶界扩展；但过多的Si会降低焊缝的塑韧性并加大焊丝的制造难度，因此Si含量应控制在5.60％以内。在本发明焊丝中加入Ti 0.13～0.17％和Zr0.10～0.18％，其目的是细化晶粒，提高焊缝韧性和强度，在熔池凝固过程中，微合金元素Ti和Zr能与Al形成Al3Zr和Al3Ti，成为液体结晶核心，细化焊缝晶粒，同时起到弥散强化作用。在本发明焊丝中加入Fe 0.12～0.15％，其目的是提高焊缝强度，在熔池凝固过程中，Fe能与焊缝中的Al和Si形成强化相AlFeSi，起到弥散强化作用；但过多的Fe会降低焊缝的塑韧性并提高其脆性，因此Fe含量应控制在0.15％以内。在本发明焊丝中加入B 0.001～0.009％，其目的是细化晶粒，提高焊缝强度。通过上述焊丝成分设计，从而使焊缝金属具有合适的合金体系，并最终使相应的焊缝金属兼得优异的强韧性和抗裂性。
本发明焊丝具有如下优点：
1.本发明焊丝具有良好的焊接工艺性能，激光焊接过程中熔池稳定，飞溅小，成型美观，无裂纹且气孔少，能够达到机身壁板的焊接标准，优于ER2319焊丝的工艺性能，适用于飞机铝锂合金机身壁板的双侧激光同步焊接。
2.本发明焊丝质量稳定，在对2060/2099铝锂合金机身壁板T型结构进行双侧激光同步焊接时，焊缝金属横向抗拉强度为400～436MPa，横向剪切强度为120～126MPa，纵向抗压强度为262～272MPa，均能够达到机身壁板的强度要求，优于ER4047焊丝的强度水平。
附图说明
图1是采用实验一制备的用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝焊接2060铝锂合金蒙皮和2099铝锂合金长桁组成的T型接头焊缝照片；
图2是采用实验二制备的用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝焊接2060铝锂合金蒙皮和2099铝锂合金长桁组成的T型接头焊缝照片；
图3是采用ER4047焊接2060铝锂合金蒙皮和2099铝锂合金长桁组成的T型接头焊缝照片；
图4是采用ER2319焊接2060铝锂合金蒙皮和2099铝锂合金长桁组成的T型接头焊缝照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.35％～7.20％Cu、5.30％～5.60％Si、0.13％～0.17％Ti、0.001％～0.010％B、0.10％～0.18％Zr、0.12％～0.15％Fe和余量的Al制成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.4％～7.10％Cu、5.31％～5.59％Si、0.14％Ti、0.002％B、0.11％Zr、0.12％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.5％～7.05％Cu、5.35％～5.55％Si、0.15％Ti、0.003％B、0.12％Zr、0.13％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.6％～7％Cu、5.38％～5.50％Si、0.16％Ti、0.004％B、0.13％Zr、0.14％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.65％～6.95％Cu、5.40％Si、0.17％Ti、0.005％B、0.14％Zr、0.15％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.7％～6.9％Cu、5.42％Si、0.13％Ti、0.006％B、0.15％Zr、0.12％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.75％～6.85％Cu、5.45％Si、0.14％Ti、0.007％B、0.16％Zr、0.13％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.8％Cu、5.48％Si、0.15％Ti、0.008％B、0.17％Zr、0.14％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.85％Cu、5.50％Si、0.16％Ti、0.009％B、0.18％Zr、0.15％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是所述用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝按照重量百分含量由6.8％Cu、5.55％Si、0.14％Ti、0.009％B、0.17％Zr、0.14％Fe和余量的Al制成。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
本实验中用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝制备方法：
按照重量百分含量称取6.37％Cu、5.41％Si、0.162％Ti、0.009％B、0.115％Zr、0.129％Fe和余量的Al，然后进行熔炼、精炼、浇铸、盘条、减径等工序生产的Φ1.2mm焊丝。
实验二：
本实验中用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝制备方法：
按照重量百分含量称取7.13％Cu、5.45％Si、0.132％Ti、0.001％B、0.174％Zr、0.124％Fe和余量的Al，然后进行熔炼、精炼、浇铸、盘条、减径等工序生产的Φ1.2mm焊丝。将实验一与实验二的用于飞机铝锂合金机身壁板焊接的焊丝与ER4047、ER2319的具体化学成分见表1。
表1
各项性能的对比试验条件均是采用纯氩气(Ar)保护，对由2mm厚的2060铝锂合金蒙皮和2099铝锂合金长桁组成的T型接头进行双侧激光同步焊接。焊缝金属均未经焊后热处理，实验一及实验二的焊丝与ER4047和ER2319焊丝的焊缝金属力学性能对比见表2。本发明焊丝与ER4047和ER2319焊丝的焊缝成形对比见图1-图4，特别是与ER2319焊丝相比较，本发明焊丝能够更有效抑制焊接热裂纹。
表2