CN109848643B - 一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属结构表面耐腐蚀技术领域，涉及一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法，包括：(1)将7075铝合金板材用搅拌摩擦焊进行焊接；(2)将焊件在液氮中进行深冷处理；(3)对焊缝进行激光淬火处理。在本发明中，通过对7075铝合金搅拌摩擦焊接头进行液氮深冷处理，不仅能够改善焊接残余应力分布、稳定工件尺寸，而且还能够进一步提高激光淬火时的温差，增大淬火效果，改善焊缝表层组织，进而获得耐腐蚀性能优良的焊接接头。

Description

一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法

技术领域

本发明属于金属结构表面耐腐蚀技术领域，特别涉及一种基于深冷-激光淬火提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法。

背景技术

7075铝合金属于高强铝合金，具备良好的加工性能和力学性能，应用广泛。近年来搅拌摩擦焊已经被广泛应用于各种铝合金材料结构的连接，尤其是7系铝合金，与传统的焊接方法相比，具有接头质量高、焊接变形小、残余应力小、焊接过程无污染等优点。研究发现焊缝截面区的焊核区、热影响区、热机械影响区以及焊缝表面区上部轴肩区由于焊接残余应力和组织的不均匀性导致耐腐蚀性能显著降低，属于腐蚀敏感区，从而导致整个焊接接头耐腐蚀性能下降。目前还没有很好的处理方法来解决铝合金搅拌摩擦焊缝表面腐蚀性能下降的问题。

目前，国内外正在使用的提高铝合金搅拌摩擦焊缝表面耐腐蚀性能的处理方法有以下几种：

第一种，传统热处理，待焊件进行搅拌摩擦焊后将焊接接头连同母材一起放到加热炉中进行普通热处理，该工艺会受到加热设备限制，大的结构件无法应用，而且处理过程连同母材一同进行，较为复杂，处理时间较长。

第二种，表面喷涂热处理，通过在高温条件下对搅拌摩擦焊缝表面进行高压喷涂细小颗粒以提高表面的耐腐蚀性能，例如，中国发明专利CN107962291A公开了《一种提高铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐腐蚀性能的方法》，对采用搅拌摩擦焊焊接完成后的铝合金焊接接头处进行电阻加热，然后采用粒度为20～30μm的冷喷涂颗粒对焊接接头进行冷喷涂表面处理，形成2mm的冷喷涂层，所述冷喷涂颗粒为纯铝颗粒、2000系列铝合金颗粒、6000系列铝合金颗粒、7000系列铝合金颗粒中的至少一种。

第三种，二次搅拌添加非晶合金粉末法，例如，中国发明专利CN106141422A公开了《一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面耐腐蚀性的方法》，该发明在已获得的铝合金FSW焊缝表面区域，通过开设槽-孔交替分布结构并向其中填加Al₈₆-Ni₁₀-Ce₆非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末，并进行固化处理；然后利用搅拌摩擦设备对上述槽-孔区域进行再次搅拌摩擦加工。

但上述方法普遍存在成本高、工艺复杂和环境污染严重等缺点。因此，如何提高铝合金搅拌摩擦焊缝表面的耐腐蚀性能，延长材料的服役寿命是当前急需解决的技术难题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的成本高、工艺复杂和环境污染的缺陷，本发明在于提供一种基于深冷-激光淬火提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法，针对7075铝合金搅拌摩擦焊缝耐腐蚀性能的改善，具体包括以下步骤：

(1)将7075铝合金板材用搅拌摩擦焊进行焊接，得到焊接后的焊件；

(2)将上述焊接后的焊件进行深冷处理；

(3)对焊缝进行激光淬火处理。

优选地，步骤(1)中所述搅拌摩擦焊的工艺参数为转速1500r/min，焊速300mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量。

优选地，所述步骤(1)之前需要对7075铝合金板材的对焊面和表面进行去油污和去氧化膜的预处理。

优选地，步骤(2)中所述深冷处理为将步骤(1)中焊接后的焊件放入液氮中深冷处理5min，保证焊缝各处温度均匀。

优选地，步骤(3)中所述激光淬火的工艺参数为激光功率2000-4000W，更优选为3000W，扫描速度10mm/s，并保证扫描方向与焊接方向平行，光斑直径4.2mm，离焦量200mm。

有益效果：

(1)通过深冷-激光淬火表面热处理能够弱化搅拌摩擦焊缝表面组织的焊接残余应力和组织的不均匀性。

(2)在激光淬火之前的液氮深冷处理，可以进一步提高激光淬火时的温差，增大淬火效果，改善焊缝表层组织，进而显著提高铝合金搅拌摩擦焊缝的耐腐蚀性能。

(3)本发明工艺简单、操作方便，且无环境污染。

附图说明

图1为本发明的实施例1中搅拌摩擦焊缝经过2000W功率激光淬火后的金相组织图；

图2为本发明的实施例2中搅拌摩擦焊缝经过3000W功率激光淬火后的金相组织图；

图3为本发明的实施例3中搅拌摩擦焊缝经过4000W功率激光淬火后的金相组织图；

图4为本发明的对比例1中搅拌摩擦焊缝无深冷处理的微观组织金相图；

图5为本发明的对比例2中原始搅拌摩擦焊缝微观组织金相图。

具体实施方式

实施例1

本发明提供一种7075铝合金搅拌摩擦焊接头基于深冷-激光淬火改善耐腐蚀性能的方法，包括以下步骤：

A.用角磨机分别将两块5mm厚的7075铝合金板的一侧面和表面去油污和去氧化膜处理；

B.将经过角磨机处理的两块板以侧面对接的方式固定到搅拌摩擦焊设备上进行焊接，焊接工艺参数为转速1500r/min，焊速为300mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量；

C.将焊件放入液氮中进行深冷处理5min；

D.采用激光淬火设备对焊缝进行激光淬火处理，工艺参数为激光功率2000W，扫描速度10mm/s，扫描方向与焊接方向平行，光斑直径4.2mm，离焦量200mm。

本实施例得到的焊缝金相组织图如图1所示，焊缝组织较均匀，表面淬火层厚度约为2.0mm。

实施例2～3

将实施例1步骤D中激光功率2000W分别替换为3000W(实施例2)和4000W(实施例3)，其他步骤及相关参数均同实施例1。

实施例2和实施例3得到的焊缝金相组织图分别如图2和图3所示，可以看出，焊缝组织较为均匀，表面淬火层厚度分别为2.5mm和2.6mm。

对比例1：搅拌摩擦焊和激光淬火处理，无深冷处理

将实施例1中的步骤C省去，其他步骤及相关参数均同实施例1。

本对比例得到的焊缝金相组织图如图4所示，焊缝组织均匀性较差，表面淬火层厚度约为1.8mm。

对比例2：原始搅拌摩擦焊缝

将实施例1中的步骤C和步骤D省去，其他步骤及相关参数均同

实施例1。

本对比例得到的焊缝金相组织图如图5所示，为典型的单轴肩搅拌摩擦焊缝组织，由焊核区(a)、热机影响区(b)、热影响区(c)和母材(d)四部分组成。

上述实施例和对比例所用具体工艺参数组合如表1所示：

表1

通过对上述实施例和对比例获得的搅拌摩擦焊缝的表面和侧面取样进行电化学腐蚀试验，其性能指标如表2所示。

表2

电化学腐蚀试验结果表明：腐蚀电流密度是材料表面耐腐蚀性的重要参数，腐蚀电流密度越小，其材料的耐腐蚀性越高。由表2可知，焊缝经过深冷处理+激光淬火处理后，焊缝区表面和侧面的腐蚀电流密度较小，说明其耐腐蚀性能较好，进一步说明在激光淬火之前的液氮深冷处理，可以进一步提高激光淬火时的温差，增大淬火效果，改善焊缝表层组织，进而提高铝合金搅拌摩擦焊缝的耐腐蚀性能。

Claims (3)

1.一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，针对7075铝合金搅拌摩擦焊缝耐腐蚀性能的改善，主要包括以下步骤：

(1)将铝合金板材用搅拌摩擦焊进行焊接，得到焊接后的焊件；

(2)将上述焊接后的焊件进行深冷处理；

(3)对焊缝进行激光淬火处理；

步骤(2)中所述深冷处理为将步骤(1)中焊接后的焊件放入液氮中深冷处理5min，保证焊缝各处温度均匀；

步骤(3)中所述激光淬火的工艺参数为激光功率2000-4000W，扫描速度10mm/s，扫描方向与焊接方向平行，光斑直径4.2mm，离焦量200mm。

2.根据权利要求1所述的一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌摩擦焊的工艺参数为转速1500r/min，焊速300mm/min，前倾角为3°，轴肩下压量为0.1mm，无偏移量。

3.根据权利要求1所述的一种提高7075铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)之前需要对7075铝合金板材的对焊面和表面进行去油污和去氧化膜的预处理。

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