[发明专利]一种用于7075铝合金TIG焊接的微纳米颗粒增强铝合金药芯填充丝

说明书

一种用于7075铝合金TIG焊接的微纳米颗粒增强铝合金药芯填充丝，属于铝合金药芯焊丝技术领域。采用纯铝带作为外皮，药粉由以下组分按质量百分比配制，金属镁粉质量百分比为22.5～27.5％，金属锰粉含量为0.25％～1％，金属铬粉含量为0.25％～1％，钛铝合金粉含量为0.6～2％，复合微纳米陶瓷粉为0.5％～25％，余量为纯铝粉；焊丝的填充率为10～35％；钛铝合金中钛铝质量比为1:1。本发明提高了焊接接头抗拉强度，同时提高了抗裂性并降低了气孔敏感性。微纳米陶瓷颗粒的具体组成的用量对焊接性能有一定影响，而微纳米陶瓷颗粒的总用量对焊缝性能有较大影响。

技术领域

本发明属于铝合金药芯焊丝技术领域，涉及一种铝合金药芯填充丝及其制备方法，尤其涉及一种用于7075铝合金TIG焊接的微纳米颗粒增强铝合金药芯填充丝及其制备方法。

技术背景

铝是地壳中含量最多的金属元素，因其具有密度低、比强度高和低成本等优良性能，目前已广泛应用于航空航天、军工、轨道车辆、压力容器等领域。铝的密度是钢的三分之一，采用铝替代钢结构件可以减轻重量60％以上，随着制造业轻量化的需求日益增加，铝合金及其在结构部件中的使用量逐年上涨。7075铝合金是20世纪40年代为航空航天技术发展而生的超硬铝合金，目前常见的Al-Zn-Mg-Cu合金体系均是以7075高强铝合金为基础，通过加入其他微量元素或改变合金成分发展而来，同时采取不同的热处理技术，陆续研制出7475-T74、7075-T74和7159-T77等性能优良的高强铝合金，但面临焊接困难的问题。

采用传统熔化极惰性气体保护焊MIG或钨极惰性气体保护焊TIG方法焊接7075铝合金时易产生热裂纹，焊缝强度低，一般熔焊接头强度仅能达到母材的60％左右。虽然搅拌摩擦焊使7075铝合金的焊接成为可能，得到强度匹配度达到80％的焊接接头。但搅拌摩擦焊存在对焊件形状、夹持条件、焊接位置等要求高,不适合于复杂焊缝连接等不足。如能在熔焊焊缝中加入少量特殊的微纳米颗粒，不仅可以防止7075铝合金产生热裂纹，还能在焊态下提升焊缝强度。采用熔炼的方法制备铝合金实芯焊丝难以改变合金成分或添加增强相，因而限制了实芯焊丝在相关方面的研究应用，而采用铝合金药芯填充丝的方法易于调整其合金成分配方，这为提高7075铝合金熔化焊的性能提供了新的思路，也正是本发明的思想。

发明内容

本发明将药芯焊丝技术和微纳米颗粒增强机制有机结合，设计制备了用于7075铝合金焊接的微纳米颗粒增强铝合金药芯填充丝，目的是解决现有弧焊技术中，TIG焊实心焊丝不能改变合金成分或添加颗粒增强相的问题。而采用目前的铝合金实心焊丝直接熔焊7075铝合金时，易产生热裂纹和造成合金元素烧损，组织粗大导致焊缝强度降低，接头强度匹配度低。利用本发明设计制备的微纳米增强颗粒的铝合金药芯焊丝填充丝，可按常规步骤进行TIG焊接，使焊缝合金化由填充焊丝、实心焊丝和母材组合而成，加大了对铝合金焊缝合金调整的范围和可能。使用本发明焊丝及使用方法可以在保证焊缝金属化学成分、力学性能、耐腐蚀性能满足相关要求的情况下，显著降低焊缝金属热裂纹倾向，获得成型美观，强度较高，性能优良的焊接接头。

本发明通过以下技术方案来实现：一种用于7075铝合金TIG焊接的微纳米颗粒增强铝合金药芯填充丝，其特征在于，采用纯铝带作为外皮，药粉由以下组分按质量百分比配制，总的质量百分比是100％，其中药粉中各合金成分的质量百分比为：金属镁粉质量百分比为22.5～27.5％，金属锰粉含量为0.25％～1％，金属铬粉含量为0.25％～1％，钛铝合金粉含量为0.6～2％，复合微纳米陶瓷粉为0.5％～25％，余量为纯铝粉；焊丝的填充率为10～35％，优选20％-30％；钛铝合金中钛铝质量比为1:1。

上述复合微纳米陶瓷粉包括TiC、ZrC、TiN、ZrN等中的至少一种，优选为两种或三种，可以任意质量比例混合。进一步优选复合微纳米陶瓷粉为5％～25％。