[发明专利]一种复合增强Al-Si合金焊丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合增强铝硅合金焊丝及其制备方法，合金焊丝的化学成分按重量百分比为：Si:4.0～7.0％；Sc:0.1～0.6％；Zr:0.05～0.2％；Al₂O₃:1％～17％，其余为Al和不可避免的杂质元素。制备过程包括配料，分级熔炼，挤压，拉拔，表面处理等步骤，最终制得线径的具有Al₂O₃陶瓷颗粒以及Al₃(Sc,Zr)弥散相等复合增强效果的铝硅合金焊丝。本发明通过原位生成Al₂O₃陶瓷颗粒、Al₃(Sc,Zr)细化晶粒及其弥散强化等多途径实现复合增强效果。本发明制备的铝硅合金焊丝延续了原有优异焊接流动性和低焊接裂纹敏感性的同时，显著提高合金焊丝焊后焊缝的力学性能，可用于焊接高强6000系和7000系铝合金，特别是在焊接裂纹敏感性较大(如7000系铝合金)且对焊接强度有较高要求的铝合金结构件具有较大的优势。

技术领域

本发明属于铝合金焊丝制备领域，具体涉及一种新型复合增强Al-Si合金焊丝及其制备方法。

背景技术

铝合金具有良好的导电导热性，较高的强度质量比、抗腐蚀性能和耐损伤性等优势，被广泛用于航空航天、轨道交通、汽车、船舶、压力容器、电子电器、家具等诸多领域，是目前工业应用最为广泛的金属材料之一。惰性气体保护熔化焊接(MIG焊和TIG焊)是实现铝合金结构材料连接一种基本方式，也是当今工业铝合金材料所使用的最为常见的一种连接方式，即在惰性气体保护下，通过电弧熔化填充焊丝实现两个工件的连接。

目前，工业使用最为广泛的铝合金焊丝为5000系Al-Mg合金焊丝(如5356等)和4000系Al-Si合金焊丝(如4043等)。5000系Al-Mg合金焊丝具有较高的焊接强度，焊接流动性和焊接裂纹敏感性适中，被广泛应用于5000系、6000系和部分7000系(Al-Zn-Mg)合金构件的焊接。然而，在某些特殊工况条件下(如构件内应力或张力过大)，5000系Al-Mg合金焊丝在焊接部分6000系和7000系(Al-Zn-Mg)合金构件时，产生焊接裂纹的可能性较高，进而导致工件失效。此外，5000系Al-Mg合金焊丝在焊接超高强7000系(Al-Zn-Mg-Cu，如7075)合金构件时焊接裂纹更为明显。4000系Al-Si合金焊丝具有良好的焊接流动性和较低的焊接裂纹敏感性，可用于焊接6000系、部分3000系和4000系铝合金，但焊接后强度较低，通常被用于焊接强度要求不高的区域。也有人尝试使用4000系铝合金焊丝(如4043)焊接7000系铝合金，发现没有产生焊接裂纹，但焊后强度较低达不到使用要求。

针对上述低焊接裂纹敏感性和较高焊后强度不能同时兼顾的问题，发明了一种焊后强度较高、焊接流动性好以及热裂纹敏感性低等综合性能优异的新型复合增强铝硅合金焊丝及其制备方法。该发明在高强铝合金构件焊接生产中具有十分重要的创新价值和工程应用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度较高、焊接流动性好以及热裂纹敏感性低的新型复合增强铝硅合金焊丝及其制备方法。

为达到上述目标，本发明采用下述技术方案：

在Al-Si合金体系焊丝的基础上，通过原位反应生成Al₂O₃陶瓷颗粒增强，以及Sc和Zr微合金化实现晶粒细化和弥散强化，最终实现多途径复合强化Al-Si合金焊丝。合金焊丝中各元素及组分的化学成分按重量百分比为：Si:4.0％～7.0％；Sc:0.1％～0.6％；Zr:0.05％～0.2％；Al₂O₃:1％～17％，其余为Al和不可避免的杂质元素。合金焊丝中Sc、Zr元素的化学成分按重量百分比优选为：Sc:0.2％～0.4％；Zr:0.1％～0.15％。

采用分级熔炼原位反应生成的方法制备含有Al₂O₃增强颗粒的铝合金焊丝，具体工艺步骤如下：