一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接材料，具體涉及一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和A1-CU系鋁 合金的焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于較低的密度、較高的比強(qiáng)度和比剛度，鋁鋰合金在諸如航空航天領(lǐng)域獲得了 人們的關(guān)注。近年來(lái)，適當(dāng)降低Li含量，增加Cu含量并添加多元合金化元素發(fā)展起來(lái)的第 三代Al-Cu-Li-X系合金具有優(yōu)良的耐損傷性能、斷裂韌度等良好的綜合性能，其中的部分 合金已在航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重，用焊接方式替代鉚接已成為 高性能鋁鋰合金應(yīng)用中的的一個(gè)重要趨勢(shì)。由于熔焊工藝具有操作簡(jiǎn)便、工藝可實(shí)施性以 及適用性強(qiáng)、成本低廉等特點(diǎn)，已成為焊接結(jié)構(gòu)的主選方法，但因其熔焊接頭強(qiáng)度低、疲勞 壽命低、抗腐蝕性能差等因素使應(yīng)用受到了限制。
[0003] 為了改善第三代鋁鋰合金的熔焊性能，眾多研究者探索了添加微合金化元素的辦 法來(lái)改善焊接性能。對(duì)大量的現(xiàn)有技術(shù)的分析表明，在Al-Cu-Li系鋁鋰合金中加入Ag和/ 或Sc元素可以改善熔焊性能并提高耐蝕性，有的文獻(xiàn)報(bào)道了以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的含銀2195、 2198、2060等系列合金，俄羅斯開(kāi)發(fā)了含Sc的1424、1441、1469等系列合金。
[0004]據(jù)報(bào)道Al-Cu-Li系合金熔焊時(shí)，多采用現(xiàn)有的Al-Mg系焊絲（5556、5654)或者Al-Cu系焊絲（2319、2325)，其中前者可以提高焊縫的耐蝕性及斷裂韌度，但焊縫強(qiáng)度及成 形性較差，后者可以提高焊縫的強(qiáng)度及成形性能，但容易形成熱裂。在焊絲中添加適量的 Sc元素則可以起到細(xì)化組織提高綜合性能的效果，CN103286471A和CN1954959A號(hào)中國(guó) 專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了Al-Mg-Sc系焊絲，經(jīng)本發(fā)明人大量的研究、觀察、試驗(yàn)、分析、對(duì)比發(fā)現(xiàn)將 Sc作為主要添加元素的Al-Cu-Sc系焊絲，可以充分發(fā)揮Sc在Al-Cu焊絲中的作用，提高 Al-Cu-Li系和Al-Cu系合金的熔焊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種可滿足Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金工程 化焊接的Al-Cu-Sc系焊絲。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，按質(zhì)量百分比計(jì)， 其化學(xué)成分組成為：Cu:5· 40%，Sc:0· 35 ~1. 00%，Cd:0· 10 ~0· 30%，Zn彡 0· 10%， Mg彡0· 05%，Si彡0· 06%，F(xiàn)e彡0· 15%，其它雜質(zhì)單個(gè)彡0· 05%，總量彡0· 15%，余量為 Al〇
[0008] 所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲的第一優(yōu)選方案， 所述Sc的組成為0.65%。
[0009] 所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲的第二優(yōu)選方案， 所述Cd的組成為0. 10%。
[0010] 所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲的第三優(yōu)選方案， 所述Cd的組成為0. 15%。
[0011] 所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲的第四優(yōu)選方案， 所述Cd的組成為0. 20%。
[0012] 所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲的第五優(yōu)選方案， 所述Cd的組成為0. 30%。
[0013] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)異效果：
[0014] -、使用本發(fā)明提供的Al-Cu-Sc系焊絲熔化焊接Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu 系鋁合金，焊縫組織細(xì)密，抗裂性好，接頭綜合力學(xué)性能良好。
[0015] 二、本發(fā)明提供的Al-Cu-Sc系焊絲，焊接接頭街頭綜合性能明顯提高：1)鋁鋰合 金焊接接頭的抗裂性明顯增強(qiáng)。采用2A97 (Al-Cu-Li系）合金十字試樣對(duì)接頭的抗裂性試 驗(yàn)表明，無(wú)裂紋產(chǎn)生；2)焊縫組織明顯細(xì)化。2A97鋁鋰合金以及ZL205 (Al-Cu系）合金的 接焊縫晶粒直徑在15~25mm左右；3)抗拉強(qiáng)度較2319焊絲的65%至少提高15%。采用 自動(dòng)MIG焊接2A97以及ZL205合金，焊接接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)母材的80%以上（去除焊縫余 高）；4)焊接接頭的塑性和韌性提高。例如2A97及ZL205合金對(duì)接焊縫的延伸率和沖擊韌 性較2319焊絲提高20 %~40%。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面將結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的 實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的 范圍。
[0017] 為了提高焊縫技術(shù)強(qiáng)度，同時(shí)又盡可能的減少母材塑性的損失，在Al-Cu-Sc焊絲 中加入Mn、Ag、Cd、Ti、Zr、V等6種微合金化元素中的任意2~6種進(jìn)行多元合金化，實(shí)現(xiàn) Al-Cu-Li系鋁鋰合金以及Al-Cu系合金熔焊焊縫的合金化，提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度和焊接接頭 的抗裂紋敏感性。上述合金化元素的加入，在焊接過(guò)程中可以促進(jìn)Al3 (Sc，Zr，Ti)、Al2Ag、 Al6Mn、Al2()Cu3Mn2、A11()(V，Ti)等金屬間化合物的形成，這些化合物相互制約，抑制了恪池中 粗大化合物的形成，為熔池的非平衡結(jié)晶提供了足夠的形核粒子，從而細(xì)化焊縫組織，降低 了焊縫的裂紋傾向；此外，多元合金的加入提高了鋁基體的固溶強(qiáng)化效果并形成細(xì)小多元 復(fù)合顆粒，有效地提高焊縫的強(qiáng)度。
[0018] 實(shí)施例1
[0019] 本發(fā)明Al-Cu-Sc系鋁合金焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：Cu:5. 40%， Sc:0· 65%，Cd:0· 1%，Zn:0· 07%，Mg:0· 04%，Si:0· 05%，F(xiàn)e:0· 14%，其它雜質(zhì)單個(gè) 彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。
[0020] 實(shí)施例2
[0021] 本發(fā)明Al-Cu-Sc系鋁合金焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：Cu:5. 40%， Sc:0· 65%，Cd:0· 15%，Zn:0· 07%，Mg:0· 04%，F(xiàn)e:0· 14%，Si:0· 05%，其它雜質(zhì)單個(gè) 彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。
[0022] 實(shí)施例3
[0023] 本發(fā)明Al-Cu-Sc系鋁合金焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：Cu:5.40%， Sc:0· 65 %，Cd:0· 20 %，Zn:0· 07 %，Mg:0· 04 %，F(xiàn)e:0· 14 %，Si:0· 05 %，其它雜質(zhì)單個(gè) 彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。
[0024] 實(shí)施例4
[0025] 本發(fā)明Al-Cu-Sc系鋁合金焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為：Cu:5.40%， Sc:0· 65 %，Cd:0· 30 %，Zn:0· 07 %，Mg:0· 04 %，F(xiàn)e:0· 14 %，Si:0· 05 %，其它雜質(zhì)單個(gè) 彡0. 05%，總量彡0. 15%，余量為Al。
[0026] 將以上實(shí)施例制備的鋁合金焊絲作為填充材料，在室溫下，采用MIG焊焊接，焊縫 X射線檢測(cè)，焊縫橫截面金相組織觀察，相關(guān)結(jié)果如下表所示：
[0027]
[0028] 以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，這些 未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，其特征在于：按質(zhì) 量百分比計(jì)，其化學(xué)成分組成為：Cu:5. 40%，Sc:0. 35~1. 00%，Cd:0. 10~0. 30%， Zn彡0· 10%，Mg彡0· 05%，Si彡0· 06%，F(xiàn)e彡0· 15%，其它雜質(zhì)單個(gè)彡0· 05%，總量 彡0. 15%，余量為A1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，其 特征在于：所述Sc的組成為0. 65%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，其 特征在于：所述Cd的組成為0. 10%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，其 特征在于：所述Cd的組成為0. 15%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，其 特征在于：所述Cd的組成為0. 20%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，其 特征在于：所述Cd的組成為0. 3 %。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金的焊絲，按質(zhì)量百分比計(jì)，其化學(xué)成分組成為：Cu：5.40％，Sc：0.35～1.00％，Cd：0.10～0.30％，Zn≤0.10％，Mg≤0.05％，Si≤0.06％，F(xiàn)e≤0.15％，其它雜質(zhì)單個(gè)≤0.05％，總量≤0.15％，余量為Al。使用本發(fā)明提供的Al-Cu-Sc系焊絲熔化焊接Al-Cu-Li系鋁鋰合金和Al-Cu系鋁合金，焊縫組織細(xì)密，抗裂性好，接頭綜合力學(xué)性能良好。
【IPC分類(lèi)】B23K35/28, C22C21/12, B23K35/12, B23K9/173
【公開(kāi)號(hào)】CN105345308
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510725806
【發(fā)明人】何維維, 臧金鑫, 吳秀亮, 李國(guó)愛(ài), 伊琳娜
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年10月29日