專利名稱：一種適用于噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法。
背景技術(shù)：
鋁合金作為一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料，不但要具有高的比強(qiáng)度、比模量、斷裂韌度、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕穩(wěn)定性，同時還應(yīng)具有良好的成形工藝性和良好的焊接性。7000系鋁合金是時效強(qiáng)化型鋁合金。噴射成形Al-Zn-Mg-Cu合金因其超高強(qiáng)度而著稱，目前國內(nèi)外許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都展開了對噴射成形Al-Si-Mg-Cu合金組織、性能、加工工藝及熱處理制度的研究。為了使材料得到實(shí)際應(yīng)用并推廣，材料的焊接性能也是十分重要的因素之
ο電子束焊是指在真空環(huán)境中，利用會聚的高能電子流轟擊焊接連接部位所產(chǎn)生的熱能，使被焊金屬熔合的一種焊接方法。電子束焊具有功率密度高，焊縫深寬比大，焊接速度快，熱輸入低，熱影響區(qū)窄，焊接變形??；焊縫純潔度高，接頭質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。電子束焊的誕生最初是為了滿足核能工業(yè)的焊接需求，由于其優(yōu)異的焊接特點(diǎn)，現(xiàn)已擴(kuò)大應(yīng)用到航空、 航天、汽車、電機(jī)、電子電器、工程機(jī)械、重型機(jī)械、造船和能源等工業(yè)部門。電子束焊接過程中，電子束撞擊到金屬表面，電子的動能轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬迅速熔化，熔化金屬排開，使電子束繼續(xù)撞擊深處的固態(tài)金屬，隨著電子束與焊件的相對移動， 液態(tài)金屬逐漸冷卻，凝固，形成焊縫；焊縫周圍金屬受到熱的作用，組織也發(fā)生變化。電子束是在高真空環(huán)境中由電子槍產(chǎn)生，通過電子光學(xué)系統(tǒng)把電子束會聚起來，成為密度很高的電子束撞擊工件的表面，隨著電子束與工件的相對移動，液態(tài)金屬沿小孔周圍流向熔池后部，逐漸冷卻、凝固、形成了焊縫。真空電子束焊接的基本參數(shù)是加速電壓、束流、焊接速度、 聚焦電流、電子槍與工件的距離。加速電壓即焊接電壓，其對電子束焊接影響較大，提高加速電壓能增加熔深。一般不經(jīng)常調(diào)節(jié)，通常在一定的電壓下，通過調(diào)節(jié)其他參數(shù)來實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的調(diào)整。束流即焊接電流，束流增大，熔深將增大，但焊縫寬度也增大。焊接速度也影響熱輸入，焊速增大，焊縫寬度變窄，熔深減小。為了得到良好的焊接性能，需要合理的匹配工藝參數(shù)，影響焊接效果的主要工藝參數(shù)有，焊接電壓(U)，焊接電流(I)，焊接速度(S)，及掃描頻率。噴射成形Al-Si-Mg-Cu合金合金在進(jìn)行電子束焊接時，焊縫區(qū)金屬發(fā)生重熔，以較快的速度冷卻凝固；熱影響區(qū)的金屬受熱，組織也發(fā)生一定程度轉(zhuǎn)變，受熱較大的區(qū)域發(fā)生重熔，形成細(xì)晶，其他區(qū)域組織介于母材與焊縫組織之間。焊縫區(qū)域由于細(xì)晶強(qiáng)化作用， 焊后硬度值高于母材，并沿著母材方向，硬度呈下降趨勢。由于氫在固態(tài)與液態(tài)金屬中溶解度不同，在焊接驟冷過程中，在焊縫中經(jīng)常會殘留氣孔，在焊接接頭受載過程中成為了裂紋萌生源。同時，由于焊接過程中，各區(qū)域溫度、冷速不同，形成了不同組織的區(qū)域，這些區(qū)域存在一定的界面，這也成為焊接接頭拉伸受載過程中的弱界面，與焊接氣孔等其他缺陷一起，導(dǎo)致了焊接接頭的迅速開裂。在采用傳統(tǒng)鑄錠冶金及變形加工工藝生產(chǎn)7000系鋁合金時，一般控制合金中的主合金元素總含量最高不超過12%-13%，這限制了 7000系鋁合金的極限抗拉強(qiáng)度。噴射成形技術(shù)的出現(xiàn)突破了合金中主合金元素含量的限制，能制備高合金化程度的7000系鋁合金。噴射成形技術(shù)是從傳統(tǒng)的快速凝固粉末冶金RS/PM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種快速凝固近終成形材料制坯技術(shù)。其基本原理是利用惰性氣體將合金熔體霧化成大量細(xì)小的液滴，然后沉積到接收基板上，通過控制接收基板的形狀和運(yùn)動方式可以得到不同形狀的沉積坯件。采用噴射成形技術(shù)制備高合金化的7000系鋁合金時，由于凝固速度較快，合金中的晶粒被顯著細(xì)化、各種宏觀和微觀偏析受到抑制，可有效控制沉積坯件凝固過程中內(nèi)部產(chǎn)生熱裂的傾向，同時由于凝固速度加快使沉積坯件中各種合金元素的過飽和度提高、后續(xù)熱處理過程中各種沉淀相的析出更加充分，有利于使材料獲得更佳的力學(xué)性能。在2003年3月14日北京有色金屬研究總院申請名為“一種超高強(qiáng)度高韌性鋁合金材料及其制備方法”專利申請并授予專利權(quán)(專利號為03119605. 5)。在該專利中，詳細(xì)記載了關(guān)于噴射成形方法和所使用的設(shè)備的問題。噴射成形方法為(1)按合金成分，配制預(yù)制合金錠；( 升溫將合金預(yù)制錠熔化后，采用惰性氣體并通過霧化噴嘴進(jìn)行霧化，霧化噴嘴以1 5Hz的頻率高速掃描，霧化氣體為高純惰性氣體，霧化壓力為0. 5 1. OMPa ； (3) 在氣霧化的同時，將霧化液沉積在接收裝置上，即得到所需的鋁合金材料。噴射成形設(shè)備采用非真空噴射成形設(shè)備，該非真空噴射成形設(shè)備包括有感應(yīng)加熱熔爐、感應(yīng)加熱或電阻加熱的中間包、導(dǎo)流管、氣流霧化噴嘴，接收罐體，在接收罐體中安裝接收裝置。因此，噴射成形技術(shù)是一個很成熟的技術(shù)。本發(fā)明針對高合金化的噴射成形7000系鋁合金進(jìn)行了大量的電子束焊接工作， 獲取了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究結(jié)果表明，采用本發(fā)明方法對噴射成形7000系鋁合金進(jìn)行電子束焊接，可以得到良好的焊縫組織和焊接性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種適用于噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種噴射成形超7000系合金的電子束焊接方法，該發(fā)明方法為對噴射成形7000 系鋁合金采用焊接電流18 22mA，電壓70 75KV，焊接速度280 320mm/min，掃描頻率為1. 8 2. 4Hz的工藝參數(shù)，獲得良好的焊縫。一種新的技術(shù)方案，其特征在于所述7000系鋁合金為噴射成形超高強(qiáng)鋁合金。一種新的技術(shù)方案，其特征在于所述7000系鋁合金為合金元素含量為10-20Wt% 的噴射成形鋁合金。在本發(fā)明的噴射成形超7000系合金的電子束焊接方法中，其中7000系鋁合金中的合金元素包括Zn、Mg和Cu。在本發(fā)明的噴射成形超7000系合金的電子束焊接方法中，其中7000系鋁合金中的合金元素還包括^ 和/或Ni。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)該發(fā)明方法處理的噴射成形7000系鋁合金，可以獲得良好的焊縫組織，無焊接氣孔、組織分界線和明顯的粗晶帶。焊接件經(jīng)過后續(xù)固溶和時效處理可得到較高的強(qiáng)度。


圖1為噴射成形Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% ^ 合金的電子束焊接形貌圖。 (其工藝參數(shù)為焊接電流22mA，電壓72KV，焊接速度300mm/min，掃描頻率為2. OHz0 )
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1對噴射成形Al-9. 97&1-2. 65Mg-1.94Cu-0. 12% ^ 合金(合金元素總含量為 14. 68wt% )采用本發(fā)明的電子束焊接方法，具體工藝為焊接電流22mA，電壓72KV，焊接速度300mm/min，掃描頻率為2.0Hz。結(jié)果表明，如圖1所示，合金經(jīng)過電子束焊接后，焊縫組織均勻，無焊接氣孔、組織分界線和明顯的粗晶帶。實(shí)施例2對噴射成形A1-11. 66ai-1.92Mg-3. OlCu合金(合金元素總含量為16.59wt%) 采用本發(fā)明的電子束焊接方法，具體工藝為在焊接電流20mA，電壓72KV，焊接速度300mm/ min,掃描頻率為2. OHz。結(jié)果表明，噴射成形Al-Zn-Mg-Cu合金焊接接頭具有較高的抗拉強(qiáng)度，可達(dá)640MPa，約為母材的82%。
權(quán)利要求
1.一種噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法，其特征在于，采用電子束焊接對噴射成形7000系鋁合金進(jìn)行焊接的方法，其中，采用焊接電流18 22mA，電壓70 75KV，焊接速度觀0 320mm/min，掃描頻率為1. 8 2. 4Hz的工藝參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法，其特征在于，所述的噴射成形7000系鋁合金中的合金元素含量為10-20wt%，余量為鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法，其特征在于，所述的合金元素包括Zn、Mg和Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法，其特征在于，所述的合金元素還包括^ 和/或Ni。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種噴射成形7000系鋁合金的電子束焊接方法，該發(fā)明方法為對噴射成形7000系鋁合金采用焊接電流18～22mA，電壓70～75kV，焊接速度280～320mm/min，掃描頻率為1.8～2.4Hz的工藝參數(shù)，獲得良好的焊縫。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)該發(fā)明方法處理的噴射成形7000系鋁合金，可以獲得良好的焊縫組織，無焊接氣孔、組織分界線和明顯的粗晶帶。焊接件經(jīng)過后續(xù)固溶和時效處理可得到較高的強(qiáng)度。
文檔編號B23K103/10GK102371430SQ20101026301
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者劉紅偉, 左玉婷, 張永安, 朱寶宏, 李志輝, 李錫武, 熊柏青, 王 鋒 申請人:北京有色金屬研究總院