一种7xxx系铝合金专用焊丝及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种7XXX系铝合金专用焊丝及其制造 方法。
【背景技术】
[0002] 7XXX系铝合金主要为Al-Zn-Mg系、Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，强度较高，广泛用于航 空、航天、兵器和交通运输等领域。有些不含铜的中强7XXX系铝合金，如7017、7020和7039 等，熔焊时焊接接头无裂纹缺陷，焊缝热影响区的强度降低，但可通过适当的热处理恢复， 焊缝强度为245~300MPa，伸长率为2%~10%;有些含铜量大于1 %的高强7XXX系铝合金， 如7022、7075等，熔焊时焊接接头易产生热裂纹或应力腐蚀开裂。
[0003] 7XXX系铝合金一般选用Al-Mg系合金焊丝进行焊接，如ER5356。为了提高焊缝强度 和降低焊缝的热裂倾向，通常采取含有晶粒细化元素如Z r、Ti、SC、Er等元素的焊丝，如专利 CN104722945所述。经查，现有专利号为CN201310189452.4的中国专利《一种新型铝合金焊 丝及其应用》，该铝合金焊丝的化学成分如下（质量％ ):镁Mg: 5.50-7.0，猛Μη: 0.80-1.0，钛 Ti:0.25-0.35,锌Ζη:0·05-0·20,铬0:0.10-0.20,锆Zr:0.25-0.35,铁Fe: <0.2,硅Si: < 0.2,铜Cu: <0.05,铍Be: <0.0005,其他单个杂质元素：<0.1，其他杂质元素合计：<0.15， 余量为铝A1。该铝合金焊丝的氢含量<0.03ml/100g。该焊丝是适用于轨道车辆用低氢细晶 的铝合金焊丝，轨道车辆铝合金车体较多采用6XXX、7XXX铝合金，但是该焊丝不能适合于焊 接所有的7XXX系铝合金，尤其对于含铜量大于1 %的高强7XXX系铝合金使用效果不佳，焊接 接头易产生裂纹。
[0004] 为了进一步提高7XXX系铝合金焊缝强度并解决铜含量大于1 %的7XXX系铝合金的 焊接接头开裂的问题，需要研发出一种专门用于7XXX系铝合金焊接的焊丝材料。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种7XXX系铝合金专用焊丝，采用这种 焊丝对7XXX系铝合金进行熔焊时不易产生裂纹，焊缝具有较高的强度。
[0006] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种7XXX系铝合金专用焊丝的制造方 法。
[0007] 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种7XXX系铝合金专用焊 丝，其特征在于:该专用焊丝的材料成分和质量百分比含量（％ )为：
[0009] 作为改进，所述专用焊丝是采用挤压、拉制而成，尺寸为Φ1.2~2.4mm。
[0010] 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种上述7XXX系铝合金专 用焊丝的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
[0011] 1)按照焊丝的成分配比进行配料，其中A1和Mg均以纯金属形式加入，将铝镍中间 合金、错错中间合金、错钦中间合金、错络中间合金和尚纯错life化，待错?完全fe化后，加 入纯镁，Fe和Si含量通过采用高纯原料的方式予以控制，高纯铝锭中铝的含量至少在 99.98% 以上；
[0012] 2)取样分析，铝合金化学成分全部合格后采用电磁搅拌加真空净化处理，处理结 束后机渔，待饶注；
[0013] 3)在结晶器上涂好石墨涂料，开始半连续铸造，制成7XXX铝合金专用焊丝的铸锭；
[0014] 4)将铸锭取出，将合格的铸锭进行均匀化热处理，出炉空冷；
[0015] 5)将热处理后的铸锭锯成段、扒皮，放入挤压机中挤压成直径为Φ9~11mm的棒 材；
[0016] 6)进拔丝机中拔丝，在拔丝过程中退火，将挤压后Φ 9~11mm的棒材分多次拉拔到 Φ 1.2~2.4mm的丝材；
[0017] 7)将Φ 1.2~2.4mm的丝材穿过刮肖lj模具去除表面的氧化皮及疲劳层，采用聚晶模 具进行表面光亮化处理，清洗烘干后进行封装即得到7XXX系铝合金专用焊丝。
[0018] 作为改进，所述步骤2)的电磁搅拌加真空净化处理的工艺参数为：电磁功率为10 ~20KW，电磁搅拌时铝液的流动速度为1~5m/min，真空度小于267Pa，处理时间为30 ± 5min 之间。
[0019] 作为改进，所述步骤3)的半连续铸造工艺参数为：
[0020] 浇注温度 700~720Γ，
[0021 ]拉还速度 50 ~100mm/min，
[0022] 冷却水流量 60~100L/min。
[0023] 再改进，所述步骤4)的均匀化热处理温度为420~480°C，保温时间为24~48小时。 [0024]最后，所述步骤5)的挤压筒、挤压模加热温度330~380°C，铸锭预热温度为350~ 420°C，挤压机的挤压比为10~50,挤压速度为0.1~5mm/s。
[0025]与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0026]本发明的焊丝材料不同于以往的焊丝材料，以往的焊丝材料含Zr、Ti、SC、E r等合 金元素，通过这些元素的晶粒细化作用来提高焊缝强度和降低焊缝的热裂倾向；而本发明 的焊丝材料在成分上选取了可与A1发生共晶反应的元素 Ni，通过形成含Al3Ni的共晶组织 来降低焊缝的热裂倾向和提高焊缝强度。本发明的焊丝材料中含有大量的合金元素 Ni，Ni 在熔焊的过程中会形成含Al3Ni的共晶组织。作用如下：第一，共晶组织的形成改善了焊缝 处7XXX系铝合金的铸造性能，进而降低了焊缝的热裂倾向；第二、焊缝处的Al 3Ni相细小、分 布均匀，且具有较高的强度和硬度，能提高焊接接头的强度;第三、在熔焊的过程中Ni元素 不与Zn、Mg两种元素发生反应，不影响Zn、Mg两种元素对焊接接头的强化作用。因此该焊丝 适用于所有7XXX系铝合金，并主要针对焊接性能较差的高强7XXX系铝合金的焊接。
[0027] 采用此焊丝对7XXX系铝合金进行熔焊，可有效避免焊接裂纹的产生，提高了高强 7XXX系铝合金的焊接性，焊接接头经恰当热处理后焊缝强度不低于260MPa，伸长率不低于 3%〇
【附图说明】
[0028] 图1是实施例1制备的铝合金焊丝铸坯的微观组织，在该铝合金焊丝的微观组织中 含有大量的共晶组织，此为A1和Al3Ni的共晶组织。在采用此中焊丝熔焊7XXX系铝合金时， 这种共晶组织依然存在，共晶组织的存在降低了焊缝的热裂倾向。
[0029]图2是实施例2制备的铝合金焊丝的微观组织，Al3Ni相呈细小颗粒状，Al3Ni具有较 高的硬度，可对7XXX系铝合金焊缝起到颗粒强化的作用。
【具体实施方式】
[0030] 以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0031] 实施例1
[0032] 铝合金焊丝的化学成分（质量分数）：Ni 6%，Zr 0.1%，Cr 0.1%，Ti 0.1%，Fe 0.1%，Si 0·1%，Α1 其余。
[0033] 铝合金焊丝的制备方法：
[0034] (1)按照成份配比量将铝镍中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合 金和高纯铝锭熔化，高纯铝锭中铝的含量至少在99.98%以上。
[0035] (2)取样分析，铝合金化学成分全部合格后采用电磁搅拌加真空净化处理，电磁功 率为10KW，电磁搅拌时铝液的流动速度为lm/min，真空度为200Pa，处理时间为30min，处理 结束后机渔，待饶注。
[0036] (3)给结晶器涂好石墨涂料，开始半连续铸造，制成7XXX铝合金专用焊丝的铸锭。 半连续铸造工艺参数如下：
[0037] 浇注温度 700 Γ
[0038] 拉还速度 5 0mm/mi η
[0039] 冷却水流量 60L/min
[0040] (4)随后将铸锭提出，铸锭的微观组织如图1所示，将合格的铸锭进行均匀化热处 理，均匀化热处理温度为480°C，保温时间为24小时，出炉空冷。
[0041 ] (5)将热处理后的铸锭锯成段、扒皮，放入挤压机中挤压成直径为Φ 9mm的棒材，挤 压筒、挤压模加热温度330°C，铸锭预热温度为400°C，挤压机的挤压比为10,挤压速度为 5mm/s〇
[0042] (6)进拔丝机中拔丝，在拔丝过程中退火，将挤压后Φ 10mm的棒材分多次拉拔到Φ 1.2mm的焊丝。
[0043] (7)将Φ 1.2mm的丝材穿过刮削模具去除表面的氧化皮及疲劳层，采用聚晶模具进 行表面光亮化处理，清洗烘干后即得到7XXX系铝合金专用焊丝。
[0044] 采用此焊丝焊接7075铝合金，经适当热处理后焊缝强度为280MPa，断后伸长率为 5.5%〇
[0045] 实施例2
[0046] 铝合金焊丝的化学成分（质量分数）：Ni 3%，Mg 5.0%，Zr 0.3%，Cr 0.3%，Ti 0.3%，Fe 0.060%，Si 0·022%，Α1 其余。
[0047] 铝合金焊丝的制备方法：
[0048] (1)按照成份配比量将铝镍中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合 金和高纯铝锭熔化，待铝锭完全熔化后，加入纯镁，高纯铝锭中铝的含量至少在99.98 %以 上。
[0049] (2)取样分析，铝合金化学成分全部合格后采用电磁搅拌加真空净化处理，电磁搅 拌时电磁功率为20KW，铝液的流动速度为5m/min，真空度为267Pa，处理时间为30min，处理 结束后机渔，待饶注。
[0050] (3)给结晶器涂好石墨涂料，开始半连续铸造，制成7XXX铝合金专用焊丝的铸锭。 半连续铸造工艺参数如下：
[0051 ] 浇注温度 720 Γ
[0052] 拉还速度 100mm/min
[0053] 冷却水流量 100L/min
[0054] (4)随后将铸锭提出，将合格的铸锭进行均匀化热处理，均匀化热处理温度为420 °C，保温时间为48小时，出炉空冷。
[0055] (5)将热处理后的铸锭锯成段、扒皮，放入挤压机中挤压成直径为Φ 11mm的棒材， 挤压筒、挤压模加热温度380°C，铸锭预热温度为380°C，挤压机的挤压比为50,挤压速度为 0. lmm/s〇
[0056] (6)进拔丝机中拔丝，在拔丝过程中退火，将挤压后Φ 10mm的棒材分多次拉拔到Φ 2.4mm的丝材，该铝合金焊丝的微观组织如图2所示。
[0057] (7)将Φ2.4mm的丝材穿过刮削模具去除表面的氧化皮及疲劳层，采用聚晶模具进 行表面光亮化处理，清洗烘干后即得到7XXX系铝合金专用焊丝。
[0058] 采用此焊丝焊接7075铝合金，经适当热处理后焊缝强度为320MPa，断后伸长率为 3%〇
[0059] 实施例3
[0060] 铝合金焊丝的化学成分（质量分数）：Ni 3%，Mg 4%，Zr 0.15%，Cr 0.15%， Ti0.15%，Fe 0.04%，Si 0·06%，Α1 其余。
[0061] 铝合金焊丝的制备方法：
[0062] (1)按照成份配比量将铝镍中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合 金和高纯铝锭熔化，待铝锭完全熔化后，加入纯镁，高纯铝锭中铝的含量至少在99.98 %以 上。
[0063] (2)取样分析，铝合金化学成分全部合格后采用电磁搅拌加真空净化处理，电磁搅 拌时电磁功率为15KW，铝液的流动速度为3m/min，真空度为220Pa，处理时间为30min，处理 结束后机渔，待饶注。
[0064] (3)给结晶器涂好石墨涂料，开始半连续铸造，制成7XXX铝合金专用焊丝的铸锭。 半连续铸造工艺参数如下：
[0065] 浇注温度 71(TC
[0066] 拉还速度 70mm/min
[0067] 冷却水流量 80L/min
[0068] (4)随后将铸锭提出，将合格的铸锭进行均匀化热处理，均匀化热处理温度为450 °C，保温时间为48小时，出炉空冷。
[0069] (5)将热处理后的铸锭锯成段、扒皮，放入挤压机中挤压成直径为Φ 11mm的棒材， 挤压筒、挤压模加热温度350°C，铸锭预热温度为380°C。挤压机的挤压比为30,挤压速度为 2.5mm/s〇
[0070] (6)进拔丝机中拔丝，在拔丝过程中退火，将挤压后Φ 10mm的棒材分多次拉拔到Φ 1.6mm的丝材，该铝合金焊丝的微观组织如图2所示。
[0071] (7)将Φ1.6_的丝材穿过刮削模具去除表面的氧化皮及疲劳层，采用聚晶模具进 行表面光亮化处理，清洗烘干后即得到7ΧΧΧ系铝合金专用焊丝。
[0072] 采用此焊丝焊接7075铝合金，经适当热处理后焊缝强度为330MPa，断后伸长率为 5%〇
【主权项】
1. 一种7XXX系铝合金专用焊丝，其特征在于：该专用焊丝的材料成分和质量百分比含 量(％ )为： N1 2.0-6.0； Mg (K5.0； Zr 0.1-0.3； Τι 0.1--0,3: Cr 0.1-0.3； Pe <〇. 1 ； Si <0.1； A1 余量。2. 根据权利要求1所述的7XXX系铝合金专用焊丝，其特征在于:所述专用焊丝是采用挤 压、拉制而成，尺寸为φ 1.2~2.4mm。3. -种根据权利要求1所述的7XXX系铝合金专用焊丝的制造方法，其特征在于包括以 下步骤： 1) 按照焊丝的成分配比进行配料，其中A1和Mg均以纯金属形式加入，将铝镍中间合金、 错错中间合金、错钦中间合金、错络中间合金和尚纯错life化，待错?完全fe化后，加入纯 镁，Si和Fe的含量通过采用高纯原材料予以严格控制，其中高纯铝锭中铝的含量至少在 99.98% 以上。 2) 取样分析，铝合金化学成分全部合格后采用电磁搅拌加真空净化处理，处理结束后 扒渣，待浇注； 3) 在结晶器上涂好石墨涂料，开始半连续铸造，制成7XXX铝合金专用焊丝的铸锭； 4) 将铸锭取出，将合格的铸锭进行均匀化热处理，出炉空冷； 5) 将热处理后的铸锭锯成段、扒皮，放入挤压机中挤压成直径为Φ 9~11mm的棒材； 6) 进拔丝机中拔丝，在拔丝过程中退火，将挤压后Φ 9~11mm的棒材分多次拉拔到Φ 1.2~2.4mm的丝材； 7) 将Φ 1.2~2.4_的丝材穿过刮削模具去除表面的氧化皮及疲劳层，采用聚晶模具进 行表面光亮化处理，清洗烘干后进行封装即得到7XXX系铝合金专用焊丝。4. 根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于:所述步骤2)的电磁搅拌加真空净化处 理的工艺参数为：电磁功率为10KW~20KW，电磁搅拌时铝液的流动速度为1~5m/min，真空 度小于267Pa，处理时间为30 ± 5min之间。5. 根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3)的半连续铸造工艺参数 为： 浇注温度 700~720 °C， 拉还速度 50~100mm/min， 冷却水流量 60~100L/min。6. 根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：所述步骤4)的均匀化热处理温度为 420~480°C，保温时间为24~48小时。7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于:所述步骤5)的挤压机的挤压筒、挤压 模加热温度330~380°C，铸锭预热温度为350~420°C，挤压机的挤压比为10~50、挤压速度 为0·1~5mm/s〇
【专利摘要】一种7XXX系铝合金专用焊丝及其制造方法，该专用焊丝的材料成分和质量百分比含量(％)为：Ni 2.0～6.0；Mg 0～5.0；Zr 0.1～0.3；Ti 0.1～0.3；Cr 0.1～0.3；Fe≤0.1；Si≤0.1；Al余量，制造步骤：配料，熔炼、取样分析、半连续铸造、均匀化热处理、挤压、拔丝、表面处理，清洗烘干封装。本发明的焊丝材料在成分上选取了可与Al发生共晶反应的元素Ni，通过形成共晶组织来降低焊缝的热裂倾向，适用于所有7XXX系铝合金，并主要针对焊接性能较差的高强7XXX系铝合金的焊接；采用此焊丝对7XXX系铝合金进行熔焊，可有效避免焊接裂纹的产生，提高了高强7XXX系铝合金的焊接性，焊接接头经恰当热处理后焊缝强度不低于260MPa，伸长率不低于3％。
【IPC分类】B23K35/28, B23K35/40
【公开号】CN105710557
【申请号】CN201610214936
【发明人】陈大辉, 刘红伟, 王有祁, 马良超, 施虹霞, 朱秀荣, 周灵展, 侯林冲, 费良军
【申请人】中国兵器科学研究院宁波分院