一种高强度铝合金焊接接头的焊后热处理工艺，属于高强度铝合金加工技术领域。本发明专利技术对Al-Zn-Mg-Cu合金热轧板材的TIG焊接头进行双级固溶处理，一级固溶制度为470℃/90min，二级固溶制度为500℃/20min，固溶之后室温水中淬火。经过双级固溶+淬火处理，焊缝及母材中原有的粗大一次相基本回溶于基体中，且母材合金元素回溶造成的强化与再结晶造成的软化基本达到一个平衡。然后进行120℃/24h人工时效，接头强度可达到621.6MPa，相比于传统的470℃/2h固溶+120℃/24h人工时效处理得到的接头强度589.2MPa，具有明显的提升效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高强度招合金加工
，涉及Al-Zn-Mg-Cu型合金(中国国标中命名为7XXX系铝合金)的热处理，更具体地，涉及一种Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Zr-Er变形铝合金板材焊接接头的热处理工艺。
技术介绍
文献调查结果表明，高强度铝合金由于其高的比强度和比刚度、良好的断裂韧性和耐腐蚀性能、优良的成型性及适于回收利用等特点，是目前航空航天、交通运输等领域的主体结构材料，尤其是Al-Zn-Mg-Cu合金，其屈服强度基本在500MPa以上，是铝合金体系中强度最高的一类，被广泛应用于重要的承力构件中。该型合金的板材和管材在应用中常需要连接加工，目前主要的连接工艺仍为铆接和螺栓连接。焊接相对于铆接和螺栓连接具有节省材料、降低自重、密封性好、生产效率高等优点，而该型合金的主合金元素Zn、Mg、Cu含量较高，且在液态铝基体中的平衡分配系数k/Ι，熔池结晶时，主合金元素在晶界处偏聚析出含Cu的离异共晶相，该相共晶温度较低，结晶温度区间较大，在拉伸应力作用下极易产生焊接热裂纹。因此，该型合金长期以来被视为不可焊接材料。有研究表明，该型合金热裂纹敏感性大的主要原因是Cu元素含量过高，但足量的Cu元素在该型合金中可以提高沉淀相的弥散度，且自身具有固溶强化效果，另外Cu原子溶入沉淀相ιΓ和η相中，降低晶内和晶界的电位差，抑制沿晶开裂的趋势，从而提高合金的耐腐蚀性能，所以微量Cu或不含Cu的Al-Zn-Mg合金虽然具有较好的焊接性能，但是难以满足高强度、良好耐腐蚀性的要求。目前，一些研究者通过适度降低Cu元素含量、调控Zn、Mg元素含量平衡合金的焊接性、强度、耐腐蚀性，同时，微量Er、Zr元素在铝合金中的有益作用也已被证实，包括细化铸态晶粒、抑制再结晶、促进时效析出、提尚耐腐蚀性能、改善焊接性等，主要原因是Al、Er、Zr元素能够形成与Al基体共格的纳米级二次析出相。基于上述调查，拟采用黄晖等人专利技术的一种Al-Zn-Mg-Cu合金(成分范围:Zn7.80 ?8.20wt.%，Mg 2.80 ?3.20wt.%, Cu 0.50 ?0.70wt.%，Mn 0.40 ?0.60wt.%，Zr 0.15 ?0.25wt.%, Er 0.10 ?0.20wt.%, Fe ^ 0.20wt.%, Si ^ 0.15wt.%，余量为Al)板材制备焊接接头取代目前7075、7050、7055等高强铝合金的铆接和螺栓连接结构，该合金T6状态下的屈服强度、抗拉强度、断后延伸率分别达到631.7MPa、675.9Mpa、8.8%，力学性能优于或相当于目前应用成熟的7075、7050、7055等合金；同时，前期的热裂纹敏感性试验证实该合金热裂纹敏感性低，满足焊接材料的要求。但该合金焊接接头强度损失比较严重，T6态母材TIG焊接头强度仅为436.2MPa。采用热乳板材的焊接接头经焊后热处理可以改善接头软化，但焊后热处理工艺一般直接采用适用于母材的单级固溶+时效工艺，未充分考虑焊接接头的焊缝与母材中一次相及合金元素分布的差异性，难以充分发掘该合金焊接接头的强度潜力。本专利技术采用上述热乳板做为母材，采用合适的焊丝及TIG焊工艺制备焊接接头，并对接头进行双级固溶+人工时效的焊后热处理，得到高强度的铝合金焊接接头，以期取代目前7075、7050、7055等高强铝合金的铆接和螺栓连接结构件，具备工业应用的潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度铝合金焊接接头的焊后热处理工艺，该工艺包括双级固溶+室温水中淬火+人工时效，其中双级固溶工艺使焊缝及母材中的一次相充分回溶，增加基体的过饱和度，同时保证母材因再结晶造成的软化效应不超过一次相回溶造成的硬化效应，最终经人工时效使焊缝和母材均达到较高的硬度值，从而保证焊接接头具有高的强度。—种高强度铝合金焊接接头的焊后热处理工艺，其特征在于步骤如下:(I)对Al-Zn-Mg-Cu合金热乳板材进行全自动TIG填丝焊接，该合金成分范围:Zn7.80 ?8.20wt.%，Mg 2.80 ?3.20wt.%，Cu 0.50 ?0.70wt.% ,Mn 0.40 ?0.60wt.%，Zr0.15 ?0.25wt.%, Er 0.10 ?0.20wt.%, Fe ^ 0.20wt.%, Si ^ 0.15wt.%，余量为 Al ；焊接所用焊丝为Al-Mg-Er系合金，其成分范围:Mg 4.3?6.5wt.%, Mn 0.4?1.2wt.%，Zr 0.05 ?0.3wt.%, Er 0.1 ?0.6wt.%，余量为 Al ；(2)对步骤(I)得到的焊接接头进行双级固溶处理，具体工艺流程为:470°C保温90min，然后升温至500°C保温20min，然后室温水中淬火；(3)对步骤(2)淬火后所得接头进行时效处理，时效工艺为:120°C保温24h，然后空冷至室温。进一步，步骤(2)中升温至500°C的升温速度不小于10°C /min。TIG焊接工艺为:电流类型为正弦波交流，钨极直径3mm，钨极到母材的距离3mm，焊接电流125A，焊接速度27cm/min，送丝速度40cm/min，保护气体为Ar，正面和背面气体流量分别为20L/min和10L/min。对接头首先进行470°C /90min固溶处理，此时，焊缝和母材中一次相比例由最初的8.5%和5.2%下降到1.2%和2.0%，可溶一次相基本回溶入基体，基体的过饱和度增加，且母材因再结晶造成的软化效应低于一次相回溶造成的强化效应；然后以10°C /min的升温速度将试样升至500°C保温20min，此时焊缝和母材中未溶一次相中的主合金元素Zn、Mg继续回溶入基体，基体过饱和度进一步增加，且母材中合金元素回溶造成的强化与再结晶造成的软化达到一个平衡，继续升温或延长保温时间都造成母材的进一步软化。对双级固溶试样进行室温水中淬火，然后进行120°C /24h人工时效，时效结束后试样空冷至室温。采用本专利技术的技术方案，接头强度可达到621.6MPa，相比于传统的470°C /2h固溶+120°C /24h人工时效处理得到的接头强度589.2MPa，具有明显的提升效果。【附图说明】图1:实施例1后焊缝的背散射电子图像；图2:实施例1后母材的背散射电子图像；图3:实施例2中470°C /90min固溶后焊缝的背散射电子图像；图4:实施例2中470°C /90min固溶后母材的背散射电子图像；图5:实施例3中470°C /90min+500°C /20min固溶后焊缝的背散射电子图像；图6:实施例3中470°C /90min+500°C /20min固溶后母材的背散射电子图像；图7:实施例2室温水中淬火+30天自然时效焊缝及母材硬度值；图8:实施例3室温水中淬火+30天自然时效焊缝及母材硬度值；图9:实施例4后焊缝及母材硬度值与传统工艺对比；【具体实施方式】以下例子中提及的％，没有特别说明都表示质量百分比浓度。实施例1:对 2mm 厚 Al-Zn-Mg-Cu 合金(实测成分:Α1_7.83Ζη_2.87Mg当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强度铝合金焊接接头的焊后热处理工艺，其特征在于步骤如下：(1)对Al‑Zn‑Mg‑Cu合金热轧板材进行全自动TIG填丝焊接，该合金成分范围：Zn 7.80～8.20wt.％，Mg 2.80～3.20wt.％，Cu 0.50～0.70wt.％，Mn 0.40～0.60wt.％，Zr 0.15～0.25wt.％，Er 0.10～0.20wt.％，Fe≤0.20wt.％，Si≤0.15wt.％，余量为Al；焊接所用焊丝为Al‑Mg‑Er系合金，其成分范围：Mg 4.3～6.5wt.％，Mn 0.4～1.2wt.％，Zr 0.05～0.3wt.％，Er 0.1～0.6wt.％，余量为Al；(2)对步骤(1)得到的焊接接头进行双级固溶处理，具体工艺流程为：470℃保温90min，然后升温至500℃保温20min，然后室温水中淬火；(3)对步骤(2)淬火后所得接头进行时效处理，时效工艺为：120℃保温24h，然后空冷至室温。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓延，张亮，聂祚仁，黄晖，孙建通，牛兰强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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