[发明专利]一种提高铝合金焊缝强度和抗裂能力的方法

说明书

一种提高铝合金焊缝强度和抗裂能力的方法，属于有色金属及其制备领域。本发明将质量百分含量为4.0~7.0%Mg、2.0~4.0%Zn、0~0.6%Cu、0.1~1.2%Mn、0~0.1%Cr、0~0.25%Ti、0~0.3%Zr、0~0.6%Fe、0~0.6%Si，其余为Al的Al‑Mg‑Zn系合金板材进行MIG焊接，焊接后实行人工时效处理。本发明所述Al‑Mg‑Zn合金由于具有时效析出能力，经过焊接和焊后时效强化后的焊缝强度相比5xxx系参考合金（AA5059以及AA5083）有较大幅提升，已经接近7xxx系参考合金（AA7039）的焊缝强度水平，焊缝抵御焊接裂纹能力与5xxx系参考合金相近，且明显优于7xxx系参考合金，无焊接热裂纹，非常适用于船舶以及装甲板的生产制造过程。

技术领域

本发明属于有色金属及其制备领域，尤其涉及一种提升铝合金焊缝强度和抗裂能力的方法，适用于船舶以及装甲板的生产制造过程。

背景技术

在船舶运输、军用装甲行业中，使用高比强度铝合金材料替换传统的钢铁材料已经成为一种新的趋势，其可以保证合金使用强度不变的同时显著减轻船舶、装甲车辆的整体重量，从而大幅提升船舶燃油的利用效率以及装甲车的作战机动性能。由于船舶以及装甲用材均具有大面积、高跨度的特征，在生产过程中必须使用金属连接工艺(主要是焊接)将小尺寸原料相互连接进而得到，因此，所用铝合金材料的可焊性以及焊后性能必须作为一种重要选材考量指标。

现阶段大量用于上述行业的铝合金材料主要为5xxx系和7xxx系。常用的5xxx系铝合金(例如AA5083)可焊性优异，但其基体和焊缝强度相对较低，且该类合金的强化手段主要为加工硬化，焊接后焊缝强度损失较大，故应用上存在一定局限；传统7xxx系铝合金(例如AA7039和AA7017)强度等力学性能相对较好，但由于Mg、Zn以及Cu元素的含量都处于易发生焊接结晶裂纹的区间导致其可焊性不及5xxx系铝合金，在焊接过程中容易产生焊接裂纹以及微裂纹，焊缝服役可靠性较差。因此，开发一种提升铝合金焊缝强度和抗裂能力的技术对于船舶以及军事工业具有重要意义。

首先在选择合金成分上，1999年，美国铝业协会登记注册的AA5059合金在常规5xxx系合金的基础之上提高了Mg和Zn的含量，使得合金晶内析出较多的T-Mg₃₂(AlZn)₄₉相。这种合金在保留常规5xxx系合金优秀的耐蚀性、可焊性的同时，屈服及抗拉强度也得到了较大程度的提升。

已公开的上述典型合金的组成范围分别为：AA5083：Mg含量为4.0～4.9，Mn含量为0.4～1.0，Cr含量为0.05～0.25，Zn含量不高于0.25，Cu含量不高于0.1，Ti含量不高于0.15，Fe含量不高于0.4，Si含量不高于0.4；AA7039：Mg含量为2.3～3.3，Mn含量为0.1～0.4，Cr含量为0.15～0.25，Zn含量为3.5～4.5，Cu含量不高于0.1，Ti含量不高于0.1，Fe含量不高于0.4，Si含量不高于0.3；AA5059：Mg含量为5.0～6.0，Mn含量为0.6～1.2，Cr含量不高于0.25，Zn含量为0.4～0.9，Cu含量不高于0.25，Ti含量不高于0.2，Fe含量不高于0.5，Si含量不高于0.45，Zr含量为0.05～0.25。其中AA5059的合金含量也公开在US-6695935-B1、US-6238495-B1、CN-101233252-A和CN-101631882-A专利中。

发明专利ZL201410577461.5又在AA5059合金的基础上将Zn含量上调，降低Mg在基体中的固溶量，借鉴7xxx系铝合金时效强化的思想，最终得到晶粒内部含大量T-Al₃₂(MgZn)₄₉相的高强Al-Mg-Zn合金并成功制备其板材，为时效强化型5xxx系铝合金的设计和制备奠定了基础。但此类合金由于合金度相对于7xxx系合金较低，焊接接头强度仍然没有达到7xxx系合金的强度级别，使得其应用具有一定局限性。

发明内容