[发明专利]一种提高5系铝合金焊接接头抗应力腐蚀性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高5系铝合金焊接接头抗应力腐蚀性能的方法，经合金成分设计、调控，再进行热处理、加工，可使铝材表现出优良的抗应力腐蚀性能，同时保持较好的力学性能，并利用搅拌摩擦焊接(FSW)进行连接，使焊接接头保持较高的耐腐蚀性能，其最终产品应用于对应力腐蚀性能要求苛刻的海洋船舶制造。

技术领域

本发明涉及一种提高5系铝合金焊接接头抗应力腐蚀性能的方法，其最终产品应用于对应力腐蚀性能要求苛刻的海洋船舶制造。

背景技术

5系铝合金具有较高强度，良好的塑性，是制作船板、船外壳的重要材料，适合应用于船舶工业。然而合金在焊接过程中会发生变化，通常会影响接头的抗应力腐蚀能力；海水又具有一定的腐蚀性，铝材结构件在运行过程中受到应力作用时，较容易发生应力腐蚀开裂，进而引起严重后果。因此，有必要研究一种提高5系铝合金抗腐蚀性能的方法，并使其在焊接后仍具有较强的耐腐蚀性能。

为提高铝合金的的力学性能和腐蚀性能，发现添加微量Sc、Zr元素，会形成细小的Al₃Sc、Al₃(Sc，Zr)相，从而抑制β相的形成，达到改善合金的抗腐蚀性能并显著提高合金综合性能的目的。近年来，价格更低的Er元素被发现和Sc元素具有相似的效果，对Er元素的研究逐渐增多。在AA5083合金中添加0.28％wt.Er并经225℃退火4h处理后，合金表现出良好的抗腐蚀性能、更高的强度和伸缩率，认为添加Er形成的Al₃Er粒子能有效细化晶粒和抑制再结晶过程，在合金中形成均匀且不连续的β相，从而提高合金的耐腐蚀性能。虽然稀土元素Sc、Zr、Er的作用效果明显，但价格相对较高，出于成本因素的考虑，还未将这些合金元素广泛用于船舶用铝合金。

对于AA5083合金的焊接，目前工程上主要采用MIG焊接，存在热输入量过大，易发生翘曲、变形和接头软化等问题。搅拌摩擦焊接作为一种固态连接方法，是AA5083焊接极具发展性的选择。

改变Zn含量、热处理及加工工艺对AA5083合金抗应力腐蚀能力的影响，制备出抗应力腐蚀性能的铝合金，并应用FSW技术实现连接。对于实现船舶行业的绿色制造、轻量化和运行安全具有重大意义，为船舶用铝合金腐蚀性能评估和优化奠定技术基础。这对我国海军国防和海洋运输行业显得尤为重要，具有重要的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高5系铝合金焊接接头抗应力腐蚀性能的方法，其最终产品应用于海洋船舶制造。本发明经合金成分设计、调控后，再进行热处理、加工，并利用搅拌摩擦焊接连接，可显著提高铝材焊缝的抗应力腐蚀能力，保持良好的力学性能。

本发明提高5系铝合金焊接接头抗应力腐蚀性能的方法，包括如下步骤：

步骤1：调控合金成分，提高Zn含量至0.3wt％以上；

步骤2：通过均热处理获得合金铸锭；

步骤3：将所得合金铸锭通过常规方法加工成板材；

步骤4：将轧制的板材利用FSW技术进行焊接。

进一步地，合金成分在常规合金成分的基础上，调控Zn含量为0.3～1wt％，降低Al含量，其他合金成分含量不变。

步骤2中，均热处理温度为610～630℃，保温时间为8～16h；进一步优选为610℃下均热处理16h。

步骤3中，可以采用热轧加工或冷轧加工的方式制备板材，冷轧加工获得材料的力学性能更好。

步骤4中，根据板材的不同厚度及搅拌针的差异选择合适的焊接参数。

本发明获得铝材的抗拉强度≥320MPa。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：