含Ga和Nd的铝合金焊丝.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910056394.5 (22)申请日 2019.01.22 (71)申请人 南京理工大学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫200号 (72)发明人 薛鹏周琦王克鸿何鹏 薛松柏龙伟民钟素娟 (74)专利代理机构 南京理工大学专利中心 32203 代理人 刘海霞 (51)Int.Cl. B23K 35/28(2006.01) (54)发明名称 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝 (57)摘要 本发明公开了一种含Ga和Nd的铝合金焊丝。 所述的铝合金焊丝的化学成分按质量百分数包。

2、 括0.010.5的Ga， 0.010.5的Ga2O3， 0.010.5的Nd， 0.010.5的Nd2O3， 4.56.5的Mg， 余量为Al， 并且Ga Ga2O3 Nd Nd2O31 1 1 1。 本发明的含Ga和Nd的铝合金 焊丝， 具有极低的氢气含量， 优异的焊缝抗气孔 性能、 焊缝力学性能和焊丝拉拔加工性能。 权利要求书1页 说明书4页 CN 110000488 A 2019.07.12 CN 110000488 A 1.一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.010.5的Ga， 0.010.5的Ga2O3， 0.010.5的Nd， 0.010.5的Nd2。

3、O3， 4.56.5的Mg， 余量为Al， 且Ga Ga2O3 Nd Nd2O31 1 1 1。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110000488 A 2 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝 技术领域 0001 本发明涉及金属材料加工工程中的焊接技术领域， 涉及一种含Ga和Nd的铝合金焊 丝。 背景技术 0002 铝合金结构在五金行业、 家电行业、 制冷行业、 航空航天等行业一直被大量采用。 近几年， 在汽车、 高铁、 轻轨列车 “轻量化制造” 的需求带动下， 高强铝合金的应用越来越广 泛， 但是， 高强铝合金的焊接问题始终未能很好地解决， 特别是焊缝气孔问题、 焊缝裂纹问 题以及焊缝强度低于母。

4、材的问题， 严重地制约了高强铝合金的应用。 解决高强铝合金的焊 接难题， 主要途径之一是选择高性能电焊机。 此外， 研发、 生产性能优异的高性能铝合金焊 丝也是解决上述难题的途径之一。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种焊缝气孔少、 焊缝裂纹少、 焊缝强度系数高(接近母材强 度)， 可用于MIG焊、 TIG焊、 激光焊以及复合热源焊接方法的自动或半自动焊接的高性能含 Ga和Nd的铝合金焊丝。 0004 实现本发明目的技术方案如下： 0005 本发明的一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.01 0.5的Ga， 0.010.5的Ga2O3， 0.010.5的Nd。

5、， 0.010.5的Nd2O3， 4.5 6.5的Mg， 余量为Al， 且Ga Ga2O3 Nd Nd2O31 1 1 1。 0006 以市售的铝锭、 镁锭、 金属Ga、 三氧化二镓、 金属Nd、 三氧化二钕为原料， 采用常规 冶炼方式按设计成分配比， 冶炼时加入经优化筛选确定的 “覆盖剂” 、“除气剂” 冶炼、 水平连 铸， 可得到棒(线)材。 通过退火、 剥皮拉拔， 即得到丝材。 经过清洗、 上盘， 即得到可用于自动 焊接的焊丝。 也可经过校直、 切断， 得到直丝。 本发明产品可采用MIG焊、 TIG焊、 激光焊以及 复合热源焊接方法， 用于铝结构件的自动或半自动焊接。 0007 本发明基。

6、于典型的Al-Mg铝焊丝(如5356铝焊丝的Mg含量在4.55.5范围)在冶 炼时对氢的溶解度较大， 而氢含量对Al-Mg铝焊丝 “拉拔加工” 敏感， 极易造成断丝， 从而影 响拉拔加工效率； 在MIG焊、 TIG焊、 激光焊以及复合热源焊接时， Al-Mg焊丝中过高的氢含量 则会容易使焊缝产生气孔， 从而降低焊缝力学性能甚至焊缝开裂等难题， 通过添加微量Ga 和Ga2O3、 Pr和Pr2O3， 解决了Al-Mg铝焊丝冶炼与焊接时的氢溶解问题， 大大降低了5356、 5183、 5556铝合金线材中氢含量， 可将Al-Mg铝焊丝中氢气含量控制在0.3ml/100g金属范 围内。 通过对焊丝成分。

7、优化， 在优化后的成分范围， 本发明的铝焊丝表面光洁度、 焊丝清洁 度、 焊丝直径控制以及焊丝翘距和螺旋问题均达到要求。 具体实施方式 0008 本发明主要解决了以下关键性问题： 说明书 1/4 页 3 CN 110000488 A 3 0009 1)通过添加微量Ga和Nd， 解决了Al-Mg铝焊丝冶炼与焊接时的氢溶解问题， 大大降 低了5356、 5183、 5556铝合金线材中氢含量， 可将Al-Mg铝焊丝中氢气含量控制在0.3ml/ 100g金属范围内。 在上述范围内， 采用MIG焊、 TIG焊、 激光焊以及复合热源焊接时， 焊缝无气 孔缺陷产生， 保证了焊缝质量。 0010 2)经过1。

8、2组180个合金配方试验研究发现， 在常规5356、 5183、 5556铝合金的合金 元素Al、 Mg的范围内， 同时加入微量的Ga2O3和Nd2O3， 可以提高并保证焊丝及焊缝具有较高 的抗拉强度和较高的塑性， 满足了5356、 5183、 5556等高强铝合金焊丝的技术指标要求。 0011 3)试验发现， 本发明的一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其Ga、 Ga2O3、 Nd和Nd2O3的加入 量(质量百分数)必须控制在0.010.5范围， 且必须控制在Ga Ga2O3 Nd Nd2O31 1 1 1的含量水平。 在上述成分范围内， 本发明的含Ga和Nd的铝合金焊丝， 具有最低的氢气含 量。

9、， 最佳的焊缝抗气孔性能(即焊缝也具有最低的氢气含量)、 最佳的焊缝力学性能和焊丝 拉拔加工性能。 0012 与以往研究相比， 本发明的创造性在于： 0013 1、 研究发现并证明了微量元素Ga和Nd的 “除氢” 能力， 解决了铝合金焊丝在冶炼、 焊接时的氢溶解问题， 不仅可将焊丝或焊缝中氢气含量控制在0.3ml/100g金属(0.4ml/ 100g金属， 是目前国内外公认的高品质铝合金焊丝氢气含量的临界值， 而本发明的焊丝或 焊缝中氢气含量比临界值降低了25， 品质得到了显著提高)范围， 从而确保了铝合金焊丝 在冶炼后的水平连铸线材品质优良， 拉拔加工时无断丝现象。 采用MIG焊、 TIG焊。

10、、 激光焊以 及复合热源焊接方法焊接时， 焊缝无气孔缺陷产生。 0014 2、 揭示了稀土净化Al-Mg合金液的机制： 适量稀土可在Al-Mg合金中产生明显的固 氢作用， 该独特作用的实质是改变了氢在Al-Mg中存在形态， 使原子态氢增多、 生成化合态 氢。 从而大大减少分子态氢， 进而抑制了凝固过程中游离氢的析出及氢气孔的形成。 特别是 采用1 1的Ga和Nd同时添加时， 由于Ga和Nd的 “协同效应” ， 除氢、 净化Al-Mg合金液的效果更 加显著。 0015 3、 研究发现了在本发明的铝合金焊丝中， 其Ga、 Ga2O3、 Nd和Nd2O3的加入量(质量百 分数)必须控制在0.010.。

11、5范围， 且必须控制在Ga Ga2O3 Nd Nd2O31 1 1 1的含量 水平。 在上述成分范围内， 本发明的含Ga、 Nd的铝合金焊丝， 具有最佳的抗气孔性能、 焊缝力 学性能和焊丝加工性能。 本发明过程中， 对12组180个合金配方的试验数据分析发现， 当Ga Ga2O3 Nd Nd2O3的比例偏离1 1 1 1的幅度在5200的情况， 不仅5356、 5183、 5556焊丝 在拉拔加工过程中的 “断丝现象” 提高了60以上， MIG、 TIG等方法焊接时焊缝力学性能也 会发生大幅度下降(下降幅度为1040)， 焊缝气孔发生率以及气孔数量提高50 100。 0016 4、 研究发现，。

12、 Ga和Nd在铝合金中， 均作为界面活性元素， 游离在晶界。 冶炼、 焊接 时， 它们一方面会发生氧化， 分别生成Ga2O3和Nd2O3， 另一方面， 会与氢原子发生反应， 生成 氢化合物， 使得分子态氢大大减少， 起到 “固氢” 、“降氢” 的作用， 从而达到消除氢的危害的 目的。 所以， 本发明在添加Ga和Nd的同时， 等量添加Ga2O3和Nd2O3， 可以显著平衡Ga和Ga2O3、 Nd和Nd2O3的 “有效浓度” ， 减少Ga和Nd的氧化， 使得Ga和Nd尽量与原子氢反应， 达到 “固氢” 、 “降氢” 的目的。 0017 下面结合具体的实施例对本发明作进一步详述。 说明书 2/4 页。

13、 4 CN 110000488 A 4 0018 实施例1 0019 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.01的Ga， 0.01 的Ga2O3， 0.01的Nd， 0.01的Nd2O3， 4.5的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能优良。 采用直径 为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/ T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的 级焊接接头要求， 焊缝抗拉强度为 406MPa20M。

14、Pa。 0020 实施例2 0021 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.5的Ga， 0.5的 Ga2O3， 0.5的Nd， 0.5的Nd2O3， 6.5的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能优良。 采用直径为2mm 的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气 气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/T3323- 2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的 级焊接接头要求， 焊缝抗拉强度为406MPa 20MPa。 0022 实施例3 0023 。

15、一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.2的Ga， 0.2的 Ga2O3， 0.2的Nd， 0.2的Nd2O3， 5.2的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能优良。 采用直径为2mm 的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气 气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/T3323- 2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的 级焊接接头要求， 焊缝抗拉强度为406MPa 20MPa。 0024 实施例4 0025 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学。

16、成分按质量百分数包括： 0.05的Ga， 0.05 的Ga2O3， 0.05的Nd， 0.05的Nd2O3， 5.5的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能优良。 采用直径 为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/ T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的 级焊接接头要求， 焊缝抗拉强度为 406MPa20MPa。 0026 实施例5 0027 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.25。

17、的Ga， 0.25 的Ga2O3， 0.25的Nd， 0.25的Nd2O3， 6.0的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能优良。 采用直径 为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/ T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的 级焊接接头要求， 焊缝抗拉强度为 406MPa20MPa。 0028 对比例1 0029 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.3的Ga， 0.25 的Ga2O3，。

18、 0.15的Nd， 0.25的Nd2O3， 6.0的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能一般。 采用直径 为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 说明书 3/4 页 5 CN 110000488 A 5 氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/ T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的级焊接接头要求(焊缝质量低于 级 焊接接头要求)， 焊缝抗拉强度为380MPa20MPa。 0030 对比例2 0031 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量。

19、百分数包括： 0.25的Ga， 0.05 的Ga2O3， 0.15的Nd， 0.2的Nd2O3， 6.0的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能一般。 采用直径为 2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩 气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/ T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照相 规定的级焊接接头要求(焊缝质量低于 级 焊接接头要求)， 焊缝抗拉强度为365MPa20MPa。 0032 对比例3 0033 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百。

20、分数包括： 0.05的Ga， 0.1 的Ga2O3， 0.15的Nd， 0.05的Nd2O3， 6.0的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能一般， 焊丝在拉 拔加工过程中的 “断丝现象” 提高了65。 采用直径为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06 铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线 照相 规定的级焊接接头要求(焊缝质量低于 级焊接接头要求)， 焊缝抗拉强度为355MPa 20MPa。 0034 对比例4 0035 。

21、一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.15的Ga， 0.1 的Ga2O3， 0.1的Nd， 0.05的Nd2O3， 6.0的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能一般， 焊丝在拉拔 加工过程中的 “断丝现象” 提高了75。 采用直径为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm的5A06铝 合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气气体流量为22L/min.(升/分钟)， 采 用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/T3323-2005 金属熔化焊焊接接头射线照 相 规定的级焊接接头要求(焊缝质量低于 级焊接接头要求)， 焊缝抗拉强度为245M。

22、Pa 20MPa。 0036 对比例5 0037 一种含Ga和Nd的铝合金焊丝， 其化学成分按质量百分数包括： 0.6的Ga， 0.6的 Ga2O3， 0.6的Nd， 0.6的Nd2O3， 6.0的Mg， 余量为Al， 焊丝加工性能较差， 焊丝在拉拔加 工过程中的 “断丝现象” 提高了100(提高一倍)。 采用直径为2mm的焊丝， 焊接厚度为1.5mm 的5A06铝合金试板， 焊接电流为280A、 焊接电弧电压为24V、 氩气气体流量为22L/min.(升/ 分钟)， 采用TIG焊对接焊接， 焊缝经过X射线探伤， 达到GB/T3323-2005 金属熔化焊焊接接 头射线照相 规定的级焊接接头要求(焊缝质量低于 级焊接接头要求)， 焊缝抗拉强度为 235MPa20MPa。 说明书 4/4 页 6 CN 110000488 A 6 。