【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料焊接，尤其涉及一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法。
技术介绍
1、铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性能好、易塑性成形等优点，在铁路、公路运输系统、船舶、军事装备等领域得到了广泛的应用。然而，铝合金同时具有导热系数高、凝固速度快、热膨胀系数高、凝固温度范围大等特点，焊接时通常在焊接接头处出现气孔、热裂纹和软化等缺陷，恶化整体构件的力学性能。气孔是焊缝熔合区裂纹的主要来源，对疲劳寿命有实质性的影响。焊缝软化问题和热影响区软化问题导致焊接接头成为整个构件的弱区，使得铝合金在工业应用中受到限制。因此，获得气孔少、无热裂纹和高强度的铝合金焊接接头是许多研究者一直致力于达成的目标。
2、对于确定的焊接母材，铝合金焊丝的成分对焊接接头的组织和力学性能有着十分重要的影响。在工程制造中，焊接接头一般没有条件再进行加工变形，并且多数情况下也不能再次进行热处理强化。所以，绝大多数情况下，只能通过优化焊丝成分和焊接工艺来调控焊接接头的性能。
3、目前，工业常用铝合金焊丝按合金牌号分为4类，即1xxx系、2xxx系(er2319)、4xxx系(er4043、er4047)和5xxx系(er5554、er5654、er5356和er5183)。与铝合金的数量相比，铝合金焊丝的品种单一。2xxx系焊丝只能焊接2xxx系铝合金，4xxx系焊丝一般只能用来焊接6xxx系合金，5xxx系焊丝几乎被用于焊接所有型号的铝合金母材，这显然不合理。而且，焊接接头的强度仅能达到母材强度的60％～70％。因此，许
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，能够提升焊接接头的强度，满足高端装备的焊接制造需求。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、步骤1：确定焊接母材的成分；
5、步骤2：依据母材成分，设定理想的焊缝成分，理想的焊缝成分应使得焊缝具有细小且均匀的等轴晶粒组织，并具备在焊后经烘烤能够快速析出强化相的能力，从而保证焊缝和热影响区具有优异的力学性能；
6、步骤3：使用已知成分的填充材料和母材进行焊接，确定焊接工艺后，测出熔合比和易烧损元素的挥发率；
7、步骤4：根据母材成分、理想的焊缝成分、熔合比和易烧损元素的挥发率，通过如下公式推算出新焊接填充材料的成分：
8、新焊接填充材料成分＝理想的焊缝成分/(1-熔合比)*(1-挥发率)-母材成分*熔合比/(1-熔合比)。
9、进一步的，步骤1中所述焊接母材的成分至少为以下3种中的一种：
10、母材1：mg0.8-0.9wt％，si0.9～1.0wt％，cu0.3-0.4wt％，mn0.6-0.65wt％，cr0.2-0.25wt％，ti0.025-0.03wt％，fe≤0.15wt％，zn<0.05wt％，al为余量；
11、母材2：mg0.82-0.9wt％，si0.95～1.1wt％，cu0.4-0.5wt％，mn0.55-0.65wt％，cr0.2-0.3wt％，ti0.025-0.03wt％，fe≤0.15wt％，zn<0.05wt％，al为余量；
12、母材3：mg0.9-1.0wt％，si1.1～1.2wt％，cu0.55-0.65wt％，mn0.6-0.7wt％，cr0.2-0.25wt％，ti0.025-0.03wt％，fe≤0.15wt％，zn<0.05wt％，al为余量。
13、进一步的，步骤2中所述焊后烘烤包含焊前预时效和焊后双级烘烤处理。
14、进一步的，步骤3中所述已知成分的填充材料为2xxx系、4xxx系或5xxx系铝合金。
15、进一步的，步骤3中所述焊接工艺为激光焊、电子束焊、冷金属过渡焊、非熔化极惰性气体保护电弧焊、熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊这几中的一种或多种。
16、进一步的，步骤3和4中所述已知成分的填充材料和新焊接填充材料的形态为10～200um的粉末、50～1000um的薄片和0.5～3.2mm直径的焊丝这三种中的一种或多种。
17、进一步的，所述焊前预时效方式为：140～220℃，1～3h；焊后双级烘烤处理方式为：烘烤温度为180～200℃，时间为0.5h，空气冷却至室温后，进行第二次烘烤，烘烤温度为180～200℃，时间为0.5h，随后空气冷却至室温。
18、进一步的，步骤3中所述熔合比的测算方式为：熔合比＝熔化母材金属的横截面积/(熔化母材金属的横截面积+焊缝中填充金属的横截面积)。
19、进一步的，步骤3中所述易烧损元素的挥发率测算方式为：挥发率＝(根据熔合比计算的mg或zn含量-实际焊缝的mg或zn含量)/实际焊缝的mg或zn含量，易烧损元素为mg、zn。
20、进一步的，步骤4中所述新焊接填充材料成分为：si＝4.5～22.65wt.％，mg＝0.9～1.40wt.％，cu＝1.9～4.19wt.％，zn＝0.9～2.39wt.％，细化剂＝0.1～0.24wt.％，al为余量，其中，细化剂的成分为：ti＝2wt.％，c＝0.3wt.％，b＝0.2wt.％，al为余量。
21、本专利技术的有益效果为：
22、一、由母材和焊缝成分推导焊接填充材料成分，有效缩短了焊接填充材料设计所需的时间，并且减少大量的实验验证工作。
23、二、使用本专利技术提供的焊接填充材料焊接能够有效细化焊缝晶粒，形成细小等轴晶，减小焊缝的热裂倾向，且提高焊缝的强度和延展性。
24、三、对母材进行焊前预时效和焊后烘烤处理能够改善热影响区的强度，同时焊后烘烤处理可以使焊缝快速析出β"、θ'和q'复合强化相，从而同步提升焊缝和热影响区的强度。
25、四、能够提升焊接接头的强度，满足高端装备的焊接制造需求。
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1.一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤1中所述焊接母材的成分至少为以下3种中的一种：
3.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤2中所述焊后烘烤包含焊前预时效和焊后双级烘烤处理。
4.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3中所述已知成分的填充材料为2XXX系、4XXX系或5XXX系铝合金。
5.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3中所述焊接工艺为激光焊、电子束焊、冷金属过渡焊、非熔化极惰性气体保护电弧焊、熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊这几中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3和4中所述已知成分的填充材料和新焊接填充材料的形态为10～200um的粉末、50～1
7.根据权利要求2所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，所述焊前预时效温度为140～220℃，时间为1～3h；焊后双级烘烤处理方式为：烘烤温度为180～200℃，时间为0.5h，空气冷却至室温后，进行第二次烘烤，烘烤温度为180～200℃，时间为0.5h，烘烤完成后空气冷却至室温。
8.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3中所述熔合比的测算方式为：熔合比＝熔化母材金属的横截面积/(熔化母材金属的横截面积+焊缝中填充金属的横截面积)。
9.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3中所述易烧损元素的挥发率测算方式为：挥发率＝(根据熔合比计算的Mg或Zn含量-实际焊缝的Mg或Zn含量)/实际焊缝的Mg或Zn含量，易烧损元素为Mg或Zn。
10.根据权利要求1所述的一种6XXX系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤4中所述新焊接填充材料成分为：Si＝4.5～22.65wt.％，Mg＝0.9～1.40wt.％，Cu＝1.9～4.19wt.％，Zn＝0.9～2.39wt.％，细化剂＝0.1～0.24wt.％，Al为余量，其中，细化剂的成分为：Ti＝2wt.％，C＝0.3wt.％，B＝0.2wt.％，Al为余量。
...【技术特征摘要】
1.一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤1中所述焊接母材的成分至少为以下3种中的一种：
3.根据权利要求1所述的一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤2中所述焊后烘烤包含焊前预时效和焊后双级烘烤处理。
4.根据权利要求1所述的一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3中所述已知成分的填充材料为2xxx系、4xxx系或5xxx系铝合金。
5.根据权利要求1所述的一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3中所述焊接工艺为激光焊、电子束焊、冷金属过渡焊、非熔化极惰性气体保护电弧焊、熔化极惰性气体保护焊和搅拌摩擦焊这几中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成分设计方法，其特征在于，步骤3和4中所述已知成分的填充材料和新焊接填充材料的形态为10～200um的粉末、50～1000um的薄片和0.5～3.2mm直径的焊丝这三种中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种6xxx系高强铝合金焊接填充材料的成...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊晓娟，骆顺存，胡增荣，王晓南，裴鹏飞，长海博文，张波，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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