(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(10)申請(qǐng)公布號(hào)CN120206091A(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)王曉南于佳敏胡增榮(74)專(zhuān)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(zhuān)利代理師王莎莎一種用于6XXX系鋁合金的填充材料及其焊接工藝(57)摘要本發(fā)明涉及一種用于6XXX系鋁合金的填充材料及其焊接工藝，屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域。該填充材料的元素組成及其質(zhì)量百分比為：Si0.5%-避免的雜質(zhì)，總雜質(zhì)0-0.15%。該填充材料具有良好的可焊性，促進(jìn)了析出強(qiáng)化機(jī)制，與6XXX系鋁合金母材的強(qiáng)化元素組成相同，可通過(guò)多種焊接21.一種用于6XXX系鋁合金的填充材料，其特征在于，所述用于6XXX系鋁合金的填充材料的元素組成及其質(zhì)量百分比為：Si0.5%-2.00%、Mg0.80%-2.00%、Cu0.20%-3.00%、Cr0.20%-0.50%、Mn0.50%-0.80%、Ti0-0.10%、Z他不可避免的雜質(zhì)，總雜質(zhì)0-0.15%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于6XXX系鋁合金的填充材的質(zhì)量比為(1-6):1;元素Mg和元素Cu的質(zhì)量比為(1-3):1。鋁合金的填充材料的形態(tài)選自粉末、薄片和絲材中的一種或多種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于6XXX系鋁合金的填充材料，其特征在于，所述粉末的粒徑S2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并進(jìn)行焊接，得到焊接接頭；所述填充材料為權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于6XXX系鋁合金的填充材料；S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理。鋁合金母材的元素組成及其質(zhì)量百分比選自以下三種中的一種或多種：鋁合金母材的初始形態(tài)為T(mén)O態(tài)-T10態(tài)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的6XXX系鋁合金的焊接工藝，其特征在于，在S1中，所述焊前時(shí)效處理的溫度為140℃-240℃,時(shí)間為1h-4h。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的6XXX系鋁合金的焊接工藝，其特征在于，在S2中，所述焊接的工藝選自激光焊、電子束焊、冷金屬過(guò)渡焊、非熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊和攪拌摩擦焊中的一種或多種。效處理的溫度為140℃-240℃,時(shí)間為0.5h-1.5h;焊后時(shí)效處理結(jié)束后空氣冷卻至15℃-353一種用于6XXX系鋁合金的填充材料及其焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于6XXX系鋁合金的填充材料及其焊接工藝。背景技術(shù)[0002]隨著我國(guó)輕量化的深入發(fā)展，鋁合金作為優(yōu)質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，因其具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、加工性能好等特點(diǎn)，使其在航空航天、汽車(chē)制造、船舶等領(lǐng)域占據(jù)重要地位。然而，由于鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)高、凝固速度快和熱膨脹系數(shù)高等特性，導(dǎo)致其焊接接頭內(nèi)部析出相嚴(yán)重粗大等問(wèn)題，這些缺陷使接頭力學(xué)性能?chē)?yán)重惡化。熱影響區(qū)是焊接接頭軟化最嚴(yán)重的區(qū)域，也是導(dǎo)致整個(gè)焊縫組織力學(xué)性能惡化的主要原因。因?yàn)闊嵊绊憛^(qū)的軟化導(dǎo)致鋁合金在工業(yè)生產(chǎn)中受到極大限制。因此，改善接頭軟化行為并獲得良好力學(xué)性能的焊縫是目前眾多學(xué)者一直探索的方向。[0003]不同體系類(lèi)型合金有著不同類(lèi)型的焊絲，而對(duì)于特定類(lèi)型的合金母材，填充材料對(duì)焊縫組織及性能有著至關(guān)重要的作用。在工業(yè)應(yīng)用中，很少對(duì)焊縫進(jìn)行二次變形處理。因此，對(duì)于焊接接頭的研究，大多著手于焊絲成分及焊接工藝兩方面。焊絲、Al-Si系焊絲和Al-Mg系焊絲。一般而言，工業(yè)應(yīng)用Al-Si系焊絲焊接6XXX系鋁合金，Al-Cu系焊絲焊接2XXX系鋁合金，Al-Mg系焊絲焊接剩余類(lèi)型鋁合金，由于鋁合金類(lèi)型的多樣性，刻板的使用A1-Mg系焊絲焊接眾多類(lèi)型鋁合金是及其不合理的，也無(wú)法保證焊接接頭組織及其力學(xué)性能。因此，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)體系鋁合金的焊絲是鋁合金焊接領(lǐng)域的亟需。目前，許多研究者在已有焊絲的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行微合金化以達(dá)到開(kāi)發(fā)新型焊絲的目的。專(zhuān)利CN118002980A公開(kāi)了一種用于6XXX系鋁合金擠壓型材熔化焊的鋁合金焊絲、其制備方法及5.8-6.8%的Mg、0-0.04%的Ti、0.1-0.12%的Zr、0.25-0.質(zhì)，每種所述不可避免的雜質(zhì)<0.05%,總雜質(zhì)<0.15%。但是該焊絲對(duì)焊縫組織力學(xué)性能的提升仍然有限，不能滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用要求。發(fā)明內(nèi)容[0006]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系鋁合金焊接接頭焊縫和熱影響區(qū)嚴(yán)重軟化，導(dǎo)致接頭力學(xué)性能?chē)?yán)重惡化等問(wèn)題。[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于6XXX系鋁合金的填充材料及其焊接工藝，通過(guò)多元素復(fù)合固溶強(qiáng)化焊縫，同時(shí)利用該填充材料所需焊接熱輸入低，有效降低了焊接熱影響區(qū)軟化，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同提升接頭焊縫和熱影響區(qū)性能。[0008]本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種用于6XXX系鋁合金的填充材料，所述用于6XXX系鋁合金的填充材料的元素組成及其質(zhì)量百分比為：Si0.5%-2.00%、Mg0.80%-2.00%、Cu40.15%、余量為A1和其他不可避免的雜質(zhì)，總雜質(zhì)0-0.15%。的質(zhì)量比為(1-3):1。合金中除了主要合金元素的含量影響析出相行為、性能和顯微組織，控制合金元素比對(duì)調(diào)控材料性能有著重要作用。薄片和絲材中的一種或多種。m-1000μm,所述絲材的直徑為0.5mm-3.2mm。[0013]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種6XXX系鋁合金的焊接工藝，包括以下步驟：S1、對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊前時(shí)效處理；焊接接頭；所述填充材料為所述的用于6XXX系鋁合金的填充材料；S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理。[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S1中，所述6XXX系鋁合金母材的元素組成及其質(zhì)量百分比選自以下三種中的一種或多種：0.60%-0.65%、Ti0.025%-0.03%、Zn0-0.05%、Fe0-0.15%、余量為A1和其他不可避免的雜0.55%-0.65%、Ti0.03%、Zn0-0.05%、Fe0-0.15%、余量為A1和其他不可避免的雜質(zhì)；0.60%-0.70%、Ti0.03%、Zn0.15%-0.25%、Fe0-0.15%、余量為A1和其他不可避免的雜質(zhì)。[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S1中，所述6XXX系鋁合金母材的初始形態(tài)為T(mén)0態(tài)-T10態(tài)。[0016]TO:固溶處理后，經(jīng)自然時(shí)效再通過(guò)冷加工的狀態(tài)。[0017]T1:高溫成形過(guò)程冷卻，然后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。[0018]T2:高溫成形過(guò)程冷卻，經(jīng)冷加工后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。[0019]T3:固溶處理后進(jìn)行冷加工，再經(jīng)自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。[0020]T4:固溶處理后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)。[0021]T5:高溫成形過(guò)程冷卻，然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)。[0022]T6:固溶處理后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)。[0023]T7:固溶處理后進(jìn)行過(guò)時(shí)效的狀態(tài)。5[0024]T8:固溶處理后經(jīng)冷加工，然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)。[0025]T9:固溶處理后人工時(shí)效，然后進(jìn)行冷加工的狀態(tài)。[0026]T10:高溫成形過(guò)程冷卻，進(jìn)行冷加工，然后人工時(shí)效[0027]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S1中，所述焊前時(shí)效處理的溫度為140℃-240℃,時(shí)間為1h-4h;該條件下進(jìn)行焊前時(shí)效處理，可以使得母材析出大量原子團(tuán)簇和GP區(qū)。[0028]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S2中，所述焊接的工藝選自激光焊、電子束焊、冷金屬過(guò)渡焊、非熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊和攪拌摩擦焊中的一種或多種。[0029]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S2中，所述焊接的氣氛為99.99%的氬氣。[0030]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在S3中，所述焊后時(shí)效處理的溫度為140℃-240℃,時(shí)間為0.5h-1.5h;該條件下進(jìn)行焊后時(shí)效處理，可以使得使得焊接接頭的熱影響區(qū)析出β和Q系列強(qiáng)化相，同時(shí)使焊縫析出大量β、Q和T等系列強(qiáng)化相；焊后時(shí)效處理結(jié)束后空氣冷卻至[0031]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)：(1)本發(fā)明所述的填充材料具有特定的合金成分配比，同時(shí)包含Mg、Zn和Cu元素，相等納米級(jí)析出相，并顯著提高析出相數(shù)量密度。[0032](2)本發(fā)明所述的填充材料具有良好的可焊性，促進(jìn)了析出強(qiáng)化機(jī)制，由于填充材料與6XXX系鋁合金母材的強(qiáng)化元素組成相同，可通過(guò)多種焊接方式應(yīng)用于6XXX系鋁合金的系鋁合金在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。附圖說(shuō)明[0033]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)明實(shí)施例1-3的焊接接頭的焊縫組織SEM圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1-3的焊接接頭的焊縫組織TEM圖；圖3為本發(fā)明對(duì)比例1-9的焊接接頭的焊縫組織SEM圖；圖4為本發(fā)明對(duì)比例1-9的焊接接頭的焊縫組織TEM圖。具體實(shí)施方式[0034]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，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解所述具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。[0035]在本發(fā)明中，除非另有說(shuō)明，本發(fā)明所使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。6[0037]在本發(fā)明中，除非另有說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，和其他不可避免的雜質(zhì)，總雜質(zhì)<0.15%。[0040]焊接工藝具體包括以下步驟：S1、對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊前時(shí)效處理，溫度為180℃,時(shí)間為1h;母材的元素S2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并采用加脈沖的冷金屬過(guò)渡焊進(jìn)行焊接，焊接速度為12mm/s,送絲速度為5.8m/min,保護(hù)氣流量為30L/min,焊絲干伸長(zhǎng)為12mm,填充材料為直徑為1.2mm的絲材S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理，然后空氣冷卻至室溫；其中，焊后時(shí)效處理的溫度為180℃,時(shí)間為1h。[0041]實(shí)施例2和其他不可避免的雜質(zhì)，總雜質(zhì)<0.15%。[0043]焊接工藝具體包括以下步驟：S1、對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊前時(shí)效處理，溫度為180℃,時(shí)間為1h;母材的元素S2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并采用加脈沖的冷金屬過(guò)渡焊進(jìn)行焊接，焊接速度為12mm/s,送絲速度為5.8m/min,保護(hù)氣流量為30L/min,焊絲干伸長(zhǎng)為12mm,填充材料為直徑為1.2mm的絲材S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理，然后空氣冷卻至室溫；其中，焊后時(shí)效處理的溫度為180℃,時(shí)間為1h。[0045]本實(shí)施例用于6XXX系鋁合金的填充材料的元素組成及其質(zhì)量百分比為：Si和其他不可避免的雜質(zhì)，總雜質(zhì)<0.15%。[0046]焊接工藝具體包括以下步驟：S1、對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊前時(shí)效處理，溫度為180℃,時(shí)間為1h;母材的元素S2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并采用加脈沖的冷金屬過(guò)渡焊進(jìn)行焊接，焊接速度為12mm/s,送絲速度為5.8m/min,保護(hù)氣流量為30L/min,焊絲干伸長(zhǎng)為12mm,填充材料為直徑為1.2mm的絲材7S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理，然后空氣冷卻至室溫；其中，焊后時(shí)效處理的溫度為180℃,時(shí)間為1h。[0048]基本同實(shí)施例1,不同之處在于6XXX系鋁合金的填充材料組成元素的質(zhì)量百分比[0049]對(duì)比例2[0050]基本同實(shí)施例1,不同之處在于6XXX系鋁合金的填充材料組成元素的質(zhì)量百分比[0052]基本同實(shí)施例1,不同之處在于6XXX系鋁合金的填充材料組成元素的質(zhì)量百分比[0054]基本同實(shí)施例2,不同之處在于6XXX系鋁合金的填充材料組成元素的質(zhì)量百分比[0055]對(duì)比例5[0056]基本同實(shí)施例2,不同之處在于焊接工藝不同，具體包括以下步驟：S1、母材的元素組成及其質(zhì)量百分比為：Si1.10%、Mg0.90%、Cu0.45%、CrS2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并采用加脈沖的冷金屬過(guò)渡焊進(jìn)行焊接，焊接速度為12mm/s,送絲速度為5.8m/min,保護(hù)氣流量為30L/min,焊絲干伸長(zhǎng)為12mm,填充材料為直徑為1.2mm的絲材S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理，然后空氣冷卻至室溫；其中，焊后時(shí)效處理的溫度為180℃,時(shí)間為1h。[0058]基本同實(shí)施例2,不同之處在于焊接工藝不同，具體包括以下步驟：S1、對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊前時(shí)效處理，溫度為180℃,時(shí)間為1h;母材的元素S2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并采用加脈沖的冷金屬過(guò)渡焊進(jìn)行焊接，焊接速度為12mm/s,送絲速度為5.8m/min,保護(hù)氣流量為30L/min,焊絲干伸長(zhǎng)為12mm,填充材料為直徑為1.2m[0060]基本同實(shí)施例3,不同之處在于6XXX系鋁合金的填充材料組成元素的質(zhì)量百分比8[0061]對(duì)比例8[0062]基本同實(shí)施例3,不同之處在于6XXX系鋁合金的填充材料組成元素的質(zhì)量百分比[0063]對(duì)比例9[0064]基本同實(shí)施例3,不同之處在于焊接工藝不同，具體包括以下步驟：S1、對(duì)6XXX系鋁合金母材進(jìn)行焊前時(shí)效處理，溫度為120℃,時(shí)間為1h;母材的元素S2、將填充材料填充在兩個(gè)6XXX系鋁合金母材形成的焊縫之間并采用加脈沖的冷金屬過(guò)渡焊進(jìn)行焊接，焊接速度為12mm/s,送絲速度為5.8m/min,保護(hù)氣流量為30L/min,焊絲干伸長(zhǎng)為12mm,填充材料為直徑為1.2mm的絲材S3、對(duì)焊接接頭進(jìn)行焊后時(shí)效處理，然后空氣冷卻至室溫；其中，焊后時(shí)效處理的溫度為180℃,時(shí)間為1h。[0066]對(duì)實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-9得到的焊接接頭進(jìn)行SEM和TEM表征，結(jié)果如圖1-圖4所[0067]從圖1-圖2可以看出，實(shí)施例1-3的焊接接頭的熱影響區(qū)有較大尺寸的亞微米級(jí)彌散相(a-Al(FeMnCr)Si相)存在，該析出相能夠有效釘扎位錯(cuò)，并且作為晶粒的非均勻形核相同，對(duì)焊接接頭熱影響區(qū)強(qiáng)度貢獻(xiàn)值相同。但是是由于實(shí)施例2-3中Zn元素含量降低，導(dǎo)致內(nèi)部納米級(jí)的析出相數(shù)量密度低于實(shí)施例1。[0068]從圖3-圖4可以看出，對(duì)比例1-9中熱影響區(qū)內(nèi)部有亞微米級(jí)彌散相α-Al(FeMnCr)區(qū)強(qiáng)度貢獻(xiàn)值大致相同。但是由于對(duì)比例1-4和對(duì)比例7-8中Mg、Zn元素含量降低，導(dǎo)致在相同處理工藝下熱影響區(qū)內(nèi)部納米級(jí)析出相的數(shù)量密度降低。對(duì)比例5焊接接頭熱影響區(qū)未進(jìn)行焊前時(shí)效處理，導(dǎo)致在焊前內(nèi)部的析出相發(fā)展緩慢，降低了后續(xù)析出相的數(shù)量密度。對(duì)比例6未進(jìn)行焊后時(shí)效處理，導(dǎo)致內(nèi)部納米級(jí)析出相數(shù)量減少。對(duì)比例9焊接接頭熱影響區(qū)進(jìn)行120℃/1h的焊前時(shí)效，由于溫度較低時(shí)間較短，也會(huì)導(dǎo)致焊前內(nèi)部的析出相發(fā)展緩慢，最終降低了后續(xù)析出相的數(shù)量密度。[0070]對(duì)實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-9得到的焊接接頭進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，參照《GB/T2651-2023金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn)橫向拉伸試驗(yàn)》、《GB/T228-金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》表19抗拉強(qiáng)度(MPa)屈服強(qiáng)度(MPa)延伸率(%)實(shí)施例1對(duì)比例1[0071]從表1可以看出，實(shí)施例的填充材料及焊接工藝獲得的焊接接頭具有優(yōu)異的抗拉[0072]比較實(shí)施例1和對(duì)比例1-3,實(shí)施例2和對(duì)比例4,實(shí)施例3和對(duì)比例7-8的結(jié)果可以看出，在Mg/Zn比保持不變的情況下，Mg、Zn元素含量的降低導(dǎo)致焊接接頭熱影響區(qū)內(nèi)部亞微米級(jí)彌散相和納米級(jí)析出相數(shù)量降低。而根據(jù)Orowan強(qiáng)化機(jī)制，彌散相和析出相是決定熱影響區(qū)強(qiáng)度的主要因素，在保持Mg/Zn比一定的前提下，適當(dāng)提高M(jìn)g、Zn元素含量有利于提高熱影響區(qū)彌散相和析出相的數(shù)量密度，從而提高其力學(xué)性能。[0073]比較實(shí)施例2和對(duì)比例5的結(jié)果可以看出，在Mg/Zn比相同且Mg、Zn元素含量相同的情況下，未進(jìn)行焊前時(shí)效