通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，涉及金属材料连接技术领域，包括三个操作步骤：步骤一、焊接前准备工作；步骤二、铝合金焊接作业；步骤三、表面强化处理。本发明专利技术是将传统的喷丸改性辅助于高强铝合金的固态连接技术，达到提高接头疲劳寿命的目的；该工艺所需设备简单，无需特殊要求的喷丸机，常规的喷丸机即可满足需求，只需通过调整喷丸距离，调整喷丸时间即可实现。实现。实现。

【技术实现步骤摘要】
通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法


[0001]本专利技术涉及金属材料连接
，尤其涉及一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法。

技术介绍

[0002]高强铝合金具有重量轻、比强度高、且耐蚀性优良的特征，在航空航天、交通运输、船舶制造等领域的应用越来越广泛。但是，高强铝合金的焊接性差，熔化焊后接头强度系数低，严重影响该材料的广泛使用。固态连接技术的采用显著的提升了接头的强度系数，但仍然无法彻底的发挥基体材料的高比强度特性，若焊接后辅助以表面改性技术，可以显著的改善接头的组织结构，提高焊接接头的疲劳寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，通过搅拌摩擦焊接后，再辅助于喷丸的工艺方法，来提高Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系合金焊接接头的疲劳寿命。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，包括以下操作步骤：
[0006]步骤一、焊接前准备工作，包括待焊接材料的准备和清理作业；
[0007]步骤二、铝合金焊接作业，将准备好的两个待焊接材料定位到焊接设备上，通过搅拌摩擦焊接完成二者的固定连接，并形成铝合金焊接接头；
[0008]步骤三、表面强化处理，将焊接在一起的焊接材料传输到喷丸工位上，通过喷丸机对铝合金焊接接头进行表面处理。
[0009]进一步的，所述步骤一中，待焊接材料为Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系合金板，合金板的厚度为4mm～6mm。
[0010]进一步的，所述步骤一中，对待焊接的合金板进行清理，清理内容包括表面油污、氧化膜的去除及毛刺的清理。
[0011]进一步的，所述步骤三中，所述喷丸机采用GCr15钢丸，所述GCr15钢丸的直径为0.5mm，重量为30g。
[0012]进一步的，所述喷丸机工作时，喷丸速度为15mm/s～20mm/s，喷嘴距离为18mm～22mm；喷丸时间为10min～30min；覆盖率为100％。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：
[0014]本专利技术一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，包括焊接前准备工作、铝合金焊接作业、表面强化处理三个操作步骤，其中，焊接作业采用搅拌摩擦焊，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。与传统的焊接方
法相比，该搅拌摩擦焊具有接头质量高、焊接变形小、残余应力小、焊接过程无污染等优点；再有，焊接后通过喷丸作业进行表面质量处理，强化连接强度。
[0015]本专利技术是将传统的喷丸改性辅助于高强铝合金的固态连接技术，达到提高接头疲劳寿命的目的；该工艺所需设备简单，无需特殊要求的喷丸机，常规的喷丸机即可满足需求，只需通过调整喷丸距离，调整喷丸时间即可实现。本专利技术适用于Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系塑性较好的铝合金材料固相连接得到的焊接接头。
附图说明
[0016]下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。
[0017]图1为本专利技术通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法流程示意图；
[0018]图2为本专利技术不同喷丸时间残余应力沿深度分布图；
[0019]图3为本专利技术铝合金焊接接头强化处理后金相组织图；
[0020]图4为本专利技术铝合金焊接接头处理前金相组织图；
[0021]图5为本专利技术铝合金焊接接头处理前后疲劳寿命对比图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
[0023]如图1所示，一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，包括以下操作步骤：
[0024]步骤一、焊接前准备工作，包括待焊接材料的准备和清理作业；
[0025]步骤二、铝合金焊接作业，将准备好的两个待焊接材料定位到焊接设备上，通过搅拌摩擦焊接完成二者的固定连接，并形成铝合金焊接接头；
[0026]步骤三、表面强化处理，将焊接在一起的焊接材料传输到喷丸工位上，通过喷丸机对铝合金焊接接头进行表面处理。
[0027]具体的，所述步骤一中，待焊接材料为Al
‑
Zn
‑
Mg
‑
Cu系合金板，合金板的厚度为4mm～6mm，优先选用5mm的板材。
[0028]所述步骤一中，对待焊接的合金板进行清理，清理内容包括表面油污、氧化膜的去除及毛刺的清理。
[0029]所述步骤三中，所述喷丸机采用GCr15钢丸，所述GCr15钢丸的直径为0.5mm，重量为30g。其中，GCr15是一种最常用的高铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度，该钢丸的耐磨性好，接触疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，可以更好的对焊接接头形成冲击，改变焊接接头的表面质量。具体的，该喷丸机选用常规的喷丸机即可满足需求，其中可以选用青岛黄河机械有限公司的设备，型号为6930的滚道连续式抛丸清理机。
[0030]所述喷丸机工作时，喷丸速度为15mm/s～20mm/s，喷嘴距离为18mm～22mm喷丸时间为10min～30min，喷丸角度为90
°
，覆盖率为100％。
[0031]具体的实施例中：
[0032]首先，在此工艺参数下，选用板厚为5mm的板材，对焊接接头分别进行10min、15min、20min、25min的喷丸处理，喷完后对焊接接头进行测定：
[0033]如图4所示，为处理前的金相组织图，不均匀且呈现松散的状态；其次，如图3所示，为处理后的状态，铝合金焊接接头的内部组织发生了明显的变化，消除残余应力后的组织更加均匀，强度更高。
[0034]如图2所示，经过不同喷丸时间的处理，图中显示了三个不同的喷丸时间(15min、20min、25min)下不同深度的残余应力，其中AS
‑
Welded显示的是焊接态，即没有喷丸处理的焊接接头；
[0035]如图5所示，横坐标N代表疲劳循环次数，纵坐标a代表裂纹长度，曲线为疲劳循环次数
‑
裂纹长度之间的关系。具体的，
[0036]NZ：代表焊接态焊核区试样的疲劳寿命随裂纹扩展的变化曲线
[0037]W
‑
AS
‑
TMAZ：代表焊接态热机影响区前进侧试样的疲劳寿命随裂纹扩展的变化曲线；
[0038]W
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，其特征在于：包括以下操作步骤：步骤一、焊接前准备工作，包括待焊接材料的准备和清理作业；步骤二、铝合金焊接作业，将准备好的两个待焊接材料定位到焊接设备上，通过搅拌摩擦焊接完成二者的固定连接，并形成铝合金焊接接头；步骤三、表面强化处理，将焊接在一起的焊接材料传输到喷丸工位上，通过喷丸机对铝合金焊接接头进行表面处理。2.根据权利要求1所述的通过表面强化的途径提高铝合金焊接接头疲劳强度的方法，其特征在于：所述步骤一中，待焊接材料为Al
‑
Zn
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Mg
‑
Cu系合金板，合金板的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：金玉花，邢逸初，张林，陈永昇，周子正，马悦铭，胡栢睿，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：