一種改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝的製作方法
2023-06-23 18:32:16
專利名稱：一種改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金擠壓構件熱處理工藝，特別是涉及一種改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝。
背景技術：
電動汽車汽車底盤電池箱體結構，系由9個斷面6005鋁合金擠壓構件通過焊接工序結構成形，其特點是該電動汽車電池盒包括電池箱體以及多個置於該電池箱體內的電池組固定裝置，其置於鋁合金焊接結構的電池箱體內。對於一定成分的析出強化鋁合金，焊接熱傳輸過程造成的析出相性質，分布狀態及演變，對於鋁合金擠壓構件焊接強度及狀態具有重要影響。故此如何控制焊接過程組織形態及其冶金特性演變使其呈最佳狀態，對於提高電動汽車鋁合金電池箱體整體框架的剛性及強度直至抗震性至為重要。中國專利公告號CN201815810U，公告日是2011年05月04日，名稱為「電動汽車鋁合金電池箱體焊接工裝具」中公開了一種包括上下工裝框架，且下工裝框架內設有三條空腔構成冷卻通道的一組焊接工裝具，並強調「三條空腔構成的冷卻通道，實現了被焊接件和工裝具在線冷卻，最大限度減少了被焊件和工裝具的變形」。其不足是，它忽視了焊接過程中受焊接熱輸入的影響，焊縫區域組織結構發生了很大變化，焊接熱影響區內性能已不再是擠壓型材提供的T6狀態基體區；在冷卻條件下，沿散熱方向熱影響區可能依次出現快速凝固一淬火一不完全淬火過程，且嚴重影響焊接構件總體強度。因此對於一定冶金質量， 一定化學成分和熱加工工藝的鋁合金擠壓型材，要提高焊接組織的強韌性水平，只有通過控制焊接組織及後期熱處理工藝來實現。目前實施的熱處理工藝是將T6熱處理狀態鋁合金擠壓構件，經焊接構成電池箱體框架後置於室溫停放；通過停放效應焊接熱影響區硬度有所提高，從而獲得類似T4狀態強度。但該工藝依賴的室溫停放效應具有不穩定性，不利於爾後電池箱體的安裝固定及整車裝配工業應用。
發明內容
本發明所解決的技術問題是，針對目前6005鋁合金電池箱體框架，焊接組織及熱影響區性能不穩定性這一問題，提出一種新型熱處理工藝路線，使其鋁合金擠壓構件焊接熱影響區組織與性能穩定化且有所改善。本發明所採用的技術方案是從控制時效處理工藝出發，通過先進行的高溫短時時效，促進合金中的固溶強化相析出，同時晶界析出相體積分數也相應增加，以獲得接近T6 狀態強度性能；爾後鋁合金擠壓構件在焊接過程及特殊工裝提供的冷卻條件下，焊接熱影響區內組織出現不同程度二次固溶淬火效應；最後進行二次低溫時效處理，焊接冷卻時形成的過飽和固溶體重新析出，熱影響區內組織將有不同程度「修復」，基材中強化相繼續脫溶析出，同時基材中晶界析出相進一步粗化，從而合金獲得T6狀態強度並改善合金韌性。本發明是通過以下熱處理工藝路線實現的(1)一種過剩矽型6005鋁合金擠壓型材；
(2)擠壓型材在線一次固溶/淬火處理；
(3)擠壓型材一次高溫短時時效；
(4)擠壓構件焊接在線冷卻/二次固溶淬火效應；
(5)焊接後箱體二次低溫時效。本發明的有益效果是由於採用兩次在線固溶淬火處理，克服了傳統技術中需在工件焊接後，再實施離線固溶淬火處理的缺陷，或者現有技術中置於室溫停放的結果；在保持電池箱體鋁合金擠壓構件強度不降低基礎上，改善了箱體結構焊接熱影響區內鋁合金組織性能，提高了產品質量和生產率，降低製造成本。本發明工藝合理簡單，適宜批量生產。
具體實施例方式
本發明過剩矽型6005鋁合金擠壓型材，系由6005鋁合金圓鑄錠通過擠壓過程獲得，該合金中過剩Si質量分數範圍0. 4 0. 5，Mg2Si強化相質量分數範圍0. 8 1. 0，且因此含 Si量可以是0. 7% 0. 8%，含Mg量可以是0. 47% 0. 5% ；該組分合金因規定了一定數量過剩矽，在保持良好焊接流動性同時宜於接受擠壓在線風冷淬火，且適量Mg2Si強化相保持了合金基材強度要求。所述的擠壓型材在線一次固溶/淬火處理，是將符合上述成分要求的鋁合金擠壓圓鑄錠加熱後擠壓，並控制擠壓型材出模孔溫度範圍520 C，可使合金化元素以溶質原子形成溶於基體中，通過擠出型材在線強制風冷淬火，將固溶處理時形成的Mg2Si強化相以過飽和形式保留至室溫，其冷卻速率不小於60° C/分。所述的擠壓型材一次高溫短時時效是在時效加熱爐內進行的，其加熱溫度為 195 205° C，保溫時間1. 5 2小時，促進過飽和溶質原子以化合物形式析出。所述的擠壓構件焊接在線冷卻/ 二次固溶淬火效應，是指將按規定長度鋸切後的擠壓構件，置於包括上、下框架的特殊工裝實施焊接操作，其中，下工裝框架內設有三條空腔構成的冷卻水通道，以實現焊接構件在線冷卻；焊接時基材受焊接熱影響依次形成半熔化區、完全熔化區及不完全熔化區，基材T6狀態時析出的Mg2Si粒子大部分重新固溶到鋁基體中，而離焊縫較遠區域，焊接加熱溫度超過原有時效溫度又未達到固溶溫度，則激活 Mg2Si粒子二次析出。所述的焊接後箱體二次低溫時效是將完成焊接工序的鋁合金電池箱體置於時效加熱爐內進行的，其加熱溫度160 170° C，保溫時間為5 6小時；鋁合金擠壓構件經歷二次淬火後，焊接熱影響區內形成程度不同過飽和固溶體將二次析出，非熱影響區基體內， 晶內一次高溫短時時效形成的析出相繼續長大，未析出的溶質原子繼續析出，直至達到或接近常規峰值時效強度，晶界析出相則發生粗化並改善合金韌性。實施例1
以6005鋁合金擠壓型材為例，其化學成分為A1-0. 50Mg-0. 78Si_0. 14Fe (質量百分數)。將上述6005鋁合金擠壓圓鑄錠在加熱爐預熱後擠壓，擠壓型材出模孔溫度530°C，且同步接受在線強制風冷淬火，擠出型材進入淬火區溫度不低於460°C，冷卻速率60°C /min 以上，完成擠壓在線一次固溶淬火處理。將在線據切至規定長度的鋁合金擠壓構件實施高溫短時時效200°C /1. 5小時。鋁合金擠壓構件焊接工序採用焊接機器人自動MIG焊接法，焊接條件為焊接電壓21V，焊接電流180A，焊接速度800mm/min，焊接厚度5mm+5mm，保護氣體為99. 9%氬氣，焊絲為Φ1.2πιπι5356鋁合金焊絲。焊接操作時，將被焊接的鋁合金箱體構件置於專用焊接上下工裝框架內，並用螺栓緊固定位，而下工裝框架內設有三條空腔構成的冷卻水通道，並因此實現鋁合金構件焊接組織在線冷卻及二次固溶淬火處理。將焊接後電池箱體框架二次低溫時效，時效工藝為160°C /6小時。 利用10個比例試樣測量6005合金焊接構件，焊接接頭拉伸力學性能求其平均值， 並與常規T6峰值時效狀態拉伸力學性能進行比較，結果如下表
表1 :6005合金焊接構件的力學性能比較
權利要求
1.一種改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝，其特徵在於，該工藝包括一種過剩矽型6005鋁合金擠壓型材；擠壓型材在線一次固溶/淬火處理；擠壓型材一次高溫短時時效；擠壓構件焊接在線冷卻/二次固溶淬火效應；焊接後箱體二次低溫時效。
2.如權利要求1所述的改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝，其特徵在於，所述的一種過剩矽型6005鋁合金擠壓型材，系由6005鋁合金圓鑄錠通過擠壓過程獲得，該合金中過剩Si質量分數範圍0. 4 0. 5,Mg2Si強化相質量分數範圍0. 8 1. 0，且因此含Si量可以是0. 7% 0. 8%,含Mg量可以是0. 47% 0. 5%。
3.如權利要求1所述的改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝，其特徵在於，所述的擠壓型材在線一次固溶/淬火處理，是將6005鋁合金擠壓圓鑄錠加熱後擠壓，並控制擠壓型材出模孔溫度520 C，擠出型材接受在線強制風冷淬火，冷卻速率不小於60° C/分。
4.如權利要求1所述的改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝，其特徵在於，所述的擠壓型材一次高溫短時時效是在時效加熱爐內進行的，其加熱溫度為195 205° C，保溫時間1.5 2小時。
5.如權利要求1所述的改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝，其特徵在於，所述的擠壓構件焊接在線冷卻是通過一組特殊的電池箱體焊接工裝具實現的；在該工裝具的下工裝框架內，設有三條空腔構成的冷卻水通道，實現被焊接構件在線冷卻及二次固溶淬火。
6.如權利要求1所述的改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝，其特徵在於所述的焊接後箱體二次低溫時效，是將完成焊接工序後的鋁合金電池箱體置於時效加熱爐內進行的，其加熱溫度160 170° C，保溫時間為5 6小時。
全文摘要
本發明公開了一種改善鋁合金電池箱體焊接組織性能的熱處理工藝。其特徵是從控制時效工藝出發，通過先進行的高溫短時時效，促進合金中固溶強化相析出，擠壓型材在線固溶處理工藝為型材出模孔溫度520～540℃，在線風冷淬火，高溫時效工藝為195～205℃/1.5～2小時；爾後在焊接工序特殊工裝提供的冷卻條件下，焊接組織出現程度不同的二次固溶淬火效應；最後進行低溫時效處理160～170℃/5～6小時。採用本發明的技術方案，可以在保持其基材強度不降低基礎上，改善鋁合金擠壓構件焊接熱影響區的組織性能水平。
文檔編號C22F1/043GK102345079SQ20111029499
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者劉惠群 申請人:天津銳新昌輕合金股份有限公司