铝合金焊丝的制备方法及铝合金焊丝与流程

本申请涉及铝合金焊丝，尤其涉及一种航空航天用高强度铝合金焊丝及制备工艺。

背景技术：

1、7xxx系铝合金由于其具有较好的性能，在航空航天、军工国防、轨道交通和船舶领域有着广泛的应用。现代工业的发展对材料的选择和结构的设计更是提出了轻量化的要求，这就需要铆接连接的结构件向焊接连接的结构件转变。但，7xxx系铝合金之间焊接质量不佳，焊接性能不好。一般来说，铝合金焊接普遍有以下几个难点：1)铝合金导热率大，焊接时需要更高的线能量；2)铝和氧亲和力大，易形成熔点较高的氧化膜；3)铝合金的线膨胀系数大，易发生焊接变形；4)7xxx系铝合金中zn、mg元素熔点较低，易发生挥发；5)7xxx系铝合金在焊接热循环中，热影响区易发生过时效和晶粒粗化，造成性能下降。

2、为了解决上述问题，使7xxx系铝合金之间焊接变得更容易，中国专利申请cn111112872a提供了一种原位合成的tib2颗粒弥散分布在铝合金中，其焊丝晶粒细小，组织均匀，电阻率高，可以从一定程度上解决上述7xxx系铝合金焊接过程中存在的问题，从而提高焊接质量和焊接强度。但是，cn111112872a所公开的7xxx系高强度铝合金焊丝采用铸锭、车皮、热挤压、多次拉拔退火的制备工艺，该制备工艺工序比较复杂、产品成材率低、设备场地投资大，难以连续批量生产。

3、如何解决上述问题，是本领域技术人员需要考虑的。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的问题，本申请提供一种生产效率高、成本低、产品性能好的铝合金焊丝的制备方法及铝合金焊丝。

2、本申请实施例提供一种铝合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：

3、铝液熔炼：向熔炼炉中加入铝锭、锌锭、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝锆合金、铝稀土合金加热熔化，随后进一步加入镁锭充分搅拌熔化并扒渣，得到铝液；

4、炉内精炼：将所述铝液转移至倾动式保温炉进行精炼，精炼后将所述铝液表面浮渣扒净，随后静置并开始浇铸得到铝熔体；

5、超声除气：对流经流槽的所述铝熔体进行在线除气的过滤方式，采用超声波除气装置进行所述在线除气；

6、在线过滤：采用电磁过滤装置对所述铝熔体进行在线过滤；

7、连续铸挤：将处理后的所述铝熔体经流嘴浇入连续铸挤设备，在旋转的水冷式槽轮腔中凝固并挤出，挤出得到直径为6mm至9mm的焊丝杆坯；

8、杆坯拉拔：采用6模拉丝机对所述焊丝杆坯进行连续拉拔，得到直径为4mm至5mm的焊丝线坯；

9、中间退火：对所述焊丝线坯进行退火处理；

10、成品拉拔：将退火后的所述焊丝线坯拉拔获得铝合金焊丝。

11、于一实施例中，所述连续铸挤的步骤中，铸造温度的范围为680℃至700℃，冷却水的温度范围为15℃至40℃，挤出所述焊丝杆坯的出口处，所述焊丝杆坯的温度范围为380℃至430℃。

12、于一实施例中，在所述铝液熔炼的步骤中，向所述熔炼炉中加入纯度大于99.8％铝锭、纯度大于99.9％的锌锭、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝锆合金、铝稀土合金。

13、于一实施例中，在所述炉内精炼的步骤中，将所述铝液转入所述倾动式保温炉，调整所述倾动式保温炉的温度范围为720℃至730℃，利用氩气及氯气的混合气体进行炉内精炼，所述炉内精炼的时间范围为3分钟至5分钟，随后将铝熔体表面浮渣扒净，将所述铝液温度控制在710℃至720℃静置25分钟至35分钟，随后开始浇铸。

14、于一实施例中，在所述超声除气的步骤中，超声波功率为1kw至3kw、频率20khz至30khz，控制处理后的所述铝熔体中的氢含量小于0.1ml/100g。

15、于一实施例中，在所述在线过滤的步骤中，所述电磁过滤装置采用功率为50kw、频率为10khz的igbt感应电源，控制所述铝熔体中粒径大于1μm的夹杂物去除率大于90％。

16、于一实施例中，在所述杆坯拉拔的步骤中，采用所述6模拉丝机对所述焊丝杆坯进行连续拉拔，其中，道次加工率为8至12％，以将所述焊丝杆坯拉制到直径4至5mm的焊丝线坯。

17、于一实施例中，在所述中间退火的步骤中，使所述焊丝线坯先在350℃至400℃的温度范围保温1小时至3小时，再使所述焊丝线坯在200℃至300℃的温度范围保温3小时至5小时。

18、于一实施例中，在所述成品拉拔的步骤中，将退火后的所述焊丝线坯拉拔至近成品尺寸，随后经连续两道剥皮去除表面划痕和疲劳层，获得直径为1.8mm至2.4mm的所述成品铝合金焊丝。

19、本申请实施例还提供一种铝合金焊丝，所述铝合金焊丝由前述实施例中任意一项所述的铝合金焊丝的制备方法制作而成，所述铝合金焊丝由按质量百分比计的下述成分组成：zn为4.5％至5.2％，mg为1.2％至1.8％，cu为1.5％至2.0％，mn为0.2％至0.5％，cr为0.1％至0.3％，zr为0.05％至0.2％，ce为0.05％至0.15％，y为0.05％至0.15％，si的含量小于或等于0.05％，fe的含量小于或等于0.08％，其余为al和不可避免的其它杂质元素，不可避免的杂质元素中每种元素的含量均小于等于0.02％，不可避免的其它杂质元素的总量小于等于0.1％。

20、本申请的铝合金焊丝的制备方法及铝合金焊丝至少具备如下有益效果：

21、(1)本申请提供的铝合金焊丝中添加有y元素和ce元素，可以改善焊缝区夹杂相的形态和分布。且，ce元素与zr元素可以细化凝固组织，进而减少焊接组织缺陷，提高7xxx系铝合金的焊缝区塑韧性。

22、(2)本申请提供的铝合金焊丝的制备方法，采用连续铸挤工艺可以从铝熔体直接得到焊丝杆坯，工序简单且成材率高，铝合金组织经过剧烈的剪切变形而发生充分破碎，使制得的所述焊丝杆坯具有致密的变形组织。

23、(3)本申请提供的铝合金焊丝的制备方法，经连续铸挤工艺的焊丝杆坯组织致密且发生了充分的动态再结晶，具有良好的拉拔加工性，在后序加工过程中只需一次中间退火即可拉拔至成品尺寸，使生产效率提高、成本降低。

技术特征：

1.一种铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述连续铸挤的步骤中，铸造温度的范围为680℃至700℃，冷却水的温度范围为15℃至40℃，挤出所述焊丝杆坯的出口处，所述焊丝杆坯的温度范围为380℃至430℃。

3.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述铝液熔炼的步骤中，向所述熔炼炉中加入纯度大于99.8％铝锭、纯度大于99.9％的锌锭、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝锆合金、铝稀土合金。

4.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述炉内精炼的步骤中，将所述铝液转入所述倾动式保温炉，调整所述倾动式保温炉的温度范围为720℃至730℃，利用氩气及氯气的混合气体进行炉内精炼，所述炉内精炼的时间范围为3分钟至5分钟，随后将铝熔体表面浮渣扒净，将所述铝液温度控制在710℃至720℃静置25分钟至35分钟，随后开始浇铸。

5.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述超声除气的步骤中，超声波功率为1kw至3kw、频率20khz至30khz，控制处理后的所述铝熔体中的氢含量小于0.1ml/100g。

6.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述在线过滤的步骤中，所述电磁过滤装置采用功率为50kw、频率为10khz的igbt感应电源，控制所述铝熔体中粒径大于1μm的夹杂物去除率大于90％。

7.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述杆坯拉拔的步骤中，采用所述6模拉丝机对所述焊丝杆坯进行连续拉拔，其中，道次加工率为8至12％，以将所述焊丝杆坯拉制到直径4至5mm的焊丝线坯。

8.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述中间退火的步骤中，使所述焊丝线坯先在350℃至400℃的温度范围保温1小时至3小时，再使所述焊丝线坯在200℃至300℃的温度范围保温3小时至5小时。

9.如权利要求1所述的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，在所述成品拉拔的步骤中，将退火后的所述焊丝线坯拉拔至近成品尺寸，随后经连续两道剥皮去除表面划痕和疲劳层，获得直径为1.8mm至2.4mm的所述成品铝合金焊丝。

10.一种铝合金焊丝，其特征在于，所述铝合金焊丝由权利要求1至9中任意一项所述的铝合金焊丝的制备方法制作而成，所述铝合金焊丝由按质量百分比计的下述成分组成：zn为4.5％至5.2％，mg为1.2％至1.8％，cu为1.5％至2.0％，mn为0.2％至0.5％，cr为0.1％至0.3％，zr为0.05％至0.2％，ce为0.05％至0.15％，y为0.05％至0.15％，si的含量小于或等于0.05％，fe的含量小于或等于0.08％，其余为al和不可避免的其它杂质元素，不可避免的杂质元素中每种元素的含量均小于等于0.02％，不可避免的其它杂质元素的总量小于等于0.1％。

技术总结
本申请提供一种生产效率高、成本低、产品性能好的铝合金焊丝的制备方法及铝合金焊丝。所述铝合金焊丝的制备方法，包括如下步骤：铝液熔炼，炉内精炼，超声除气，在线过滤，连续铸挤，杆坯拉拔，中间退火，成品拉拔；采用连续铸挤工艺从铝熔体直接得到焊丝杆坯，工序简单成材率高，铝合金组织经过剧烈的剪切变形而发生充分破碎，得到的焊丝杆坯组织致密且发生了充分的动态再结晶，具有良好的拉拔加工性，后序只需一次中间退火即可拉拔至成品尺寸，生产效率高成本低。铝合金焊丝由按质量百分比计的下述成分组成：Zn 4.5～5.2％，Mg 1.2～1.8％，Cu 1.5～2.0％，Mn0.2～0.5％，Cr 0.1～0.3％，Zr 0.05～0.2％，Ce 0.05～0.15％，Y 0.05～0.15％，Si≤0.05％，Fe≤0.08％，其余为Al和不可避免的杂质。

技术研发人员：白清领,缪姚军,邸娜
受保护的技术使用者：江苏中天科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13