CN102371430A

CN102371430A - 一种适用于喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法

Info

Publication number: CN102371430A
Application number: CN2010102630178A
Authority: CN
Inventors: 王�锋; 熊柏青; 张永安; 朱宝宏; 刘红伟; 李志辉; 李锡武; 左玉婷
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明公开了一种喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法，该发明方法为对喷射成形7000系铝合金采用焊接电流18～22mA，电压70～75kV，焊接速度280～320mm/min，扫描频率为1.8～2.4Hz的工艺参数，获得良好的焊缝。本发明的优点在于经该发明方法处理的喷射成形7000系铝合金，可以获得良好的焊缝组织，无焊接气孔、组织分界线和明显的粗晶带。焊接件经过后续固溶和时效处理可得到较高的强度。

Description

一种适用于喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法

技术领域

本发明涉及一种适用于喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法。

背景技术

铝合金作为一种广泛应用的结构材料，不但要具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还应具有良好的成形工艺性和良好的焊接性。7000系铝合金是时效强化型铝合金。喷射成形Al-Zn-Mg-Cu合金因其超高强度而著称，目前国内外许多大学和研究机构都展开了对喷射成形Al-Zn-Mg-Cu合金组织、性能、加工工艺及热处理制度的研究。为了使材料得到实际应用并推广，材料的焊接性能也是十分重要的因素之一。

电子束焊是指在真空环境中，利用会聚的高能电子流轰击焊接连接部位所产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束焊具有功率密度高，焊缝深宽比大，焊接速度快，热输入低，热影响区窄，焊接变形小；焊缝纯洁度高，接头质量好等优点。电子束焊的诞生最初是为了满足核能工业的焊接需求，由于其优异的焊接特点，现已扩大应用到航空、航天、汽车、电机、电子电器、工程机械、重型机械、造船和能源等工业部门。

电子束焊接过程中，电子束撞击到金属表面，电子的动能转化为热能，使金属迅速熔化，熔化金属排开，使电子束继续撞击深处的固态金属，随着电子束与焊件的相对移动，液态金属逐渐冷却，凝固，形成焊缝；焊缝周围金属受到热的作用，组织也发生变化。电子束是在高真空环境中由电子枪产生，通过电子光学系统把电子束会聚起来，成为密度很高的电子束撞击工件的表面，随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固、形成了焊缝。真空电子束焊接的基本参数是加速电压、束流、焊接速度、聚焦电流、电子枪与工件的距离。加速电压即焊接电压，其对电子束焊接影响较大，提高加速电压能增加熔深。一般不经常调节，通常在一定的电压下，通过调节其他参数来实现焊接参数的调整。束流即焊接电流，束流增大，熔深将增大，但焊缝宽度也增大。焊接速度也影响热输入，焊速增大，焊缝宽度变窄，熔深减小。为了得到良好的焊接性能，需要合理的匹配工艺参数，影响焊接效果的主要工艺参数有，焊接电压(U)，焊接电流(I)，焊接速度(S)，及扫描频率。

喷射成形Al-Zn-Mg-Cu合金合金在进行电子束焊接时，焊缝区金属发生重熔，以较快的速度冷却凝固；热影响区的金属受热，组织也发生一定程度转变，受热较大的区域发生重熔，形成细晶，其他区域组织介于母材与焊缝组织之间。焊缝区域由于细晶强化作用，焊后硬度值高于母材，并沿着母材方向，硬度呈下降趋势。由于氢在固态与液态金属中溶解度不同，在焊接骤冷过程中，在焊缝中经常会残留气孔，在焊接接头受载过程中成为了裂纹萌生源。同时，由于焊接过程中，各区域温度、冷速不同，形成了不同组织的区域，这些区域存在一定的界面，这也成为焊接接头拉伸受载过程中的弱界面，与焊接气孔等其他缺陷一起，导致了焊接接头的迅速开裂。

在采用传统铸锭冶金及变形加工工艺生产7000系铝合金时，一般控制合金中的主合金元素总含量最高不超过12％-13％，这限制了7000系铝合金的极限抗拉强度。喷射成形技术的出现突破了合金中主合金元素含量的限制，能制备高合金化程度的7000系铝合金。喷射成形技术是从传统的快速凝固粉末冶金RS/PM工艺基础上发展起来的一种快速凝固近终成形材料制坯技术。其基本原理是利用惰性气体将合金熔体雾化成大量细小的液滴，然后沉积到接收基板上，通过控制接收基板的形状和运动方式可以得到不同形状的沉积坯件。采用喷射成形技术制备高合金化的7000系铝合金时，由于凝固速度较快，合金中的晶粒被显著细化、各种宏观和微观偏析受到抑制，可有效控制沉积坯件凝固过程中内部产生热裂的倾向，同时由于凝固速度加快使沉积坯件中各种合金元素的过饱和度提高、后续热处理过程中各种沉淀相的析出更加充分，有利于使材料获得更佳的力学性能。

在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为“一种超高强度高韧性铝合金材料及其制备方法”专利申请并授予专利权(专利号为03119605.5)。在该专利中，详细记载了关于喷射成形方法和所使用的设备的问题。喷射成形方法为：(1)按合金成分，配制预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化喷嘴以1～5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5～1.0MPa；(3)在气雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采用非真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括有：感应加热熔炉、感应加热或电阻加热的中间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收装置。因此，喷射成形技术是一个很成熟的技术。

本发明针对高合金化的喷射成形7000系铝合金进行了大量的电子束焊接工作，获取了大量的实验数据，研究结果表明，采用本发明方法对喷射成形7000系铝合金进行电子束焊接，可以得到良好的焊缝组织和焊接性能。

发明内容

本发明的目的在于开发一种适用于喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种喷射成形超7000系合金的电子束焊接方法，该发明方法为对喷射成形7000系铝合金采用焊接电流18～22mA，电压70～75KV，焊接速度280～320mm/min，扫描频率为1.8～2.4Hz的工艺参数，获得良好的焊缝。

一种新的技术方案，其特征在于所述7000系铝合金为喷射成形超高强铝合金。

一种新的技术方案，其特征在于所述7000系铝合金为合金元素含量为10-20wt％的喷射成形铝合金。

在本发明的喷射成形超7000系合金的电子束焊接方法中，其中7000系铝合金中的合金元素包括Zn、Mg和Cu。

在本发明的喷射成形超7000系合金的电子束焊接方法中，其中7000系铝合金中的合金元素还包括Zr和/或Ni。

本发明的优点在于经该发明方法处理的喷射成形7000系铝合金，可以获得良好的焊缝组织，无焊接气孔、组织分界线和明显的粗晶带。焊接件经过后续固溶和时效处理可得到较高的强度。

附图说明

图1为喷射成形Al-9.97Zn-2.65Mg-1.94Cu-0.12％Zr合金的电子束焊接形貌图。(其工艺参数为焊接电流22mA，电压72KV，焊接速度300mm/min，扫描频率为2.0Hz。)

具体实施方式

实施例1

对喷射成形Al-9.97Zn-2.65Mg-1.94Cu-0.12％Zr合金(合金元素总含量为14.68wt％)采用本发明的电子束焊接方法，具体工艺为焊接电流22mA，电压72KV，焊接速度300mm/min，扫描频率为2.0Hz。结果表明，如图1所示，合金经过电子束焊接后，焊缝组织均匀，无焊接气孔、组织分界线和明显的粗晶带。

实施例2

对喷射成形Al-11.66Zn-1.92Mg-3.01Cu合金(合金元素总含量为16.59wt％)采用本发明的电子束焊接方法，具体工艺为在焊接电流20mA，电压72KV，焊接速度300mm/min，扫描频率为2.0Hz。结果表明，喷射成形Al-Zn-Mg-Cu合金焊接接头具有较高的抗拉强度，可达640MPa，约为母材的82％。

Claims

1.一种喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法，其特征在于，采用电子束焊接对喷射成形7000系铝合金进行焊接的方法，其中，采用焊接电流18～22mA，电压70～75KV，焊接速度280～320mm/min，扫描频率为1.8～2.4Hz的工艺参数。

2.根据权利要求1所述的喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法，其特征在于，所述的喷射成形7000系铝合金中的合金元素含量为10-20wt％，余量为铝。

3.根据权利要求2所述的喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法，其特征在于，所述的合金元素包括Zn、Mg和Cu。

4.根据权利要求3所述的喷射成形7000系铝合金的电子束焊接方法，其特征在于，所述的合金元素还包括Zr和/或Ni。