[发明专利]一种6XXX铝合金焊接接头的强化新工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金的焊接、热处理和深冷强化处理技术领域，特别提供了一种6XXX铝合金焊接接头的强化新工艺。

背景技术

6XXX铝合金以其优异的加工性能、高强度、塑性好、耐蚀耐疲劳等优异的综合性能，被广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学等工业领域中。在这些行业应用中常常会遇到需要对铝合金零部件进行焊接，而由于铝合金本身的特殊性，使其在焊接时需要较高的热输入，使得焊接过程中易引起焊区组织发生回复、再结晶和晶粒粗化等问题，使焊接接头产生软化、机械性能下降，导致其服役能力大大降低，往往铝制器械或部件失效或者破坏就是因为焊接接头部位破坏而引起的。特别是像6XXX可热处理强化铝合金的焊接接头软化问题尤为严重，其原因主要是由于热影响区的第二相（强化相）在焊接高温环境影响下脱溶析出并集聚长大，使强化效果消失，形成“过时效”软化，同时焊接接头焊缝区为铸态组织，易产生一些焊接缺陷，例如气孔、夹杂等，这些缺陷将导致焊接接头强度减小，进而影响构件使用性能，6XXX铝合金焊接接头软化和缺陷很普遍，严重影响工件的使用寿命，甚至可能造成重大的伤亡事故。

目前，国内外对6XXX铝合金焊接接头强化的方法主要有随焊同步碾压或锤击、焊头加固、焊后热处理等方法，这些方法均能一定程度上强化接头，但都存在一些问题，具体如下：①随焊同步碾压或锤击。该方法是在焊接过程中对焊缝及其相邻区域实施碾压或锤击以提高焊接接头的抗拉强度和疲劳强度，但该方法所需设备庞大，不能方便移动作业，野外施工困难，噪声大，一次投资和耗电量大，不利于节能，且该方法效率低，可控性差，效果不稳定，所需劳动强度大，同时造成工件的损伤等问题。②焊头加固法。通过增加焊接接头厚度来达到提高承载能力的方法，该方法增加了原材料和能源的额外消耗，同时增加了工件的整体重量，还会在接头加厚处产生残余应力，造成脱落，不牢固，造成巨大的安全隐患，往往只用于大型构件。③焊后热处理，该方法能在一定程度上提高焊接接头的强度，但同时也伴随着塑性的大幅下降，对于塑性要求高的工件不适用。此外，该方法处理全过程均需要对焊接接头进行加热操作，在全程加热会造成焊接接头内部原始的气孔缺陷受热胀大，最终保留在工件内部，使得工件在服役过程中局部产生应力集中和应力腐蚀问题，影响工件的使用性能，即该方法无法解决塑性、气孔和夹杂问题。

总之，上述几种现有技术都能对6XXX铝合金焊接接头起到一定的强化效果，但均存在着一些技术缺点和应用的局限性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述工业上6XXX铝合金焊接接头的强化方法，克服现有技术之不足，提供一种具有工艺方法简单、操作成本低、无噪声、无污染、不损伤工件、有效解决气孔夹杂问题、强化效果显著等优点的6XXX铝合金焊接接头强化新工艺。

本发明是这样来实现的：①将6XXX铝合金焊接接头在430℃~580℃固溶1小时~3小时；②将固溶后的焊接接头迅速转入15℃~25℃冷水中冷却至室温，转移时间不超过60s；③将冷水冷却后的焊接接头放入深冷处理装置，以（4℃~11℃）/min的速度冷却至-130℃~ -196℃；④保温4小时~24小时；⑤取出焊接接头放入加热保温装置，以（4℃~11℃）/min的速度加热至100℃~ 190℃；⑥保温6小时~24小时；⑦关闭电源，使焊接接头随装置冷却至室温。

本发明的积极效果有：①有效解决气孔和夹杂问题。由于金属深冷过程中紧急收缩形成内部压应力场，形成微观压缩塑性变形，焊缝区内部的气泡和夹杂等受约束被挤出到工件表面，焊接区内部显微空洞减少，基体的致密程度提高；②强化效果显著。6XXX铝合金焊接接头固溶淬火后存在一定程度的Mg和Si原子偏聚，随着时效的进行Mg富集团分解而Mg-Si富集团长大成为GP区。深冷过程中最大化地保留了固溶处理后的过饱和固溶体组织，并且深冷处理抑制Mg和Si 原子偏聚，同时使铝合金产生更大的过冷度，再配合其后的加热保温处理过程，强化相的形核率增加，更加充分的析出，同时析出物更加均匀、细密，增加对位错的钉扎作用。因而通过固溶—深冷—时效工艺能在不额外增加工件整体重量的基础上，最大化地细化焊接接头区域晶粒和促使焊接部位析出相溶解后更均匀分布于基体中，对焊接接头的综合力学性能提高显著。

经本发明方法处理后的6XXX铝合金焊接接头焊缝、热影响区及其邻近区组织细化强度塑性等综合力学性能均得到提高：硬度可提升7%~15%、抗拉强度可提升8%~17%、屈服强度可提升10%~19%，延伸率可提升6%~13%、内部气孔和夹杂问题基本消除、抗疲劳强度可提升30%~65%。