一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法技术

本发明专利技术提供一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法，待焊接的铝合金母材厚度为小于等于2mm，选用与待焊接的铝合金母材成分相适配的、低组配填充焊丝，获得在轧制过程中相对于母材厚度有40％

【技术实现步骤摘要】
一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法


[0001]本专利技术属于材料工程
，涉及一种提高铝合金焊接接头力学性能的方法，具体而言，尤其涉及一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法。

技术介绍

[0002]在汽车和航空航天制造业中使用更轻、更强的材料是满足全球交通应用对节能需求的有效策略之一。时效硬化铝合金因其重量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优良性能，已成为目前交通运输制造业中最受欢迎的材料。在结构件的制造过程中，焊接工艺是生产中的重要一环。遗憾的是，时效硬化铝合金的可焊性较差，接头抗拉强度只能达到母材50％
‑
70％，而接头断后伸长率却只能达到母材的40％
‑
50％，这极大的限制了时效硬化铝合金焊接构件的应用潜力。
[0003]目前对铝合金时效硬化起主要作用的镁，锌，锂元素，在熔焊过程中会大量蒸发。虽然填充焊丝可以补偿元素蒸发，但由于时效硬化铝合金在熔焊过程中的高裂纹倾向，因此，填充焊丝通常不可通过热处理获得强化。焊后热处理工艺可通过重新析出强化相使热影响区获得显著强化，但对焊缝的强化效果有限。
[0004]另外，专利号为201911320768.6的专利技术专利提出一种采用余高轧制工艺可使焊缝和近焊缝的热影响区获得显著的加工硬化，但铝合金导热能力强且强化相易受到焊接热循环的影响，因此焊接热影响区不仅软化严重且尺寸大。余高轧制工艺对远离焊缝的热影响区强化效果有限。母材厚度大于2mm的时效硬化铝合金采用余高轧制工艺接头强度和韧性仍显著低于母材。
[0005]综上所述，目前尚未出现一种工艺可以实现焊缝区和热影响区的同时强化，导致变形集中在软化区从而显著降低了焊接接头的强度和塑性指标。因此，迫切需要开发新的时效硬化铝合金接头协同强化方法，使接头各区域的性能均匀分布，降低受力服役过程中的应力应变集中趋势，提高接头力学性能，深度挖掘时效硬化铝合金的应用潜力。

技术实现思路

[0006]根据上述提出在改善时效硬化铝合金的可焊性较差的问题时，针对目前接头软化工艺具有局限性，即焊缝区和热影响区不能同时强化的技术问题，而提供一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法。本专利技术首先采用填丝焊工艺使得接头获得一定尺寸的焊缝余高，然后接头采用固溶热处理将粗大的过时效强化相回溶；其次调控余高轧制和时效热处理的顺序，时效时间，轧制下压量，使热影响区的软化通过时效析出强化得到解决，同时焊缝的软化通过轧制加工硬化得到解决，并通过控制两者强化效果相匹配，实现整体接头性能的一致性分布，进而实现接头强度和塑性的协同强韧化。本专利技术可改善接头软化，提高接头显微硬度分布均匀性，使得接头的强度可达到母材强度的100％，断后伸长率最高可达到母材的90％以上，实现时效硬化铝合金焊接接头强度和塑性的大幅度提升。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法，待焊接的铝合金母材厚度为小于等于2mm，选用与待焊接的铝合金母材成分相适配的、低组配填充焊丝焊接接头，使得焊缝获得具有一定高度的余高，所述一定高度是指在轧制过程中相对于母材厚度有40％
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150％的变形量；对实焊后的铝合金焊接接头进行固溶热处理后，通过调控余高轧制和时效热处理的顺序，时效时间，轧制下压量，使热影响区的软化通过时效析出强化得到解决，同时焊缝的软化通过轧制加工硬化得到解决，并通过控制两者强化效果相匹配，实现整体接头性能的一致性分布，使得局部轧制后的焊缝区、热处理强化的热影响软化区与母材区域的硬度分布趋于均匀，使铝合金接头强度及塑性性能均得到大幅度提升，进而实现接头强度和塑性的协同强韧化。
[0009]进一步地，焊接接头采用填丝焊方法，调整焊接参数包括如下：焊接速度，焊接电流，送丝速度、送丝角度和焊缝成型方式。
[0010]进一步地，所述填丝焊方法是指采用传统热源：熔化极气体保护焊或钨极氩弧焊中的一种；或采用高能束热源：激光
‑
熔化极气体保护焊复合焊接热源、激光
‑
钨极氩弧焊复合焊接热源、激光束焊接热源、电子束焊接热源或等离子弧焊接热源中的一种。
[0011]进一步地，焊接工艺参数范围应满足：
[0012]送丝速度范围为800～5000mm/min，送丝角度范围为20～70
°
，焊接速度范围为120mm～1500mm/min，熔化极气体保护焊或钨极氩弧焊焊接时电弧电流范围为40～200A，焊枪角度45～90
°
，电极高度范围1mm～3mm；当使用高能束激光电弧复合焊时，激光功率范围为350～2000W、激光离焦量的调节范围为
‑
5～5mm、电弧电流范围为40～180A、激光束与电弧电极间距Dla调节范围为1.0～3.0mm，光丝间距范围为2.0～5.0mm。
[0013]进一步地，焊缝成型方式包括自由成型和强制成型，焊缝自由成型工艺为熔焊时焊缝液态金属在重力和表面张力的作用下成型；强制成型工艺通过垫板凹槽的形状控制焊缝余高的尺寸。
[0014]进一步地，轧制时，设置轧辊的最终间距大于或等于焊接母材的厚度，即仅对焊缝余高区域进行轧制，根据焊缝性能需要调整轧制工艺参数，即轧制道次及每道次的下压量。
[0015]进一步地，焊后采用固溶热处理工艺的温度及时间和时效热处理工艺的温度及时间应与初始母材的相同，用以保证接头的热影响区和母材的力学性能经过焊后热处理能恢复到初始母材状态。
[0016]进一步地，根据焊缝在轧制过程中的开裂倾向调整轧制和时效热处理工艺顺序；根据母材的初始热处理工艺及性能，焊后轧制和时效热处理的工艺顺序确定时效时间分配，即是否采用分步时效工艺。
[0017]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0018]1、本专利技术提供的时效硬化铝合金采用熔化焊，焊缝强化元素蒸发，单一的焊后热处理工艺无法有效改善焊缝区软化；并且由于热影响区软化严重，单一的焊后余高轧制工艺无法有效改善热影响区的软化。而本专利技术提出的方法复合了焊后热处理工艺对热影响区的强化及余高轧制工艺对焊缝区的强化，可解决时效硬化铝合金焊接接头软化问题。
[0019]2、本专利技术通过改变轧制和时效热处理工艺顺序，可实现轧制过程中易裂倾向较大的2XXX，7XXX高强铝合金接头强化。
[0020]3、通调控余高轧制和时效处理的顺序，轧制下压量，时效时间分配，从而调控焊缝
及热影响区的强化效果，可实现焊缝，热影响，及母材的性能趋于一致，在改善接头强度的同时，大幅改善接头的塑性，可满足高动载荷关键构件的焊接制造需求。
[0021]综上，本专利技术一是通过选用低组配的焊丝进行填丝焊使时效硬化铝合金获得焊缝余高，并在焊接过程中采用强制成型工艺调控余高的尺寸。二是对焊接接头采取固溶处理工艺，使过时效强化相回溶到基体中。然后，通过调控余高轧制和时效处理的顺序，轧制下压量，时效时间分配，从而调控焊缝区及热影响区的强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法，其特征在于：待焊接的铝合金母材厚度为小于等于2mm，选用与待焊接的铝合金母材成分相适配的、低组配填充焊丝焊接接头，采用填丝焊方法获得具有一定高度的焊缝余高，所述一定高度是指在轧制过程中相对于母材厚度有40％
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150％的变形量；对铝合金焊接接头采用固溶热处理将粗大的过时效强化相回溶；通过调控焊缝余高轧制和时效热处理的顺序，设置轧制下压量和时效时间，控制两者强化效果相匹配，实现整体接头性能的一致性分布，进而实现接头强度和塑性的协同强韧化。2.根据权利要求1所述的时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法，其特征在于，焊接接头采用填丝焊方法，调整焊接参数包括如下：焊接速度，焊接电流，送丝速度、送丝角度和焊缝成型方式。3.根据权利要求2所述的时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法，其特征在于，所述填丝焊方法是指采用传统热源：熔化极气体保护焊或钨极氩弧焊中的一种；或采用高能束热源：激光
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熔化极气体保护焊复合焊接热源、激光
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钨极氩弧焊复合焊接热源、激光束焊接热源、电子束焊接热源或等离子弧焊接热源中的一种。4.根据权利要求3所述的时效硬化铝合金焊缝区及热影响区的协同强韧化方法，其特征在于，焊接工艺参数范围应满足：送丝速度范围为800～5000mm/min，送丝角度范围为20～70
°
，焊接速度范围为120mm～150...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋刚，张兆栋，王红阳，程继文，刘黎明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：