(12)發(fā)明專利申請(qǐng)(10)申請(qǐng)公布號(hào)CN120206010A(71)申請(qǐng)人蘇州大學(xué)地址215137江蘇省蘇州市相城區(qū)濟(jì)學(xué)路8號(hào)(72)發(fā)明人駱順存長(zhǎng)海博文陶洋胡增榮于佳敏王曉南(74)專利代理機(jī)構(gòu)蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32257專利代理師王莎莎(54)發(fā)明名稱一種提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法本發(fā)明涉及一種提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)母材的成分，根據(jù)母材的成分和理想焊縫的成分，確定填充材料的成分區(qū)間；理想焊縫中Ti含量為0.3wt%-0.6wt%,Mg含量為1.75wt%-3.05wt%,Mg和Si的質(zhì)量比為(1.8-3.2):1;S2、根據(jù)焊接形式確定填充材料的形態(tài)，并制備填充材料；S3、采用填充材料對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊接。通過(guò)調(diào)控焊縫中Ti、Mg等元素含量并優(yōu)化焊接工藝，使得焊縫在多種強(qiáng)化制度下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度代衍射角度(20)2S1、測(cè)定6XXX系鋁合金母材的成分，根據(jù)母材的成分和理想焊縫的成分，確定填充材料的成分區(qū)間；所述理想焊縫中Ti含量為0.3wt%-0.6wt%,Mg含量為1.75wt%-3.05wt%,Mg和Si的質(zhì)量比為(1.8-3.2):1;2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，在S1中，所述填充材料的成分根據(jù)如下公式計(jì)算：填充材料的成分=(理想焊縫的成分-6XXX系鋁合金母材的成分×熔合比)/(1-熔合比);填充材料的形態(tài)為箔或薄片時(shí)，熔合比=(焊縫面積-填充材料截面積)/焊縫面積；填充材料的形態(tài)為焊絲時(shí)，熔合比=(焊縫面積-上下余高面積)/焊縫面積。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，在S2中，所述焊接形式選自弧焊和/或激光焊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，在S2中，所述填充材料的形態(tài)選自A1-Ti-Mg薄片和/或A1-Mg-Si-Cu-Ti焊絲。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，所述A1-Mg-Si-Cu-Ti焊絲的元素組成及其質(zhì)量百分比為：Mg4.6wt%-6.1wt%、Si0.7wt%-6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，在S3中，焊接形式為激光焊時(shí)，所述激光焊的工藝參數(shù)為：焊接功率為2100W-2700W,焊接速度為33mm/s-50mm/s,保護(hù)氣為氬氣，氣流量為10L/min-25L/min,氣槍角度為20°,擺動(dòng)軌跡7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，所述6XXX系鋁合金焊縫的抗拉強(qiáng)度為280MPa-350MPa,屈服強(qiáng)度為203MPa-237MPa,顯微硬度為84HV-109HV,腐蝕電流密度為0.55μA/cm2-1.85μA/cm2,焊接系數(shù)為68.0%-85.0%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，所述6XXX系鋁合金焊縫的氣孔率低于1%。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在于，10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，其特征在多種。3技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法。背景技術(shù)[0002]輕量化是實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸行業(yè)節(jié)能減排的重要手段，使用輕質(zhì)材料是輕量化的重要為了輕量化的重要材料，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶及高速列車等領(lǐng)域。焊接技術(shù)是連接鋁合金結(jié)構(gòu)件的重要方式，但是鋁合金同時(shí)具有導(dǎo)熱系數(shù)高、凝固速率快、激光反射率高和固液相氫溶解度差異大等特點(diǎn)，在焊接過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)焊縫晶粒粗化以及納米級(jí)強(qiáng)化相溶解等現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫軟化和氣孔缺陷，嚴(yán)重?fù)p害了焊接接頭質(zhì)量。此外，焊接時(shí)引入了異質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和成分，改變了合金的耐蝕性能，焊縫往往比基體更易發(fā)生腐蝕開(kāi)裂，降低接頭服役壽命。[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，主要通過(guò)優(yōu)化焊接工藝、焊縫微合金化和熱處理等來(lái)提升焊縫強(qiáng)度。專利CN117620517A通過(guò)稀土元素Y細(xì)化了焊縫晶粒和富Fe相的尺寸，提高了焊縫力學(xué)性能；專利CN104827200A通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)4047焊絲中添加Sc元素，將焊縫抗拉強(qiáng)度提升了50MPa;專利CN119020644A通過(guò)焊后熱處理以及Er元素改性，使得焊接系數(shù)突破0.8;專利CN117512481A通過(guò)焊后熱處理提高了焊縫的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)降低了焊縫的剝落腐蝕等級(jí)。低成本的合金化元素研究較少。同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)中，大型器件往往缺少相應(yīng)的熱處理設(shè)填充材料及方法，僅通過(guò)焊接的方式，提升焊縫強(qiáng)度的同時(shí)兼顧其耐蝕性能。發(fā)明內(nèi)容[0005]為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，在確保焊縫缺陷數(shù)量較少的條件下，通過(guò)調(diào)控焊縫中Ti、Mg等元素含量并優(yōu)化焊接工藝，使得焊縫在多種強(qiáng)化制度下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和耐蝕性能的協(xié)同提升，以滿足汽車、船舶及高速列車等領(lǐng)域輕量化結(jié)構(gòu)焊接制造需求。[0007]本發(fā)明的目的是提供一種提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，包括以下步驟：材料的成分區(qū)間；所述理想焊縫中Ti含量為0.3wt%-0.6wt%,Mg含量為1.75wt%-3.05wt%,Mg和Si的質(zhì)量比為(1.8-3.2):1;4[0008]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S1中，所述理想焊縫通過(guò)控制Ti含量，細(xì)化晶粒尺強(qiáng)度和韌性；Mg含量較低時(shí)，焊縫中存在游離的共晶Si,其附近的無(wú)析出帶發(fā)生陽(yáng)極溶解，同時(shí)Si的存在加速了Mg?Si相與基體間的極性轉(zhuǎn)換；Mg含量較高時(shí)，會(huì)在晶界處生成Al?Mg?相和S相，這些相的電極電位遠(yuǎn)低于A1基體，極易發(fā)生陽(yáng)極溶解。通過(guò)控制Mg/S能的提高。[0009]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S1中，所述填充材料的成分根據(jù)如下公式計(jì)算：填充材料的成分=(理想焊縫的成分-6XXX系鋁合金母材的成分×熔合比)/(1-熔合比);填充材料的形態(tài)為箔或薄片時(shí)，熔合比=(焊縫面積-填充材料截面積)/焊縫面積；填充材料的形態(tài)為焊絲時(shí)，熔合比=(焊縫面積-上下余高面積)/焊縫面積。[0010]其中，焊縫面積為未添加填充材料進(jìn)行焊接后得到的焊縫面積；填充材料的形態(tài)為箔或薄片時(shí)，長(zhǎng)度等同焊縫長(zhǎng)度，寬度小于200μm,高度小于[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S2中，所述焊接形式選自弧焊和/或激光焊。[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S2中，所述填充材料的形態(tài)選自Al-Ti-Mg薄片和/或Al-Mg-Si-Cu-Ti焊絲。[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Al-Mg-Si-Cu-Ti焊絲的元素組成及其質(zhì)量百分比0.5wt%-0.6wt%、Cr0.2wt%-0.3wt%、免的雜質(zhì)。[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S3中，焊接時(shí)應(yīng)在焊縫熔透的范圍內(nèi)降低焊接熱輸入。選擇弧焊時(shí)，應(yīng)選擇大的焊接電流和快的焊接速度；選擇激光焊時(shí)，應(yīng)選擇高的激光功率和快的焊接速度。焊接形式為激光焊時(shí)，所述激光焊的工藝參數(shù)為：焊接功率為2100W-2700W,焊接速度為33mm/s-50mm/s,保護(hù)氣為氬氣，氣流量為10L/min-25L/min,氣槍角度為20°,擺動(dòng)軌跡為圓形，擺動(dòng)頻率為100Hz-150Hz,擺動(dòng)幅度為1.0mm-1.6mm;該條件下可以控制焊接熱輸入，保證填充材料和6XXX系鋁合金母材在充分混合的條件下降低熱影響區(qū)軟化[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述6XXX系鋁合金焊縫的抗拉強(qiáng)度為280MPa-350MPa,屈服強(qiáng)度為203MPa-237MPa,顯微硬度為84HV-109HV,腐蝕電流密度為0.55μA/cm2-1.85μA/cm2,焊接系數(shù)為68.0%-85.0%。[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述6XXX系鋁合金焊縫的氣孔率低于1%。[0017]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述6XXX系鋁合金焊縫的金相組織為全等軸晶，晶粒[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述6XXX系鋁合金焊縫的析出相選自共晶Si相、Al?Ti5[0019]本發(fā)明的技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：焊縫中的Ti、Mg元素的含量滿足一定條件，實(shí)現(xiàn)焊縫的強(qiáng)度與耐蝕性能協(xié)同提高，尤其是抗拉強(qiáng)度突破了300MPa?？p晶粒細(xì)化；Mg元素在焊后快速冷卻的過(guò)程中固溶進(jìn)入基體。細(xì)晶強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化耦合作用提高了焊縫力學(xué)性能。[0021](3)本發(fā)明所述的方法實(shí)現(xiàn)了焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的協(xié)同提升，無(wú)需進(jìn)行后續(xù)的熱處理操作，縮短了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)本發(fā)明所使用的材料價(jià)格較低，降低了生產(chǎn)成本。附圖說(shuō)明[0022]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合圖1為本發(fā)明測(cè)試?yán)?中焊縫的晶粒尺寸圖；圖4為本發(fā)明測(cè)試?yán)?中焊縫的力學(xué)性能圖；圖5為本發(fā)明測(cè)試?yán)?中焊縫的耐蝕性能圖。具體實(shí)施方式[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。[0024]在本發(fā)明中，除非另有說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例中所使用的焊接的參考標(biāo)準(zhǔn)為HG/T[0025]在本發(fā)明中，除非另有說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例中所使用的6XXX系鋁合金母材為100mm×60mm×2.5mm的T6態(tài)A1-Mg-Si-Cu合工藝為：現(xiàn)在560℃下固溶1h,然后在180℃下時(shí)效6h;相關(guān)性能為：抗拉強(qiáng)度為408MPa,屈服強(qiáng)度為385MPa,顯微硬度為130HV。[0026]在本發(fā)明中，除非另有說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例中所涉及的焊縫面積的確定包括以動(dòng)激光為熱源對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊接，焊接形式為對(duì)接焊，焊接功率為2700W,焊接速度為50mm/s,保護(hù)氣為純氬氣，保護(hù)氣流量為20L/min,氣槍角度為20°,擺動(dòng)軌跡為圓形，擺動(dòng)頻率為150Hz,擺動(dòng)幅度為1.6mm;采用線切割垂直于焊縫切取5mm×30mm×2.5mm的試采用體式顯微鏡上拍攝焊接接頭宏觀形貌，測(cè)得焊縫面積為6.58mm2。6[0028]本實(shí)施例的提高6XXX系鋁合金焊縫強(qiáng)度和耐蝕性能的方法，具體包括以下步驟：S1、根據(jù)母材的成分和理想焊縫的成分，確定填充材料的成分；其中，理想焊縫中Ti含量為0.3wt%,Mg含量為1.75wt%,Mg和Si的質(zhì)量比為1.8:1;填充材料的成分根據(jù)如下公式計(jì)算：填充材料的長(zhǎng)度同焊縫長(zhǎng)度，為100mm;寬度為0.1mm;高度為6XXX系鋁合金母材的熔合比=(焊縫面積-填充材料截面積)/焊縫面積=(6.58mm2-0.25mm2)/6.58mm2=填充材料的成分=(理想焊縫的成分-6XXX系鋁合金母材的成分×熔合比)/(1-熔合比);結(jié)果顯示填充材料中Ti含量為6.78wt%,Mg含量為24.31wt%,余量為A1和其他不可避免的雜質(zhì)。[0029]S2、根據(jù)激光焊的焊接形式確定填充材料的形態(tài)為薄片，并根據(jù)填充材料的成分進(jìn)行配料，原材料為99.99%的純A1、Al-10Ti和99.9%的純Mg;然后采用重力鑄造的方式得到Al-Ti-Mg合金；接著采用線切割從Al-Ti-Mg合金中間取100mm×2.5mm×0.2mm的Al-Ti-Mg薄片，利用180#的砂紙對(duì)其進(jìn)行打磨，以去除線切割痕跡，打磨至0.1mm后用酒精清洗吹干；S3、采用填充材料對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊接，以擺動(dòng)激光為熱源，焊接功率為2700W,焊接速度為50mm/s,保護(hù)氣為純氬氣，保護(hù)氣流量為20L/min,氣槍角度為20°,擺動(dòng)[0030]實(shí)施例2[0031]基本同實(shí)施例1,不同之處在于以下幾點(diǎn)：在S1中，理想焊縫中Ti含量為0.6wt%,Mg含量為3.05wt%,Mg和Si的質(zhì)量比為3.2:填充材料的成分根據(jù)如下公式計(jì)算：填充材料的寬度為0.2mm,高度為2.5mm,長(zhǎng)度為100mm,其截面積為0.5mm2;計(jì)算熔合比為0.92,填充材料中Ti含量為7.16wt%,Mg含量為28.81wt%,余量為A1和其他不可避免在S2中，采用線切割從A1-Ti-Mg合金中間取100mm×2.5mm×0.3mm的Al-Ti-Mg薄片，利用180#的砂紙對(duì)其進(jìn)行打磨，以去除線切割痕跡，打磨至0.2mm后用酒精清洗吹干。[0032]對(duì)比例1[0033]基本同實(shí)施例2,不同之處在于：不采用填充材料。[0034]對(duì)比例2[0035]基本同實(shí)施例2,不同之處在于以下幾點(diǎn)：理想焊縫中Ti含量為0.6wt%,Mg含量為0.81wt%(即不額外添加Mg);填充材料的成分根據(jù)如下公式計(jì)算：填充材料的寬度為0.2mm,高度為2.5mm,長(zhǎng)度為100mm,其截面積為0.5mm2;計(jì)算熔合比為0.92,填充材料中Ti含量為7.16wt%,余量為A1和其他不可避免的雜質(zhì)。[0037]基本同實(shí)施例2,不同之處在于以下幾點(diǎn)：7理想焊縫中Ti含量為0.6wt%,Mg含量為3.5wt%(即添加過(guò)量Mg);填充材料的成分根據(jù)如下公式計(jì)算：填充材料的寬度為0.2mm,高度為2.5mm,長(zhǎng)度為100mm,其截面積為0.5mm2;計(jì)算熔合比為0.92,填充材料中Ti含量為7.16wt%,Mg含量為34.44wt%,余量為A1和其他不可避免的雜質(zhì)。[0039]首先采用10vol.%高氯酸乙醇溶液對(duì)實(shí)施例1和對(duì)比例1制備的焊縫進(jìn)行電解拋光，電解電壓為20V,時(shí)間為30s,然后采用背散射電子衍射技術(shù)(EBSD)對(duì)焊縫晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，實(shí)施例1制備的焊縫的晶粒1制備的焊縫的晶粒尺寸約為68.7μm。這是因?yàn)閷?shí)施例1在Ti改性后焊縫析出了白色的[0041]首先采用SEM對(duì)實(shí)施例1和對(duì)比例1制備的焊縫顯微組織進(jìn)行觀察，然后采用XRD對(duì)實(shí)施例1-2和對(duì)比例1-3制備的焊縫析出相進(jìn)行定性分析，最后采用Thermo-Calc對(duì)焊縫非平衡凝固過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖2-圖3所示。從圖2-圖3可以看出，實(shí)施例1制備的焊縫的主要為共晶Si相、Al?Ti相、Mg?Si相和S相(A1CuMg);對(duì)比例1制備的焊縫的析出相主要為共Mg?Si相和Q相(A1SiCuMg);對(duì)比例3制備的焊縫的析出相主要為Al?Ti相、Mg?Si相、S相[0043]對(duì)實(shí)施例1-2和對(duì)比例1-3制備的焊縫的氣孔率、強(qiáng)度等進(jìn)行測(cè)試：(1)氣孔率：采用線切割沿焊縫中心切取5mm×100mm×2.5mm的試樣，按上述方法進(jìn)行打磨拋光，采用體式顯微鏡拍攝其形貌，根據(jù)面積比計(jì)算氣孔率；(2)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度：按照GB/228.1-2021《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試焊縫的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度；(3)顯微硬度：按照GB/T4340.1-2009的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試焊縫的顯微硬度；(4)焊接系數(shù)：為焊縫強(qiáng)拉強(qiáng)度與母材抗拉強(qiáng)度的比值；(5)腐蝕電流密度：使用PrincetonversaSTAT3電化學(xué)工作站對(duì)焊接接頭電化學(xué)腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試，用線切割沿焊接方向單獨(dú)切下焊縫，使用導(dǎo)電膠和導(dǎo)線粘住其背面，并用鑲料對(duì)其進(jìn)行鑲嵌，之后用砂紙對(duì)其進(jìn)行打磨；將樣品浸入3.5%NaCl溶液中24h后進(jìn)行表18試樣氣孔率抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度顯微硬度焊接系數(shù)腐蝕電流密度實(shí)施例1實(shí)施例2對(duì)比例1對(duì)比例2對(duì)比例3[0045]從表1和圖4-圖5可以看出，實(shí)施例的方法可以協(xié)同提高焊縫的力學(xué)性能和耐蝕性[0046]對(duì)比實(shí)施例2和對(duì)比例1-2可以看出，僅控制焊縫Ti元素時(shí)，焊縫力學(xué)性能和耐蝕性能也可實(shí)現(xiàn)協(xié)同提升，但此時(shí)焊接系數(shù)僅為66.5%,力學(xué)性能方面仍有大量上升空間。[0047