CN107738066A - 一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，主要包括在线或离线固溶淬火、人工时效、搅拌摩擦焊和峰值人工时效等步骤。本发明提出一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，铝合金型材或板材通过固溶淬火后，进行一个人工时效，然后再进行搅拌摩擦焊接，焊接的同时在已焊接温度较高区域进行强冷（水冷或者风冷或者氮气冷却）以达到固溶淬火效果，焊接完后将整体构件进行峰值人工时效，以保证焊接处强度损失较小，焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值≥0.85。本发明对工艺参数控制过程更加精细，焊接后焊缝处构件的力学性能更佳，能够保证搅拌摩擦焊后力学性能优异，焊接强度损失小。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金构件技术领域，尤其涉及一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺。
背景技术
可热处理强化铝合金与其它非热处理可强化铝合金相比，强度较高、可焊，已被广泛应用于航空、轨道交通、船舶海洋运输等领域。目前工业化生产的铝合金焊接构件生产步骤为：下料型材或板材、搅拌摩擦焊(FSW)连接成构件。
现有工艺存在以下技术缺点：在工业生产中，通过FSW焊接后，可热处理强化铝合金由于重新受到高温热处理而过时效，致使铝合金材料强度损失较大，焊接后焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值≤0.75，因此需要增加基材厚度来提高整个构件受力能力。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，能够提高焊接后铝合金焊接构件焊缝的抗拉强度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，包括有以下步骤：
1)在线或离线固溶淬火：将待处理的铝合金型材或板材进行在线或离线固溶淬火；
2)人工时效：对在线或离线固溶淬火后的铝合金型材或板材进行人工时效；
3)搅拌摩擦焊：对铝合金型材或板材进行搅拌摩擦焊，在搅拌摩擦焊接的同时对已焊接高温区域进行水冷或者风冷或者氮气冷却，搅拌摩擦焊后获得铝合金构件；
4)峰值人工时效：对铝合金构件进行人工时效。
进一步地，步骤3)中，摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速≤2500r/min，焊接进给速度≤1000mm/min，压入深度≤4mm；水冷或者风冷或者氮气冷却的冷却速率≤150℃/s。
进一步地，步骤3)中，摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速2000r/min，焊接进给速度800mm/min，压入深度4mm；水冷或者风冷或者氮气冷却的冷却速率为120℃/s。
进一步地，步骤1)中，在线或离线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为420～570℃，冷却方式为风冷或者水冷，冷却速率≤150℃/s。
进一步地，步骤1)中，在线或离线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为510～540℃，冷却方式为风冷或者水冷，冷却速率为120℃/s。
进一步地，步骤2)和步骤4)中，时效温度为100～250℃，保温时间为5～20h。
进一步地，步骤2)和步骤4)中，时效温度为150～180℃，保温时间为8～12h。
进一步地，步骤2)完成后，对铝合金型材或板材进行拉伸矫直，拉伸率为0.5％～3.0％。
进一步地，拉伸矫直的拉伸率为1％～1.2％。
进一步地，铝合金型材或板材为2系、6系或7系铝合金。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，铝合金型材或板材通过固溶淬火后，进行一个人工时效，然后再进行搅拌摩擦焊接，焊接的同时在已焊接温度较高区域进行强冷(水冷或者风冷或者氮气冷却)以达到固溶淬火效果，焊接完后将整体构件进行峰值人工时效，以保证焊接处强度损失较小，焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值≥0.85。本发明对工艺参数控制过程更加精细，焊接后焊缝处构件的力学性能更佳，能够保证搅拌摩擦焊后力学性能优异，焊接强度损失小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参照图1，本实施例提供一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，包括有以下步骤：
1)在线固溶淬火：将4mm厚的待处理的6061-T6铝合金型材进行在线固溶淬火，在线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为420℃，冷却方式为风冷，冷却速率100℃/s。
2)人工时效：对在线固溶淬火后的铝合金型材进行人工时效，时效温度为100℃，保温时间为20h。
3)搅拌摩擦焊：对铝合金型材进行搅拌摩擦焊，在搅拌摩擦焊接的同时对已焊接高温区域进行风冷，搅拌摩擦焊后获得铝合金构件；摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速1800r/min，焊接进给速度700mm/min，压入深度2mm；水冷的冷却速率110℃/s。
4)峰值人工时效：对铝合金构件进行人工时效，时效温度为100℃，保温时间为20h。
表1为使用现有技术工艺对4mm厚的6061-T6铝合金型材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。表2为使用本实施例1的工艺对4mm厚的6061-T6铝合金型材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。
表1现有技术处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 6061-T6(母材) | 309 | 13 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 207 | 12.5 | 0.67 |
表2实施例1工艺处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 6061-T6(母材) | 302 | 13 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 278 | 15.5 | 0.92 |
对比表1和表2可以看出，使用本发明实施例1的工艺进行铝合金材料搅拌摩擦焊处理后获得的构件的焊缝的强度比传统获得的焊缝的强度要高，焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值达到92％。
实施例2
请参照图1，本实施例提供一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，包括有以下步骤：
1)在线固溶淬火：将3.5mm厚的待处理的2014-T6铝合金板材进行在线固溶淬火，在线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为570℃，冷却方式为风冷，冷却速率150℃/s。
2)人工时效：对在线固溶淬火后的铝合金板材进行人工时效，时效温度为250℃，保温时间为5h。
3)搅拌摩擦焊：对铝合金型材进行搅拌摩擦焊，在搅拌摩擦焊接的同时对已焊接高温区域进行风冷，搅拌摩擦焊后获得铝合金构件；摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速2500r/min，焊接进给速度1000mm/min，压入深度1.5mm；水冷的冷却速率150℃/s。
4)峰值人工时效：对铝合金构件进行人工时效，时效温度为250℃，保温时间为5h。
表3为使用现有技术工艺对3.5mm厚的2014-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。表4为使用本实施例2的工艺对3.5mm厚的2014-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。
表3现有技术处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 2014-T6(母材) | 465 | 12 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 331 | 6 | 0.71 |
表4实施例2工艺处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 2014-T6(母材) | 465 | 13 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 400 | 7 | 0.86 |
对比表3和表4可以看出，使用本发明实施例2的工艺进行铝合金材料搅拌摩擦焊处理后获得的构件的焊缝的强度比传统获得的焊缝的强度要高，焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值达到86％。
实施例3
请参照图1，本实施例提供一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，包括有以下步骤：
1)在线固溶淬火：将4.5mm厚的待处理的7075-T6铝合金板材进行在线固溶淬火，在线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为510℃，冷却方式为水冷，冷却速率120℃/s。
2)人工时效：对在线固溶淬火后的铝合金板材进行人工时效，时效温度为150℃，保温时间为12h。
3)搅拌摩擦焊：对铝合金型材进行搅拌摩擦焊，在搅拌摩擦焊接的同时对已焊接高温区域进行水冷，搅拌摩擦焊后获得铝合金构件；摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速2000r/min，焊接进给速度800mm/min，压入深度2mm；水冷的冷却速率120℃/s。
4)峰值人工时效：对铝合金构件进行人工时效，时效温度为150℃，保温时间为12h。
表5为使用现有技术工艺对4.5mm厚的7075-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。表6为使用本实施例3的工艺对4.5mm厚的7075-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。
表5现有技术处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 7075-T6(母材) | 568 | 9 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 386 | 5 | 0.68 |
表6实施例3工艺处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 7075-T6(母材) | 568 | 9 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 487 | 6 | 0.86 |
对比表5和表6可以看出，使用本发明实施例3的工艺进行铝合金材料搅拌摩擦焊处理后获得的构件的焊缝的强度比传统获得的焊缝的强度要高，焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值达到86％。
实施例4
请参照图1，本实施例提供一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，包括有以下步骤：
1)离线固溶淬火：将5mm厚的待处理的7075-T6铝合金板材进行离线固溶淬火，离线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为540℃，冷却方式为水冷，冷却速率120℃/s。
2)人工时效：对离线固溶淬火后的铝合金板材进行人工时效，时效温度为180℃，保温时间为8h。
人工时效后对铝合金板材进行拉伸矫直，拉伸率为1.2％。拉伸矫直后板材获得更好的平直度以及消除缺陷。
3)搅拌摩擦焊：对铝合金型材进行搅拌摩擦焊，在搅拌摩擦焊接的同时对已焊接高温区域进行水冷，搅拌摩擦焊后获得铝合金构件；摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速2000r/min，焊接进给速度800mm/min，压入深度2mm；水冷的冷却速率120℃/s。
4)峰值人工时效：对铝合金构件进行人工时效，时效温度为180℃，保温时间为8h。
表7为使用现有技术工艺对5mm厚的7075-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。表8为使用本实施例4的工艺对5mm厚的7075-T6铝合金板材进行搅拌摩擦焊处理后获得的铝合金构件的力学性能。
表7现有技术处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 7075-T6(母材) | 568 | 9 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 386 | 5 | 0.68 |
表8实施例4工艺处理获得的铝合金构件的力学性能
| 材料 | 抗拉强度/MPa | 延伸率％ | 抗拉强度比值 |
| 7075-T6(母材) | 568 | 9 | NA |
| (FSW焊缝强度) | 498 | 7 | 0.88 |
对比表7和表8可以看出，使用本发明实施例4的工艺进行铝合金材料搅拌摩擦焊处理后获得的构件的焊缝的强度比传统获得的焊缝的强度要高，焊缝的抗拉强度与母材抗拉强度比值达到88％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：包括有以下步骤：
1）在线或离线固溶淬火：将待处理的铝合金型材或板材进行在线或离线固溶淬火；
2）人工时效：对在线或离线固溶淬火后的铝合金型材或板材进行人工时效；
3）搅拌摩擦焊：对铝合金型材或板材进行搅拌摩擦焊，在搅拌摩擦焊接的同时对已焊接高温区域进行水冷或者风冷或者氮气冷却，搅拌摩擦焊后获得铝合金构件；
4）峰值人工时效：对铝合金构件进行人工时效。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤3）中，摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速≤2500r/min，焊接进给速度≤1000mm/min，压入深度≤4mm；水冷或者风冷或者氮气冷却的冷却速率≤150℃/s。
3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤3）中，摩擦搅拌焊工艺参数为：搅拌头转速2000r/min，焊接进给速度800 mm /min，压入深度4mm；水冷或者风冷或者氮气冷却的冷却速率为120℃/s。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤1）中，在线或离线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为420~570℃，冷却方式为风冷或者水冷，冷却速率≤150℃/s。
5.根据权利要求4所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤1）中，在线或离线固溶淬火工艺参数为：热处理温度为510~540℃，冷却方式为风冷或者水冷，冷却速率为120℃/s。
6.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤2）和步骤4）中，时效温度为100~250℃，保温时间为5~20h。
7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤2）和步骤4）中，时效温度为150~180℃，保温时间为8~12h。
8.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：步骤2）完成后，对铝合金型材或板材进行拉伸矫直，拉伸率为0.5%~3.0%。
9.根据权利要求8所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：拉伸矫直的拉伸率为1%~1.2%。
10.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊接铝合金构件制备工艺，其特征在于：铝合金型材或板材为2系、6系或7系铝合金。
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