[发明专利]高性能铝合金自动焊丝

说明书

技术领域

本发明属于金属材料类的焊接材料，具体涉及一种高性能铝合金自动焊丝。

背景技术

目前，在五金行业、家电行业、制冷行业、汽车行业，大量采用高强铝合金结构。近几年，在高铁、轻轨列车“轻量化制造”的需求带动下，高强铝合金的应用越来越广泛，但是，高强铝合金的焊接问题始终未能很好地解决，特别是焊缝气孔问题、焊缝裂纹问题以及焊缝强度低于母材的问题，严重地制约了高强铝合金的应用。

解决高强铝合金的焊接难题，主要途径之一是选择高性能焊机，另一途径就是研发、生产性能优异的高性能铝合金焊丝。本项发明“高性能铝合金自动焊丝”，即是在上述技术背景下完成的。

发明内容

本项发明的目的是提供一种焊缝气孔少、焊缝裂纹少、焊缝强度接近母材强度，可用于MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法的自动或半自动焊接的高性能铝合金焊丝。

为此，本项发明的高性能铝合金自动焊丝，其化学成分按质量百分数是：0.01％～0.5％的Zr，0.01％～0.5％的Sc，0.06％～3.0％的Li，0.01％～0.5％的Er₂O₃，0.01％～0.5％的Pr，0.05％～0.20％的Cr，0.05％～0.20％的Mn，0.05％～0.25％的Ti，4.5％～6.2％的Mg，余量为Al，满足了上述要求。

本项发明的高性能铝合金自动焊丝，使用市售的铝锭、镁锭、氧化铒、金属Pr、金属Li、铝锆合金、铝钪合金，采用常规冶炼方式按设计成分配比，冶炼时加入经优化筛选确定的“覆盖剂”、“除气剂”冶炼、连铸，可得到棒(线)材。通过退火、剥皮拉拔，即得到丝材。经过清洗、上盘，即得到可用于自动焊接的焊丝。也可经过校直、切断，得到直丝。本发明产品可采用MIG焊、TIG焊、激光焊以及复合热源焊接方法，用于铝结构件的自动或半自动焊接。

本发明基于铝焊丝是一种柱状强度相对较差的柔软材料，并且在熔融时对氢溶解度极敏感的难题，添加稀土元素Er₂O₃和金属Pr解决了冶炼与焊接时的氢溶解问题，可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属范围。通过对焊丝成分优化，在优化后的成分范围，新发明的铝焊丝表面抛光度、焊丝清洁度、焊丝直径控制以及焊丝翘距和螺旋问题均达到要求。

具体实施方案

本项发明主要解决了以下关键性问题：

1)通过同时添加微量稀土元素Er₂O₃和金属Pr，解决了铝合金焊丝在冶炼、焊接时的氢溶解问题，可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属范围。在上述范围内，焊缝无气孔缺陷产生，保证了焊缝质量。

2)经过10组约150个合金配方试验研究发现，在常规合金元素Cr、Mn、Mg的范围内，同时加入微量的Zr、Sc、Li、Er₂O₃、Pr元素，可以提高并保证焊丝及焊缝具有较高的抗拉强度和较高的塑性，满足了5356、5083、5087、6N01等高强铝合金焊接的要求。

3)试验发现，本项发明的高性能铝合金自动焊丝，其Zr、Sc、Er₂O₃、Pr元素的含量必须控制在0.01％～0.5％范围，且0.01％～0.5％的加入量(质量百分数)必须控制在Zr∶Sc∶Er₂O₃∶Pr＝1∶1∶1∶1的含量水平；它们与Li元素的比例必须控制在Me∶Li＝1∶6的水平(Me＝Zr、Sc、Er₂O₃、Pr)。在上述成分范围内，本项发明的高性能铝合金自动焊丝，具有最佳的抗气孔性能、焊缝力学性能和焊丝加工性能。

与以往研究相比，本发明的创造性在于：

一、研究发现并证明了微量稀土元素Er₂O₃和金属Pr的抗气孔能力，解决了铝合金焊丝在冶炼、焊接时的氢溶解问题，不仅可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在≤0.4ml/100g金属(0.4ml/100g金属，是目前国内外公认的高性能铝合金焊丝氢气含量的临界值)范围，从而确保焊缝无气孔缺陷产生，还研究确定了Er₂O₃和金属Pr的最佳添加范围分别为0.01％～0.5％(质量百分数)。