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一种ALCUSI绞股焊丝及其制备方法.pdf

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一种 ALCUSI 焊丝 及其 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910048045

申请日:

20190118

公开号:

CN109623197A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效?#35029;?/td>

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: B23K35/28;B23K35/40 主分类号: B23K35/28;B23K35/40
申请人: 江苏联捷焊业科技有限公司
发明人: 梁裕;刘平礼;冯昱
地址: 214432 江苏省无锡市江阴市西桥路9号
优先权:
专利代理机构: 32258 代理人: 任晓岚
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910048045

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明涉及一种Al?Cu?Si绞股焊丝及其制备方法,属于焊接技术领域,所述绞股焊丝采用一根中心细丝、四根外围粗丝和四根外围调节丝绞合而成,绞股焊丝的成分为:Cu:3.0%~3.6%,Si:2.1%~2.5%,Fe:≤0.20%,Mn:0.10%~0.20%,Mg:≤0.05%,Zn:≤0.05%,Ti:0.05%~0.15%,Zr:0.05%~0.15%,V:0.01%~0.10%,余量为Al。本发明的焊丝中微合金元素Ti、Zr有细化晶粒的作用,Mn、V可?#31181;?#20877;结晶,而Si可有效改善熔覆金属的流动性及焊缝的耐蚀?#35029;?#36827;行焊接时接头强度高,较常规MIG焊情况下高50~80MPa,且无焊接热裂纹。

权利要求书

1.一种Al-Cu-Si绞股焊丝,其特征在于:绞股焊丝是由一根中心细丝、四根外围粗丝和四根外围调节丝绞合而成;所述绞股焊丝的化学成?#31181;?#37327;百分?#20219;篊u:3.0%~3.6%,Si:2.1%~2.5%,Fe:≤0.20%,Mn:0.10%~0.20%,Mg:≤0.05%,Zn:≤0.05%,Ti:0.05%~0.15%,Zr:0.05%~0.15%,V:0.01%~0.10%,余量为Al。 2.根据权利要求1所述的Al-Cu-Si绞股焊丝,其特征在于:中心细丝为SAl 1100,四根外围粗丝中两根为SAl 2319,另外两根为SAl 4043,两根SAl 2319外围粗丝和两根SAl 4043外围粗丝交错布置,四根外围调节丝均为SAl 2319。 3.根据权利要求1所述的Al-Cu-Si绞股焊丝,其特征在于:中心细丝为SAl 1100,四根外围粗丝中两根为SAl 2319,另外两根为SAl 4043,两根SAl 2319外围粗丝和两根SAl 4043外围粗丝交错布置,四根外围调节丝中两根为SAl 2319和两根SAl 1100,两根SAl 2319外围调节丝和两根SAl 1100外围调节丝交错布置。 4.根据权利要求1所述的Al-Cu-Si绞股焊丝,其特征在于:中心细丝为SAl 1100,四根外围粗丝中两根为SAl 2319,另外两根为SAl 4043,两根SAl 2319外围粗丝和两根SAl 4043外围粗丝交错布置,四根外围调节丝中两根为SAl 2319、一根为SAl 1100、一根为SAl 4043,其中两根SAl 2319外围调节丝相对布置。 5.根据权利要求1所述的Al-Cu-Si绞股焊丝,其特征在于?#21644;?#22260;粗丝与中心细丝的?#26412;侗任?.4142:1,外围调节丝?#26412;?#19982;中心细丝?#26412;?#30456;同。 6.一种Al-Cu-Si绞股焊丝的制备方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤一、基材准备 准备纯铝焊丝SAl 1100、Al-Cu系焊丝SAl 2319和Al-Si系焊丝SAl 4043,其中纯铝焊丝SAl 1100为细丝,Al-Cu系焊丝SAl 2319和Al-Si系焊丝SAl 4043有粗细两种?#26412;叮?#31895;丝与细丝的?#26412;?#20043;?#20219;?.4142:1; 步骤二、确定绞股结构 采用1+4+4式的绞股结构,?#24202;?#29992;一根中心细丝,四根外围粗丝和四根外围调节丝的绞股结构,中心细丝的?#26412;?#19982;外围调节丝的?#26412;?#30456;等,其中中心细丝采用纯铝焊丝SAl 1100,四根外围粗丝中两根为Al-Cu系焊丝SAl 2319,另外两根为Al-Si系焊丝SAl 4043,四根外围调节丝采用上述纯铝焊丝SAl 1100、Al-Cu系焊丝SAl 2319和Al-Si系焊丝SAl 4043的一种或多种,绞股结构中相邻单丝之间都是相?#26800;?#20851;系; 步骤三、绞股 将各种单丝定位装在捻股机中,调节捻距、张力及转数工艺参数,通过定径模具孔以进一步压实合紧,并通过去应力装置消除焊丝残余应力,最终制得Al-Cu-Si绞股焊丝。 7.根据权利要求6所述的Al-Cu-Si绞股焊丝的制备方法,其特征在于:步骤三中捻距范围是绞股焊丝当量?#26412;?#30340;5~15倍。 8.根据权利要求6所述的Al-Cu-Si绞股焊丝的制备方法,其特征在于:步骤三中张力为10%~15%设备张力额定值。 9.根据权利要求6所述的Al-Cu-Si绞股焊丝的制备方法,其特征在于:步骤三中转数为300~600r/min。

说明书


一种Al-Cu-Si绞股焊丝及其制备方法
技术领域


本发明涉及一种Al-Cu-Si绞股焊丝及其制备方法,属于焊接技术领域。


背景技术


铝锂合金每增加1%的锂元素,密度可?#26723;?%,同时弹性模量可提高6%,具有质
量轻、模量高和强度高的?#35834;恪?#38543;着研发的深入和产业化拓展,第三代铝锂合金(如2195、
2196、2197、2198、2099、2050等)已兼具?#26159;幔?#27604;强度和比刚度高,裂纹扩展速?#23454;停?#20248;异的
低温性能,优良的可焊性、抗疲劳性、耐蚀性和耐损伤性等特点,相对于常规?#26753;?#37329;,可?#26500;?br>件质量减轻10%~15%,同?#22791;?#24230;提高15%~20%,因此在航空航天、国防军工领域得到越
来越多的应用。如2017年5月,我国首飞的C919大飞机就大量应用了2196、2198和2099三种
第三代铝锂合金。


目前,在航空航天领域铝锂合金的连接工艺还是铆接为主,因其成分的特殊性及
我国相应焊接材料的匮乏,铝锂合金焊接接头易出?#21046;?#23380;、热裂纹、软化?#28909;?#38519;,焊?#26377;?#26524;
不理想。但相对于铆接而?#35029;?#28938;接可以减轻构件质量,提高结构刚度和密封性能,因?#25628;?#25214;
铝锂合金新的可靠的焊接材料是急迫的,也是势在必?#26800;摹?br>

另一方面,新型多股绞合结构的?#31181;?#28938;丝已?#24230;?#24066;场,因其具有绿色、节能、熔覆
效率高、热输入较低且熔深可控等优势而逐渐得到客户的认可和信赖,但?#26753;?#37329;绞合结构
焊丝还未见相关报道。在上述情况下,本发明提供一种Al-Cu-Li系铝锂合金焊接用的新型
Al-Cu-Si绞股焊丝及其制备方法。


发明内容


本发明所要解决的技术问题是:针对上述现有技术中存在的问题,本发明提供一
种Al-Cu-Si绞股焊丝及其制备方法,它能够解决第三代铝锂合金在航空航天等领域应用的
以焊代铆问题。


本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种Al-Cu-Si绞股焊丝,它采用一根
中心细丝、四根外围粗丝、和四根外围调节丝绞合而成,所述绞股焊丝的化学成?#31181;?#37327;百分
?#20219;篊u:3.0%~3.6%,Si:2.1%~2.5%,Fe:≤0.20%,Mn:0.10%~0.20%,Mg:≤
0.05%,Zn:≤0.05%,Ti:0.05%~0.15%,Zr:0.05%~0.15%,V:0.01%~0.10%,余量
为Al。


中心细丝为SAl 1100,四根外围粗丝中两根为SAl 2319,另外两根为SAl 4043,两
根SAl 2319外围粗丝和两根SAl 4043外围粗丝交错布置,四根外围调节丝均为SAl 2319。


中心细丝为SAl 1100,四根外围粗丝中两根为SAl 2319,另外两根为SAl 4043,两
根SAl 2319外围粗丝和两根SAl 4043外围粗丝交错布置,四根外围调节丝中两根为
SAl2319和两根SAl 1100,两根SAl 2319外围调节丝和两根SAl 1100外围调节丝交错布置。


中心细丝为SAl 1100,四根外围粗丝中两根为SAl 2319,另外两根为SAl 4043,两
根SAl 2319外围粗丝和两根SAl 4043外围粗丝交错布置,四根外围调节丝中两根为
SAl2319、一根为SAl 1100、一根为SAl 4043,其中两根SAl 2319外围调节丝相对布置。


外围粗丝与中心细丝的?#26412;侗任?.4142:1,外围调节丝?#26412;?#19982;中心细丝?#26412;?#30456;
同。


一种Al-Cu-Si绞股焊丝的制备方法,所述方法包括以下步骤:


步骤一、基材准备


采?#21495;套创?#38109;焊丝SAl1100、Al-Cu系焊丝SAl2319和Al-Si系焊丝SAl4043,其中纯
铝焊丝SAl1100为细丝,Al-Cu系焊丝SAl2319和Al-Si系焊丝SAl4043有粗细两种?#26412;叮?#31895;丝
与细丝的?#26412;?#20043;?#20219;?.4142:1;


步骤二、确定绞股结构


采用1+4+4式的绞股结构,?#24202;?#29992;一根中心细丝,四根外围粗丝和四根外围调节丝
的绞股结构,中心细丝的?#26412;?#19982;外围调节丝的?#26412;?#30456;等,其中中心细丝采用纯铝焊丝
SAl1100,四根外围粗丝中两根为Al-Cu系焊丝SAl2319,另外两根为Al-Si系焊丝SAl4043,
四根外围调节丝采用上述纯铝焊丝SAl1100、Al-Cu系焊丝SAl2319和Al-Si系焊丝SAl4043
的一种或多种,绞股结构中相邻单丝之间都是相?#26800;?#20851;系;


步骤三、绞股


将各种单丝定位装在捻股机中,调节捻距、张力及转数工艺参数,通过定径模具孔
以进一步压实合紧,并通过去应力装置消除焊丝残余应力,最终制得Al-Cu-Si绞股焊丝。


步骤三中捻距范围是5~15倍的绞股焊丝当量?#26412;丁?br>

步骤三中张力为10%~15%设备张力额定值。


步骤三中转数为300~600r/min。


本发明制备得到的Al-Cu-Si绞股焊丝在航空航天?#26753;?#37329;焊接材料中的应用。


与现有技术相比,本发明的?#35834;?#22312;于:


1、无需熔炼、热处理、?#36153;埂?#25289;丝?#30830;?#26434;生产工序,仅需采购产业化?#26753;?#37329;单丝,经
捻股绞合即成,生产周期短成?#38236;停?#32780;且效率高;


2、焊丝中的微合金元素Ti、Zr有细化晶粒的作用,Mn、V可?#31181;?#20877;结晶;而主合金元
素Cu是焊缝强度的主要承载元素,主要以Al
2Cu相及Al
2CuLi相存在;Si元素可有效改善熔覆
金属的流动性及焊缝的耐蚀?#35029;?#20063;对提高焊缝强度有一定益处;采用本发明的焊丝进行焊
接,接头强度高,较常规MIG焊情况下高50~80MPa,且无焊接热裂纹。


3、该新型Al-Cu-Si绞股焊丝焊接时呈现连续旋转电弧,具有搅拌熔池、热输入较
低、熔覆效率高且熔深可控等特点,焊缝几乎无气孔,焊缝质量高,为第三代铝锂合金的焊
接提供一种可选的焊接材料;


4、1+4+4绞股结构的空间占有率较大,同等条件下的焊接熔敷?#24335;细擼?#19982;同规格的
其它结构相比,该结构空间占有率虽增大,但焊接电压电流基本不变,即熔敷率增大的同
时,焊接热输入量并没有明显增大;该结构外表面呈圆柱形,沟槽较小,与导电嘴接触良好,
焊接导电稳定性较好。


5、根据现场焊接的实际工况,该新型Al-Cu-Si绞股焊丝在生产时可微量调整其化
学成分,调整外围调节丝的种类和数量,可实?#31181;?#21512;金元素Cu、Si较大范围的调节。


附图说明


图1为本发明Al-Cu-Si绞股焊丝的结构示意图。


图中:1、中心细丝;2、外围粗丝;3、外围调节丝。


具体实施?#32478;?br>

通过以下实施案例对本发明作进一步的详细说明,但本发明的保护内容不限于
此。


实施例1


选用一根SAl 1100中心细丝,两根SAl 2319和两根SAl 4043外围粗丝,四根
SAl2319外围调节丝进?#24515;?#32929;,两根SAl 2319和两根SAl 4043外围粗丝应交错布置。捻制工
艺参数为:捻距为8倍的绞股焊丝当量?#26412;叮?#24352;力为12%设备张力额定值,转数为350r/min,
所得焊丝的化学成分为Cu:3.6%,Si:2.1%,Fe:0.14%,Mn:0.20%,Mg:0.05%,Zn:
0.05%,Ti:0.15%,Zr:0.15%,V:0.10%,其余为Al和极少量不可避免的杂?#30465;?br>

实施例2


选用一根SAl 1100中心细丝,两根SAl 2319和两根SAl 4043外围粗丝,两根
SAl2319和两根SAl 1100外围调节丝进?#24515;?#32929;,两根SAl 2319和两根SAl 4043外围粗丝应
交错布置,两根SAl 2319和两根SAl 1100外围调节丝也应交错布置。捻制工艺参数为:捻距
为10倍的绞股焊丝当量?#26412;叮?#24352;力为12%设备张力额定值,转数为400r/min,所得焊丝的化
学成分为Cu:3.0%,Si:2.25%,Fe:0.15%,Mn:0.15%,Mg:0.009%,Zn:0.006%,Ti:
0.085%,Zr:0.05%,V:0.057%,其余为Al和极少量不可避免的杂?#30465;?br>

实施例3


选用一根SAl 1100中心细丝,两根SAl 2319和两根SAl 4043外围粗丝,两根
SAl2319、一根SAl 1100和一根SAl 4043外围调节丝进?#24515;?#32929;,两根SAl 2319和两根
SAl4043外围粗丝交错布置,两根SAl 2319外围调节丝也应交错布置。捻制工艺参数:捻距
为11.6倍的绞股焊丝当量?#26412;叮?#24352;力为13%设备张力额定值,转数为500r/min,所得焊丝的
化学成分为Cu:3.22%,Si:2.5%,Fe:0.156%,Mn:0.10%,Mg:0.007%,Zn:0.009%,Ti:
0.05%,Zr:0.104%,V:0.01%,其余为Al和极少量不可避免的杂?#30465;?br>

采用MIG焊?#32478;?#23545;各实施例所得焊丝进行焊接试验,所得焊接接头的性能如下表
所示:







除上述实施例外,本发明还包括有其他实施?#32478;劍?#20961;采用等同变换或者等效替换
?#32478;?#24418;成的技术方案,均应落入本发明权利要求的保护范围之内。


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