CN108655668B - 铝合金拼焊板成形加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金搅拌摩擦焊拼焊板成形加工工艺，包括以下步骤：S1、将至少两块时效硬化态铝合金板材进行搅拌摩擦焊接；S2、将拼焊板放入加热炉中进行短时保温处理，保温温度低于拼焊板接头焊缝晶粒异常长大的温度；S3、将保温处理后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行冲压成形，并于冲压模具内淬火保压；S4、对冲压后的拼焊板进行冷后切边处理；S5、对切边后的拼焊板进行机加工处理，即得到成品。本发明大大简化了传统热冲压工艺，提高了生产效率，降低了成本，同时避免了AGG的发生，并且冲压件的强度得以保证。

Description

铝合金拼焊板成形加工工艺

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种汽车用可热处理强化的铝合金拼焊板成形加工工艺。

背景技术

随着能源危机和环境污染的加剧，轻量化成为汽车生产制造的发展趋势，而铝合金材料的应用是实现汽车轻量化的一个重要途径。铝合金拼焊成形技术是将几块相同或不同材质、厚度、涂层等的铝合金板材焊接成一块整体再冲压生产，因具有减少车身零件的数量、节省材料、减少设备和工序、可以实现超宽板的生产等优势，被认为是汽车轻量化的有效生产方式。在拼焊板的制造过程中，由于铝合金属于难焊金属，传统焊接方法在焊接铝合金时易产生气孔、裂纹等缺陷，导致接头强度不足，而搅拌摩擦焊是一种新型的固态连接方法，焊接过程中母材不发生熔化，能够避免传统焊接方法产生的缺陷，提高接头强度，因此，搅拌摩擦焊是铝合金拼焊板制造的一种优良的焊接方法。

由于铝合金在常温时成形性较差，成形时易发生破裂，且回弹严重，影响尺寸精度，因此，在冲压时，为提高成形性，避免破裂及减少回弹，需对铝合金板材进行加热再进行冲压。目前，国内汽车用铝合金拼焊板进行成形时，一般先采用退火态铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，焊接完成后将板材于固溶温度下保温进行固溶处理，然后快速转移进行冲压、淬火、冷后切边，再将得到的冲压件进行人工时效或自然时效处理。可以看出，目前铝合金拼焊成形工艺流程较为复杂，需多次、长时间对板材进行加热，增大了能耗，降低了生产效率。另外，经研究发现，FSW接头在进行固溶处理时，焊缝内细小的等轴晶粒由于不稳定，容易发生晶粒异常长大(AGG)，对接头的韧性、耐腐蚀性等均有较大影响。

发明内容

针对现有铝合金拼焊成形工艺中因采用焊接-固溶-冲压-淬火-时效-切边导致加热次数多、保温时间长、能源消耗大、生产效率低以及焊缝易发生AGG等问题，本发明提供一种铝合金拼焊板成形加工工艺，它采用时效硬化态铝合金板材作为原材料，经焊接-短时保温-冲压-冷却-切边-机加工得到成品，因在成形时无需传统热冲压的长时间固溶保温处理，成形后无需费时的时效硬化处理，大大简化了传统热冲压工艺，提高了生产效率，降低了成本，同时避免了AGG的发生，并且由于冲压完成后焊缝冷却速度大于母材，能够使冲压件的整体强度更加均匀，满足使用要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铝合金拼焊板成形加工工艺，包括以下步骤：

S1、将至少两块时效硬化态铝合金板材进行搅拌摩擦焊接得到FSW拼焊板；

S2、将拼焊板放入加热炉中进行保温处理，保温温度低于拼焊板焊缝接头处晶粒异常长大的温度；

S3、将保温处理后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行热态冲压成形，并于冲压模具内淬火保压；

S4、对冲压后的拼焊板进行冷后切边处理；

S5、对切边后的拼焊板进行机加工处理，即得到成品。

按上述技术方案，在步骤S1中，所述时效硬化态铝合金板材为可时效强化的2XXX系列铝合金板材、6XXX系列铝合金板材、7XXX系列铝合金板材、8XXX系列铝合金板材或9XXX系列铝合金板材。

按上述技术方案，所有时效硬化态铝合金板材为可时效强化的2XXX系列铝合金板材、6XXX系列铝合金板材、7XXX系列铝合金板材、8XXX系列铝合金板材或9XXX系列铝合金板材中的一种或几种。

按上述技术方案，在步骤S2中，保温温度为200℃-500℃，保温时间为1min-5min。

按上述技术方案，保温温度为250℃-450℃。

按上述技术方案，在步骤S3中，从加热炉取出拼焊板至拼焊板完成冲压的总时间小于15秒。

按上述技术方案，从加热炉取出拼焊板至拼焊板完成冲压的总时间为1-10秒。

按上述技术方案，在步骤S3中，拼焊板在冲压成形期间的温度大于等于150℃。

按上述技术方案，在步骤S3中，冲压成形后，拼焊板在冲压模具内淬火保压1-10S。

按上述技术方案，在步骤S3中，冲压模具内设置有冷却水道，对应于拼焊板焊缝区域的冷却水道比对应于拼焊板其它母材区域的冷却水道更宽，以使焊缝区域冷却速度高于其它母材区域。

本发明产生的有益效果是：与传统工艺中采用固溶、时效处理造成多次、长时间加热并且焊缝容易发生AGG的情况相比，本发明采用时效硬化态铝合金板材作为搅拌摩擦焊接的原材料，由于铝合金在低温时成形性较差，所以在冲压前，为提高成形性，减小变形抗力及回弹，需对焊后的板材进行加热，通过对保温温度和时间的控制，使拼焊板具有良好的延伸率又不至于发生AGG，即依次对板材进行搅拌摩擦拼焊-短时保温-高速热冲压-模内淬火保压-冷后切边-机加工处理最终得到成品，在成形时无需传统热冲压的长时间固溶保温处理，成形后无需费时的时效硬化处理，可以大大简化传统热冲压工艺，提高生产效率，降低成本，同时避免AGG的发生，并且由于冲压完成后焊缝冷却速度大于母材，能够使冲压件的整体强度更加均匀，满足使用要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中搅拌摩擦焊接的示意图；

图2是本发明实施例的工艺流程示意图；

图3是本发明实施例的工艺过程示意图；

图4是本发明实施例的热冲压模具冷却水道示意图；

图5是本发明实施例的温度变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图3、图5所示，一种铝合金拼焊板成形加工工艺，包括以下步骤：

一种铝合金拼焊板成形加工工艺，包括以下步骤：

S1、将至少两块时效硬化态铝合金板材进行搅拌摩擦焊接得到FSW拼焊板；

S2、将拼焊板放入加热炉中进行保温处理，保温温度低于拼焊板焊缝接头处晶粒异常长大的温度；

S3、将保温处理后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行热态冲压成形，并于冲压模具内淬火保压；

S4、对冲压后的拼焊板进行冷后切边处理；

S5、对切边后的拼焊板进行机加工处理，即得到成品。

本发明的优选实施例中，在步骤S1中，时效硬化态铝合金板材为可时效强化的2XXX系列铝合金板材、6XXX系列铝合金板材、7XXX系列铝合金板材、8XXX系列铝合金板材或9XXX系列铝合金板材，所有时效硬化态铝合金板材为可时效强化的2XXX系列铝合金板材、6XXX系列铝合金板材、7XXX系列铝合金板材、8XXX系列铝合金板材或9XXX系列铝合金板材中的一种或几种，即参与拼焊的时效硬化态铝合金板材的材质可以相同也可以不同，其厚度可以相等也可以不等。

本发明的优选实施例中，在步骤S2中，保温温度为200℃-500℃，保温时间为1min-5min。保温温度、时间与具体材质有关系，但是必须低于FSW接头焊缝晶粒异常长大(AGG)的温度，研究发现，当加热温度在250℃-450℃，保温时间为3-5分钟时，板材具有良好的塑形，利于冲压成形，并且在该保温温度、时间下，焊缝晶粒不会发生异常长大。

本发明的优选实施例中，在步骤S3中，从加热炉取出拼焊板至拼焊板完成冲压的总时间小于15秒，最好为1-10秒。

本发明的优选实施例中，在步骤S3中，拼焊板在冲压成形期间的温度大于等于150℃。

本发明的优选实施例中，在步骤S3中，冲压成形后，拼焊板在冲压模具内淬火保压1-10S。

本发明的优选实施例中，如图4所示，在步骤S3中，冲压模具内设置有冷却水道，对应于拼焊板焊缝区域的冷却水道比对应于拼焊板其它母材区域的冷却水道更宽，以使焊缝区域冷却速度高于其它母材区域，从而能够保证焊缝的强度等于甚至高于母材，冲压件的强度得以保证。

以下列举三个实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

采用本发明对2024铝合金板材进行拼焊成形，包括以下步骤：

第一步、将两块2024铝合金板材进行搅拌摩擦拼焊，焊接速度为100mm/min，搅拌头转速为800r/min；

第二步、将第一步焊后所得的板材放入炉中进行保温，温度为450℃，保温时间为5分钟；

第三步、将保温后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行冲压处理并于模具内淬火保压10S；

第四步、对冲压后的板材进行冷后切边处理；

第五步、进行机加工，获得成品。

实施例2

采用本发明对7075铝合金板材进行拼焊成形，包括以下步骤：

第一步、将两块7075铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，焊接速度为100mm/min，搅拌头转速为800r/min；

第二步、将第一步焊后所得的板材放入炉中进行保温，温度为300℃，保温时间为5分钟；

第三步、将保温后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行冲压处理并于模具内淬火保压10S；

第四步、对冲压后的板材进行冷后切边处理；

第五步、进行机加工，获得成品。

实施例3

采用本发明对7075、2024异质铝合金板材进行拼焊成形，包括以下步骤：

第一步、将7075与2024铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，其中7075置于前进侧，2024置于后退侧，焊接速度为50mm/min，搅拌头转速为1000r/min；

第二步、将第一步焊后所得的板材放入炉中进行保温，温度为350℃，保温时间为5分钟；

第三步、将保温后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行冲压处理并于模具内淬火保压10S；

第四步、对冲压后的板材进行冷后切边处理；

第五步、进行机加工，获得成品。

通过以上三个实施例可知，采用本发明对同质或异质的铝合金板材进行拼焊成形，通过对保温温度和保温时间的控制，即通过合理控制热成形条件增加材料延伸率，使其不会因保温温度、时间不够影响成型也不会因为保温温度、时间过度发生AGG，得到的成品都成形成功未发生破裂，保证拼焊板的成型性和性能，彻底解决了铝合金成型的难题，实现铝合金的工业应用。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将至少两块时效硬化态铝合金板材进行搅拌摩擦焊接得到FSW拼焊板；

S2、将拼焊板放入加热炉中进行保温处理，保温温度低于拼焊板焊缝接头处晶粒异常长大的温度，保温温度为250℃-450℃，保温时间为1min-5min；

S3、将保温处理后的拼焊板迅速转移至冲压模具上进行热态冲压成形，并于冲压模具内淬火保压；

S4、对冲压后的拼焊板进行冷后切边处理；

S5、对切边后的拼焊板进行机加工处理，即得到成品。

2.根据权利要求1所述的铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，在步骤S1中，所述时效硬化态铝合金板材为可时效强化的2XXX系列铝合金板材、6XXX系列铝合金板材、7XXX系列铝合金板材、8XXX系列铝合金板材或9XXX系列铝合金板材。

3.根据权利要求2所述的铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，所有时效硬化态铝合金板材为可时效强化的2XXX系列铝合金板材、6XXX系列铝合金板材、7XXX系列铝合金板材、8XXX系列铝合金板材或9XXX系列铝合金板材中的几种。

4.根据权利要求1所述的铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，在步骤S3中，从加热炉取出拼焊板至拼焊板完成冲压的总时间小于15秒。

5.根据权利要求4的铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，从加热炉取出拼焊板至拼焊板完成冲压的总时间小于10秒。

6.根据权利要求1所述的铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，在步骤S3中，拼焊板在冲压成形期间的温度大于等于150℃。

7.根据权利要求1所述的铝合金拼焊板成形加工工艺，其特征在于，在步骤S3中，冲压模具内设置有冷却水道，对应于拼焊板焊缝区域的冷却水道比对应于拼焊板其它母材区域的冷却水道更宽，以使焊缝区域冷却速度高于其它母材区域。

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