CN109909613A - 提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，其步骤为：(1)将标准成分的5052、6061铝合金切成尺寸为150×100×2mm的两块，打磨；(2)将两块铝合金对齐后在YLS‑2000大功率光纤激光器下焊接，调节焊接功率为1800W、焊接速度为0.02m/s、离焦量为0mm；(3)将焊接完成的试样在530℃下固溶30min，之后进行时效处理，时效温度为175℃，时效时间为6h，水淬。使用本方法处理的5052‑6061异种铝合金不仅焊缝成形美观，焊缝表面均匀连续平整，力学性能也能得到显著提高，其焊接接头抗拉强度可达300Mpa，硬度可达100HV，已达到汽车零部件的力学性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种异种铝合金激光焊焊接接头力学性能，尤其是一种提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法。
背景技术
由于5052、6061铝合金使用范围广泛,特别是航空航天离不开此合金，被称为最有前途的合金。其中，5052铝合金的主要合金元素为镁，具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性，中等强度，用于制造飞机油箱、油管、以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品、电器外壳等。而6061铝合金的主要合金元素为硅，其具有极好的加工性能、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点，广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。但由于5052、6061铝合金所含金属元素种类相差较大，热导率相差较大，不利于在同种焊接环境下进行焊接。目前，各行各业使用铝合金材料越来越多，他们的连接主要采用TIG焊和MIG焊。这些传统的熔化焊方法，热输入大而集中，且在焊缝中容易出现气孔、裂纹缺陷以及接头热影响区软化严重等问题，铝合金接头性能会受到很大影响，导致生产的过程不稳定及结构的可靠性也会降低。因此，若能够通过简单改变激光焊工艺，将两种铝合金结合并使得焊缝的抗拉强度和硬度得到改善，将会为建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业带来良好的经济效益。
发明内容
本发明的目的是改善5052-6061异种铝合金的焊缝力学性能，而提供一种提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法。
本发明采用如下技术方案予以实现：
一种提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，包括以下步骤：
(1)将标准成分的5052、6061铝合金切成长×宽×厚为150×100×2mm的两块，打磨，消减氧化皮在焊接过程中对焊缝组织的影响；
(2)将步骤(1)中的两块铝合金对齐后在YLS-2000大功率光纤激光器下焊接，调节其焊接功率为1800W、焊接速度为0.02m/s、离焦量为0mm；
(3)将步骤(2)焊接完成的试样在530℃下固溶30min，之后进行时效处理，时效温度为175℃，时效时间为6h，水淬。
进一步，步骤(1)中，所述的5052铝合金包含的质量百分比含量的组分：Si≤0.25、Cu≤0.10、Mg 2.2-2.8、Zn≤0.10、Mn≤0.10、Cr 0.15-0.35、Fe≤0.40、Al 余量；所述的6061铝合金包含的质量百分比含量的组分：Si 0.4-0.8、Cu 0.15-0.40、Mg 0.8-1.2、Zn＝0.25、、Mn＝0.15、Cr 0.04-0.35、Fe＝0.70、Al余量。
进一步，步骤(3)中，时效时间为6h，之后水淬。
本发明具有以下有益效果：
1.该工艺方法可使Mg2Si强化相更加弥散均匀析出，力学性能提升显著。
2.该工艺方法可操作性极强，激光焊接设备普遍，热处理工艺简单，易于在现有工业生产线上使用推广。
3.利用以上工艺方法不仅可以在原有激光焊接工艺的基础上快速高效的提高其焊缝的强度和硬度，同时也可以有效的提高热影响区和母材的强度和硬度，使得材料的组织成分更加均匀化。
4.本发明提出的工艺方法可操作性极强，激光焊接设备普遍，热处理工艺简单，易于在现有工业生产线上使用推广，且力学性能提升显著，尤其适用于高性能汽车结构件的工业化生产。通过采用本发明提出的工艺方法，可使5052-6061异种铝合金焊接接头抗拉强度达300Mpa，硬度可达100HV。本发明相比于其他激光焊接工艺，显著提升了5052-6061异种铝合金焊接接头的力学性能，能够满足高性能汽车结构件对于5052、6061铝合金的性能要求，扩大了该种铝合金的应用范围。
附图说明
图1为5052-6061异种铝合金热处理前焊接接头金相组织照片；
图2为5052-6061异种铝合金热处理前焊接接头组织间黑色析出物EDX分析图；
图3为5052-6061异种铝合金热处理6h焊接接头金相组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
一种提高5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，包括以下步骤
(1)将标准成分的5052、6061铝合金切成长×宽×厚为150×100×2mm的两块，打磨；
(2)将步骤一的两块铝合金对齐后在YLS-2000大功率光纤激光器下焊接，调节其焊接功率为1800W、焊接速度为0.02m/s、离焦量为0mm；
(3)将步骤二焊接完成的试样在530℃下固溶30min，之后进行时效处理，时效温度为175℃，时效时间为6h，水淬。所得到的试样标记为A1。
实施例2：
本发明实施例2 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤三所用的失效时间为4h，实施例2所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为A2。
实施例3：
本发明实施例3 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤三所用的失效时间为8h，实施例3所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为A3。
对比例1：
本发明对比例1 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤二所用的焊接功率为1800W、焊接速度为0.015m/s、离焦量为0mm，对比例1所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为B1。
对比例2：
本发明对比例2 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤二所用的焊接功率为1800W、焊接速度为0.025m/s、离焦量为0mm，对比例2所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为B2。
对比例3：
本发明对比例3 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤二所用的焊接功率为1700W、焊接速度为0.020m/s、离焦量为0mm，对比例3所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为B3。
对比例4：
本发明对比例4 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤二所用的焊接功率为1900W、焊接速度为0.020m/s、离焦量为0mm，对比例4所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为B4。
对比例5：
本发明对比例5 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤二所用的焊接功率为1800W、焊接速度为0.020m/s、离焦量为-1mm，对比例5所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为B5。
对比例6：
本发明对比例6 5052-6061异种铝合金焊接接头的生产工艺方法和实施例1相同，但步骤二所用的焊接功率为1800W、焊接速度为0.020m/s、离焦量为1mm，对比例6所得到的5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头标记为B6。
实施例和对比例得到的5052-6061异种铝合金焊接接头的力学性能测试结果如下表所示。室温拉伸所用的设备为AW-300B微机控制万能试验机,拉伸速度为0.05m/min。
上表可以得出实施例的力学性能明显优于对比例，对比例通过改变激光焊焊接的参数，进而改变最终力学性能，通过力学性能测试可以得出激光焊接工艺参数的变化对最终力学性能的影响更大，原因是焊接工艺参数选择不当，会对焊接接头造成大量的缺陷，进而影响力学性能；实施例对比可得，A1实验组的抗拉强度要远远优于其他实验组。
综上，本发明提供了一种提高5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，主要通过以下方面来实现5052-6061异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的提高。
一方面焊缝中心等轴晶的晶界、晶粒中有大量黑色颗粒状析出物，见图1。EDX实验证明该黑色析出物为强化相β(Mg2Si)，见图2。因为固溶处理可以得到过饱和α固溶体，尽管此时抑制了β相的析出，但随后的时效处理在175℃下进行，而β(Mg2Si)相通常在300℃以下产生，有利于β相的析出。该黑色析出物均匀弥散分布于晶界附近，对晶界起到了钉扎的作用，所以大大提高了5052-6061异种铝合金焊接接头的抗拉强度。
另一方面6061铝合金主要由α(Al)+β(Mg2Si)二相共晶体组成。热处理后基体中含有粗大的α-AlFeMgMn相，还有一些含Cr和Mn的棒状相和亚微米级的Mg2Si平衡相，见图3，固溶处理时，Mg2Si固溶于基体中，但α-AlFeMgMn相和短棒状相保留下来，合金的硬度有所提高。固溶+时效处理后，硬度明显提高。在较短时效时间下，由于原子活动能力相对较弱，过饱和固溶体Mg2Si脱溶速度较慢，所得到的硬度较低。但随着时间的延长，原子活动能力增强，Mg2Si脱溶速度加快，使得焊缝硬度显著增高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将标准成分的5052、6061铝合金切成长×宽×厚为150×100×2mm的两块，打磨，消减氧化皮在焊接过程中对焊缝组织的影响；
(2)将步骤(1)中的两块铝合金对齐后在YLS-2000大功率光纤激光器下焊接，调节其焊接功率为1800W、焊接速度为0.02m/s、离焦量为0mm；
(3)将步骤(2)焊接完成的试样在530℃下固溶30min，之后进行时效处理，时效温度为175℃，时效时间为6h，水淬。
2.根据权利要求1所述提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的5052铝合金包含的质量百分比含量的组分：Si≤0.25、Cu≤0.10、Mg 2.2-2.8、Zn≤0.10、Mn≤0.10、Cr 0.15-0.35、Fe≤0.40、Al余量；所述的6061铝合金包含的质量百分比含量的组分：Si 0.4-0.8、Cu 0.15-0.40、Mg 0.8-1.2、Zn＝0.25、、Mn＝0.15、Cr 0.04-0.35、Fe＝0.70、Al余量。
3.根据权利要求1所述的提高异种铝合金激光焊焊接接头力学性能的工艺方法，其特征在于：步骤(3)中，时效时间为6h，之后水淬。
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