[发明专利]一种改善高强铝合金焊接接头软化问题的方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，更具体地讲，涉及焊接领域中改善高强铝合金焊接接头软化的方法。

背景技术

铝合金具有密度小、比强度高、无磁性、良好的耐腐蚀性、低温韧性及成形性等特点而被广泛地应用于各种焊接结构中，成为理想的轻量化材料。铝及铝合金焊接后，存在着不同程度的接头软化问题，特别是对于可热处理强化的高强铝合金，其焊接接头软化问题尤为严重，其原因主要是由于焊缝和热影响区的组织与性能在焊接高温环境影响下发生变化而引起的。热影响区的软化主要是由于在焊接高温作用下发生“过时效”所致，即热影响区第二相（强化相）脱溶析出并集聚长大，使强化效果消失，形成“过时效”软化，这也是在熔焊条件下很难避免的。

目前，国内外对铝合金焊接接头强化的研究主要集中在两个方面：一方面是从冶金学角度考虑，通过改变焊丝的成分等方法研究和改善焊接接头区的组织和性能，提高接头强度；另一方面是从力学角度考虑，采用时效强化、随焊碾压强化、挤压强化、锤击强化、温差拉伸、局部补强等方法来改善焊接接头的性能。这些方法能在一定程度上使在焊接过程中减弱或消失的热处理强化效果得到一定恢复，但自身都存在种种不足，如采用的时效强化，在一定范围内可提高接头强度，但此种方法也易出现“过时效”软化；虽焊锤击可改善薄板结构焊缝及焊趾的力学性能，但需要附加装置，控制比较复杂；温差拉伸法生产效率低，成本较高，工作环境差，不适用于封闭焊缝的焊接；局部补强可使构件总承载能力达到设计要求，适合于中大型构件，小型构件不宜使用。因此，提出一种方便高效、适用性强的改善高强铝合金焊接接头软化问题的工艺方法具有很好的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术论述中已有技术的不足，而提供一种方便高效、适用性强的改善高强铝合金焊接接头软化问题的方法，即采用焊后热处理的方法来改变焊接接头的组织形态，从根本上提高接头的强度。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

本发明的技术方案一种改善高强铝合金焊接接头抗腐蚀性能的方法，使用高强铝合金，一般是指以铝锌镁铜铝合金为系列的超硬高强铝合金，例如2219铝合金板材。

采用焊机对该铝合金板材进行对接。焊接前必须对焊件和焊丝进行表面清理（表面抛光的铝及铝合金焊丝无需焊前清理或清洗）。可采用机械清理或化学清理法清除表面油脂、污物及氧化膜，以免焊接时产生气孔等焊接缺陷。焊件和焊丝经过清洗后，在存放过程中会重新产生氧化膜，特别是在潮湿的环境中，因此一般应在清理后4～8小时内施焊。焊接过程中采用刚性夹具将焊接的铝板紧固在焊接工作台上，以控制焊接变形，注意夹紧力要适当。焊接时，选择合理的焊接工艺参数以保证焊接质量。

焊接接头由两块尺寸为300mm×150mm×8mm的2219铝合金板材沿长边对接焊而成，坡口为70°V型坡口。焊机采用美国米勒公司生产的Dynasty700型变极性TIG焊机，焊前先用酒精擦拭试件表面去除油污，然后用手持电动钢丝刷打磨去除表面氧化膜，最后用酒精擦拭去除铝屑。为防止铝合金表面再次生成氧化铝薄膜，处理完4～8小时内进行焊接。焊接过程中采用刚性夹具将焊接的铝板紧固在焊接工作台上，以控制焊接变形，注意夹紧力要适当。具体焊接参数选择如下表所示，采用先进行定位焊，然后进行三层焊接的方式实施焊接。

对于可热处理强化的高强铝合金，其强化机制主要是沉淀强化（时效强化），在合金元素固溶度随着温度的降低而逐渐减小的合金中，当合金元素含量超过一定限度后，固溶处理后立即淬火可获得过饱和固溶体，对此过饱和固溶体在较低温度下加热使之发生分解，析出弥散相，并引起合金的强化。在常温下发生的自然分解称为自然时效，在外加温度下的分解称为人工时效。工业上常用的高强铝合金状态为固溶处理加人工时效状态，此状态下的铝合金具有优良的拉伸性能。与母材相比，焊接接头由于局部加热的影响，在焊缝处呈现铸态组织，热影响区则出现沉淀相聚集长大的过时效状态，接头发生的严重的软化现象。此时如果对接头按照固溶加时效热处理的规范重新进行一次热处理，接头强度系数将会得到很大的提高，软化问题得到改善。具体方案如下：

首先对人工时效状态的铝合金板材进行对接。由于铝合金焊接的特殊性，焊接前要对试件进行严格的表面清理，可采用机械方法或化学方法清理掉表面的氧化膜及油污，以免焊接时产生气孔等缺陷。焊接时，选择合理的焊接工艺参数以保证焊接质量。