本发明属于铝包钛复合焊丝，具体涉及一种铝包钛复合焊丝及其制备方法。
背景技术：
1、tial金属间化合物金属键和共价键共存，使之兼有金属和陶瓷的性能，如高熔点、低密度、高弹性模量，好的高温强度(700℃～900℃)、阻燃能力及抗氧化性等优点，是一种在航空航天和汽车领域具有重要应用前景的新型轻质耐高温结构材料。虽然tial合金具有上述这些优点，但仍有许多问题需要解决，比如室温塑性低及热加工难度大是tial合金的两个最主要的缺点，成为其大规模工业应用的主要障碍。
2、电弧增材制造技术是基于材料逐层堆焊成型三维实体构件的制造方法。相比于铸锻等传统减材制造技术，该技术具有工艺流程简单、材料利用率高、成型效率高以及可实现各种复杂结构制造等优点，尤为适用于tial合金复杂构件的制造。公开号分别为cn110605462a、cn112139650a和cn112139649a的三项发明专利均涉及熔丝沉积tial合金的制备方法，这三项发明专利采用了双丝送丝的方法，通过控制钛丝和铝丝的双丝送丝机构制备tial合金。但是，双丝送丝机构一方面增加了设备成本，另一方面增加了设备运动机构的复杂程度，在沉积过程中势必会由于运动干涉等问题影响金属沉积路径，不利于制备结构复杂的金属构件，具有一定的局限性。为了解决送丝系统的复杂度高的问题，专利cn113523643a提出一种增材制造tial合金用ti/al复合丝的制备方法，该方法采用钛包铝的形式，通过旋锻+拉拔等工艺制备了用于增材制造的ti/al复合丝材，解决了tial合金室温塑性差难以实现拉丝成型、难以用于增材制造的问题。铝包钛的目的还是应用于增材制造，设计好丝材比例，用电弧、激光、等离子、电子束等将其融化，在融化的熔池中混合均匀，形成tial金属，利用增材制造的原理直接制备出tial金属的零件(tial金属的塑性加工和机械加工很难)，将ti和al复合在一根丝内有利于它们更好的融合，如果两根丝一起送，一是要带两套送丝设备，二是焊丝进入熔池中混合不均匀。该专利也存在以下问题，由于钛合金作外部包覆层，其变形抗力大于铝合金，这要求进行变形加工过程，如挤压、拉拔的设备吨位较大，增加了设备和能耗成本；为了进一步降低钛合金的变形抗力，通常选择在升温条件下进行热拉拔，而钛合金在高温下的吸氢、氧化倾向严重，很容易在产品便面产生氧化皮，而氧化物成分容易在后期使用中造成严重的质量问题；为解决此问题，该专利中提出在真空炉中进行热处理，进一步增加流程成本；此外，旋锻+拉拔的方式较为原始，从坯料-丝材需要实施多次的退火，工艺流程相当复杂。
3、为解决上述技术问题，需要提供一种铝包钛复合焊丝及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种铝包钛复合焊丝。该铝包钛复合焊丝选用铝合金作为外包材质，铝合金的变形抗力较小，能够降低设备的吨位需求，节约成本，铝合金的抗氧化性较好，铝合金在室温及高温空气中形成氧化膜致密，有效防止表面氧化进一步加剧。
2、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种铝包钛复合焊丝，其特征在于，该复合焊丝包括钛材料棒和包覆在钛材料棒外的铝材料套筒，所述铝材料套筒与钛材料棒的横截面积比为1:1～1.5。本发明选用铝合金作为外包材质，铝合金的变形抗力较小，能够降低设备的吨位需求，节约成本，铝合金的抗氧化性较好，铝合金在室温及高温空气中形成氧化膜致密，有效防止表面氧化进一步加剧，通过控制铝材料套筒与钛材料棒的横截面积比适用于不同应用条件。
3、上述的一种铝包钛复合焊丝，其特征在于，所述钛材料棒的材质为钛、钛钒合金、钛镍合金、钛钼合金或钛铌合金；所述铝材料套筒的材质为铝、铝铜合金、铝镁合金、铝镁硅合金或铝锌镁铜合金，可以通过铝合金或者钛合金的成分变化，实现最终电弧焊接后的焊缝成分。
4、另外，本发明还提供了一种制备铝包钛复合焊丝的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5、步骤一、将钛原料依次进行机械加工和车削打磨，得到钛原料棒；所述钛原料棒的直径为3mm～30mm，长度为100mm～200mm；
6、步骤二、将铝原料依次进行机械加工和车削打磨，得到铝原料套筒；所述铝原料套筒的内径为3mm～30mm，外径为50mm～80mm，长度为100mm～200mm；
7、步骤三、将步骤一中得到的钛原料棒装入步骤二中得到的铝原料套筒中后对两端进行封堵焊接，得到组装坯料；
8、步骤四、将步骤三中得到的组装坯料加热后进行热挤压，然后进行锯切去除两端不均匀段，得到铝包钛复合导线坯料；
9、步骤五、将步骤四中得到的铝包钛复合导线坯料进行逐道次拉拔和退火处理，得到铝包钛复合焊丝。
10、本发明采用热挤压的方法，一方面能够是钛和铝经历一次热加工，两者的界面上的原子相互扩散，或溶解，或形成金属件化合物，提高结合力；另一方面，挤压能够快速减小直径，加快成丝。
11、上述的方法，其特征在于，步骤一中所述打磨为采用2000#砂纸打磨钛原料棒外表面。
12、上述的方法，其特征在于，步骤二中所述打磨为采用2000#砂纸打磨铝原料套筒内表面。
13、本发明通过采用2000#砂纸打磨使钛原料棒外表面和铝原料套筒内表面具有合适的粗糙度，结合紧密，便于结合为一体的材料。
14、上述的方法，其特征在于，步骤四中所述热挤压的温度为400℃～550℃，挤压比为8～20:1。本发明通过控制热挤压的温度，使铝和钛会部分软化有助于挤压，在该温度下铝的挤压抗力较小，有助于挤压成型，减小设备载荷吨位，形成良好的界面结合，起到缩减直径的目的。
15、上述的方法，其特征在于，步骤五中所述拉拔中当变形量为40％～60％时进行去应力退火，去应力退火的温度为500℃～550℃，时间为60min～120min。本发明通过当变形量为40％～60％时进行去应力退火，因40％～60％的变形量达到铝包钛复合导线坯料有限的变形量，加工变形量如果超出范围，累计塑性变形太多，超过最大变形量，容易出现拉拔不动，表面拉破等现象，因此要进行退火软化，进而继续加工。
16、本发明与现有技术相比具有以下优点：
17、1、本发明的铝包钛复合焊丝选用铝合金作为外包材质，铝合金的变形抗力较小，能够降低设备的吨位需求，节约成本，铝合金的抗氧化性较好，铝合金在室温及高温空气中形成氧化膜致密，有效防止表面氧化进一步加剧。
18、2、本发明将钛原料棒置于铝合金套筒内，经挤压、旋锻和拉拔工艺制备不同直径和复合比的铝包钛线材，在非真空条件下进行退火等热处理，进一步简化加工步骤，降低制造成本，在产品加工完成后经一道次清洗即可去除氧化膜，相比钛合金表面氧化物的清除更容易，铝合金的流动性良好，采用挤压工艺代替旋锻，在挤压筒的三向作用力下挤压制坯，快速实现原料的大塑性变形，节约制造周期。
19、3、本发明的铝包钛复合焊丝作为焊丝无论是在焊接或是电弧增材制造过程中，丝材表面导电性具有重要影响，铝合金的导电率远高于钛合金，选用铝包钛的模型可以很好的保证焊接过程导电良好，进一步促进电弧的稳定性，提高产品良率。
20、4、本发明的铝包钛复合焊丝相比于已有报道的采用双丝或者多丝的应用手段，降低设备复杂程度，节约成本，复合成一根丝后，送入焊接熔池中，能够更快速的互溶，减少焊缝成分不均匀的发生，铝合金作为外层金属，提高导电率，稳定电弧同时还可以提高焊缝质量。
21、下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。