[发明专利]一种长期储存N2O4的铝合金储箱焊缝表面防护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种长期储存N₂O₄的铝合金储箱焊缝表面防护方法，具体地说，涉及一种长期储存强氧化剂N₂O₄的铝合金储箱内表面焊缝的腐蚀防护方法，所述方法通过在所述焊缝表面沉积含有铝合金的复合涂层，调节喷涂粉末材料、尺寸、配比，实现焊缝在强氧化剂N₂O₄中的长期腐蚀防护；所述方法能够简化制备步骤，实现焊缝表面氧化物清理、基体材料表面粗化处理和涂层沉积一步完成，有效解决储箱长期储存强氧化剂N₂O₄时的晶间腐蚀和点蚀问题；属于铝合金焊缝腐蚀防护技术领域。

背景技术

随着国防任务需求和航天技术的发展，对大推力运载火箭提出了新的要求，新一代箭体直径的大型运载火箭型号正式进入研制阶段，火箭动力部件之一的助推器，其储箱材料为2219铝合金，要求能够长期可靠储存燃料及强氧化剂N₂O₄。所述储箱的尺寸大且为薄壁构件，难以直接成型，生产中主要通过对多块6mm～8mm厚的铝合金板材经熔化焊(TIG)与搅拌摩擦焊(FSW)方法拼接完成，因此储箱壁面存在多道环向或纵向焊缝，另外部分焊缝存在交叉和重叠。

所述主体材料为2219铝合金的储箱，通常经过断面收缩率7％的冷轧加工后按照GJB1694-93进行固溶处理并经人工时效处理，依靠AlCu相的时效沉淀而形成强化效果，获得良好的材料强度。同时，2219铝合金基体材料具有良好的抗大气腐蚀能力和加工性能，采用固溶强化处理后，材料不呈现应力腐蚀倾向。熔化焊接过程中，焊缝区域呈现典型的铸态组织，由于合金元素的存在，共晶区的温度区间较宽，因而焊缝中容易产生局部富铜的粗大枝晶组织或发生AlCu相在晶粒边界处的网状析出，同时在热影响区会发生铜元素的二次析出，如图1所示，为焊缝区网状AlCu相析出的扫描电子显微图像；搅拌摩擦焊过程中，焊缝部位的温度低于基体材料的熔点，但仍然会导致AlCu相的局部析出，如图2所示，为焊缝区局部析出AlCu相的扫描电子显微图像。

所述焊缝及热影响区的微观组织及析出相形式的改变，导致在所述储箱上焊缝及热影响区的抗腐蚀能力下降。特别是当长期储存N₂O₄等强氧化性腐蚀介质时，储箱内壁焊缝中AlCu相的局部析出及Cu元素的不均匀分布会导致焊缝及焊接热影响区部位容易出现晶间腐蚀。在长期储存燃料及强氧化剂时，焊缝部位同时承受应力载荷，所述腐蚀现象更加严重。针对以上的特点，要求所述储箱焊缝的防护满足以下要求：(1)保证储箱内壁焊缝可以耐受强腐蚀介质；(2)降低防护层制备过程的热输入，控制基体材料温度不高于160℃，避免基体材料及焊缝性能的二次退化；(3)防护层制备过程中能控制薄壁储箱构件的变形；(4)易于实现现场的连续生产，减少防护层制备过程中的中断次数。

目前，针对所述铝合金基体材料表面的腐蚀防护方法主要有阳极氧化处理、涂层防护以及涂装等。但是，阳极氧化处理时对基体材料形状较敏感，容易出现焊缝与母材结合部位及孔隙中的不连续覆盖，且受储箱尺寸和形状限制，在全尺寸储箱中的应用受到制约；涂装防护的材料则难以耐受储箱内燃料及强腐蚀剂的长期化学腐蚀，容易发生焊缝部位的过早失效；而采用热喷涂、激光熔覆和堆焊等方法则因过高的热输入容易导致基体材料及焊缝性能的二次受热退化，同时对于薄壁储箱会产生严重的变形，因此迫切需要寻求一种新型防护方法，以满足储箱内壁焊缝的防护要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种长期储存N₂O₄的铝合金储箱焊缝表面防护方法，所述方法是一种低热输入、基体材料温度升高较低的表面防护层制备方法，能够实现长期储存N₂O₄的铝合金储箱内壁焊缝的腐蚀防护，所述方法采用冷喷涂在焊缝表面沉积铝合金复合涂层，能够控制大尺寸薄壁箱体的变形，方便实现焊缝腐蚀防护层的现场施工。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种长期储存N₂O₄的铝合金储箱焊缝表面防护方法，所述方法中，作为基体材料的铝合金储箱主体材料为经过断面收缩率7％的冷轧加工后，按照GJB1694-93进行固溶处理并经人工时效处理后的2219铝合金，所述方法步骤包括：

(1)焊缝形状处理