本發(fā)明屬于材料工程，涉及一種提高鋁合金焊接接頭力學(xué)性能的方法，具體而言，尤其涉及一種7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭強(qiáng)塑性協(xié)同提升的方法。

背景技術(shù)：

1、在航空航天和汽車制造領(lǐng)域中，高強(qiáng)低密度鋁合金是實現(xiàn)輕量化的首選材料。其中，7系鋁合金(al-zn-mg-cu合金)是典型的熱處理強(qiáng)化高強(qiáng)鋁合金，具有極高抗拉強(qiáng)度、優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度，在國家重大工程中擁有廣闊的應(yīng)用前景。7系高強(qiáng)鋁合金焊接性差，尤其是熔化焊，成為制約其進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸難題，具體表現(xiàn)為：(1)焊接接頭軟化：可熱處理鋁合金在焊接熱源熱影響作用下，母材中原有的納米析出強(qiáng)化相易回溶從而弱化焊接接頭力學(xué)性能[1]。(2)焊接熱裂紋形成：鋁合金熱膨脹系數(shù)較高，傳統(tǒng)熔化焊凝固過程枝晶間隙填充困難，焊接接頭極易產(chǎn)生熱裂紋[2]。目前，主要選用商用4系或5系鋁合金焊絲，例如采用激光焊、tig焊熱源，選用er5356鋁鎂焊絲焊接7系高強(qiáng)鋁合金[3]，焊接接頭抗拉強(qiáng)度范圍是母材的50％～60％，伸長率范圍是母材的45％～55％。

2、通過焊縫合金化改善焊接接頭微觀組織結(jié)構(gòu)+合適的熱處理工藝是解決上述問題的有效手段。專利號為201910828999.1的專利提供了一種含有微納米顆粒增強(qiáng)的鋁合金藥芯焊絲，用于焊接7075鋁合金，通過陶瓷顆粒的添加促進(jìn)異質(zhì)形核，細(xì)化焊縫晶粒會提高抗拉強(qiáng)度，達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的63％，但是焊縫中粗大晶間共晶相的析出和熱影響區(qū)中納米析出相的回溶，造成焊接接頭軟化問題沒有得到有效解決，導(dǎo)致塑性大幅度降低，伸長率僅為母材的50％以下。

3、綜上所述，迫切需要開發(fā)7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭強(qiáng)塑性協(xié)同提升方法，為拓寬7系高強(qiáng)鋁合金焊接構(gòu)件應(yīng)用場景提供先進(jìn)焊接技術(shù)支撐。

4、參考文獻(xiàn)：

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技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有的7系高強(qiáng)鋁合金焊接存在的焊接接頭抗拉強(qiáng)度和塑性不能協(xié)同提升的瓶頸難題，本發(fā)明提出一種7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭強(qiáng)塑性協(xié)同提升方法。首先選擇柔性激光焊接熱源，在實現(xiàn)熱源能量在母材和焊絲的精確分配基礎(chǔ)上，有效提高熔池流動穩(wěn)定性并降低飛濺、氣孔等缺陷；選取的納米陶瓷顆粒增強(qiáng)7系鋁合金復(fù)合焊絲，可以有效抑制枝晶生長，以實現(xiàn)焊縫晶粒組織由不均勻粗大柱狀晶和等軸晶向均勻細(xì)小等軸晶轉(zhuǎn)變；焊后采用固溶+回歸再時效熱處理工藝將焊縫中粗大晶間共晶相回溶，再以納米級第二相均勻的在焊縫內(nèi)部和熱影響區(qū)析出，解決接頭軟化問題。采用上述焊接與熱處理協(xié)同方法獲得的7系高強(qiáng)鋁合金接頭的抗拉強(qiáng)度和伸長率均可達(dá)母材95％以上，從而實現(xiàn)7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭強(qiáng)塑性協(xié)同提升。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

3、一種7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭強(qiáng)塑性協(xié)同提升方法，采用柔性激光熱源填絲焊接技術(shù)；選取與待焊7系高強(qiáng)鋁合金母材成分接近，納米陶瓷顆粒增強(qiáng)的7系高強(qiáng)鋁合金復(fù)合焊絲；對7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭采用固溶熱處理將晶間粗大共晶相回溶，經(jīng)過水冷淬火獲得過飽和固溶體，再進(jìn)行回歸再時效熱處理。

4、進(jìn)一步地，所述的柔性激光熱源包括具有能量密度可實現(xiàn)柔性調(diào)控的激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合焊接熱源和同軸脈沖-連續(xù)雙激光復(fù)合焊接熱源。

5、進(jìn)一步地，所述的鋁合金復(fù)合焊絲為納米陶瓷顆粒增強(qiáng)的7系鋁合金復(fù)合焊絲，采用tic或tib2納米陶瓷顆粒增強(qiáng)7系鋁合金復(fù)合焊絲，其中，tic或tib2納米陶瓷顆粒在焊縫中原位生成，顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為1.0～2.0wt％，顆粒尺寸范圍為400～800nm，陶瓷顆粒作為焊縫凝固過程中鋁合金異質(zhì)形核位點，細(xì)化焊縫組織。

6、進(jìn)一步地，焊接工藝參數(shù)范圍應(yīng)滿足：

7、(1)激光誘導(dǎo)電弧填絲焊：

8、焊接速度范圍為500～2500mm/min，送絲速度范圍為2000～3500mm/min，非熔化極氣體保護(hù)焊焊接時電弧電流范圍為80～180a，電極高度范圍1mm～3mm，激光功率范圍為400～4000w、激光離焦量的調(diào)節(jié)范圍為-2～+2mm，激光頻率范圍為20～40hz，激光脈寬范圍為2.5～3.0ms，激光束與電弧電極間距范圍為1.0～3.0mm，光絲間距范圍為2.0～5.0mm。

9、(2)同軸雙激光填絲焊：

10、同軸雙束激光包括連續(xù)激光和脈沖激光；連續(xù)激光功率范圍為1000～6000w，連續(xù)激光離焦量范圍為+5～+30mm，脈沖激光功率范圍為300～1000w，脈沖激光離焦量范圍為-3～20mm，脈沖激光頻率范圍為40～90hz，焊接速度范圍為500～5000mm/min，送絲速度為500～3000mm/min，冷送絲，自由成型。

11、進(jìn)一步地，熱處理工藝是指：7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭先采用固溶處理，水冷淬火后采用回歸再時效處理，包括如下步驟：

12、(1)7系高強(qiáng)鋁合金焊接接頭固溶處理，溫度范圍為470～480℃、保溫時間范圍為1.5～3h；

13、(2)進(jìn)行水冷淬火處理；

14、(3)進(jìn)行回歸再時效處理：先進(jìn)行預(yù)時效處理，溫度范圍為120～135℃，預(yù)時效時間范圍為8～10h；接下來進(jìn)行高溫短時間回歸時效處理，溫度范圍為170～185℃，回歸時效時間范圍為3～5h；最后進(jìn)行再時效處理，溫度范圍為120～135℃，再時效時間范圍為15～20h。

15、較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

16、1、本發(fā)明中的激光誘導(dǎo)電弧、同軸雙激光等復(fù)合熱源相較于傳統(tǒng)單一激光熱源，具有焊接工藝窗口寬，能量密度可柔性調(diào)控的優(yōu)點，在焊接過程中提升焊接熔池-小孔穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)凝固組織的調(diào)控和細(xì)化晶粒，減少氣孔率，實現(xiàn)焊縫良好成型。

17、2、本發(fā)明中的納米陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合鋁合金焊絲，在熔池非平衡凝固過程中，tic及tib2納米陶瓷顆粒在焊縫中的原位形成，起到異質(zhì)形核的作用，有效提高細(xì)小等軸晶的形核率并抑制粗大柱狀晶和等軸晶形成，降低凝固裂紋的形成傾向。

18、3、本發(fā)明的熱處理工藝中，通過固溶處理將粗大的共晶相(mgzn2+α-al)完全溶解在焊接接頭基體中，經(jīng)過水冷淬火后獲得過飽和固溶體。相較于單級時效處理，回歸再時效處理使得納米mgzn2相(η`相)析出更為均勻和致密，有助于降低或消除無沉淀析出區(qū)，從而進(jìn)一步提高焊接接頭強(qiáng)度和塑性。