[发明专利]一种用于2A12高强铝合金非熔化极惰性气体保护焊焊接的药芯焊丝

说明书

一种用于2A12高强铝合金非熔化极惰性气体保护焊焊接的药芯焊丝，属于铝合金焊接技术领域。采用1070半硬态纯铝带作为外皮，焊丝的填充率为20％～30％。其中药粉中各合金成分的质量百分比为：金属Cu粉含22％‑29％，微纳米陶瓷粉0.5％～25％，金属Mn粉2％‑4.5％，金属V粉1％‑2.5％，AlTi合金粉1％‑2％，金属Zr粉1.5％‑5％，稀土金属粉末1％‑6％，余量为纯铝粉。焊接成形良好，无凸起、咬边等缺陷，焊缝金属的各项性能符合工程需求。

技术领域

本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种铝合金药芯焊丝及其制备方法，尤其涉及一种用于焊接2A12高强铝合金的微纳米颗粒增强的药芯焊丝及其制备方法。

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，铝合金在结构部件中的使用量逐年上涨。2A12属于Al-Cu-Mg系铝合金，是一种典型的硬铝合金，具有良好综合的力学性能。2A12高强铝合金广泛的应用于建筑结构、航空航天、交通运输等领域。2A12铝合金焊接能够使用的方法包括：搅拌摩擦焊，电子束焊，等离子弧焊，TIG焊等。其中TIG焊设备简单，操作方便，是2A12铝合金最常用的焊接方法。然而由于2A12铝合金独特的物理化学性质，以及TIG焊的特点，使得2A12铝合金在TIG焊中容易出现焊接变形、焊接热裂纹敏感性高、接头晶粒粗化、接头软化严重等问题。例如采用2319铝合金焊丝对2A12铝合金进行TIG焊，接头强度系数只有母材强度的60％左右。焊缝是构件的薄弱环节，影响结构的使用寿命也制约了2A12铝合金结构件的广泛应用。已经有研究表明在熔焊焊接材料中加入少量特殊的微纳米陶瓷颗粒，通过熔滴过渡到焊缝中能够起到细化晶粒组织，预防焊接热裂纹，提高接头强度的作用，相关研究如表1所示。此外大量研究表明稀土元素可以细化焊缝组织提高焊缝强度。

表1含微纳米陶瓷颗粒的焊接材料制作方法。

上述方法虽然对于接头强度有一定提高，但是焊接材料生产过程复杂、繁琐且难以大规模工业生产。采用铝合金药芯焊丝的方法添加微纳米陶瓷颗粒和稀土金属粉更简单易行。在微纳米陶瓷颗粒和稀土金属的双重作用下可以更好的优化焊缝组织，减小焊接热裂纹倾向，提高焊态下焊缝强度。这为提高2A12铝合金熔化焊的性能提供了新的思路，也正是本发明的创新。

发明内容

本发明将药芯焊丝技术和微纳米颗粒增强、稀土金属净化作用改善组织三种机制有机结合，设计制备了一种用于2A12铝合金焊接的药芯焊丝，目的是解决现有铝合金实心焊丝直接熔焊2A12铝合金时，易产生热裂纹、热影响区组织粗大，接头强度低等问题。利用本发明设计制备的铝合金药芯焊丝，可以通过在药芯配方中调整增强相颗粒及稀土金属的成分，实现对焊缝显微组织和力学性能的优化，提高2A12铝合金接头强度。本发明可以在保证焊缝金属化学成分、力学性能、耐腐蚀性能满足国家相关要求的情况下，显著降低焊缝热裂纹倾向，细化焊缝晶粒尺寸，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2A12高强铝合金焊接的药芯焊丝，其特征在于，采用1070半硬态纯铝带作为外皮，焊丝的填充率为20％～30％。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Cu粉含22％-29％，微纳米陶瓷粉0.5％～25％，金属Mn粉2％-4.5％，金属V粉1％-2.5％，AlTi合金粉1％-2％，金属Zr粉1.5％-5％，稀土金属粉末1％-6％，余量为纯铝粉。钛铝合金中钛铝质量比为1:1。

上述微纳米陶瓷粉包括TiC、ZrC、SiC、TiN、ZrN、TiB2等中的至少一种，粒径在20nm～120μm，纯度大于99.9％，粉末形状为球形或近球形，可以任意质量比例混合。