專利名稱：高強(qiáng)度鋁合金焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬國防工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度鋁合金焊絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋁由于具有比重小、抗腐蝕性好、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性高等良好性能，在航空工業(yè)中大量地應(yīng)用；目前，我們國家火箭箭體采用的材料是10號(hào)鍛鋁，這種材料雖然質(zhì)輕，強(qiáng)度高，且價(jià)格低，但是，與現(xiàn)有鋁合金焊絲材料焊接品質(zhì)不好，所以歐美國家都沒有采用。
由于對(duì)國防工業(yè)航天用的航天器的建造有著極其嚴(yán)格的要求，在保證強(qiáng)度的前提下，焊接箱體后要求焊縫與母材基本特性需保持一致，才能保證箭體注入燃料到發(fā)射后的整個(gè)過程順利成功。所以亟需有更優(yōu)質(zhì)且具有符合航天器母材基本特性的焊接材料問世。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有高強(qiáng)度的鋁合金焊絲，其能夠保證焊接后跟母材的融接性好及硬度一致，焊接品質(zhì)佳，以滿足航天用航天器箱體的焊接。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工藝簡單的制作高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種高強(qiáng)度鋁合金焊絲，其材料組成成份和重量百分比含量為Cu1.5～2.5％Ti0.1～0.3％B 0.01～0.05％Si4～6％Al余量在本發(fā)明中關(guān)鍵是高強(qiáng)度鋁合金焊絲與航天器箱體焊接后二者能牢固的結(jié)合，其結(jié)合性能優(yōu)劣，在很大程度上取決于該鋁合金焊絲的性能。首先鋁合金焊絲與航天器箱體母材(10號(hào)鍛鋁)應(yīng)良好匹配，而鋁合金焊絲的性能首先取決于材料組成，控制鋁合金焊絲的材料組成，可以保持與高強(qiáng)度鋁合金焊絲與航天器箱體的性能相吻合。
一種制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，該方法包括下述步驟(1)以純鋁錠、銅錠、海綿鈦、硼酸、結(jié)晶硅為原料，備料；(2)將上述原料分別利用中或高頻感應(yīng)電爐、黏土石墨坩堝熔煉、鑄錠，制備出AlCu50、AlTi10、AlB1、AlSi30中間合金；(3)按照成分配比將純鋁錠放入石墨坩堝中，升溫，待鋁錠全部熔化后，依次按成分配比量Cu1.5～2.5％Ti0.1～0.3％B0.01～0.05％Si4～6％加入步驟2中所制得的AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金，熔化；(4)當(dāng)鋁合金全部熔化后，取樣分析，鋁合金化學(xué)成分全部合格后脫氣、扒渣、出爐；(5)出爐過程中，中頻感應(yīng)爐開始傾爐時(shí)，使鋁合金溶體流入中間包中，并注意中間包高度；(6)開始拉鑄，制成高強(qiáng)度鋁合金焊絲鑄錠；(7)隨后將鑄錠提出，將合格的鑄錠鋸成段、扒皮；(8)放入擠壓機(jī)中，加熱溫度為330～380°，擠壓；(9)進(jìn)拔絲機(jī)中拔絲，在拉拔過程中退火，達(dá)規(guī)格直徑即獲得高強(qiáng)度鋁合金焊絲。
要保證本發(fā)明高強(qiáng)度鋁合金焊絲與航天器箱體焊接后的牢固結(jié)合，同時(shí)還會(huì)受處理工藝條件影響，只有通過有效的工藝控制，才能獲得理想的焊絲。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.材質(zhì)輕，性能穩(wěn)定，組織細(xì)化，從而保證焊接強(qiáng)度高。
2.焊接強(qiáng)度好，耐疲勞性強(qiáng)，可滿足與航天器箱體母材基本特性共存的要求。
3.特殊工藝的控制，以降低鋁合金焊絲的雜質(zhì)含量，提高了其韌性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的具體方法一、以鋁錠、銅錠、海綿鈦、硼酸、結(jié)晶硅為原料分別制備出AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金(中間合金可多配待用)首先要先將原料分別利用中或高頻感應(yīng)電爐、黏土石墨坩堝熔煉、鑄錠，制備出AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金，以下是這些中間合金制備的工藝規(guī)程及使用設(shè)備(1)Al-Cu(AlCu)中間合金的熔煉采用設(shè)備150KG中頻感應(yīng)爐。模具水冷板模250×440×30mm。
配料每爐按200KG配料。(雖然為150公斤爐子，但是對(duì)于中間合金可以配成200公斤)操作在粘土石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠后，升溫。待鋁錠熔化后，加入銅錠，充分?jǐn)嚢?，待銅錠全部熔清后，鑄錠。
(2)Al-Ti(AlTi)中間合金的熔煉采用設(shè)備15KG中頻感應(yīng)電爐。
模具板模打開對(duì)齊放平總尺寸250×880×20mm。
配料15KG中頻感應(yīng)電爐每爐按5.5～6.0KG配料。
5KG高頻感應(yīng)電爐每爐按4～4.5KG配料。
操作在粘土石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠后，升溫。待鋁錠熔化并過熱后，將海綿鈦分批壓入鋁液，加入一批待熔化后，再加入下一批。待海綿鈦全部熔清后，充分?jǐn)嚢?，鑄錠。
(3)Al-Si(AlSi)中間合金的熔煉采用設(shè)備150KG中頻感應(yīng)爐。模具水冷板模250×440×30mm。
配料每爐按120KG配料。
操作在粘土石墨坩堝內(nèi)加入鋁錠后，升溫。待鋁錠熔化后，將結(jié)晶硅破碎，加入。加入鋁液中的硅溶解非常激烈，為了阻止硅塊浮于氧化膜表面上，以減少燒損，加入一批后熔化后，再加入下一批。待硅全部熔清后，鑄錠。
(4)Al-B(AlB)中間合金的熔煉采用設(shè)備15KG中頻感應(yīng)電爐或5KG高頻感應(yīng)電爐。
模具板模打開對(duì)齊放平總尺寸250×880×20mm。
配料15KG中頻感應(yīng)電爐每爐加鋁5.3KG；硼酸0.83KG。
5KG高頻感應(yīng)電爐每爐加鋁3.7KG；硼酸0.6KG。
操作在粘土石墨坩堝內(nèi)先加入硼酸，緩慢升溫脫水，待硼酸全部熔化后加入鋁錠，待鋁錠熔化后，約需15分鐘，將同型號(hào)的另一坩堝反扣在粘土石墨坩堝上，繼續(xù)升溫，過熱后，拿去上面的坩堝，充分?jǐn)嚢瑁⒁庖獙K狀物盡量破碎，壓入鋁液中，鑄錠。
二、將Al與AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金合在一起熔鑄、鑄錠在完成了上述中間合金的熔煉、鑄錠后，將它們與純鋁錠合在一起熔鑄。
所利用設(shè)備1)150KG中頻感應(yīng)爐；2)半連續(xù)立式拉鑄機(jī)；3)中間包(用碳化硅作的爐體)4)結(jié)晶器內(nèi)徑Φ120mm；5)圓盤鋸；6)車床輔料六氯乙烷；高純鋁箔；拉鑄用油。
首先要配料計(jì)算按各材料要求范圍內(nèi)的化學(xué)成分重量百分比含量計(jì)算Al與各AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金合的投料量備料，所配爐料必須清潔、干燥。
具體操作過程將爐料中純鋁錠輕輕放入石墨坩堝中，升溫，待鋁錠全部熔化后，依次加入AlCu、AlSi、AlTi、AlB中間合金；當(dāng)鋁合金全部熔化后，取樣送爐前分析(確定各鋁合金化學(xué)成分重量百分比含量是否在要求范圍內(nèi))，待分析合格后即可以出爐。如果分析結(jié)果部分不合格，則應(yīng)該進(jìn)行調(diào)爐，直至鋁合金化學(xué)成分全部合格后方可出爐。出爐前，應(yīng)該進(jìn)行脫氣和精煉，精練劑為六氯乙烷，用量為爐料的0.3～0.4％，精煉完畢，撒少許精練劑后，除去表面浮渣。
中頻感應(yīng)爐開始傾爐時(shí)，使鋁合金溶體流入中間包中，要經(jīng)常觀察中間包的液面高度，防止熔體溢出。當(dāng)結(jié)晶器涂好涂料漆后即可開始進(jìn)行拉鑄，當(dāng)拉鑄接近尾聲時(shí)，要特別注意拉鑄機(jī)的行程，直至拉鑄完畢。
爐內(nèi)退火，退火溫度為420度，時(shí)間10小時(shí)。隨后用吊車將鑄錠提出，在鑄錠上分頭、中、尾分別取樣送爐后分析。
三、將Al與AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金的鑄錠進(jìn)行擠壓
待分析結(jié)果合格后，即可將合格的鑄錠鋸成段，扒皮，轉(zhuǎn)下面的擠壓工序，放入擠壓機(jī)中，加熱溫度為330～380°，擠壓。
本發(fā)明制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法中的擠壓工藝規(guī)程及使用設(shè)備首先，將錠子放入擠壓機(jī)用退火爐(RJX-72-8擠壓機(jī)退火爐)進(jìn)行退火，退火溫度為420度，退火時(shí)間10小時(shí)。
退火完成后，將鑄錠放入擠壓機(jī)(800/1200噸臥式擠壓機(jī))擠壓，擠壓模具規(guī)格為Φ8×3mm；Φ10×2mm；材質(zhì)為模具鋼，輔料為潤滑劑。.在擠壓前，先對(duì)擠壓筒保溫套、擠壓模及擠壓墊加熱，溫度為330～380℃。使得在擠壓過程中的鋁錠溫度保持在300℃以上。
四、將擠壓后的鑄錠拔絲首先，用臥罐拔絲機(jī)(Φ560臥式拉絲機(jī))將擠壓后Φ10的鋁合金焊絲分三次拉拔到Φ5.0；然后用大立罐拔絲機(jī)(MODEL-560-1型拉絲機(jī))將Φ5.0的焊絲分三次拉拔到Φ3.0；再用小立罐拔絲機(jī)分4次將其拉拔到Φ2.0；拔絲模及半成品模具為硬質(zhì)合金模最后，用C735-Φ400立式拉絲機(jī)及壓尖機(jī)分10次將其拉拔到Φ1.0成品。成品模具為金剛石聚晶模。
另，BJ380A鋁焊絲在Φ6.0mm；Φ4.0mm時(shí)可退火，Φ3.2mm；Φ2.4mm時(shí)可退火(拔絲退火爐，KKW-D可控硅自動(dòng)控溫儀)，退火后用冷對(duì)機(jī)冷接焊絲。拔絲用潤滑油為Al——1號(hào)拉拔油；五、退火，得到高強(qiáng)度鋁合金焊絲。
將各次制得的高強(qiáng)度鋁合金焊絲用冷對(duì)機(jī)冷接。
由于采用先配制鋁合金，再與純鋁錠合成鑄錠及深加工，故可保證制得的材質(zhì)雜質(zhì)含量低且性能穩(wěn)定，組織細(xì)化，從而可保證焊接強(qiáng)度高，以滿足與航天器箱體母材基本特性共存的要求。
下面將結(jié)合具體配料計(jì)算的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明高強(qiáng)度鋁合金焊絲材料及制備方法作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1爐量為90公斤先用原料制備出AlCu50、AlTi10、AlB1、AlSi30中間合金；再準(zhǔn)備中間合金AlCu503.24公斤，AlSi3014.4公斤、AlTi101.35公斤、AlB1.542.05公斤；將各種中間合金混合，再加入68.96公斤鋁進(jìn)行熔煉，所得即為含Cu1.8wt％，Si4.8wt％，Ti0.15wt％，B0.035wt％的高強(qiáng)度鋁合金焊絲鑄錠，再進(jìn)一步進(jìn)行鋸段、扒皮、擠壓；最后進(jìn)拔絲機(jī)中拔絲，拔至5.0或3.0、2.0、1.0的合格尺寸即可。
實(shí)施例2爐量為100公斤先用原料制備出AlCu50、AlTi10、AlB1、AlSi30中間合金；再準(zhǔn)備中間合金AlCu503.6公斤，AlSi3016.7公斤、AlTi101.6公斤、AlB1.542.59公斤；將各種中間合金混合，再加入75.51公斤鋁進(jìn)行熔煉，所得即為含Cu1.8wt％，Si4.99wt％，Ti0.084wt％，B0.018wt％的高強(qiáng)度鋁合金焊絲鑄錠，再進(jìn)一步進(jìn)行鋸段、扒皮、擠壓；最后進(jìn)拔絲機(jī)中拔絲，拔至5.0或3.0、2.0、1.0的合格尺寸即可。
實(shí)施例3爐量為120公斤先用原料制備出AlCu50、AlTi10、AlB1、AlSi30中間合金；再準(zhǔn)備中間合金AlCu504.32公斤，AlSi3020公斤、AlTi102.12公斤、AlB1.542.58公斤；將各種中間合金混合，再加90.98公斤鋁進(jìn)行熔煉，所得即為含Cu1.83wt％，Si4.94wt％，Ti2.12wt％，B2.58wt％的高強(qiáng)度鋁合金焊絲鑄錠，再進(jìn)一步進(jìn)行鋸段、扒皮、擠壓；最后進(jìn)拔絲機(jī)中拔絲，拔至5.0或3.0、2.0、1.0的合格尺寸即可。
以上僅為幾個(gè)具體實(shí)施例，依據(jù)此方法配料計(jì)算，使熔煉出爐后的熔體各鋁合金材質(zhì)化學(xué)成分在Cu1.5～2.5wt％；Ti0.1～0.3wt％；B0.01～0.05wt％；Si4～6wt％；Al余量范圍內(nèi)。具體生產(chǎn)時(shí)，可根據(jù)被焊接母材的融接性及硬度要求在此范圍內(nèi)選定各材料成份比，并在制備過程中加以檢測監(jiān)控，不合格時(shí)調(diào)爐處理，以期保證鋁合金焊絲材質(zhì)的達(dá)標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度鋁合金焊絲，其特征在于其材料組成成份和含量為Cu 1.5～2.5wt％Ti 0.1～0.3wt％B0.01～0.05wt％Si 4～6wt％Al 余量。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)以鋁錠、銅錠、海綿鈦、硼酸、結(jié)晶硅為原料，備料；(2)將上述原料分別利用中或高頻感應(yīng)電爐、黏土石墨坩堝熔煉、鑄錠，制備出AlCu50、AlTi10、AlB1、AlSi30中間合金；(3)按照成分配比量將純鋁錠放入石墨坩堝中，升溫，待鋁錠全部熔化后，依次按成分配比量加入步驟2中所制得的AlCu、AlTi、AlB、AlSi中間合金，熔化；(4)當(dāng)鋁合金全部熔化后，取樣分析，鋁合金化學(xué)成分全部合格后脫氣、扒渣、出爐；(5)中頻感應(yīng)爐開始傾爐時(shí)，使鋁合金溶體流入中間包中，并注意中間包高度；(6)給結(jié)晶器涂好涂料漆后，開始拉鑄，制成高強(qiáng)度鋁合金焊絲鑄錠；(7)隨后將鑄錠提出，將合格的鑄錠鋸成段、扒皮；(8)放入擠壓機(jī)中，加熱溫度為330～380，擠壓；(9)進(jìn)拔絲機(jī)中拔絲，在拉拔過程中退火，達(dá)規(guī)格直徑即獲得高強(qiáng)度鋁合金焊絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，其特征在于該方法還包括下述步驟拔絲退火后，將各次制得的高強(qiáng)度鋁合金焊絲用冷對(duì)機(jī)冷接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，其特征在于步驟(4)中如分析結(jié)果部分不合格，則進(jìn)行調(diào)爐，直至鋁合金化學(xué)成分全部合格后出爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，其特征在于步驟(4)中出爐前，添加精練劑進(jìn)行脫氣精煉，用量為爐料的0.3～0.4％，精煉完畢，撒精練劑后，除去表面浮渣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，其特征在于步驟(7)中鑄錠提出后，在鑄錠上分頭、中、尾分別取樣分析，若分析結(jié)果合格后，隨后將鑄錠提出，在鑄錠上分頭、中、尾分別取樣分析，待分析結(jié)果合格后，即可將鑄錠鋸成段，扒皮，轉(zhuǎn)擠壓工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備高強(qiáng)度鋁合金焊絲的方法，其特征在于所述的精練劑為六氯乙烷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度鋁合金焊絲及其制備方法，其材料組成成份和含量為Cu 1.5～2.5wt％；Ti 0.1～0.3wt％；B 0.01～0.05wt％；Si 4～6wt％；Al余量。制備方法如下備鋁錠、銅錠、海綿鈦、硼酸、結(jié)晶硅為原料，分別利用中或高頻感應(yīng)電爐、黏土石墨坩堝熔煉、鑄錠，制備出AlCu
文檔編號(hào)B23K35/00GK1943962SQ20061011441
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者劉文龍, 王繼云 申請(qǐng)人:北京有色金屬與稀土應(yīng)用研究所