铝合金焊丝制造技术

一种铝焊接或钎焊用组合物，包含硅(Si)和镁(Mg)以及一种合金的铝，适用于焊接及钎焊。硅含量可以是4.7～10.9％的重量百分比，镁含量可以是0.15～0.50％重量百分比。该合金适用于如下操作：有少量基底金属稀释或没有稀释影响填充金属的硅及/或镁含量。硅含量能改善流动性，避免应力集中和裂缝。镁含量能提高强度。形成的接头强度至少等于有少量稀释或无稀释(即获取镁基)基底金属的强度。接头可进行热处理及人工时效或自然时效。

【技术实现步骤摘要】
铝合金焊丝本申请是申请日为2011年2月8日、国际申请号为PCT/US2011/024064、国家申请号为201180009053.4、专利技术名称为“铝合金焊丝”的专利技术专利申请的分案申请。交叉引用相关申请本项申请主张2010年2月10日提出的第61/303,149号美国临时专利申请《铝合金焊丝》的优先权，该申请以引用的方式并入本文。
本专利技术大体上涉及焊接用填充金属领域，具体涉及适用于焊接铝合金的组合物。
技术介绍
有很多已知并且目前正在使用的金属件连接工艺，包括钎焊和焊接。钎焊和焊接都能连接铝制品和铝合金件。与钢或其它金属不同，铝合金因金相、熔点、随特定合金剂的变化而变化的强度等因素而存在特殊问题。此外，由于一方面追求减小铝合金工件的厚度，另一方面又希望工件越来越厚，因此很难选择性能良好、能够达到所期望的物理机械性能的钎焊和焊接材料。钎焊操作使用熔化温度低于待连接基底金属温度的填充金属。在钎焊中，基底金属不熔，选择填充金属的合金元素，使其降低填充材料的熔化温度，湿润在基底金属中始终存在的氧化铝，以便在不熔解基底金属的情况下达到冶金结合。在某些应用中，可以在置于真空或保护环境的熔炉中实施钎焊，其中，温度仅在填充金属熔化、通过液体流动和毛细管作用填满固体基底金属元件之间的接头后才上升。钎焊接头一般用于低强度的铝合金以及很薄的截面结构，例如，汽车散热器以及换热器，例如，用于暖通空调系统的散热器以及换热器。钎焊温度可使非热处理铝合金和热处理铝合金退火，从而改变冷加工或热处理及时效处理所达到的机械性能。因此，虽然钎焊的应用比较广泛，但不适用于连接高强度结构用合金。焊接操作通过熔化每个待连接工件的一部分基底金属，同时熔化填充金属以在接头中形成焊接熔池来连接金属件。焊接需要在接头处集中加热，以形成焊接熔池，焊接熔池一旦凝固就产生的化学组合物是填充金属和基底金属的混合化学品。一般可以控制足够高的焊接温度，使填充金属和基底金属两者熔化，并保持最小的基底金属热影响区，以保持机械性能。钎焊和焊接的添加料一般为丝状，即通过焊炬进给的连续长丝，或手动进给的短丝，或甚至为条状，例如，焊条焊接(stickwelding)用涂药焊条，具体形状取决于应用。但是，目前可用的铝合金钎焊和焊接焊丝不能满足众多现代应用的需求。举例来说，现有产品在连接操作中缺乏所需的流动性，或者缺乏当在焊接应用中与基底材料结合所需的强度，在一系列现代焊接工艺中尤为如此。此外，当焊弧在熔透力、发热量和熔池形成等方面差异较大时，现有铝合金焊丝及组合物无法使最终接头的组合物和强度达到所需程度的一致性要求。目前需要适合焊接(及钎焊)应用(满足该等需求)的改进型铝合金组合物。
技术实现思路
根据一个方面，本专利技术提供了形成焊接接头或钎焊接头的组合物，包含重量百分比约为4.7％～10.9％(包含这两个值)的硅、重量百分比约为0.15％～0.50％(包含这两个值)的镁、其余为铝及痕量成分。这些成分的特定子范围具有改进的性能和优异的强度，特别引人注目。此外，本专利技术提供了焊接或钎焊用填充金属产品，包括卷筒焊丝、直线焊丝或焊条，构成为重量百分比约为4.7％～10.9％(包含这两个值)的硅、重量百分比约为0.15％～0.50％(包含这两个值)的镁、其余为铝及痕量成分。根据另一个方面，本专利技术提供了焊接接头或钎焊接头的构成方法，包括熔化至少一部分工件的基底材料，在熔化的基底金属中加入填充金属，所述填充金属包含重量百分比约为4.7％～10.9％(包含这两个值)的硅、重量百分比约为0.15％～0.50％(包含这两个值)的镁、其余为铝及痕量成分，以及容许形成的焊接接头或钎焊接头凝固。此处再次说明，某些工艺和子范围具有优异的性能和强度。本专利技术还意在涵盖由所提供的新方法和材料所制成的接头和结构。附图说明结合附图阅读以下详细说明有助于更好地理解本专利技术的上述和其他的特性、方面及其优势，附图用相同的符号表示相同的部件，其中：图1为一种示范性焊接系统(适合使用本文公开的新型组合物)的图解视图；图2为另一种示范性焊接系统(适合使用新型组合物)的图解视图。具体实施方式本披露文件首先描述了本专利技术所提供的新型组合物，其次论述了优先配合新型组合物使用的典型焊接操作，随后探讨了能从组合物的使用中获益的某些示范性应用。请在整个论述过程中谨记，这种新型组合物的用途不单单局限于焊接或甚至作为填充金属，还适合其他应用和操作，例如钎焊。同样需要理解的是提及“焊丝”时，也同时提及其他适当形式的添加金属，包括但不限于，适用于送丝器应用的连续焊丝(例如，用于金属惰性气体(MIG)电弧焊的连续焊丝)、焊条(例如，用于钨极惰性气体(TIG)保护焊及焊条焊的焊条)以及适用于焊接、熔合、钎焊、板材熔覆(brazecladdingofsheet)等类似操作的其他形式。在一个方面，提供了用于焊接由铝(Al)和铝合金制成的工件的新型组合物。在广义上，组合物包括重量百分比为4.7～10.9的硅(Si)、重量百分比为0.15～0.50％的镁(Mg)以及其余为铝，其具有在铝填充金属中常见的痕量元素。目前预期的实施方式包括重量百分比为4.7～8.0％的硅，在一个实施方式中，硅的重量百分比为5.0～6.0％。另外，在某些实施方式，镁的重量百分比为0.31～0.50％，以提高多种焊缝的强度。就像全球主要的铝生产商提供的那样，铝可能包含痕量元素杂质，包括但不限于，铁、铜、锰、锌、钛和铍。在一个实施方式中，铝合金焊丝可进一步包含总量多达且包含以下数值的下列元素的任意一种或全部：重量百分比为0.80％的铁、重量百分比为0.30％的铜、重量百分比为0.15％的锰、重量百分比为0.20％的锌、重量百分比为0.20％的钛以及重量百分比为0.0003％的铍(所有其他痕量元素的总重量百分比不超过0.15％，每种痕量元素的重量百分比不超过0.05％)。在组合物形成焊丝的实施方式中，可以提供焊接作业用直线形焊丝(即填充金属)。直线焊丝(连续或定长剪切状)的直径一般不小于0.010英寸，通常小于0.30英寸。在优选实施方式中，直线焊丝具有一种或多种直径，例如，0.023英寸、0.030英寸、0.035英寸、0.040英寸、0.047英寸、0.062英寸、0.094英寸、0.125英寸、0.156英寸、0.187英寸及0.250英寸。为了预期的目的，可以对含其余为铝和痕量杂质的填充材料的个别成分的量进行选择，生产特定的填充合金。例如，如上所述，合金组合物包含重量百分比为4.7～10.9％的硅，具体为接近该范围中间的量，例如，8.0％以下的重量百分比。在特定的实施方式中，硅含量的重量百分比，举例来说，可为5.0～6.0％(例如，重量百分比为5.2～5.8％的硅)或者介于5.4～6.0％(例如，重量百分比为5.5～5.8％)。在硅的任一范围内，镁的重量百分比在0.15～0.50％(包含这两个数值)之间变化。换言之，在上述硅的任一范围内，镁的含量可作选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于焊接6xxx系列合金形成焊接接头的焊接填充金属条或焊接填充金属丝形式的铝-硅-镁合金，所述铝-硅-镁合金由以下成分构成：/n5.0～6.0wt％的硅；/n0.31～0.5wt％的镁；以及/n余量为铝和痕量元素，/n其中所述痕量元素由以下成分构成：/n最大允许量为0.8wt％的铁；/n最大允许量为0.3wt％的铜；/n最大允许量为0.15wt％的锰；/n最大允许量为0.2wt％的锌；/n最大允许量为0.2wt％的钛；/n最大允许量为0.0003wt％的铍；以及/n其他痕量元素，每种所述其他痕量元素的重量百分比不超过0.05％，所有所述其他痕量元素的总重量百分比不超过0.15％，/n其中所述铝-硅-镁合金是用于与工件基底金属合金化以形成焊接接头的焊接填充金属条或焊接填充金属丝。/n

【技术特征摘要】
20100210 US 61/303,1491.一种适用于焊接6xxx系列合金形成焊接接头的焊接填充金属条或焊接填充金属丝形式的铝-硅-镁合金，所述铝-硅-镁合金由以下成分构成：
5.0～6.0wt％的硅；
0.31～0.5wt％的镁；以及
余量为铝和痕量元素，
其中所述痕量元素由以下成分构成：
最大允许量为0.8wt％的铁；
最大允许量为0.3wt％的铜；
最大允许量为0.15wt％的锰；
最大允许量为0.2wt％的锌；
最大允许量为0.2wt％的钛；
最大允许量为0.0003wt％的铍；以及
其他痕量元素，每种所述其他痕量元素的重量百分比不超过0.05％，所有所述其他痕量元素的总重量百分比不超过0.15％，
其中所述铝-硅-镁合金是用于与工件基底金属合金化以形成焊接接头的焊接填充金属条或焊接填充金属丝。


2.权利要求1所述的铝-硅-镁合金，其包含重量百分比为5.2％～5.8％的硅，其中所述硅的重量百分比包括5.2％和5.8％这两个值。


3.权利要求1所述的铝-硅-镁合金，其中铝-硅-镁合金包含卷筒或直线焊接焊丝或焊条。


4.权利要求3所述的铝-硅-镁合金，其中焊丝或焊条的公称直径为0.023英寸、0.030英寸、0.035英寸、0.040英寸、0.047英寸、0.062英寸、0.094英寸、0.125英寸、0.156英寸、0.187英寸或0.250英寸。


5.一种用于与工件基底金属合金化以形成焊接接头的卷筒或直线的焊接填充金属丝或焊接填充金属条，其包含：
一种适用于焊接6xxx系列合金的铝-硅-镁合金，所述铝-硅-镁合金由以下成分构成：
5.0～6.0wt％的硅；
0.31～0.5wt％的镁；以及
余量为铝和痕量元素，
其中所述痕量元素由以下成分构成：
最大允许量为0.8wt％的铁；
最大允许量为0.3wt％的铜；
最大允许量为0.15wt％的锰；
最大允许量为0.2wt％的锌；
最大允许量为0.2wt％的钛；
最大允许量为0.0003wt％的铍；以及
其他痕量元素，每种所述其他痕量元素的重量百分比不超过0.05％，所有所述其他痕量元素的总重量百分比不超过0.15％。


6.权利要求5所述的焊接填充金属丝或焊接填充金属条，其包含重量百分比为5.2％～5.8％的硅，其中所述硅的重量百分比包括5.2％和5.8％这两个值。


7.一种制作用于形成焊接接头的组合物的方法，包括：
获取一种适用于焊接6xxx系列合金的铝-硅-镁合金，所述铝-硅-镁合金由以下成分构成：
5.0～6.0wt％的硅；
0.31～0.5wt％的镁；以及
余量为铝和痕量元素，
其中所述痕量元素由以下成分构成：
最大允许量为0.8wt％的铁；
最大允许量为0.3wt％的铜；
最大允许量为0.15wt％的锰；
最大允许量为0.2wt％的锌；
最大允许量为0.2wt％的钛；
最大允许量为0.0003wt％的铍；以及
其他痕量元素，每种所述其他痕量元素的重量百分比不超过0.05％，
所有所述其他痕量元素的总重量百分比不超过0.15％；
将所述铝-硅-镁合金制成适合焊接的铸造成形的、挤出成形的、拉制的、轧制的或直线的填充金属丝或填充金属条。


8.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯·爱德华·安德森，
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