铝及铝合金焊丝的研究与发展现状

Ｏ．１０ ０．０３ Ｏ．１０ Ｏ．１０ Ｏ．１０ Ｏ．１０ Ｏ．２０ Ｏ．２０ Ｏ．１０ Ｏ．２５ Ｏ．１０ Ｏ．２５ Ｏ．２５ ０．２０
０．０１ Ｏ．１０一Ｏ．２０
Ｏ．２０ Ｏ．２０ Ｏ．２０
０．１５
Ｏ．１０
一
０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５ ０．１５
ａｎｄ Ａｌｌｏｙｓ ｉｎ Ｊａｐａｎ
万方数据
第２期
续表４
有色金属加工
（边长为４０一５０ ｍｍ菱形截面坯料）＿＋热连轧（１３道
次）＿÷凹．８ ｍｍ线坯；水平连铸连拉法的工艺流程：配
料一熔化＿÷精炼＿水平连铸连拉（１２个或２４个结晶 器并联）一虫１２ ｍｍ线坯‘１ ２１。
表５铝及铝合金焊丝的选用（国内材料） Ｔａｂｌｅ ５ Ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗｉｒｅｓ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ａｌｌｏｙｓ
１２
有色金属／ｍ－ｒ
第３７卷
的生产多采用连铸连轧法，设备投资适中，产品单重 大、成材率高（９０％以上）、质量相对稳定；水平连铸 连拉法的特点是设备投资少，线材的成品率高（９０％ 以上），在纯铝焊丝线坯的生产中优势明显，有取代其 它工艺的趋势，但这种方法目前还有一些工艺问题有 待解决。
５结束语
目前我国生产的铝合金焊丝存在严重的质量不 稳定问题，某些用途（特别是高速列车）的铝合金焊丝 尚依靠进口。因此，控制焊丝的化学成分，提高焊丝 的产品质量非常重要。此外，焊丝的表面抛光度、清 洁度、丝径均匀度、焊丝翘距和螺旋度等对焊丝质量 的影响也不可忽视，同样也是目前铝及铝合金焊丝研 制和生产中迫切需要解决的问题。
主要介绍铝合金焊丝的化学成分、产品性能及选择原则，阐述其生产工艺的发展现状，指出我国焊丝生产存
在的问题，展望铝合金焊丝的发展趋势。
关键词：铝及铝合金；焊丝；焊接
中图分类号：ＴＧ４５７．１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—６７９５（２００８）０２－Ｏ００９一０４
随着焊接技术的发展，铝及铝合金焊接结构已广 泛应用于民用及军工领域，如各种化工容器、交通工 具、舰船、飞机、火箭、宇宙探测器等。磁悬浮列车、Ｄ 车组高速列车、国产“南星”和“北星”高速客船、神舟 载人宇宙飞船、“长征二号”捆绑式运载火箭等，均采 用有高强度铝合金焊接结构…。这些焊接结构的性 能，在基材一定的情况下，主要取决于焊接工艺和焊 丝的合金成分和性能旧Ｊ。其中，焊丝是影响焊缝金属 成分、组织、液一固相线温度、近缝区母材的热裂性、 焊缝的耐腐蚀性及力学性能的重要因素。因此，焊丝 材料对铝合金焊接结构的广泛应用具有重要意义。 本文主要对国内外铝及铝合金焊丝的研究和发展现 状进行综合论述。
４铝及铝合金焊丝生产工艺
目前国内铝合金焊丝线坯的生产工艺大致有立 式半连续铸造一挤压法、连铸连轧法、水平连铸连拉 法三种。立式半连续铸造一挤压法的工艺流程：配料 ＿熔化一＋精炼－＋立式半连续铸造（ｑｂｌ ６２ ｎｌｎｌ圆锭）－÷ 铸锭均匀化＿铸锭加热＿÷热挤压一中８ ｍｍ线坯；连铸 连轧法的工艺流程：配料＿÷熔化一精炼＿÷连续铸造
ＡＣ７Ａ ４０４３
目前国内研制的军工用铝合金焊丝线坯的生产 主要采用立式半连续铸造一挤压法，其特点是产品质 量好、性能稳定，所用设备也可用于生产其它铝合金 线材（如铆钉线等），但设备投资较大，工序多，占地面 积大，工模具消耗和能耗较高，生产过程中的几何废 料也高，产品成品率相对较低；国外铝合金焊丝线坯
３ 铝及铝合金焊丝材料的选用
铝及铝合金焊丝广泛应用于铝合金氩弧焊及气 焊。焊丝选用主要根据母材的种类、接头的抗裂性 能、机械性能、抗腐蚀性能及经阳极化处理后焊缝与 母材的色彩协调等方面的要求综合考虑。一般来说， 焊接铝及铝合金都采用与母材相同或相近牌号的焊 丝，这样可以获得较好的耐蚀性；但焊接热裂倾向大 的热处理强化铝合金时，选择焊丝时则主要考虑抗裂 性。铝镁合金焊接时，为弥补焊接过程中镁的烧损， 应避开焊缝易出现裂纹的镁含量临界点（２％），一般 采用含镁量比基材高ｌ％一２％的焊丝。另外，采用 含Ｍｇ量高的铝合金焊丝焊接高ｚｎ铝合金时可提高 焊缝的抗裂性。以６００５Ａ型材为例，其镁含量为 ０．６５％、硅含量为０．７０％，采用ＥＲ５３５６铝合金焊丝 可以满足上述要求。依据美国ＡＬＣＯＴＥＣ铝焊接研究 所提供的技术资料，并参照德国、日本等国文献报道， 焊接７００５铝合金型材时可选用的焊丝牌号有 ＥＲ５３５６、ＥＲ５１８３，接头综合性能均较高；二者比较， ＥＲ５３５６接头强度稍差，但延伸率较大。综合国外铝 合金车辆的成功制造经验，选择ＥＲ５３５６焊丝焊接 ７００５基材较好【１０｜。表５、表６列出了铝及铝合金焊丝 的一般选用参考¨“。
２二铝合事金口１‘ 帽ｊ＂■－ｚ３＝厶厶ｚＪ－ｚ．口产日Ｚ品×．及’Ｉ性士日能匕
１９０４年瑞典人奥斯卡尔凯·吉尔伯格（Ｏｓｃａｒ Ｋｊｉｅｌｌｂｅｒｇ）建立了世界第一家焊条厂（ＯＫ焊条厂，即现 在的ＥＳＡＢ公司）。其后，焊接冶金研究不断深入，２０ 世纪５０年代、７０年代相继开发出了实心焊丝气保焊 和气保护药芯焊丝，并得到广泛应用。
第３７卷第２期 ２００８年４月
有色金属加工 ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ ＭＥＴＡＬＳ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ
ＶＯＩ－３７ ＮＯ．２ Ａｐｒｉｌ ２００８
铝及铝合金焊丝的研究与发展现状
黄敏，刘 铭，张坤，杨守杰，依琳娜
（北京航空材料研究院，北京１０００９５）
摘要：随着铝合金焊接结构的广泛应用及铝合金焊接技术的发展，铝合金焊丝愈加受到人们的关注。本文
目前，国外只有少数几家公司掌握铝及铝合金焊 丝生产技术，如德国的ＶＡＷ、美国的Ａｌｃｏａ、日本的 ＫＯＫ等旧Ｊ。日本的铝及铝合金焊丝的工业标准（ＪＩＳ ７＿３２３２）基本是参照美国标准，其产品质量在１９７０年 以前尚落后于欧美等国，其后产品质量显著提高。目
１０
有色金属Ｊｊ口－ｒ
第３７卷
ＥＲｌｌ００ ＥＲｌｌ８８ ＥＲ２３１９ ＥＲ４００９ ＥＲ４０１０ ＥＲ４０４３ ＥＲ４０４７ ＥＲ４１４５ ＥＲ４６４３ ＥＲ５１８３ ＥＲ５３５６ ＥＩｔ５５５４ ＥＲ５５５６ ＥＲ５６５４
一
Ｏ．Ｏｌ ０．０２ ０．４５—０．６ Ｏ．３０—０．４５ ０．０５ ０．１０ ０．１５ Ｏ．１０—０．３０ ４．３—５．２ ４．５—５．５ ２．４—３．０ ０．０５—０．１０ ３．１—３．９
一 一 一 一 —
一 —
源自文库Ｏ．１５
—
０．０５—０．２０ ０．０５—０．２０ ０．０５—０．２０ ０．０５一Ｏ．２０ ０．１５—０．３５
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１ 铝合金焊丝的化学成分
铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝 合金又分为热处理强化铝合金和热处理不可强化铝 合金。用于焊接铝合金的铝合金焊丝分为电极丝及 填充丝。铝合金焊丝化学成分，除铝基体外一般还含 有各种主要合金元素、添加的微量元素及杂质元 素［３】。合金元素的种类和含量决定着焊丝的使用性 能，如力学性能、焊接性能、耐蚀性能等。以用途广泛 的ＥＲ５３５６合金焊丝为例，其化学成分（质量分数） 为：Ｍｇ ５％、Ｃｒ ０．１０％、（Ｆｅ＋Ｓｉ）０．３％、Ｃｕ≤ ０．０５％、Ｚｎ ０．０５％、Ｍｎ ０．１５％、Ｔｉ ０．１％、ＡＩ余量。 其中，主要合金元素Ｍｇ与Ａｌ形成固溶体基体，少量 形成Ａ１。Ｍｇ，粒子；Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ等都是起微合金化、强韧
在“七五”、“八五”期间，我国重点推广ＣＯ：半自动 化焊接技术，带动了实心焊丝的发展∞。１。目前，我国 已有近百家实心焊丝生产厂，几十家药芯焊丝生产厂， 并能够自行设计制造实心焊丝、药芯焊丝生产线。铝及 铝合金的广泛应用以及铝合金焊接技术的飞速进步，使 得铝及铝合金焊丝１３益引起人们的关注。表３列出了 国内外主要铝及铝合金焊丝产品的性能。
０．０５一Ｏ．２０ ０．００５
５．８—６．８ １．Ｏ一１．５
Ｏ．２０ Ｏ．３０ Ｏ．３０ ３．３—４．７ ０．１０ ０．１０ Ｏ．１０ Ｏ．１０ Ｏ．１０ Ｏ．０５
０．０５ Ｏ．０１ ０．２０—０．４０ Ｏ．１０ Ｏ．１０ ０．０５ Ｏ．１５ ０．１５ ０．０５ ０．０５一Ｏ．１０ ０．０５—０．２０ ０．０５一Ｏ．１０ ０．０５一Ｏ．１０ ０．Ｏｌ
５０８３ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５１８３ ５３５６ ５３５６ ５１８３
５０５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６
５１５４ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５１５４
５４５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５５６６
６０６１ ４０４３ ５３５６ ５３５６
６０６３
ＡＣ４Ｃ ４０４３ ５３５６
≥９９．Ｏ ≥９９．８８
余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量 余量
表３ 国内外主要铝及铝合金焊丝产品的性能 Ｔａｂｌｅ３ Ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗｉｒｅｓ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ａｌｌｏｙｓ
Ｔａｂｌｅ ４
表４ 日本铝及铝合金焊丝的型号及性能 Ｔｙｐｅｓ ａｎｄ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗｉｒｅｓ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
万方数据
表６异种铝及铝合金焊接用的焊丝（国外材料） Ｔａｂｌｅ ６ Ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗｉｒｅｓ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ａｌｌｏｙｓ
铸件
母材 呲 柳 Ａ 麟麟 淄 ６
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１０７０ ４０４３ ４０４３ ４０４３ ５３５６ ４０４３ ５３５６ ５３５６ ４０４３ １ １００ １ １００ １０７０
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１２００ ４０４３ ４０４３ ４０４３ ５３５６ ４０４３ ５３５６ ５３５６ ４０４３ ４０４３ ｌ １００
３００３
３２０３
５００５ ４０４３ ４０４３ ４０４３ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ４０４３ ４０４３
５Ｎ０１
５０５２ ４０４３ ４０４３ ４０４３ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５３５６ ５１５４
焊丝与焊材比例体现着一个国家的焊接自动化 水平ｕ ３｜。据报道，按照此比例计算，德国的焊接自动 化水平达到８０％，日本为７０％，美国为５６％，俄罗 斯为４０％，我国约为１５％。我国应大力发展和推广 使用各类焊丝；进一步降低实心焊丝的成本，改善焊 缝成形性，减少飞溅；扩大药芯焊丝品种，提高焊丝质 量，开发抗气孔性优良的焊丝；全面降低焊接材料发
Ｆｅ＋Ｓｉ≤０．９５
Ｏ．０６ Ｏ．２０
Ｏ．０６ Ｏ．３０
４．５—５．５
０．２０
６．５—７．５ ４．５—６．０
Ｏ．２０ ０．３０
１１．Ｏ—１３．Ｏ
Ｏ．３０
９．３—１０．７ ３．６—４．６
３．３—４．７ ０．１０
０．４０ Ｏ．２５
０．１０ Ｏ．１０
Ｏ．２５ Ｏ．２５
Ｏ．１０ ０．１０
Ｆｅ＋ｓｉ≤０．４５
收稿日期：２００７·１１－６
万方数据
化作用的微量元素。Ｃｒ和Ｍｎ能提高合金的耐应力 腐蚀性能；Ｔｉ可形成ＴｉＡＩ，，起细化晶粒、提高抗裂纹 能力的作用，并可改善合金的可焊性；杂质Ｆｅ和Ｓｉ会 降低合金的耐蚀性和机械性能，尤其对Ｍｎ含量较高 的合金更为明显；杂质元素Ｎａ严重影响合金的热变 形性能，Ｎａ含量超过０．００１％就会出现“Ｎａ脆性”，在 高Ｍｇ合金中尤为显著。表ｌ、表２分别为我国及美国 铝及铝合金焊丝的化学成分。我国铝及铝合金焊丝 型号以“ｓ”开头，后面的化学元素符号表示主要合金 组成，尾部的数字表示同类焊丝的不同品种。