[发明专利]一种异质高强铝合金的焊接接头及其制备方法

说明书

本发明公开一种异质高强铝合金的焊接接头及其制备方法。包括如下步骤：(1)：焊前反常高温预热：异质铝合金对拼固定，在200～450℃下预热0.5～2小时；(2)：高热输入搅拌摩擦焊接：以搅拌头转速为500‑1000rpm和焊接速度为60‑120mm/min对异质铝合金进行焊接，实现对熔池的高热输入，在焊缝熔合区通过合金元素长程扩散打破异质界面，在焊缝中心形成新的中间合金；(3)：固溶时效处理。本发明通过焊前加热和焊后固溶，反常引入高热输入，打破异质界面，在熔池区形成成份连续变化的新合金，提高整个焊缝的强度和力学性能；通过固溶溶解高热输入导致的粗大第二相，进而时效形成纳米析出相，克服高热输入导致的焊接接头和基体软化现象，进一步的提高了产品性能。

技术领域

本发明属于焊接领域，具体涉及一种异质高强铝合金的焊接接头及其制备方法。

背景技术

目前6xxx，7xxx铝合金在商业应用上极为广泛，6xxx与7xxx合金的焊接构件也较多地运用在高速列车等行业。综合各种研究铝合金焊接的专利文献可以看出如下问题：(1)高强铝合金的焊接方法主要包括TIG焊、MIG焊、电子束焊、钎焊、激光焊等，但是使用熔焊时，高强铝合金表面的金属氧化物容易导致产生气孔、裂纹等缺陷，焊接接头强度急剧降低；使用钎焊时，由于钎料与母材之间存在电极电位差异，接头部位的抗腐蚀性会降低，都存在一定的局限性(2)异种金属焊接是指不同化学成分、不同组织性能的两种或两种以上的金属，在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。但是由于异种金属的化学成分、物理性能、化学性能都存在差异，相比同种金属焊接更加复杂、难度更大；当异种金属的线膨胀系数、熔点、化学成分等存在较大差异时，异种金属间的冶金结合困难较大。(3)异种铝合金搅拌摩擦焊是一个不对称的焊接过程，其塑性金属流动方式更加复杂，首先，材料放置位置会影响异种铝合金搅拌摩擦焊接头的组织性能，其次，搅拌头旋转速度和焊接速度的参数组合对异种铝合金搅拌摩擦焊接头的成形质量和组织性能也会产生较大影响；同时，铝合金材料的热处理状态也是影响接头组织性能的关键因素，不同状态下的接头硬度和强度等指标变化差异较大，需要深入研究和考虑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异质高强铝合金的焊接接头及其制备方法，通过焊前预处理和焊后热处理，反常引入高热输入，通过合金元素长程扩散，打破传统异质焊熔池区存在的异质界面，在熔池区形成成份连续变化的新合金，进而使得焊缝区的强度和硬度可以从一侧母材连续过渡到另一侧母材，避免异质界面导致的成份、组织、性能突变引起的应力集中，从而提高整个焊缝的强度和其它力学性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种异质高强铝合金的焊接接头制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：焊前预热：将异质铝合金对拼，固定，并在200～450℃下预热0.5～2小时；

步骤(2)：搅拌摩擦焊接：对步骤(1)预热后的异质铝合金进行搅拌摩擦焊，以搅拌头转速为500-1000rpm和焊接速度为60-120mm/min进行焊接，实现对熔池的高热输入，在焊缝熔合区通过合金元素长程扩散打破异质界面，在焊缝中心形成中间相合金；

步骤(3)：固溶时效处理：对步骤(2)焊接后的铝合金进行固溶时效处理。

进一步的，异质铝合金为AlMgSi合金和AlZnMg合金，中间相合金为AlZnMgSi合金。

进一步的，步骤(1)之前还包括预处理，具体为：

设计搅拌头：在搅拌摩擦头中心处进行打孔，孔径比搅拌摩擦针直径小3～5mm；

焊前清理：清洁铝合金表面，去除污染物和氧化膜，并使用酒精、丙酮进行清洗。

进一步的，搅拌摩擦头的材质为热作模具钢、工具钢、高温合金或硬质合金中的一种。

进一步的，步骤(2)焊接时的搅拌头深入铝合金板内的厚度为0.1～1mm。