一種具有高致密度的鋁合金焊材及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于焊接用材料，尤其是鋁合金焊材制造領域。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著鋁合金材料在航空航天、軌道交通、船舶艦艇、化工容器、機械制造、 建筑結構、電氣、汽車工業等方面的應用，對鋁合金焊接技術的要求不斷提高，焊接質量的 好壞直接影響到零件的使用。焊接結構的性能，在基材一定的情況下，主要取決于焊絲的合 金成分、性能和焊接工藝。其中，焊絲是影響母材熱裂性、焊縫的力學性能、耐腐蝕性能、焊 縫組織成分、液-固相線溫度等的重要因素。
[0003] 5356鋁合金，5356焊絲是一種用途廣泛的通用型焊材，強度高，有良好的抗蝕性。 5356鋁合金在5XXX系、6XXX系和7XXX系的焊接結構中得到廣泛應用。焊絲的質量對鋁合金 焊接結構的廣泛應用具有重要影響。鋁合金焊絲內部質量很大程度上取決于原鋁材質量。 鋁合金熔體除氣效果不佳，將會使鋁合金焊絲氫含量偏高，致使在焊接過程中生成較多的 氣孔。焊絲用鋁合金含有較多的雜質，以及有明顯的成分偏析，不僅會影響焊絲的拉拔成 形，使焊絲極易拉斷，成材率下降，而且鋁合金中的雜質能在整個生產過程中傳遞，從而導 致焊絲質量低劣。現在我國生產的鋁合金焊絲與進口焊絲相比，氫含量與氧化夾雜含量較 高，嚴重影響了焊縫的質量。焊絲在拉拔過程中經常出現拉斷的現象，主要是由于氧化夾雜 含量高，晶粒粗大，存在枝晶偏析，導致鋁合金的塑性下降。
[0004] 5356鋁合(見表1)金溶點低且與其他鋁基合金的兼容性好，是理想的鋁基填充材 料，并且5356鋁合金耐腐蝕性好，經過加工硬化就可以得到相當高的強度，其切削性、陽極 氧化性良好，低溫下強度、疲勞強度高。所以5356鋁合金經常用于焊接鋁合金結構件。但是 5356鋁合金還存在著強度較低、合金燒損、氣孔多的弱點。
[0005] 表 1
[0006]
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有高致密度的鋁合金焊材。 有效防止抑制了燒損，減少氣孔，細化晶粒，從而使合金力學性能提高。
[0008] 本發明的目的是通過如下的手段實現的。
[0009] 一種具有高致密度的鋁合金焊材，以符合5356合金的國際標準的鋁合金焊材為基 礎。焊材中含有如下重量百分比的稀土元素:Be0.0 1 -0.5wt %，Ce0.0 1 -2wt %。
[0010] 本發的目的還在于提供上述焊材的制備方法。采用的手段是：
[0011] 1)、將5356鋁合金加入到熔煉爐中，然后將熔煉爐溫度提升到400°C穩定，再經500 °C、600°C、720°C三次再度穩定后，鋁合金完全進入熔融狀態后進行除雜操作；
[0012] 2)、進行除雜精煉操作，除去表面漂浮物；
[0013] 3)、將配比所需的鋁鈹中間合金和鋁鈰中間合金加入到恪爐中；按照0.3kg/的標 準將覆蓋劑KC1和NaCl均勻撒在鋁液表面，過程中防止空氣中的出進入鋁液中，之后將溫度 提升至730°C，保持10分鐘。
[0014] 4)、進行氣泡浮游法除雜，將儲氣瓶壓強調整到9Mpa，通過氬氣的不斷鼓入除去鋁 液中的氫氣，保持通氣5分鐘后，然后關掉儲氣瓶閥門，表面扒渣除去鋁液表面的雜質；
[0015] 5)、進行澆筑成型操作，將鋁液溫度調整到710°C，保溫lOmin后，將提前放在熔爐 旁，將鋁液均勻的澆入到預熱的模具中，自然冷卻，得到目標焊材。
[0016] 采用本發明的物料和方法，通過向5356鋁合金中復合添加微量元素 Be和Ce，添加 的元素的重量百分比為:Be 0.01_0.5wt%，Ce 0.01_2wt%，元素 Be在合金溶化時在表面形 成一層致密的氧化膜，防止燒損，減少氣孔;元素 Ce使得合金晶粒細化從而提高合金強度， 也兼有防止燒損減少氣孔的作用。本發明通過復合添加 Ce和Be，從而找到5356合金強度有 效提尚并且抑制氣孔的途徑。
【具體實施方式】
[0017] 1.原料采用商用5356合金，Be及Ce的添加采用Al-Be中間合金及Al-Ce中間合金。 將準備好的原材料進行烘料處理，在200°C的熔爐中處理20h，除去原料中的水，避免熔煉時 高溫鋁和水發生反應生成雜質氣體氫氣，由于鋁合金在熔融狀態下，H 2會極大的融入其中， 在冷卻過程中，溶解度降低，部分H2不能及時逸出，造成氣孔，影響合金均勻分布狀況。
[0018] 2.在SG2-5-12井式電阻爐進行熔煉，將5356鋁合金加入到熔煉爐中，然后將熔煉 爐溫度提升到400°C穩定后，將溫度升到500°C再次溫度后，將溫度升到600°C穩定后，再次 將溫度提升到720°C，讓鋁合金完全進入熔融狀態，然后進行除雜操作。
[0019] 3.進行除雜精煉操作：雜質一般浮在表面，用特制的玻璃棒(耐1000°C高溫)在熔 煉爐表面進行攪拌，除去表面漂浮物。
[0020] 4.將配比所需的鋁鈹中間合金和鋁鈰中間合金加入到熔爐中。將覆蓋劑KC1和 NaCl均勻撒在鋁液表面(按照0.3kg/m2的標準），防止空氣中的H2進入鋁液中，之后將溫度提 升至730°C，保持10分鐘。
[0021 ] 5.進行氣泡浮游法除雜。將儲氣瓶壓強調整到9Mpa，將軟管和石英玻璃管內的空 氣排完之后，伸入鋁液中，通過氬氣的不斷鼓入，鋁液中的氫氣不斷被帶出，同時其他雜質 也不斷被帶到表面，保持通氣5分鐘，然后關掉儲氣瓶閥門，用石英玻璃管進行表面扒渣，除 去鋁液表面的雜質。
[0022] 6.進行澆筑成型操作:精煉完成后，將鋁液溫度調整到710°C，保溫lOmin后，將提 前預熱的模具(80_90°C)放在熔爐旁，將鋁液均勻的澆入到模具中，待其自然冷卻，完成熔 煉過程。
[0023] 實施例
[0024] 實施例1:為了比較，1#試樣為未添加元素 Be和Ce的5356合金，將5356合金放入熔 化爐中，待其全部熔化后，將熔體溫度升至720°C，靜置15min，然后降溫至710°C澆鑄。獲得 的鑄件成分及性能如表2所示(重量百分比）。
[0025] 表2 1#試樣合金成分及性能
[0026]
[0027] 實施例2:將5356合金放入熔化爐中，待其全部熔化后，將熔體溫度升至720°C，然 后將經過預熱的中間合金加入熔體，攪拌均勻，靜置15min，然后降溫至710°C澆鑄。獲得的 鑄件成分及性能如表3所示(重量百分比），可以看到，2#試樣密度比1#試樣提高了 0.7%，抗 拉強度提高了 14.8 %，硬度提高了 4.4 %。 表3 2#試樣合金成分及性能
[0028]
[0029] 實施例3:將5356合金放入熔化爐中，待其全部熔化后，將熔體溫度升至720°C，然 后將經過預熱的中間合金加入熔體，攪拌均勻，靜置15min，然后降溫至710°C澆鑄。獲得的 鑄件成分及性能如表4所示(重量百分比），可以看到，3#試樣密度比1#試樣提高了 0.8%，抗 拉強度提高了 20.3 %，硬度提高了 14.7 %。
[0030] 表4 3#試樣合金成分及性能
[0031]
[0032] 實施例4:將5356合金放入熔化爐中，待其全部熔化后，將熔體溫度升至720°C，然 后將經過預熱的中間合金加入熔體，攪拌均勻，靜置15min，然后降溫至710°C澆鑄。獲得的 鑄件成分及性能如表5所示(重量百分比），可以看到，4#試樣密度比1#試樣提高了 1.4%，抗 拉強度提高了 21.8 %，硬度提高了 17.6 %。
[0033] 表5 4#試樣合金成分及性能 [0034]
[0035]實施例5:將5356合金放入熔化爐中，待其全部熔化后，將熔體溫度升至720°C，然 后將經過預熱的中間合金加入熔體，攪拌均勻，靜置15min，然后降溫至710°C澆鑄。獲得的 鑄件成分及性能如表6所示(重量百分比），可以看到，5#試樣密度比1#試樣提高了 1.4%，抗 拉強度提高了 27.7 %，硬度提高了 25.0 %。 表6 5#試樣合金成分及性能
[0036]
[0037] 實施例6:將5356合金放入熔化爐中，待其全部熔化后，將熔體溫度升至720°C，然 后將經過預熱的中間合金加入熔體，攪拌均勻，靜置15min，然后降溫至710°C澆鑄。獲得的 鑄件成分及性能如表7所示(重量百分比），可以看到，6#試樣密度比1#試樣提高了2.1 %，抗 拉強度提高了 29.7 %，硬度提高了 27.9 %。
[0038] 表7 6#試樣合金成分及性能
[0039]
[0040] 以上實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種具有高致密度的鋁合金焊材，以符合5356合金的國際標準的鋁合金焊材為基 礎，其特征在于，焊材中含有如下重量百分比的稀土元素：BeO. 01-0.5wt%，Ce0.01 -2wt%〇2. 如權利要求1所述的5356鋁合金焊材，其特征在于所給組分的重量百分比為：Be: 0.05%，Ce0.7%，其余成分符合5356合金的國際標準。3. 如權利要求1所述的5356鋁合金焊材，其特征在于所給組分的重量百分比為：Be: 010%，Ce0.40%，其余成分符合5356合金的國際標準。4. 如權利要求1所述的5356鋁合金焊材，其特征在于所給組分的重量百分比為：Be: 0.10%，Ce0.67%，其余成分符合5356合金的國際標準。5. 如權利要求1所述的5356鋁合金焊材，其特征在于所給組分的重量百分比為：Be: 0.16%，Ce1.01%，其余成分符合5356合金的國際標準。6. 權利要求1至5所述具有高致密度的鋁合金焊材的制備方法，采用如下的步驟： 1)、將5356鋁合金加入到熔煉爐中，然后將熔煉爐溫度提升到400°C穩定，再經500°C、 600°C、720°C三次再度穩定后，鋁合金完全進入熔融狀態后進行除雜操作； 2 )、進行除雜精煉操作，除去表面漂浮物； 3) 、將配比所需的鋁鈹中間合金和鋁鈰中間合金加入到熔爐中；按照0.3kg/的標準將 覆蓋劑KC1和NaCl均勻撒在鋁液表面，過程中防止空氣中的出進入鋁液中，之后將溫度提升 至730°C，保持10分鐘。 4) 、進行氣泡浮游法除雜，將儲氣瓶壓強調整到9Mpa，通過氬氣的不斷鼓入除去鋁液中 的氫氣，保持通氣5分鐘后，然后關掉儲氣瓶閥門，表面扒渣除去鋁液表面的雜質； 5) 、進行澆筑成型操作，將鋁液溫度調整到710°C，保溫lOmin后，將提前放在熔爐旁，將 鋁液均勻的澆入到預熱的模具中，自然冷卻，得到目標焊材。
【專利摘要】本發明公開了一種具有高致密度的鋁合金焊材及其制備方法，以符合5356合金的國際標準的鋁合金焊材為基礎,其特征在于,焊材中含有如下重量百分比的稀土元素：Be0.01-0.5wt％，Ce？0.01-2wt％。本發明通過向5356鋁合金中復合添加微量元素Be和Ce，添加的元素的重量百分比為：Be？0.01-0.5wt％，Ce？0.01-2wt％，元素Be在合金溶化時在表面形成一層致密的氧化膜，防止燒損，減少氣孔；元素Ce使得合金晶粒細化從而提高合金強度，也兼有防止燒損減少氣孔的作用。本發明通過復合添加Ce和Be，從而找到5356合金強度有效提高并且抑制氣孔的途徑。
【IPC分類】C22C1/02, C22C21/06, B23K35/24
【公開號】CN105441741
【申請號】CN201510777574
【發明人】劉紅梅, 茍國慶, 陳輝, 劉艷, 高天學, 陳宇, 王峰陽
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月13日