1.本发明涉及高强铝合金焊接技术领域，具体涉及一种高强铝合金通用焊丝及其生产方法。
背景技术：2.7xxx系铝合金，如7050、7055、7075、7475、7085等属于al-zn-mg-cu系超硬铝合金，且具有较高比强度，广泛用于航空航天、轨道交通等领域。虽然al-zn-mg-cu系铝合金强度高，但是其塑性差，采用传统拉拔加工方式无法顺利加工成焊接丝材，在熔焊时焊接接头易产生热裂纹或应力腐蚀开裂，因此造成al-zn-mg-cu系铝合金难以实现熔融焊接，存在可焊性差的问题。目前针对al-zn-mg-cu系高强铝合金的焊接普遍存在缺乏焊接性能优良的批量丝材的供应，特别是缺少可以适合大多数高强铝合金焊接的通用丝材。
3.针对以上技术难点，公开号为cn112831735a的现有技术公开了一种高强铝合金丝/带材的制备方法，其采用喷射成形制备坯料后进行半固态挤压和热挤压，得到al-zn-mg-cu高强铝合金不同规格的丝材，而此种方法制备的丝材只能针对某一对应牌号的铝合金进行焊接，其制备的丝材不具有对多数铝合金尤其是7xxx系高强铝合金的通用性，使用不方便，限制了高强铝合金特别是超高强铝合金的应用。
4.目前，国内研究现状也有一定的突破，有人研究了sc或zr-sc对al-mg-sc合金焊接接头组织与性能的影响，也有人使用传统er5356焊丝及添加sc、zr、er的er5356焊丝对7a52铝合金进行钨电极惰性气体保护焊，研究了sc、zr、er对焊接接头力学性能的影响。但这些都没有很好解决焊接原材料丝材的规模化生产的难题，而且价格昂贵，以上问题极大限制了al-zn-mg-cu高强铝合金结构件的加工与应用。
技术实现要素：5.为了解决现有焊丝对大多数al-zn-mg-cu系高强铝合金不具备通用性以及难以规模化生产的技术问题，而提供一种高强铝合金通用焊丝及其生产方法。本发明方法获得的焊丝对大多数al-zn-mg-cu系高强铝合金构件具有较好的焊接性能，易于规模化生产。
6.为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
7.一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，包括如下步骤：
8.(1)将al-zn-mg-cu系铝合金与b、zr混合后进行合金熔化，然后通过喷射成形得到坯料；将所述坯料进行半固态镦粗形成锭坯，对所述锭坯进行热挤压获得棒材并成卷；
9.(2)对成卷的所述棒材进行退火处理，然后进行连续多道次滚轧拉拔至所需焊丝直径要求，依次经过定径整圆、聚晶光轧、精刮、清洗烘干后获得高强铝合金通用焊丝。先退火后连续滚轧到所需尺寸，可以省去轧制过程中的中间退火环节，而且裂纹少，不断裂。
10.进一步地，所述al-zn-mg-cu系铝合金的成分包括如下重量百分比的元素：zn 5-8％、mg 1.5-5％、cu 1-3％、余量为al。
11.再进一步地，所述al-zn-mg-cu系铝合金的成分包括如下100％重量百分比的元
素：zn 7-8％、mg 2-3％、cu 1.5-2.5％、余量为al。
12.进一步地，b和zr的添加量分别是所述al-zn-mg-cu系铝合金重量的0.1-1wt％。
13.再进一步地，b和zr的添加量分别是所述al-zn-mg-cu系铝合金重量的0.1-0.5wt％。微量元素b和zr的总量超过1wt％，将会导致材料脆性较大。
14.进一步地，步骤1中所述半固态镦粗是在460-575℃下对所述坯料进行镦粗；步骤2中所述退火处理的温度为200-300℃、保温至少10h。
15.进一步地，步骤1中所述热挤压的温度为380-480℃，将直径为150-300mm所述锭坯热挤压为直径5-10mm的棒材。
16.进一步地，步骤2中所述滚轧拉拔是在卧式辊拉模拉丝机中连续进行至少5道次拉拔，每道次拉拔面压缩率为6-8％，拉拔至直径为0.8-1.6mm的要求。
17.本发明另一方面提供由上述制备方法获得的高强铝合金通用焊丝，所述焊丝以al-zn-mg-cu系铝合金为基体，添加有所述基体重量0.1-1％的b以及0.1-1％的zr，对al-zn-mg-cu系铝合金具有焊接通用性，尤其适用于7050、7055、7075、7475、7085等al-zn-mg-cu系超硬铝合金的焊接。
18.有益技术效果：本发明在al-zn-mg-cu系铝合金中添加微量b、zr，合金熔化后采用喷射成形获得晶粒细化、成分均匀的基体，其中含有可在焊接凝固过程中保持细晶的微量b、zr的al-zn-mg-cu高强铝合金坯料；通过半固态镦粗消除喷射成形所形成的层状组织结构，并使坯料致密；热挤压、拉拔后得到的丝材具有晶粒细小而致密、组织均匀、晶界界面清晰无析出物、无层状组织，具有良好的力学性能、组织特性与焊接性能。对7xxx系高强铝合金的焊接具有通用性，能够为7xxx系高强铝合金焊接提供优质的原材料，得到较为宽泛的高强铝合金焊接工艺窗口。
附图说明
19.图1为采用实施例3的焊丝焊接7075母材后的焊接接头外观图；图中标记1-9表示不同焊接工艺条件下的焊接接头外观，具体工艺如下表1。
20.表1图1中标记1-9的不同焊接工艺条件
21.具体实施方式
22.下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、
方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
24.以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
25.实施例1
26.一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，包括如下步骤：
27.(1)准备al-zn-mg-cu铝合金、b单质以及zr单质混合均匀后，进行合金熔化，然后通过喷射成形得到直径为220mm的坯料；
28.其中al-zn-mg-cu铝合金的成分由如下100％重量百分比的元素组成：zn7.8％、mg 2.3％、cu 2％、余量为al，记为al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金；
29.其中b单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.1％，zr单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.1％；
30.将所述坯料在460℃下进行半固态镦粗得到直径178mm锭坯，将所述锭坯经380℃热挤压获得多根直径为5.8mm的棒材，成卷；
31.(2)将成卷的所述棒材放置在真空退火炉中于300℃下进行退火保温处理10h，随炉冷却后，进入卧式辊拉模拉丝机进行连续多道次滚轧拉拔至成品丝材所需直径，每道次拉拔面压缩率为6-8％，得到的焊丝直径为0.8-1.6mm不等规格，再依次进入定径模具进行定径整圆、聚晶模具进行光轧、刮削模具进行精刮、清洗烘干后获得高强铝合金通用焊丝。
32.实施例2
33.本实施例的高强铝合金通用焊丝的制备过程与实施例1相同，不同之处在于，b单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.2％，zr单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.5％。
34.实施例3
35.本实施例的高强铝合金通用焊丝的制备过程与实施例1相同，不同之处在于，b单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.2％，zr单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.3％。
36.实施例4
37.本实施例的高强铝合金通用焊丝的制备过程与实施例1相同，不同之处在于，b单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.4％，zr单质的添加量是所述al-7.8zn-2.3mg-2cu铝合金重量的0.4％。
38.对比例1
39.本对比例的高强铝合金通用焊丝的制备过程与实施例3相同，不同之处在于，未添加b和zr。
40.以上实施例及对比例焊丝力学性能见表1。
41.表1实施例及对比例焊丝力学性能
[0042][0043][0044]
(注：焊丝规格均为1.2mm直径)
[0045]
采用上述各实施例以及对比例生产的焊丝对不同牌号的7xxx系铝合金进行焊接工艺试验。选用esab公司生产的tig 4300i ac/dc逆变式交直流氩弧焊机，送丝机为wf-007a多功能自动氩弧送丝机，直径为1.2mm，电流为变化参数，其他参数为：电压：20v；弧长：3.2mm；送丝角度：30
°
；送丝速度：140cm/min；焊接速度：3mm/s；氩气流量：10l/min。采用各实施例及对比例生产的焊丝对7xxx系高强铝合金(7050、7055、7075)母材进行焊接，然后进行t6热处理或不进行热处理，由此得到测试样品，按照gb/t228.1-2010金属材料拉伸实验第1部分：室温拉伸方法进行力学性能测试焊接部位室温拉伸力学性能，热处理样品每组设置两个平行样，取平均值。测试结果见表4。
[0046]
采用实施例3的焊丝焊接7075母材后的焊接接头外观图如图1所示，其焊接工艺与热处理前后性能结果见表3。
[0047]
表3实施例3焊丝对7075母材焊接后焊接接头热处理前后力学性能
[0048][0049]
由表3和图1可知，将实施例3的焊丝在电流160-165a下对7075母材进行氩弧焊具有较好的焊接性能，t6热处理前具有270mpa以上的抗拉强度、5.5％以上伸长率；t6热处理后具有500mpa以上的抗拉强度、13％以上伸长率，可见实施例3焊丝对7075母材具有较好的焊接性能。
[0050]
表4实施例焊丝在电流165a下对7xxx系铝合金焊接后焊接接头热处理前后力学性能
[0051][0052][0053]
由表4可知，实施例1的焊丝(al-7.8zn-2.3mg-2cu基添加0.1％b+0.1％zr)分别对7050母材、7055母材、7075母材均具有较好的焊接性能，热处理前后，对7050母材焊接后接头抗拉强度提升了85.7％，伸长率提高至12.36％；对7055母材焊接后接头抗拉强度提升了96.2％，伸长率提高至12.88％；对7075母材焊接后接头抗拉强度提升了92.7％，伸长率提高至12.47％。
[0054]
实施例2的焊丝(al-7.8zn-2.3mg-2cu基添加0.2％b+0.5％zr)分别对7050母材、7055母材、7075母材均具有较好的焊接性能，热处理前后，对7050母材焊接后接头抗拉强度提升了100％以上，伸长率提高至11％；对7055母材焊接后接头抗拉强度提升了94.6％，伸长率提高至12.42％；对7075母材焊接后接头抗拉强度提升了100％以上，伸长率提高至12.38％。
[0055]
实施例3的焊丝(al-7.8zn-2.3mg-2cu基添加0.2％b+0.3％zr)分别对7050母材、7055母材、7075母材均具有较好的焊接性能，热处理前后，对7050母材焊接后接头抗拉强度提升了92.4％，伸长率提高至12.79％；对7055母材焊接后接头抗拉强度提升了100％以上，伸长率提高至12.56％；对7075母材焊接后接头抗拉强度提升了88.3％，伸长率提高至13.76％。
[0056]
实施例4的焊丝(al-7.8zn-2.3mg-2cu基添加0.4％b+0.4％zr)分别对7050母材、7055母材、7075母材均具有较好的焊接性能，热处理前后，对7050母材焊接后接头抗拉强度提升了94.1％，伸长率提高至13.24％；对7055母材焊接后接头抗拉强度提升了100％以上，伸长率提高至12.84％；对7075母材焊接后接头抗拉强度提升了92.0％，伸长率提高至
13.24％。
[0057]
以上数据表明本发明在al-7.8zn-2.3mg-2cu基铝合金中添加b和zr总量不超过1％所制得的焊丝对7xxx系高强铝合金均具有较好的焊接性能，焊接后的接头抗拉强度以及伸长率均较高，对7xxx系高强铝合金，尤其是al-zn-mg-cu系高硬铝合金，如7050、7055、7075等铝合金的焊接具有通用性，能够为7xxx系高强铝合金焊接提供优质的焊丝，得到较为宽泛的高强铝合金焊接工艺窗口。
[0058]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将al-zn-mg-cu系铝合金与b、zr混合后进行合金熔化，然后通过喷射成形得到坯料；将所述坯料进行半固态镦粗形成锭坯，对所述锭坯进行热挤压获得棒材并成卷；(2)对成卷的所述棒材进行退火处理，然后进行连续多道次滚轧拉拔至所需焊丝直径要求，依次经过定径整圆、聚晶光轧、精刮、清洗烘干后获得高强铝合金通用焊丝。2.根据权利要求1所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，所述al-zn-mg-cu系铝合金的成分包括如下重量百分比的元素：zn 5-8％、mg 1.5-5％、cu 1-3％、余量为al。3.根据权利要求2所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，所述al-zn-mg-cu系铝合金的成分包括如下100％重量百分比的元素：zn 7-8％、mg 2-3％、cu 1.5-2.5％、余量为al。4.根据权利要求1所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，b和zr的添加量分别是所述al-zn-mg-cu系铝合金重量的0.1-1wt％。5.根据权利要求4所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，b和zr的添加量分别是所述al-zn-mg-cu系铝合金重量的0.1-0.5wt％。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，步骤1中所述半固态镦粗是在460-575℃下对所述坯料进行镦粗；步骤2中所述退火处理的温度为200-300℃、保温至少10h。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，步骤1中所述热挤压的温度为380-480℃，将直径为150-300mm所述锭坯热挤压为直径5-10mm的棒材。8.根据权利要求1-6任一项所述的一种高强铝合金通用焊丝的生产方法，其特征在于，步骤2中所述滚轧拉拔是在卧式辊拉模拉丝机中连续进行至少5道次拉拔，每道次拉拔面压缩率为6-8％，拉拔至直径为0.8-1.6mm的要求。9.一种根据权利要求1-8任一项所述的制备方法获得的高强铝合金通用焊丝，其特征在于，所述焊丝以al-zn-mg-cu系铝合金为基体，添加有所述基体重量0.1-1％的b以及0.1-1％的zr，对al-zn-mg-cu系铝合金具有焊接通用性。
技术总结本发明涉及一种高强铝合金通用焊丝及其生产方法，包括如下步骤：(1)将Al-Zn-Mg-Cu系铝合金与B、Zr混合后进行合金熔化，然后通过喷射成形得到坯料；将所述坯料进行半固态镦粗形成锭坯，对所述锭坯进行热挤压获得棒材并成卷；(2)对成卷的所述棒材进行退火处理，然后进行连续多道次滚轧拉拔至所需焊丝直径要求，依次经过定径整圆、聚晶光轧、精刮、清洗烘干后获得高强铝合金通用焊丝。本发明的焊丝以Al-Zn-Mg-Cu系铝合金为基体，添加有基体重量0.1-1％的B以及0.1-1％的Zr所制成，对不同牌号的7XXX系高强铝合金具有焊接通用性，焊接后焊接接头力学性能较好，具有较高的强度和塑性。具有较高的强度和塑性。具有较高的强度和塑性。
技术研发人员：李小平 仝瑞 史久伟 刘骁 王壮壮 王泽 雷卫宁
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：2022.09.20
技术公布日：2022/12/6
