一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法，本发明专利技术的搅拌摩擦焊整体壁板在进行焊接之前先经过预处理，以提高产品的抗腐蚀性能。同时，本发明专利技术通过对焊接工艺、搅拌头结构及焊接参数等的优化，制备出的搅拌摩擦焊整体壁板具有较好的力学性能和抗腐蚀性能，其抗拉强度可以达到384MPa，屈服强度277MPa，延伸率14％，且弯曲180°不开裂，晶间腐蚀损耗质量不大于3mg/cm

A kind of friction stir welding integral wall panel and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法
本专利技术属于船体用铝合金型材
，具体涉及一种搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法。
技术介绍
铝合金材料的传统连接方法为铆钉连接和弧焊连接，铆钉连接增加了制造时间、人力和物料的使用量，而铝合金熔焊时容易产生变形、缺陷及烟尘等，也限制了弧焊在铝合金构件上的使用。基于搅拌摩擦焊在焊接方法、力学性能、制造成本及环境保护等方面的巨大优势，国内外越来越多的技术人员开始研究搅拌摩擦焊在铝合金焊接上的应用。铝合金船体焊接是国内船舶制造业的一个棘手问题，船舶和海洋工业是国际上最早将搅拌摩擦焊用于产品制造生产的行业，国外主要船舶制造厂已经将搅拌摩擦焊应用于船舶甲板、侧墙、内外隔墙壁板和地板、生活舱体、上层建筑、直升机升降平台、离岸建筑等结构的制造。由于搅拌摩擦焊在大型船舶壁板拼接制造中的巨大优势，并有可能形成新兴制造产业，中国搅拌摩擦焊中心大力发展铝合金壁板的搅拌摩擦焊制造，在工艺、设备及批量化生产等技术环节上已经取得一定成果。然而，国内船舶制造业铝合金船体焊接仍然存在焊接时容易出现气孔、裂纹等问题，以致于影响生产出的铝合金壁板的力学性能和抗腐蚀性能。采用搅拌摩擦焊技术对铝合金宽幅壁板进行焊接制成整体壁板，焊接接头的薄弱区域，如焊缝、热影响区等焊接性能有较大影响，从而影响整体壁板性能的优劣。而搅拌头结构、焊接参数(主轴转速、焊接速度等)是影响焊接性能的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于通过对搅拌摩擦焊焊接工艺、搅拌头结构及焊接参数的优化，提供一种力学性能及抗腐蚀性能良好的搅拌摩擦焊整体壁板及其生产方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，包括以下步骤：步骤1，板材预处理：搅拌摩擦焊焊接之前，将带筋板材进行稳定化热处理，依次经过中间退火→展平、矫直→稳定化退火操作；步骤2，搅拌摩擦焊接：将经过预处理的带筋板材按长度方向对齐、固定，之后进行搅拌摩擦焊接成整体壁板，并根据需要调整焊接参数；步骤3，性能检验：对搅拌摩擦焊接的整体壁板进行性能测试，以使其满足应用需求。所述步骤1中中间退火的条件为：在温度280～425℃下退火处理5～10h。所述步骤1中展平、矫直在50℃以下操作，且控制拉伸率不超过1.5％。所述步骤1中稳定化退火条件为：在温度450～510℃下退火处理12～24h。所述步骤2中焊接参数为搅拌头结构、搅拌转速、焊速中的至少一种。所述步骤3中性能测试为力学性能测试、抗腐蚀性能测试和X射线探伤。优选地，搅拌头结构为单圆环结构或双螺旋结构或三螺旋结构，搅拌转速为800～1100r/min，焊速为400～800mm/min。更优选地，搅拌头为三螺旋结构，搅拌转速为1000r/min，焊速为600mm/min。本专利技术还提供一种按上述生产方法生产的搅拌摩擦焊整体壁板，其由多根整体挤压成型的双筋带筋板拼接并搅拌摩擦焊接而成，双筋带筋板由条形基板和两个对称设置的T型加强筋通过模具进行整体挤压而成。进一步地，所述加强筋上端设有凸边。与现有技术相比，本专利技术生产方法技术效果主要体现在：通过对带筋板进行预处理后再进行搅拌摩擦焊接，同时优化焊接参数，本专利技术制备的搅拌摩擦焊整体壁板具有优异的力学性能和抗腐蚀性能，各项指标远高于GB/T26006-2010“船用铝合金挤压管、棒、型材”和GB/T22641-2008“船用铝合金板材”中的规定，且比进口的俄1561整体壁板性能更好。采用上述生产方法生产的搅拌摩擦焊整体壁板，其抗拉强度≥378MPa，屈服强度≥233MPa，延伸率≥12％，弯曲180°不开裂，晶间腐蚀损耗质量不大于5mg/cm2，抗剥落腐蚀在PB级以上。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的各搅拌摩擦焊整体壁板的抗剥落腐蚀效果图；图2为俄1561整体壁板的抗剥落腐蚀效果图；图3是本专利技术实施例1提供的一种搅拌摩擦焊整体壁板的断面结构示意图。其中，11、条形基板，12、T型加强筋，13、凸边，14、焊缝。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。近年来，基于铝合金的焊接特点，国内船舶制造业探讨了各种焊接技术的工艺、设备及应用特点，对MIG焊、TIG焊等焊接工艺开展了专项研究。通过系统研究铝合金的类型、特性及焊接特点，以解决铝合金焊接时容易出现气孔、裂纹等问题。舰船用铝合金材料焊接工艺技术研究内容包括：①焊接方法和工艺参数的研究，通过开展焊接方法、焊接电流、电压、焊接速度、氩气流量等参数对焊接工艺和焊接性能的影响，同时充分考虑施焊环境条件的影响等，确定合适的焊接方法及工艺。通过对焊接接头力学性能、耐腐蚀性能等综合性能、接头组织结构等进行研究和分析，以降低材料焊接热裂敏感性。②焊接接头的性能与组织研究力学性能测试以及影响接头性能的关键因素，从而有针对性的改善合金的焊接性能。申请人经过多年的研究认为，具有良好性能的整体壁板，需要研究合理的工装卡具设计、优化的搅拌头结构；优化焊接参数，包括主轴转速、焊接速度等工艺参数；焊接接头的性能取决于接头微观组织，对焊接接头进行宏、微观组织分析(金相、扫描电镜、透射电镜等)以及力学性能测试(拉伸、显微硬度等)和腐蚀性能测试，研究影响接头性能的薄弱区域(如焊缝区、热影响区)，以及影响接头性能的关键因素(热裂纹、软化等)，同时，控制合金及焊丝成分中氢含量等，以降低材料焊接热裂敏感性，从而有针对性的改善舰船用铝合金的搅拌摩擦焊接性能。基于上述研究，本专利技术提供了一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，包括以下步骤：步骤1，板材预处理：搅拌摩擦焊焊接之前，将带筋板材进行稳定化热处理，依次经过中间退火→展平、矫直→稳定化退火操作。由于板材制造时合金的主合金元素含量高，在半连续铸造条件下铸锭凝固时会产生大量的非平衡结晶体和晶内偏析情况，针对非平衡结晶相、成分偏析及过渡族元素析出相不均匀分布问题，同时为了减小带筋板材的应力，消除冷作硬化、提高塑性，本步骤中，在搅拌摩擦焊接前，应先对其进行中间退火处理，优选中间退火的条件为：在温度280～425℃下退火处理5～10h。中间退火处理后，需要对带筋板材进行展平、矫直处理，为了保证制品质量，展平、矫直在50℃以下操作，拉伸率控制在0.5-1.0％，若需要进行二次拉伸时，则累计拉伸率不超过1.5％。Al-Mg系合金在室温下长期存放，易产生“时效软化”现象，导致板材强度降低，且高Mg含量铝合金会沿晶界连续析出β相，降低合金耐腐蚀性能，因此，本步骤对带筋板材进行展平、矫直处理后，采用稳定化退火处理，这样可以提升Al-Mg系合金的抗腐蚀性能，优选将带筋板材在450～510℃下退火处理5～24h。步骤2，搅拌摩擦焊接：将经过预处理的带筋板材按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，板材预处理：搅拌摩擦焊焊接之前，将带筋板材进行稳定化热处理，依次经过中间退火→展平、矫直→稳定化退火操作；/n步骤2，搅拌摩擦焊接：将经过预处理的带筋板材按长度方向对齐、固定，之后进行搅拌摩擦焊接成整体壁板，并根据需要调整焊接参数；/n步骤3，性能检验：对搅拌摩擦焊接的整体壁板进行性能测试，以使其满足应用需求。/n

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，板材预处理：搅拌摩擦焊焊接之前，将带筋板材进行稳定化热处理，依次经过中间退火→展平、矫直→稳定化退火操作；
步骤2，搅拌摩擦焊接：将经过预处理的带筋板材按长度方向对齐、固定，之后进行搅拌摩擦焊接成整体壁板，并根据需要调整焊接参数；
步骤3，性能检验：对搅拌摩擦焊接的整体壁板进行性能测试，以使其满足应用需求。


2.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，其特征在于，所述步骤1中中间退火的条件为：在温度280～425℃下退火处理5～10h。


3.如权利要求2所述的一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，其特征在于，所述步骤1中展平、矫直在50℃以下操作，且控制拉伸率不超过1.5％。


4.如权利要求3所述的一种搅拌摩擦焊整体壁板的生产方法，其特征在于，所述步骤1中稳定化退火条件为：在温度450～510℃下退火处理12～24h。


5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭锴，吴海涛，
申请(专利权)人：北京艾路浦科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11