[发明专利]提高可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的方法。重点包括以下工艺步骤：首先将需焊接的铝合金材料进行固溶热处理，固溶温度(465～545)±5℃，保温时间(4～8)h，水淬后，放入低温环境中保存；采用搅拌摩擦焊接设备焊接铝合金，并在焊缝位置采用快速冷却处理，在抑制再结晶晶粒长大的同时，保证合金元素尽可能多地固溶在铝基体中，获得过饱和固溶体；搅拌摩擦焊接完成后，对整个焊接件进行峰值时效热处理，其中时效处理温度为(150～190)±5℃，保温时间(7～20)h。本发明可以避免焊接接头部位时效析出相的溶解和长大，抑制焊接接头的软化，提高焊接接头的强度和塑性，最终获得组织致密、强度达到母材强度85％以上、综合性能好的搅拌摩擦焊焊接接头。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊焊接技术领域，涉及一种提高可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的方法。

背景技术

随着轻量化技术的发展，高强铝合金在汽车、航空航天装备上的应用越来越广泛，铝合金的连接也面临更多挑战。搅拌摩擦焊接工艺属于固相连接技术，焊接过程热输入小、焊接温度低，可避免熔化焊造成的析出相粗大、孔洞缺陷、脆化和开裂等缺陷问题。搅拌摩擦焊接属于剧烈塑性变形过程，材料在焊接接头处会发生动态再结晶。

2000系、6000系和7000系铝合金属于可热处理强化铝合金。在搅拌摩擦焊接过程中，虽然温度低于熔点，但是在焊接焊核区、热机影响区焊接温度较高，且空气中冷速较慢，焊接接头长期处于焊接高温作用下，容易发生第二相的溶解、长大和粗化。同时，温度过高会造成接头处再结晶晶粒发生长大。这些均恶化铝合金焊接接头的性能。严格控制焊接温度及热处理制度，对改善焊接接头组织和性能具有重要意义。

发明内容

本发明针对可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊焊接接头处析出相的溶解和粗化以及再结晶晶粒的粗化的问题，提出一种提高可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的方法。

为了提高可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接接头性能，本发明通过以下技术方案实现。

一种提高可热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接接头性能的方法，包括以下步骤：

第一步，将铝合金板材进行固溶热处理，快速淬火完成后，将板材放入零度以下环境进行深冷处理。

第二步，在开始焊接之前，将试样在空气中放置约0.5～1h，试样温度达到室温后，开始进行搅拌摩擦焊接，焊接过程严格控制焊接接头旋转速度和焊接速度，并在焊接轴肩后侧采用快冷方法加快焊接接头部位的冷却速度；

第三步，焊接完成后，将焊接板材放入热处理中进行峰值时效处理，随后自然冷却至室温。

进一步地，第一步中，可热处理强化铝合金板材包含2000、6000和7000系列铝合金，板材厚度2～12mm。

进一步地，第一步中，固溶热处理温度为(465～545)±5℃，保温时间为(1～10)h。

进一步地，第一步中，在进行搅拌摩擦焊接实验前，固溶淬火状态的铝合金需进行低温保存，通过向保存装置中添加液氮的方式保持低温环境，温度始终保持在零度以下。

进一步地，第一步中，淬火转移时间控制在10～20s以内，淬火用介质为水，水温控制在(20～80)±5℃。

进一步地，第二步中，搅拌摩擦焊接过程严格焊接过程热输入，将焊接热输入控制在7～15kJ/mm。

进一步地，第二步中，搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头旋转速度为300～2000r/min，焊接速度为40～500mm/min，搅拌头轴间下压量为0.1～0.2mm。

进一步地，第二步中，搅拌摩擦焊接过程中，在轴肩后侧通冷却介质，可以为水冷或者风冷或者液氮，使焊接接头温度快速冷却。