[发明专利]一种高韧性高强度铝合金焊丝

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金焊接技术领域，具体为一种高韧性高强度铝合金焊丝。

背景技术

铝合金具有比强度高、耐蚀性好、易成型，并具有良好导电导热性等优良特性，其在航空、航天、汽车、机械制造、电工、化学工业等应用场合中已得到大量应用，用其代替钢铁材料，可以大大减轻构件的质量，是节能、环保的最佳备选材料。其中5XXX系典型铝镁合金，更是在高强度的轻型结构中得到广泛应用的铝合金之一。随着我国车辆行业生产技术的不断进步，5xxx系铝合金的应用越来越广泛，车辆采用5xxx铝合金油箱替代钢制油箱，可以有效减轻车辆自重，提高车辆总体性能。但铝制焊接油箱在车辆运行过程中由于车辆的震动和燃油的反复冲击，焊接部位常出现贯穿性疲劳裂纹，导致油箱泄漏。另外，在其他的一些特殊应用场合，铝合金焊接结构在使用过程中承受着周期性的交变载荷作用，使得疲劳断裂成为铝合金焊接结构失效的主要形式之一。因此，改善铝合金焊接接头的疲劳性能成为必然。研究开发高韧性高强度铝合金焊丝，以满足产品对焊接接头高疲劳性能要求，拓宽熔化焊在铝合金连接上的应用，具有重要的工业化应用意义，市场前景广阔。

资料表明，在承受交变载荷的焊接接头中，疲劳裂纹的源头多在焊缝处，焊缝的质量直接决定了焊接构件的质量。而在母材确定的情况下，焊缝的力学性能的好坏主要取决于两个方面：一是焊丝成分的设计与优化；二是焊接工艺的选择与优化。通过焊接操作技术和焊接规范参数的优化，严格控制焊接输入线能量，避免焊接热影响区组织过烧可解决焊接热影响区产生微裂纹最终导致油箱泄漏的技术问题。焊缝金属处的疲劳微裂纹主要和焊丝成分有关，5xxx系铝合金焊接时多采用熔化焊，可选用的商用焊丝有ER5356、5A06、5B06和SAlMg-5焊丝等，可以满足大部分的使用要求，但在受到震动和冲击时，从焊接缺陷处产生微裂纹，并逐渐扩散为宏观裂纹，使得焊接构件失效，现有的焊丝无法满足5XXX系铝合金TIG焊焊接构件在交变载荷环境下的使用要求。

焊接接头焊缝处性能取决于焊丝成分。在铝合金焊丝成分中，高Mg铝合金焊丝通过形成固溶强化相Mg₅Al₈提高焊接接头强度。Mn元素则主要通过MnAl₆化合物弥散质点对再结晶颗粒的长大起阻碍作用，Mn元素的添加能使Mg₅Al₈均匀沉淀，降低热裂倾向。Ti和Al形成正方结构的Al₃Ti，该相在晶格结构和尺寸方面和α-Al基体接近，能为α基体非均质形核提供核心，是铝合金中最重要的细化元素。Cr对铝镁合金性能影响与Mn相似，除部分固溶于基体外，还能与Al形成底心单斜的Al₇Cr相，具有析出强化的作用。Zr元素以细小均匀的Al₃Zr相存在时，可使得焊缝组织细化效果显著。B的添加可增加Ti、Zr等元素的细化作用。V元素也以外来形核的方式起细化晶粒的作用，可提高铝合金抗拉强度和延伸率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种高韧性高强度铝合金焊丝，实现焊缝的高疲劳寿命和高抗拉强度，以及耐蚀性能优良。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高韧性高强度铝合金焊丝，按质量百分比计，其化学成分为：Mg：5.0～6.0％，Mn：0.5～0.8％，Ti：0.1～0.2％，Cr：0.2～0.25％，Zr：0.1～0.2％，B：0.05～0.1％，V：0.15～0.25％，Fe≤0.4％，Si≤0.4％，Cu≤0.1％，Zn≤0.2％，其他单个杂质元素≤0.05％；杂质总量≤0.10％，余量为Al。

进一步地，按质量百分比计，其化学成分为：Mg：5.0～5.5％，Mn：0.5～0.65％，Ti：0.1～0.15％，Cr：0.2～0.25％，Zr：0.1～0.2％，B：0.05～0.1％，V：0.15～0.2％，Fe≤0.4％，Si≤0.4％，Cu≤0.1％，Zn≤0.2％，其他单个杂质元素≤0.05％；杂质总量≤0.10％，余量为Al。