本发明专利技术公开了Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ－Ｚｒ－Ｅｒ变形铝合金在激光焊和ＴＩＧ焊方面的应用，采用适当的焊接工艺，微量稀土元素Ｅｒ在Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ－Ｚｒ合金中，能与合金发生有效的微合金作用，从而提高合金的焊接性能。焊接热影响区的晶粒显著细化，焊接热影响区的显微硬度显著提高，焊接热影响区的范围变小，能够广泛应用于工业生产中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝合金产品的焊接应用，特别是A1-Mg型合金(也被称为由铝业协会命名的5XXX系铝合金)的焊接应用，更具体地，涉及Al-Mg-Mn-Zr-Er变形铝合金的焊接应用。
技术介绍
Al-Mg系合金具有优良的耐蚀性、加工工艺性等综合性能，在船舶、航空航天等领域获得了广泛的应用。A1-Mg系合金又属于不可热处理强化铝合金，这类合金本身只能通过加工硬化等有限的手段获得有限的性能，大大影响了其使用性能。文献调查的结果表明，稀土在铝合金中可以起到去杂、除气、变质等积极作用，进而改善铝合金的力学性能和焊接性能。近年来，国内外大量学者对稀土元素在铝合金中的作用做了大量的研究。这些研究主要集中在La、 Ce、 Y、 Sc、 Zr和混合稀土对铝合金的的影响，其中对稀土元素Sc研究最为深入，在Al-Si系、A1-Zn-Mg系及Al-Mg系等铝合金的研究中均取得了令人满意的研究结果。然而，添加Sc大大增加了铝合金的生产成本，使含Sc铝合金在工业中的应用受到了限制。聂祚仁等将Er加入到铝合金中，可以提高铝合金的再结晶温度，同时能生成与Al3Sc作用相同的Al3Er相，更能有效的起到细晶强化和弥散强化等积极作用，提高铝合金的综合使用性能。而且Er的价格比较便宜，在铝合金中添加少量的Er元素不会大幅度提高生产成本，能够广泛应用于工业生产中。然而，对于含Er铝合金板材的焊接性能并没有见到相应的报道，在工业使用中，焊接部位又是最容易失效的部位，直接影响到工件的使用寿命。因此，我们对Al-Mg-Mn-Zr-Er这种新型板材的焊接性能进行了探索性的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供Al-Mg-Mn-Zr-Er变形铝合金在激光焊和TIG焊方面的应用，采用适当的焊接工艺，微量稀土元素Er在Al-Mg-Mn-Zr合金中，能与合金发生有效的微合金作用，从而提高合金的焊接性能。 本专利技术对Al-Mg-Mn-Zr-Er变形铝合金板材进行了激光焊和TIG焊两种焊接工艺，对焊接产品进行显微硬度测试和拉伸性能测试，对焊缝及热影响区进行微观组织分析。其中激光焊焊接功率2400W-2600W，焊接速度2m/min-4m/min，离焦量为+2—4个，采用He和Ar混合气体保护；TIG焊焊接参数为焊接电流为170-190A/150-170A,焊接速度为0. 1-0. 3m/min，送丝速度为2. 0-3. 0m/min，采用Ar气保护。 在适当的焊接工艺条件，稀土元素Er能够使Al-Mg-Mn-Zr变形铝合金的焊接热影响区的晶粒显著细化，提高焊接热影响区的显微硬度和抗拉强度；同时，稀土Er还能显著抑制Al-Mg-Mn-Zr变形铝合金焊接热影响区的再结晶。焊接完成后，激光焊冷轧板的抗拉强度可以达到母材的70%以上，TIG焊退火冷轧板的抗拉强度可以达到母材的80X以上，TIG焊热轧板的抗拉强度可达到母材的90%以上，三种状态下的焊后延伸率基本没有变化。 本专利技术将稀土 Er元素添加到Al-Mg-Mn-Zr合金中，制备出Al-Mg-Mn-Zr-Er这种新型合金，焊接实验研究表明，在适当的焊接工艺下，稀土Er可以明显减小焊接热影响区的范围，细化焊接热影响区的晶粒，进而提高了 Al-Mg-Mn-Zr-Er变形铝合金板材的可焊性。 这种合金在焊接应用上非常适合用于运输业，特别是用于焊接构件，例如船舶甲板、工业用车辆以及固定或者移动箱体的合金；也可将该合金加工成多种焊接产品形式，例如薄板、片材或者挤压、锻造成型的产品。附图说明 图1 :实施例1激光焊冷轧板热影响区组织； 图2 :实施例1TIG退火焊冷轧板热影响区组织； 图3 :实施例1焊后显微硬度，其中a为1. 5mm冷轧板激光焊，b为4. Omm退火冷轧板TIG焊，c为4. 0mm热轧板TIG焊； 图4 :实施例2焊后显微硬度，其中a为1.5mm冷轧板激光焊，b为4.0mm退火冷轧板TIG焊，c为4. Omm热轧板TIG焊；具体实施例方式A 1-Mg-Mn-Zr-Er变形板材制备工艺 (1)所用原料为纯Al，纯Mg，Al-Er，Al-Zr及Al-Mn中间合金，按质量百分比配置所需成分； (2)采用电磁感应炉和黏土石墨坩埚熔炼，待合金完全熔化后，用(^Cle精炼除气，加覆盖剂保护，然后进行二次精炼、静置、扒渣，浇铸成铸锭； (3)对铸锭进行均匀化退火、退火温度为470°C，保温时间为10小时； (4)退火后，铸锭在460-47(TC进行热轧，最终变形量为90%，获得4mm厚热轧板；热轧后进行完全退火(41(TC保温1小时)，进行冷轧，最终变形量为90% ，获得1. 5mm和4mm厚冷轧板。 (5)4mm冷轧板焊前进行225。C退火，保温时间为1小时。 实例1 :对Al-4. 2Mg-0. 3Mn-0. 05Zr_0. 1Er变形铝合金进行激光焊和TIG焊。将1. 5mm厚Al_4. 2Mg_0. 3Mn_0. 05Zr_0. 1Er变形铝合金冷轧板剪裁成一定尺寸以便于焊接，将板材进行化学清洗和机械清理，之后进行激光焊，焊接参数为焊接功率2400W ;焊接速度2m/min ;离焦量为+2个；保护气体(He : Ar = 3 : 1)流量20L/mi n。焊后进行X射线无损探伤，检验合格进行后续测试。 将4mm厚Al-4. 2Mg_0. 3Mn_0. 05Zr_0. 1Er变形铝合金退火冷轧板剪裁成一定尺寸以便于焊接，将板材进行化学清洗和机械清理，之后进行脉冲TIG焊，焊接参数为焊接电流为190/170A ;焊接速度为0. 3m/min ;送丝速度为3. Om/min ;保护气Ar流量5L/min。焊后对焊缝进行X射线无损探伤，检验合格进行后续测试。 将4mm厚Al_4. 2Mg_0. 3Mn_0. 05Zr_0. 1Er变形铝合金热轧板剪裁成一定尺寸以便于焊接，将板材进行化学清洗和机械清理，之后进行脉冲TIG焊，焊接参数为焊接电流为170/150A ;焊接速度为0. lm/min ;送丝速度为2. Om/min ;保护气Ar流量5L/min。焊后对焊4缝进行X射线无损探伤，检验合格进行后续测试。 取焊接后的合金试样，在金相显微镜下观察微观组织，图1为激光焊冷轧板热影响区组织，图2为TIG焊退火冷轧板热影响区组织(热轧板与退火冷轧板的热影响区形貌基本一致，只是未发生组织变化的回复区相对较小)。从图l.和图2.中可以观察到，靠近焊缝的热影响区域发生了再结晶或者部分再结晶，原始母材的纤维状组织被新生的等轴晶粒取代。由于稀土元素Er与Al基体结合生成第二相粒子Al3Er相，起到细晶强化和弥散强化的作用，再结晶的晶粒生长受到抑制，最终形成细小的等轴晶紧密的排列在焊接热影响区。 取焊接后的合金试样，进行显微硬度测试，加载载荷为0. lkg。图3为变形铝合金板材焊后显微硬度，从图中可以观察到激光焊冷轧板的焊缝宽2mm，热影响区宽度为4mm(lmm-5mm)，在靠近熔合线处显微硬度值最低约为87HV，母材显微硬度为约110HV，焊接后显微硬度最低值可达到母材的80%。 TIG焊退火冷轧板的焊缝宽6mm，热影响区宽度为16mm(3mm-19mm)，在靠近熔合线处显微硬度值最低约为76HV，母材显微硬度为约106HV，本文档来自技高网...
【技术保护点】
将Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ－Ｚｒ－Ｅｒ变形铝合金应用于焊接，其特征在于采用激光焊。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晖，李聪颖，陈子勇，王为，聂祚仁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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