铝金属芯焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种金属芯焊丝，更具体地说，涉及一种用于电弧焊诸如气体保护金属极电弧焊(GMAW)和气体保护钨极电弧焊(GTAW)的金属芯铝焊丝。公开的金属芯铝焊丝包括金属护套和设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括具有多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。粒状芯包含铝金属基纳米复合材料(Al‑MMNC)，该铝金属基纳米复合材料包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
铝金属芯焊丝相关申请的交叉引用本申请是2015年8月28日提交的标题为“ALUMINUMMETAL-COREDWELDINGWIRE”(“铝金属芯焊丝”)的美国申请号为14/839,406的部分继续申请，该美国申请要求于2015年2月25日提交的题为“ALUMINUMMETAL-COREDWELDINGWIRE”(“铝金属芯焊丝”)的美国临时申请号为62/120,752的优先权和权益，每件上述美国申请的全部公开内容均通过引用并入本文中。
技术介绍
本专利技术涉及一种金属芯焊丝，更具体地说，涉及一种用于电弧焊，例如气体保护金属极电弧焊(GMAW)和气体保护钨极电弧焊(GTAW)的金属芯铝焊丝。与其他金属相比，铝和铝合金的相对低密度和高耐腐蚀性，因此广泛用作建筑材料。例如，铝合金可以提供约50兆帕(MPa)和约700兆帕(MPa)之间的强度。对于建筑应用，铝材料通常通过焊接方式连接。由于铝对氧具有高亲和力，因此铝焊接通常涉及使用惰性保护气体来限制或防止形成铝氧化物(氧化铝)和不期望的夹杂物。典型的铝焊丝是实芯焊丝。这些实心焊丝通常通过连续铸造和随后轧制合金以形成具有预定直径的杆来制造。然后可以通过多个模具拉制所得到的杆以减小直径，形成所需尺寸的铝焊丝。由于通常选择铝焊丝的组成以与工件的组成紧密匹配，所以以这种方式生产某些铝焊丝对于不太适合于拉制的某些铝合金可能是有问题的。铝焊接的一个问题是焊缝孔隙率。通常希望焊缝具有低的孔隙率，在铝焊缝中观察到的孔隙可能由许多来源引起。这些孔的一个显著的来源是从正在凝固的焊缝金属释放并在其内形成空隙的氢。氢气可能是在焊弧附近的含氢材料(例如水分或有机材料，例如润滑剂)的分解所形成的。因此，期望防止含氢材料被引入到焊接环境中。由纳米颗粒增强的合金由于这种合金经常具有的新颖物理性质和化学性质而已经在近年中获得关注。纳米颗粒可以表现出与对应的微颗粒和整体材料不同的物理性质和化学性质，从而为各种领域中的许多应用提供更有效的选择。例如，纳米颗粒可以用于表面工程中以改进耐磨料磨损性或者影响润滑剂的摩擦学性能；在电子应用中用以改变例如导电性、强度和磁性等性能；并且在焊接或增材制造应用中用以改进例如杨氏模量、拉伸强度、硬度和疲劳强度等机械性能。
技术实现思路
在一个实施方式中，金属芯铝焊丝包括金属护套和设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括具有多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。粒状芯包含铝金属基纳米复合材料(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合材料包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。所述陶瓷纳米颗粒可以具有在25nm和250nm之间的平均粒度。在一个实施方式中，制造金属芯铝焊丝的方法包括在金属护套内设置粒状芯。所述粒状芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。在一个实施方式中，焊接方法包括使用金属芯铝焊丝在工件上形成熔池，其中金属芯铝焊丝包括设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。所述粒状芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。附图说明当参考附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点，其中在所有附图中相同的符号表示相同的组件，其中：图1是根据本公开使用金属芯铝焊丝的气体保护金属极电弧焊(GMAW)系统的实施方式的示意图；图2A是根据本技术的实施方式无缝金属芯铝焊丝的横截面示意图；以及图2B是根据本技术的实施方式包括接缝的金属芯铝焊丝的横截面示意图。具体实施方式下面将描述本公开的一个或多个具体实施方式。为了提供这些实施方式的简明描述，在说明书中可能不会描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这样的实际实施方式的开发中，如同在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方式特定的决定来实现开发者的具体目标，例如遵守与系统相关的和与业务相关的约束，这些约束可能因实施方式不同而有所不同。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，它们将不过是设计、制造和制备的常规工作。当介绍本公开的各种实施方式的要素时，用语“一”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在一种或多种该要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包容性的，意味着除了所列出的要素之外还可以存在附加要素。此外，如本文所用，在某些实施方式中，“约”通常可指与实际值具有小于0.01％、小于0.1％或小于1％的差异(例如，较高或更低)的近似值。也就是说，在某些实施方式中，“近似”值可以精确地在所述值的(例如，加或减)0.01％、0.1％或者1％之内。同样地，被描述为“基本上相同”或“基本相似”的两个值大约相同，被描述为“基本上不含”某物质的材料含有约0％的该物质。术语“金属芯”和“有金属芯的”在本文中指具有金属护套和粒状芯的管状焊丝，其中芯主要包括具有少量(即，小于约5重量％)的非金属组分(例如，造渣剂、金属氧化物、稳定剂等)的金属合金粉末。例如，请参见“不锈钢裸焊接电极和焊条”的ANSI/ANSA5.9规范。如本文所用，术语“非金属组分”是指不是金属或准金属的元素和元素的化合物(例如氢、碳、氮、氧、磷、硫、卤化物)。如本文所用，“熔点”是指固体物质转化为液体时的温度或温度范围。当固体物质是混合物时，如在合金和粉末混合物的情况下，熔点通常包括在固相线和液相线之间的温度范围，其中“固相线”是指混合物开始熔化时的温度，“液相线”是指混合物完全液化时的温度。相比之下，纯固体物质倾向于具有尖锐的、窄的熔点(即固相线和液相线基本相同)。下面更详细讨论的一种特殊混合物是共晶合金。如本文所用，“共晶合金”是指其中固相线和液相线基本相同的合金，其在比合金的各个元素的熔点低的共晶温度下具有尖锐的熔点。因此，可以理解，当涉及具有尖锐熔点的物质(例如纯物质和共晶合金)时，术语“固相线”和“熔点”在本文中可互换使用。如本文所用，“近共晶合金”是指由与共晶合金相同的元素组分但是使用稍微不同相对量的这些元素制成的合金，从而产生轻微亚共晶或过共晶组合物，其中液相线和固相线彼此相差小于约20％(例如，小于约10％，小于约5％)。本公开的实施方式涉及金属芯铝焊丝。所公开的金属芯铝焊丝包括围绕粒状芯的有缝或无缝铝或铝合金护套，该粒状芯是粉末金属、合金和/或非金属组分的压缩混合物。更具体地，如下面更详细地讨论的，所公开的金属芯铝焊丝实施方式包括在相对低的温度下至少部分熔化的芯，由此防止部分粉末芯被保护气体带走，从而提高焊丝的熔敷速度。因此，对于下面讨论的金属芯铝焊丝实施方式，芯包括至少一种合金，相对于该合金的各个元素的熔点、相对于该芯的其他组分的熔点、相对于护套的熔点，或其组合，该合金具有低熔点。例如，对于下面讨论的金属芯铝焊丝实施方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属芯铝焊丝，包括：/n金属护套；以及/n设置在所述金属护套内的粒状芯，其中所述粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中所述第一合金具有比所述第一合金的所述多种元素的各自熔点都低的固相线；/n其中所述粒状芯还包含铝金属基纳米复合材料(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合材料包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒，其中所述陶瓷纳米颗粒具有在10和250nm之间的平均粒度。/n

【技术特征摘要】
20190319 US 16/358,4151.一种金属芯铝焊丝，包括：
金属护套；以及
设置在所述金属护套内的粒状芯，其中所述粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中所述第一合金具有比所述第一合金的所述多种元素的各自熔点都低的固相线；
其中所述粒状芯还包含铝金属基纳米复合材料(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合材料包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒，其中所述陶瓷纳米颗粒具有在10和250nm之间的平均粒度。


2.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述金属护套是包含挤出铝合金管的无缝金属护套。


3.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述第一合金是共晶合金或近共晶合金。


4.根据权利要求3所述的焊丝，其中，所述第一合金为铝-铍共晶合金、铝-铜共晶合金、铝-铁共晶合金、铝-锂共晶合金、铝-镁共晶合金、铝-硅共晶合金或铝-锌共晶合金。


5.根据权利要求3所述的焊丝，其中，所述第一合金为钛-硼共晶合金、钛-锆共晶合金或锆-钒共晶合金。


6.根据权利要求3所述的焊丝，其中，所述粒状芯包括第二合金，所述第二合金是共晶或近共晶合金。


7.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述粒状芯包括附加合金，其中每种所述附加合金具有比所述第一合金的所述固相线高的固相线，并且其中所述粒状芯包括大于25％重量的所述第一合金。


8.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述金属护套的固相线比所述第一合金的所述固相线大至少5％。


9.根据权利要求1所述的焊丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·贝鲁比，格雷戈里·J·布拉默，刘双，
申请(专利权)人：霍伯特兄弟有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US