CN112779484A - 一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置及方法,属于金属材料的焊接技术领域,包括时效炉,时效炉内设置有可相对其移动的2个隔热板,时效炉被2个隔热板分隔为三个时效区,分别设定为第一待焊区、母材区和第二待焊区;隔热板上设置有与待时效铝合金件适配的凹槽,用于装卡固定待时效铝合金件;时效炉上端对应第一待焊区、母材区、第二待焊区分别设置有温度传感器、加热器和控制器;温度传感器、加热器与控制器电连接。本发明的通过选择不同尺寸的活动隔热板、系列加热控温装置可以对不同尺寸的板材进行分区时效处理;通过对铝合金构件分区时效的方法,使待焊区处于欠时效状态,在焊接热作用下继续析出,使热影响区减小、强度提高。
Description
技术领域
本发明属于金属材料的焊接技术领域,具体是涉及一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置及方法。
背景技术
铝合金具有密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能良好、耐腐蚀、易表面着色、良好的加工成型性以及高的回收再生性等优点,成为轻量化的首选材料。由于铝及铝合金具有大的导热系数、大的比热容,在焊接时,热能会快速的传递到基体金属中去。对于时效强化铝合金进行焊接时,由于焊接热输入的影响,焊缝附近出现析出相的溶解、长大,焊接热影响区强度降低,严重影响构件性能。
发明内容
为了解决上述问题,本发明采取了如下技术方案:
一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置,包括时效炉,所述时效炉内设置有2个可相对其移动的隔热板,所述时效炉被2个隔热板分隔为三个时效区,分别设定为第一待焊区、母材区和第二待焊区;所述隔热板上设置有与待时效铝合金件适配的凹槽,用于装卡固定所述待时效铝合金件;所述时效炉上端对应所述第一待焊区、所述母材区、所述第二待焊区分别设置有温度传感器、加热器和控制器;所述温度传感器、所述加热器与所述控制器电连接。
进一步地,位于所述第一待焊区或所述第二待焊区的所述隔热板外侧面与所述待时效铝合金件侧端面之间的距离为5-50mm。
一种提高时效强化铝合金焊接性能的方法,包括以下步骤:
S10、对铝合金板材进行固溶-淬火处理,得到强化铝合金板材;
S20、对所述强化铝合金板材进行高温欠时效处理,然后水淬,得到待时效强化铝合金板材;
S30、选择尺寸大小合适的隔热板,使隔热板的凹槽与所述待时效强化铝合金板材紧密贴合;
S40、移动隔热板设置第一待焊区和第二待焊区的尺寸;
S50、分别通过控制器设定第一待焊区、母材区和第二待焊区的对应时效温度和时效时间;
S60、对待时效强化铝合金板材进行时效处理;
S70、对时效处理完成的强化铝合金板材进行焊接。
进一步地,在步骤S20中,对固溶-淬火处理后的强化铝合金板材进行高温欠时效处理的温度为120℃~200℃,时间为0~5小时。
进一步地,在步骤S50中,所述第一待焊区、所述第二待焊区进行时效的温度为20℃~100℃,所述母材区进行时效的温度为20℃~200℃。
进一步地,第一待焊区、第二待焊区以及所述母材区的时效时间为6~1500小时。
有益效果:
1、本发明的通过选择不同尺寸的活动隔热板、系列加热控温装置可以对不同尺寸的板材进行分区时效处理。
2、通过对铝合金构件分区时效的方法,使待焊区处于欠时效状态,在焊接热作用下继续析出,使热影响区减小、强度提高。
3、通过选择尺寸大小合适的活动隔热板或采用拼接的活动隔热板,使活动隔热板与板材紧密贴合,可以对铝合金板材、棒材、复杂构件等进行分区时效处理。
4、本发明通过先高温时效再低温长时时效的方法,析出相变得细小弥散,母材的强度、塑性和断裂韧性得到提高,而待焊区的细小析出相在焊接热影响下继续析出,从而整体提升板材综合性能。
5、本方法操作方便、成本低,能够较好实现工业化。
附图说明
图1为本发明提供的提高时效强化铝合金焊接性能的装置整体结构示意图;
图2为本发明提供的提高时效强化铝合金焊接性能的方法流程图;
图3为隔热板与铝合金板材位置示意图;
图4为采用本发明的7N01铝合金焊接热影响区微观组织;
图5为一般处理方法的7N01铝合金热影响区微观组织;
图6为7N01铝合金焊接接头力学性能对比表
其中,1、铝合金板材;2、隔热板;3、加热器;4.温度传感器;5、控制器;6.时效炉。
具体实施方式
实施例1
一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置,包括时效炉6,时效炉6内设置有2个可相对其移动的隔热板2,时效炉6被2个隔热板2分隔为三个时效区,分别设定为第一待焊区、母材区和第二待焊区;隔热板2上设置有与待时效铝合金件适配的凹槽,用于装卡固定待时效铝合金件。本实施例中,待时效铝合金件为铝合金板材1。
时效炉6上端对应第一待焊区、母材区、第二待焊区分别设置有温度传感器4、加热器3和控制器5;温度传感器4、加热器3与控制器5电连接。
其中,温度传感器4监测与其对应的第一待焊区、母材区、第二待焊区的实时温度,并传输给控制器5;控制器5用于设定第一待焊区、母材区、第二待焊区的时效温度和时效时间,并根据温度传感器4监测温度以及设定的时效温度、时效时间控制加热器3的启停。
在本实施例中,位于第一待焊区或第二待焊区的隔热板2外侧面与待时效铝合金件侧端面之间的距离为5-50mm。
实施例2
对12mm厚7N01铝合金通过实施例1提供的提高时效强化铝合金焊接性能的装置进行热处理与搅拌摩擦焊接。
S10、对7N01铝合金板材进行470℃/2h固溶-淬火处理;
S20、对强化后的7N01铝合金板材进行120℃/0.5h的高温欠时效处理,然后水淬,得到待时效的7N01铝合金板材;
S30、选择尺寸大小合适的隔热板,使隔热板的凹槽与待时效的7N01铝合金板材紧密贴合;
S40、移动隔热板设置第一待焊区和第二待焊区的尺寸;调节位于第一待焊区的隔热板外侧面与待时效的7N01铝合金板材侧端面之间的距离为20mm,调节位于第二待焊区的隔热板外侧面与待时效的7N01铝合金板材侧端面之间的距离为20mm;
S50、分别通过控制器设定母材区的时效温度为60℃,设定第一待焊区和第二待焊区时效温度为20℃;
S60、对待时效的7N01铝合金板材进行20天时效处理;
S70、在焊接速度200mm/min和旋转速度450rpm焊接工艺下,进行7N01铝合金搅拌摩擦焊。
实施例3
对12mm厚7N01铝合金通过实施例1提供的提高时效强化铝合金焊接性能的装置进行热处理与搅拌摩擦焊接。
S10、对7N01铝合金板材进行470℃/2h固溶-淬火处理;
S20、对强化后的7N01铝合金板材进行120℃/0.5h的高温欠时效处理,然后水淬,得到待时效的7N01铝合金板材;
S30、选择尺寸大小合适的隔热板,使隔热板的凹槽与待时效的7N01铝合金板材紧密贴合;
S40、移动隔热板设置第一待焊区和第二待焊区的尺寸;调节位于第一待焊区的隔热板外侧面与待时效的7N01铝合金板材侧端面之间的距离为20mm,调节位于第二待焊区的隔热板外侧面与待时效的7N01铝合金板材侧端面之间的距离为20mm;
S50、分别通过控制器设定母材区的时效温度为60℃,设定第一待焊区和第二待焊区时效温度为60℃;先对待时效的7N01铝合金板材进行3天时效处理;
S60、然后调节母材区的时效温度为60℃,第一待焊区和第二待焊区的时效温度为20℃,对7N01铝合金板材进行17天时效处理;
S70、在焊接速度200mm/min和旋转速度450rpm焊接工艺下,进行7N01铝合金搅拌摩擦焊。
对比实施例1
作为对比,对12mm厚7N01铝合金进行常规热处理与搅拌摩擦焊接。
1)对7N01铝合金板材进行470/2h固溶-淬火处理;
2)对强化后的7N01铝合金板材进行120℃/24h的时效处理;
3)在焊接速度200mm/min和旋转速度450rpm焊接工艺下,进行7N01铝合金搅拌摩擦焊。
其中,图4和图5分别为采用本发明方法(实施例2、实施例3)与一般处理方法(对比实施例1)的7N01铝合金焊接热影响区微观组织,从图中可以看出:一般时效处理时后,在焊接热循环的影响下,热影响区的析出相发生长大;而通过分区分段时效的方法,使热影响区析出细小析出相,整体处于欠时效状态,在焊接热循环下继续析出,从而提高焊接接头性能。
图6为实施例2、实施例3和对比实施例1三种处理方法的焊接接头力学性能对比表。
实施例4
对20mm厚7A52铝合金通过实施例1提供的提高时效强化铝合金焊接性能的装置进行热处理与MIG焊接。
S10、对7A52铝合金板材进行470℃/2h固溶-淬火处理;
S20、对强化后的7A52铝合金板材进行120℃/0.5h的高温欠时效处理,然后水淬;
S30、选择尺寸大小合适的隔热板,使隔热板的凹槽与待时效的7A52铝合金紧密贴合;
S40、移动隔热板设置第一待焊区和第二待焊区的尺寸;调节位于第一待焊区的隔热板外侧面与待时效的7A52铝合金侧端面之间的距离为20mm,调节位于第二待焊区的隔热板外侧面与待时效的7A52铝合金侧端面之间的距离为20mm;
S50、分别通过控制器设定母材区的时效温度为60℃,设定第一待焊区和第二待焊区时效温度为20℃;
S60、对待时效的7A52铝合金进行20天时效处理;
S70、在焊接电流220A和焊接电压22V的焊接工艺下,进行7A52铝合金MIG焊。
实施例5
对20mm厚7A52铝合金通过实施例1提供的提高时效强化铝合金焊接性能的装置进行热处理与MIG焊接。
S10、对7A52铝合金板材进行470℃/2h固溶-淬火处理;
S20、对强化后的7A52铝合金板材进行120℃/0.5h的高温欠时效处理,然后水淬;
S30、选择尺寸大小合适的隔热板,使隔热板的凹槽与待时效的7A52铝合金紧密贴合;
S40、移动隔热板设置第一待焊区和第二待焊区的尺寸;调节位于第一待焊区的隔热板外侧面与待时效的7A52铝合金侧端面之间的距离为20mm,调节位于第二待焊区的隔热板外侧面与待时效的7A52铝合金侧端面之间的距离为20mm;
S50、分别通过控制器设定母材区的时效温度为60℃,设定第一待焊区和第二待焊区时效温度为60℃;先对待时效的7A52铝合金进行2天时效处理;
S60、然后调节母材区的时效温度为60℃,第一待焊区和第二待焊区的时效温度为20℃,对7A52铝合金进行18天时效处理;
S70、在焊接电流220A和焊接电压22V的焊接工艺下,进行7A52铝合金MIG焊。
以上所述,仅是本发明较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围的。
Claims (6)
1.一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置,其特征在于,包括时效炉,所述时效炉内设置有2个可相对其移动的隔热板,所述时效炉被2个隔热板分隔为三个时效区,分别设定为第一待焊区、母材区和第二待焊区;所述隔热板上设置有与待时效铝合金件适配的凹槽,用于装卡固定所述待时效铝合金件;所述时效炉上端对应所述第一待焊区、所述母材区、所述第二待焊区分别设置有温度传感器、加热器和控制器;所述温度传感器、所述加热器与所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种提高时效强化铝合金焊接性能的装置,其特征在于,位于所述第一待焊区或所述第二待焊区的所述隔热板外侧面与所述待时效铝合金件侧端面之间的距离为5-50mm。
3.一种提高时效强化铝合金焊接性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S10、对铝合金板材进行固溶-淬火处理,得到强化铝合金板材;
S20、对所述强化铝合金板材进行高温欠时效处理,然后水淬,得到待时效强化铝合金板材;
S30、选择尺寸大小合适的隔热板,使隔热板的凹槽与所述待时效强化铝合金板材紧密贴合;
S40、移动隔热板设置第一待焊区和第二待焊区的尺寸;
S50、分别通过控制器设定第一待焊区、母材区和第二待焊区的对应时效温度和时效时间;
S60、对待时效强化铝合金板材进行时效处理;
S70、对时效处理完成的强化铝合金板材进行焊接。
4.根据权利要求3所述的一种提高时效强化铝合金焊接性能的方法,其特征在于,在步骤S20中,对固溶-淬火处理后的强化铝合金板材进行高温欠时效处理的温度为120℃~200℃,时间为0~5小时。
5.根据权利要求3所述的一种提高时效强化铝合金焊接性能的方法,其特征在于,在步骤S50中,所述第一待焊区、所述第二待焊区进行时效的温度为20℃~100℃,所述母材区进行时效的温度为20℃~200℃。
6.根据权利要求5所述的一种提高时效强化铝合金焊接性能的方法,其特征在于,第一待焊区、第二待焊区以及所述母材区的时效时间为6~1500小时。
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