CN104741742A - 一种铝合金焊接件的处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的铝合金焊接件的处理工艺，采用固溶-焊接-时效的热处理工艺，可以有效提高接头强度和塑性，并且通过热处理工艺可以调整强度和塑性最佳组合，这在产品设计与应用中具有重要意义。其中经535℃，保温2小时后淬火-焊接-185-195℃保温1-2小时后的组合工艺可获得焊接接头强度310Mpa以上，且延伸率仍然超过10%的良好综合性能，焊接断裂位置也与焊前热处理的热影响区或焊后淬火的焊缝位置转移到标距内其它位置，说明焊缝和热影响区的强度极大的提高。同时，热处理时间大大缩短，生产效率将极大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金焊接件的处理工艺，属于铝合金材料的热处理技术领域。
背景技术
铝合金具有中等强度、良好的抗腐蚀性和可焊接性，作为结构材料广泛应用于汽车、船舶、铁道车辆结构件，尤其在汽车中作为轻量化材料而备受关注。但由于铝合金具有良好的导热性，焊接时要求有较大的热输入，尤其是厚尺寸结构件焊接时需要输入的热量更大，焊件温度更高，焊缝的熔合区有再结晶以及热影响区（HAZ）过时效软化现象，焊接接头强度明显降低。通常，焊后强度只有母材的60%-70%，延伸率也有20%以上的下降。在产品应用中容易发生塑性变形和断裂的风险，限制了其应用范围和减弱了轻量化效果。
为了避免上述缺陷，现有技术中对铝合金焊接件进行固溶处理和时效处理。目前， 铝合金焊接件的固溶处理和时效处理方式主要包括以下两种：第一、在焊接之前对铝合金件进行固溶处理和时效处理，该种处理方式的优势在于：由于焊前材料比较工整，便于实现，生产效率高，缺点是焊接时极易产生热影响区（HAZ），且热影响区强度和塑性明显下降，从而影响整个铝合金焊接件的强度以及塑性；第二、将轧制态或挤压态材料焊接后对焊接件进行固溶处理和时效处理，该方法尽管避免了热影响区产生，但是在实际生产中由于焊缝在进行淬火时极易产生微裂纹，并放大焊接固有缺陷，导致焊接强度更低，尤其疲劳强度大幅下降，对于一些振动环境下使用的产品，裂纹迅速扩展，很快发生断裂。
中国专利文献CN102717176 A公开了一种工艺优化的高焊接强度Al-Mg-Si系合金焊接件制备方法，该方法中将对Al-Mg-Si系合金先进行固溶处理，再焊接，焊接后进行时效处理，但是该制备方法中在进行固溶处理后经过自然时效达到T4状态，由于自然时效的时间较长（一般至少需要20小时），造成整个处理工艺的效率不高。
综上所述，如何提高铝合金焊接件的强度、塑性且保证工艺过程的高效性是现有技术还没有解决的技术难题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中铝合金焊接件的处理工艺无法兼顾到铝合金焊接件的高强度、高塑性以及较高的工艺效率的缺陷，从而提供一种能够同时提高铝合金焊接件的强度、塑性以及工艺效率的处理工艺。
为此，本发明提供一种铝合金焊接件的处理工艺，包括如下步骤：
步骤1：将铝合金板材或型材进行固溶处理，先将铝合金板材或型材升温至520℃-540℃，保温1-4小时，然后迅速对所述铝合金板材或型材进行水冷8-12分钟；
步骤2：将冷却后的所述铝合金板材或型材在12小时内进行焊接；
步骤3：将焊接好的所述铝合金板材或型材放入热处理炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材或者型材升温至160-170℃，保温20-30分钟，再将所述铝合金板材或者型材升温至185-195℃，保温0.5-3小时。
在所述步骤1中，以不大于15℃/min的升温速率将所述铝合金板材或型材升温至520℃-540℃。
在所述步骤1中，所述铝合金板材或者型材在水冷前的温度不低于520℃。
在所述步骤1中，保温后在一分钟内将所述铝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。
在所述步骤3中，以不大于10℃/min的升温速率将所述铝合金板材或者型材升温至160-170℃。
在所述步骤3中，以不大于5℃/min升温速率将所述铝合金板材或者型材升温至185-195℃。
在所述步骤3中，所述热处理炉的过冲温度不超过210℃，且在200℃以上停留时间不超过10分钟。
所述铝合金板材或者型材的化学成分为：Si 0.4%-0.8%，Fe≤0.7%，Cu 0.15%-0.4%，Mn≤0.15，Mg 0.8%-1.2%，Cr0.04%-0.35%，Zn≤0.25，Ti≤0.15，杂质：每种杂质≤0.05,杂质合计≤0.15，余量：Al。
所述铝合金板材或者型材的化学成分为：：Si 0.5%-0.7%，Fe≤0.7%，Cu 0.3%-0.4%，Mn≤0.15，Mg 0.9%-1.0%，Cr0.04%-0.30%，Zn≤0.25，Ti≤0.15，杂质：每种杂质≤0.05,杂质合计≤0.15，余量：Al。
在所述步骤1中，保温时间为2小时，在所述步骤3中，在185-195℃温度下保温1小时40分。
在所述步骤2中，焊接方法为氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理或不锈钢丝刷打磨以去除表面氧化层。
本发明的铝合金焊接件的处理工艺具有以下优点：
1.本发明提供的铝合金焊接件的处理工艺，采用固溶处理+焊接+时效处理的工艺路线，并且对各个工艺步骤中的工艺参数进行严格控制，以使得固溶处理+焊接以及时效处理达到最佳的匹配程度，或者最大的强化效果，并提高工艺效率，具体地：
本发明中，控制固溶处理的温度为520℃-540℃，保温时间为1-4小时，从而保证了铝合金板材或者型材不发生过热、过烧及晶粒长大，获得了最大过饱和度的均匀固溶体。同时，为了保证冷却过程不析出第二相，保温后迅速（优选1分钟内）对所述铝合金板材或型材进行水冷，并保证水冷前温度接近上述保温温度（优选水冷前的温度不低于520℃，最好为535℃）保证了水冷温度不会大幅度下降，避免了第二相的析出，从而避免由于局部不均匀析出而降低时效强化效果； 本发明中，时效处理的工艺参数与固溶处理工艺合理搭配，在上述固溶处理阶段获得最大过饱和度的均匀固溶体的基础之上，分阶段严格控制时效处理的温度以及保温时间，先将所述铝合金板材或者型材升温至160-170℃，保温20-30分钟，再将所述铝合金板材或者型材升温至185-195℃，保温0.5-3小时，相比于现有技术中一次性升温到保温温度的时效处理来说，本发明分段升温，分段保温，避免了一次性加热至较高温度时，原子扩散容易进行，过饱和固溶体中析出相的临界晶核尺寸大，时效后强度、硬度偏低，产生明显过时效的问题，在保温20-30分钟后，同时避免了温度过低时，由于溶质原子扩散困难，溶质原子的偏聚区（G·P区）不易形成，时效后强度、硬度低的问题。如表1所示，相比于现有技术中的处理工艺，本发明的处理工艺通过对合金中强化相的数量、大小、形状和分布的调整和控制，提高合金的力学性能。同时，进一步细化晶粒，尤其焊接热影响区（HAZ）的晶粒，提高接头强度和塑性，并且，时效工艺效率提高4倍以上。
2.本发明提供的铝合金焊接件的处理工艺，在所述步骤1中，保温后在一分钟内将所述铝合金板材或型材放入盛水容器中水冷，以保证铝合金板材或型材水冷前的温度不低于520℃，从而避免了水冷温度下降过快，避免了第二相的析出，提高了强化效果。
3.本发明提供的铝合金焊接件的处理工艺，在所述步骤3中，以不大于10℃/min的升温速率将所述铝合金板材或者型材升温至160-170℃；在所述步骤3中，以不大于5℃/min升温速率将所述铝合金板材或者型材升温至185-195℃。根据不同的工艺步骤，选择不同的升温速率，使得整体处理工艺具有合适的升温时间，不但可以提高工艺效率，而且，升温速率与具体的时效处理和固溶处理结合，有助于提高对铝合金的强化效果。
4.本发明提供的铝合金焊接件的处理工艺，所述铝合金板材或者型材的化学成分为：Si 0.4%-0.8%，Fe≤0.7%，Cu 0.15%-0.4%，Mn≤0.15，Mg 0.8%-1.2%，Cr0.04%-0.35%，Zn≤0.25，Ti≤0.15，杂质：每种杂质≤0.05,杂质合计≤0.15，余量：Al。试验证明，上述成分的铝合金板材或者型材结合本发明的工艺步骤，铝合金的强度和塑性的提高效果最为明显，见表1。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，保证铝合金板材在水冷前的温度不低于520℃，水冷12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接具体工艺参数为：焊接电流：300A，焊接电压：25V，焊接速度：25m/h，气体流量：20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温20分钟，再以5℃/min的升温速度升温至180℃，保温8小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.35%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.15%，每种杂质为0.05%，余量为Al。
在本实施例中，所述马弗炉的过冲温度不超过210℃，且在200℃以上停留时间不超过10分钟。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例2
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率12℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，11分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行锈钢丝刷打磨以去除表面氧化层，焊接电流：280A，焊接电压：22V，焊接速度： 20m/h，气体流量： 28L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至170℃，保温30分钟，再以5℃/min的升温速度升温至185℃，保温1小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.5%，Fe为0.6%，Cu 为0.3%，Mn为0.15%，Mg为 1.0%，Cr为0.3%，Zn为0.20%，Ti为0.13%，杂质合计为0.15%，每种杂质不超过0.05%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例3
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 220A，焊接电压：20V，焊接速度：20m/h，气体流量： 15L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至165℃，保温25分钟，再以5℃/min的升温速度升温至185℃，保温1小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.6%，Fe为0.5%，Cu 为0.4%，Mn为0.15%，Mg为 0.95%，Cr为0.04%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得焊件的平均力学性能数据见表1。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例4
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，10分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流：250A，焊接电压：23V，焊接速度：22m/h，气体流量：17L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至170℃，保温40分钟，再以5℃/min的升温速度升温至185℃，保温4小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.65%，Fe为0.6%，Cu 为0.4%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.1%，Zn为0.2%，Ti为0.1%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过为0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例5
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流：300A，焊接电压：25V，焊接速度：25m/h，气体流量：20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至170℃，保温30分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温1小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.65%，Cu 为0.35%，Mn为0.1%，Mg为 1.2%，Cr为0.15%，Zn为0.23%，Ti为0.14%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例6
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温20分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温1.5小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.35%，Mn为0.12%，Mg为 0.96%，Cr为0.2%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例7
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 24m/h，气体流量： 19L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至165℃，保温35分钟，再以4℃/min的升温速度升温至190℃，保温1.8小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例8
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温20分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温2小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.6%，Fe为0.7%，Cu 为0.38%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例9
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至170℃，保温30分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温3小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例10
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温20分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温0.5小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.1%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25，Ti为0.15，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例11
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温20分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温1小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.4%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例12
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 280A，焊接电压：22V，焊接速度： 23m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至165℃，保温30分钟，再以5℃/min的升温速度升温至190℃，保温1.5小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.5%，Fe为0.7%，Cu 为0.15%，Mn为0.12%，Mg为 0.8%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.1%5，杂质合计为0.10%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例13
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至520℃，升温速率15℃/min，保温4小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温20分钟，再以5℃/min的升温速度升温至195℃，保温2小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.15%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例14
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至540℃，升温速率15℃/min，保温3小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 20L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至160℃，保温30分钟，再以5℃/min的升温速度升温至195℃，保温1小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.15%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例15
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至525℃，升温速率15℃/min，保温3小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 15L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至165℃，保温40分钟，再以5℃/min的升温速度升温至195℃，保温0.5小时。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计为0.15%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
实施例16
本实施例提供一种铝合金焊接件的处理工艺，具体包括如下步骤：
步骤1：将尺寸规格为150mm×200mm×5mm的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，然后放置热处理炉中以加热至535℃，升温速率15℃/min，保温2小时，保温后1分钟内将铝合金板材放入盛水容器中进行淬火，12分钟后取出；
步骤2：将淬火后的板材进行焊接，焊接工艺采用氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理以去除表面氧化层，焊接电流： 300A，焊接电压：25V，焊接速度： 25m/h，气体流量： 15L/min，焊丝：ER4043，焊丝直径：2mm；
步骤3：将焊接后的铝合金板材放置马弗炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材以10℃/min的升温速率升温至165℃，保温40分钟，再以5℃/min的升温速度升温至195℃，保温1小时40分。
在本实施例中，所述铝合金板材的化学成分如下：Si 为0.7%，Fe为0.7%，Cu 为0.25%，Mn为0.12%，Mg为 0.9%，Cr为0.32%，Zn为0.25%，Ti为0.15%，杂质合计小于0.15%，每种杂质不超过0.04%，余量为Al。
在本实施例中，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根焊接接头的拉伸试样。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验。测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
对比例1
选取与实施例1相同成分相同尺寸的铝合金轧制态板材，按照GBT-228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》制备5根拉伸试样，对试样先进行固溶处理再进行时效处理，固溶处理与时效处理的具体工艺参数与实施例1相同，然后对样件进行拉伸和硬度测试，测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
对比例2
选取与实施例1相同成分相同尺寸的铝合金轧制态板材机械加工45度V形坡口，先对其进行固溶处理，后对其进行时效处理，固溶处理和时效处理的具体工艺参数与实施例1相同，然后用不锈钢丝刷清除表面氧化膜后对焊为300mm×200mm矩形板，焊接工艺与实施例1相同，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根拉伸试样，按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验，测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
对比例3
选取与实施例1相同成分相同尺寸的铝合金轧制态板材，机械加工45度V形坡口，用不锈钢丝刷清除表面氧化膜后对焊为300mm×200mm矩形板，焊接工艺与对比例2相同，焊后对焊接试件进行外观检查和超声波探伤，按照GB2649-89《焊接接头机械性能试样取样方法》制备5根拉伸试样，对试样进行先进行固溶处理，再进行时效处理，固溶处理和时效处理的具体工艺参数与实施例1相同，然后对样件放置于10倍显微镜下观察，发现大多数样件在焊缝位置产生诸多为裂纹。按GB2651《焊接接头拉伸试验方法》、GB2654《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头分别进行拉伸和硬度试验，测得5根试样的各项力学性能的平均数据见表1。
表1 不同工艺条件下6061铝合金的力学性能
| 工艺路线 | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(%) | 硬度(HBS) | 断裂位置 |
| 对比例1 | 285 | 312.6 | 13.1 | 95 | 标距范围内 |
| 对比例2 | 116.4 | 240.7 | 19.5 | 61(HAZ) | HAZ |
| 对比例3 | 无屈服 | 141.2 | <1 | 69(焊缝) | 焊缝处 |
| 实施例1 | 278.8 | 315.5 | 11.4 | 94 | 标距范围内 |
| 实施例2 | 261.5 | 296.3 | 17.0 | 92 | 标距范围内 |
| 实施例3 | 282.4 | 314 | 13.2 | 89 | 标距范围内 |
| 实施例4 | 280.2 | 298.8 | 10.9 | 88 | 标距范围内 |
| 实施例5 | 288.7 | 331.8 | 11.6 | 102 | 标距范围内 |
| 实施例6 | 293 | 342.8 | 12.1 | 105 | 标距范围内 |
| 实施例7 | 291.9 | 338.8 | 10.8 | 101 | 标距范围内 |
| 实施例8 | 286.6 | 318.7 | 13.1 | 99 | 标距范围内 |
| 实施例9 | 269 | 298.9 | 10.7 | 93 | 标距范围内 |
| 实施例10 | 282 | 298.2 | 12.2 | 93 | 标距范围内 |
| 实施例11 | 297.6 | 308.4 | 10.8 | 100 | 标距范围内 |
| 实施例12 | 298 | 316.3 | 10 | 101 | 标距范围内 |
| 实施例13 | 280 | 316 | 10 | 99 | 标距范围内 |
| 实施例14 | 288 | 330 | 11.3 | 100 | 标距范围内 |
| 实施例15 | 260 | 296.3 | 16.0 | 93 | 标距范围内 |
| 实施例16 | 290.6 | 309 | 10.8 | 101 | 标距范围内 |
从上表中可以看出，采用本发明成分的铝合金焊接件采用固溶-焊接-时效的热处理工艺，可以有效提高接头强度和塑性，并且通过热处理工艺可以调整强度和塑性最佳组合，这在产品设计与应用中具有重要意义。其中经535℃，保温2小时后淬火-焊接-185-195℃保温1-2小时后的组合工艺可获得焊接接头强度310Mpa以上，且延伸率仍然超过10%的良好综合性能，焊接断裂位置也与焊前热处理的热影响区或焊后淬火的焊缝位置转移到标距内其它位置，说明焊缝和热影响区的强度极大的提高。同时，热处理时间大大缩短，生产效率将极大提高。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种铝合金焊接件的处理工艺，包括如下步骤：
步骤1：将铝合金板材或型材进行固溶处理，先将铝合金板材或型材升温至520℃-540℃，保温1-4小时，然后迅速对所述铝合金板材或型材进行水冷8-12分钟；
步骤2：将冷却后的所述铝合金板材或型材在12小时内进行焊接；
步骤3：将焊接好的所述铝合金板材或型材放入热处理炉中进行时效处理，先将所述铝合金板材或者型材升温至160-170℃，保温20-30分钟，再将所述铝合金板材或者型材升温至185-195℃，保温0.5-3小时。
2.根据权利要求1所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤1中，以不大于15℃/min的升温速率将所述铝合金板材或型材升温至520℃-540℃。
3.根据权利要求2所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤1中，所述铝合金板材或者型材在水冷前的温度不低于520℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤1中，保温后在一分钟内将所述铝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。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤3中，以不大于10℃/min的升温速率将所述铝合金板材或者型材升温至160-170℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤3中，以不大于5℃/min升温速率将所述铝合金板材或者型材升温至185-195℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤3中，所述热处理炉的过冲温度不超过210℃，且在200℃以上停留时间不超过10分钟。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：所述铝合金板材或者型材的化学成分为：Si 0.4%-0.8%，Fe≤0.7%，Cu 0.15%-0.4%，Mn≤0.15，Mg 0.8%-1.2%，Cr0.04%-0.35%，Zn≤0.25，Ti≤0.15，杂质：每种杂质≤0.05,杂质合计≤0.15, 余量为Al。
9.根据权利要求8所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：所述铝合金板材或者型材的化学成分为：Si 0.5%-0.7%，Fe≤0.7%，Cu 0.3%-0.4%，Mn≤0.15，Mg 0.9%-1.0%，Cr0.04%-0.30%，Zn≤0.25，Ti≤0.15，杂质：每种杂质≤0.05,杂质合计≤0.15，余量为Al。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤1中，保温时间为2小时，在所述步骤3中，在185-195℃温度下保温1小时40分。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的铝合金焊接件的处理工艺，其特征在于：在所述步骤2中，焊接方法为常规氩弧焊，焊接前对焊接位置进行化学处理或不锈钢丝刷打磨以去除表面氧化层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |