一種鋁合金焊接件的處理工藝的制作方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種鋁合金焊接件的處理工藝，屬于鋁合金材料的熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 鋁合金具有中等強度、良好的抗腐蝕性和可焊接性，作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于汽 車、船舶、鐵道車輛結(jié)構(gòu)件，尤其在汽車中作為輕量化材料而備受關(guān)注。但由于鋁合金具有 良好的導熱性，焊接時要求有較大的熱輸入，尤其是厚尺寸結(jié)構(gòu)件焊接時需要輸入的熱量 更大，焊件溫度更高，焊縫的熔合區(qū)有再結(jié)晶以及熱影響區(qū)（HAZ)過時效軟化現(xiàn)象，焊接接 頭強度明顯降低。通常，焊后強度只有母材的60%_70%，延伸率也有20%以上的下降。在產(chǎn) 品應(yīng)用中容易發(fā)生塑性變形和斷裂的風險，限制了其應(yīng)用范圍和減弱了輕量化效果。
[0004] 為了避免上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)中對鋁合金焊接件進行固溶處理和時效處理。目前， 鋁合金焊接件的固溶處理和時效處理方式主要包括以下兩種：第一、在焊接之前對鋁合金 件進行固溶處理和時效處理，該種處理方式的優(yōu)勢在于：由于焊前材料比較工整，便于實 現(xiàn)，生產(chǎn)效率高，缺點是焊接時極易產(chǎn)生熱影響區(qū)（HAZ)，且熱影響區(qū)強度和塑性明顯下降， 從而影響整個鋁合金焊接件的強度以及塑性；第二、將軋制態(tài)或擠壓態(tài)材料焊接后對焊接 件進行固溶處理和時效處理，該方法盡管避免了熱影響區(qū)產(chǎn)生，但是在實際生產(chǎn)中由于焊 縫在進行淬火時極易產(chǎn)生微裂紋，并放大焊接固有缺陷，導致焊接強度更低，尤其疲勞強度 大幅下降，對于一些振動環(huán)境下使用的產(chǎn)品，裂紋迅速擴展，很快發(fā)生斷裂。
[0005] 中國專利文獻CN102717176 A公開了一種工藝優(yōu)化的高焊接強度Al-Mg-Si系合 金焊接件制備方法，該方法中將對Al-Mg-Si系合金先進行固溶處理，再焊接，焊接后進行 時效處理，但是該制備方法中在進行固溶處理后經(jīng)過自然時效達到T4狀態(tài)，由于自然時效 的時間較長(一般至少需要20小時)，造成整個處理工藝的效率不高。
[0006] 綜上所述，如何提高鋁合金焊接件的強度、塑性且保證工藝過程的高效性是現(xiàn)有 技術(shù)還沒有解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中鋁合金焊接件的處理工藝無 法兼顧到鋁合金焊接件的高強度、高塑性以及較高的工藝效率的缺陷，從而提供一種能夠 同時提高鋁合金焊接件的強度、塑性以及工藝效率的處理工藝。
[0008] 為此，本發(fā)明提供一種鋁合金焊接件的處理工藝，包括如下步驟： 步驟1 :將鋁合金板材或型材進行固溶處理，先將鋁合金板材或型材升溫至 520°C _540°C，保溫1-4小時，然后迅速對所述鋁合金板材或型材進行水冷8-12分鐘； 步驟2 :將冷卻后的所述鋁合金板材或型材在12小時內(nèi)進行焊接； 步驟3 :將焊接好的所述鋁合金板材或型材放入熱處理爐中進行時效處理，先將所述 鋁合金板材或者型材升溫至160-170°C，保溫20-30分鐘，再將所述鋁合金板材或者型材升 溫至185-195°C，保溫0. 5-3小時。
[0009] 在所述步驟1中，以不大于15°C /min的升溫速率將所述鋁合金板材或型材升溫至 520°C _540°C。
[0010] 在所述步驟1中，所述鋁合金板材或者型材在水冷前的溫度不低于520°C。
[0011] 在所述步驟1中，保溫后在一分鐘內(nèi)將所述鋁合金板材或型材放入盛水容器中水 冷，入水后完全浸入水中。
[0012] 在所述步驟3中，以不大于KTC /min的升溫速率將所述鋁合金板材或者型材升溫 至 160-170°C。
[0013] 在所述步驟3中，以不大于5°C /min升溫速率將所述鋁合金板材或者型材升溫至 185-195°C。
[0014] 在所述步驟3中，所述熱處理爐的過沖溫度不超過210°C，且在200°C以上停留時 間不超過10分鐘。
[0015] 所述鋁合金板材或者型材的化學成分為：Si 0. 4%-0. 8%，F(xiàn)e彡0. 7%，Cu 0· 15%-0· 4%，Mn 彡 0· 15，Mg 0· 8%-1· 2%，Cr0.0 4%-0· 35%，Zn 彡 0· 25, Ti 彡 0· 15,雜質(zhì)：每種 雜質(zhì)< 0. 05,雜質(zhì)合計< 0. 15,余量：Al。
[0016] 所述鋁合金板材或者型材的化學成分為：：Si 0. 5%-0. 7%，F(xiàn)e彡0. 7%，Cu 0· 3%-0· 4%，Mn 彡 0· 15, Mg 0· 9%-1· 0%，Cr0.0 4%-0· 30%，Zn 彡 0· 25, Ti 彡 0· 15,雜質(zhì)：每種 雜質(zhì)< 0. 05,雜質(zhì)合計< 0. 15,余量:Al。
[0017] 在所述步驟1中，保溫時間為2小時，在所述步驟3中，在185-195°C溫度下保溫1 小時40分。
[0018] 在所述步驟2中，焊接方法為氬弧焊，焊接前對焊接位置進行化學處理或不銹鋼 絲刷打磨以去除表面氧化層。
[0019] 本發(fā)明的鋁合金焊接件的處理工藝具有以下優(yōu)點： 1.本發(fā)明提供的鋁合金焊接件的處理工藝，采用固溶處理+焊接+時效處理的工藝路 線，并且對各個工藝步驟中的工藝參數(shù)進行嚴格控制，以使得固溶處理+焊接以及時效處 理達到最佳的匹配程度，或者最大的強化效果，并提高工藝效率，具體地： 本發(fā)明中，控制固溶處理的溫度為520°C -540°C，保溫時間為1-4小時，從而保證了鋁 合金板材或者型材不發(fā)生過熱、過燒及晶粒長大，獲得了最大過飽和度的均勻固溶體。同 時，為了保證冷卻過程不析出第二相，保溫后迅速(優(yōu)選1分鐘內(nèi))對所述鋁合金板材或型材 進行水冷，并保證水冷前溫度接近上述保溫溫度(優(yōu)選水冷前的溫度不低于520°C，最好為 535°C)保證了水冷溫度不會大幅度下降，避免了第二相的析出，從而避免由于局部不均勻 析出而降低時效強化效果； 本發(fā)明中，時效處理的工藝參數(shù)與固溶處理工藝合理搭 配，在上述固溶處理階段獲得最大過飽和度的均勻固溶體的基礎(chǔ)之上，分階段嚴格控制時 效處理的溫度以及保溫時間，先將所述鋁合金板材或者型材升溫至160-170°C，保溫20-30 分鐘，再將所述鋁合金板材或者型材升溫至185-195?，保溫0. 5-3小時，相比于現(xiàn)有技術(shù) 中一次性升溫到保溫溫度的時效處理來說，本發(fā)明分段升溫，分段保溫，避免了一次性加熱 至較高溫度時，原子擴散容易進行，過飽和固溶體中析出相的臨界晶核尺寸大，時效后強 度、硬度偏低，產(chǎn)生明顯過時效的問題，在保溫20-30分鐘后，同時避免了溫度過低時，由于 溶質(zhì)原子擴散困難，溶質(zhì)原子的偏聚區(qū)（G*P區(qū)）不易形成，時效后強度、硬度低的問題。如 表1所示，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的處理工藝，本發(fā)明的處理工藝通過對合金中強化相的數(shù)量、 大小、形狀和分布的調(diào)整和控制，提高合金的力學性能。同時，進一步細化晶粒，尤其焊接熱 影響區(qū)（HAZ)的晶粒，提高接頭強度和塑性，并且，時效工藝效率提高4倍以上。
[0020] 2.本發(fā)明提供的鋁合金焊接件的處理工藝，在所述步驟1中，保溫后在一分鐘內(nèi) 將所述鋁合金板材或型材放入盛水容器中水冷，以保證鋁合金板材或型材水冷前的溫度不 低于520°C，從而避免了水冷溫度下降過快，避免了第二相的析出，提高了強化效果。
[0021] 3.本發(fā)明提供的鋁合金焊接件的處理工藝，在所述步驟3中，以不大于KTC /min 的升溫速率將所述鋁合金板材或者型材升溫至160-170°C;在所述步驟3中，以不大于5°C / min升溫速率將所述鋁合金板材或者型材升溫至185-195°C。根據(jù)不同的工藝步驟，選擇不 同的升溫速率，使得整體處理工藝具有合適的升溫時間，不但可以提高工藝效率，而且，升 溫速率與具體的時效處理和固溶處理結(jié)合，有助于提高對鋁合金的強化效果。
[0022] 4.本發(fā)明提供的鋁合金焊接件的處理工藝，所述鋁合金板材或者型材的化學成分 為：Si 0· 4%-0. 8%，F(xiàn)e 彡 0· 7%，Cu 0· 15%-0· 4%，Mn 彡 0· 15，Mg 0· 8%-L 2%，Cr0.0 4%-0· 35%， Zn < 0. 25, Ti < 0. 15,雜質(zhì)：每種雜質(zhì)< 0. 05,雜質(zhì)合計< 0. 15,余量:Al。試驗證明，上 述成分的鋁合金板材或者型材結(jié)合本發(fā)明的工藝步驟，鋁合金的強度和塑性的提高效果最 為明顯，見表1。
【具體實施方式】
[0023] 實施例1 本實施例提供一種鋁合金焊接件的處理工藝，具體包括如下步驟： 步驟1 :將尺寸規(guī)格為150mmX 200mmX 5mm的鋁合金軋制態(tài)板材機械加工45度V形坡 口，然后放置熱處理爐中以加熱至535°C，升溫速率15°C /min，保溫2小時，保溫后1分鐘內(nèi) 將鋁合金板材放入盛水容器中進行淬火，保證鋁合金板材在水冷前的溫度不低于520°C，水 冷12分鐘后取出； 步驟2 :將淬火后的板材進行焊接，焊接工藝采用氬弧焊，焊接前對焊接位置進行化學 處理以去除表面氧化層，焊接具體工藝參數(shù)為：焊接電流：300A，焊接電壓：25V，焊接速度： 25m/h，氣體流量：20L/min，焊絲：ER4043,焊絲直徑：2mm ; 步驟3 :將焊接后的鋁合金板材放置馬弗爐中進行時效處理，先將所述鋁合金板材以 10°C /min的升溫速率升溫至160°C，保溫20分鐘，再以5°C /min的升溫速度升溫至180°C， 保溫8小時。
[0024] 在本實施例中，所述鋁合金板材的化學成分如下：Si為0. 7%，F(xiàn)e為0. 7%，Cu為 0· 35%，Mn 為 0· 12%，Mg 為 0· 9%，Cr 為 0· 32%，Zn 為 0· 25%，Ti 為 0· 15%，雜質(zhì)合計為 0· 15%， 每種雜質(zhì)為〇. 05%，余量為Al。
[0025] 在本實施例中，所述馬弗爐的過沖溫度不超過210°C，且在200°C以上停留時間不 超過10分鐘。
[0026] 在本實施例中，焊后對焊接試件進行外觀檢查和超聲波探傷，按照GB2649-89《焊 接接頭機械性能試樣取樣方法》制備5根焊接接頭的拉伸試樣。按GB2651《焊接接頭拉伸 試驗方法》、GB2654《焊接接頭及堆焊金屬硬度試驗方法》對焊接接頭分別進行拉伸和硬度 試驗。測得5根試樣的各項力學性能的平均數(shù)據(jù)見表1。
[0027]