焊后處理工藝對鋁合金焊接接頭拉伸性能影響

扎貴云

（黃河鑫業(yè)有限公司，青海 西寧 810000）

鋁合金焊接的焊后處理工藝主要有兩種，一種是激光沖擊處理工藝，一種是固溶-時效處理工藝，這兩種處理工藝對鋁合金的焊接接頭的拉伸性能都有著重要的影響[1]。本文主要以實驗方式研究了兩種焊后處理工藝的運(yùn)行原理，進(jìn)而根據(jù)實驗研究深入探究了激光沖擊鋁合金焊后處理工藝與固溶-時效鋁合金焊后處理工藝這兩種不同工藝對鋁合金焊接接頭拉伸性能的影響。

1 實驗研究

1.1 激光沖擊處理

首先將鋁合金試樣Ⅰ清洗吹干，為了減輕激光輻射對鋁合金試樣表面造成微裂紋和形成熔池的損害，同時為了提高鋁合金接頭的等離子體產(chǎn)生率和能量吸收率，在清洗吹干鋁合金試樣在鋁合金試樣Ⅰ后在其上表面及時敷上一層鋁箔，鋁箔的厚度為0.2毫米，為美國3m公司所生產(chǎn)的專業(yè)鋁箔。在敷上鋁箔之后在用激光器對其進(jìn)行激光沖擊，然后進(jìn)行試驗觀察。通過試驗與觀察，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光沖擊鋁合金試樣Ⅰ的約束層時，激光的波長大約為2934NM，且其光斑的直徑為4NM，通過試驗還發(fā)現(xiàn)激光的重復(fù)頻率大概為0.8Hz。

試驗完畢后要及時將其沖擊完畢，同時也要將鋁箔去除，最后在用酒精將鋁箔上殘留的污漬清洗干凈。

1.2 固溶-時效處理

首先將鋁合金試樣Ⅱ清洗吹干，然后將鋁合金試樣Ⅱ加入加熱爐里面進(jìn)行熱處理處理，此時要控制好固溶的溫度，為了試驗數(shù)據(jù)記錄，可以將固溶的溫服分被調(diào)至成465度、495度、535度以及375度，控溫精度為10度。在保溫0～3小時以后，快速的將鋁合金試樣Ⅱ移至到水中進(jìn)行淬火，以此來保留鋁合金試樣Ⅱ高溫下狀態(tài)組織。

之后在將經(jīng)過淬火的鋁合金試樣Ⅱ放入到通風(fēng)爐里面進(jìn)行時效處理，這個通風(fēng)爐要采取箱式的通風(fēng)爐，這樣才方便觀察與記錄數(shù)據(jù)。它的處理方式為分別在200度和260度的溫度下保溫2～12小時，并且每隔兩個小時進(jìn)行取樣一次，將樣品取出并放在空氣中進(jìn)行冷卻。

2 對鋁合金焊接接頭拉伸性能的影響分析

鋁合金試樣Ⅰ和鋁合金試樣Ⅱ在分別經(jīng)過兩種不同的焊后處理工藝以后，直接對其進(jìn)行切片處理，以此來取得試驗試樣，通過實驗發(fā)現(xiàn)，其焊縫在試板的中間位置[2]。

當(dāng)在電子拉伸機(jī)上處理鋁合金試樣Ⅰ和鋁合金試樣Ⅱ時，發(fā)現(xiàn)它們的拉伸速度都是4nm每分鐘。之后隨機(jī)選取了10個試樣進(jìn)行測算，選取他們的平均值，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，采取不同的實效，其試樣自身的拉力學(xué)性能也有所不同，同時，激光沖擊的實驗結(jié)果與固溶-時效的試驗結(jié)果也有所不同。

如表1所示，兩次激光沖擊對鋁合金試樣Ⅰ和鋁合金試樣Ⅱ焊接頭所造成的力學(xué)性能也有所區(qū)別。經(jīng)過試驗分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過激光沖擊工藝處理的鋁合金試樣Ⅰ，它的屈服力有所提高，提高了將近2.1倍，拉強(qiáng)度也提高了2.3倍，除此以外，斷后拉伸率和斷面收縮率也都有所提高，分別提高了1.75倍和1.25倍。

同樣固溶強(qiáng)化也改善了鋁合金試樣Ⅱ的焊接頭，尤其是當(dāng)固溶溫度為575度時獲得了較好的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度提高了1.3倍，屈服應(yīng)力提高了1.35倍，并且它的斷面收縮率、屈服力伸長率的提高都高于鋁合金試樣Ⅰ的。但是，在兩次激光沖擊處理后，鋁合金試樣Ⅰ和鋁合金試樣Ⅱ的焊接頭的拉伸性能得到提高。

表1 鋁合金焊接頭在不同焊后處理下拉伸性能數(shù)據(jù)平均值

由于未經(jīng)處理的鋁合金焊接頭焊縫區(qū)存在著殘余拉應(yīng)力，這些殘余拉應(yīng)力使得鋁合金試樣在被迫接受外界伸拉應(yīng)力時致使這兩種力產(chǎn)生疊加效應(yīng)。假如此時它們的應(yīng)力方向是相同的，此時鋁合金試樣就會由于這兩種力的影響而變形，甚至出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。因此，在實驗中，焊后沒有經(jīng)過任何工藝處理的鋁合金試樣最容易發(fā)現(xiàn)鍛煉現(xiàn)象，并且其斷裂位置一般都會在鋁合金試樣拉伸殘余應(yīng)力較大的焊接處。當(dāng)焊接處經(jīng)過激光沖擊或者固溶-時效處理后，它們之間的拉應(yīng)力便會轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力，而此時，這個區(qū)域里面的應(yīng)力也會逐漸增加。

除此以外，在實驗中，當(dāng)鋁合金試樣Ⅰ和試樣Ⅱ在受到拉伸力影響時，此時，鋁合金試樣的其它區(qū)域的壓應(yīng)力也在增加。

另一方面，當(dāng)用激光去沖擊鋁合金試樣Ⅰ焊接頭時，由于受到?jīng)_擊，使得試樣Ⅰ焊接頭的表層材料產(chǎn)生錯位運(yùn)動現(xiàn)象，在錯位運(yùn)動會還會形成一個蠻晶界，產(chǎn)生晶粒細(xì)化。因此，采取激光沖擊工藝主要是為了能夠有效的提高焊接區(qū)的晶粒細(xì)化，從而不斷的提高焊接頭的抗拉強(qiáng)度。

雖然試驗發(fā)現(xiàn)固溶-時效也能夠細(xì)化晶粒，但是固溶時效的細(xì)化程度的效果卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有激光沖擊的效果那樣劇烈。

3 結(jié)論

通過本文研究發(fā)現(xiàn)，焊后處理工藝對鋁合金焊接接頭拉伸性能有著重要的影響。

首先，鋁合金的焊縫區(qū)中心處的硬度不僅僅與固溶時的時間、溫度有關(guān)，同時還與其時效的溫度和時間有關(guān)，通過本文的分析，發(fā)現(xiàn)了鋁合金的最佳固溶工藝的溫度與時間，分別為575度和2小時。其次，兩種焊后處理工藝，激光沖擊的焊后強(qiáng)化效果要高于固溶-時效的工藝；最后，在焊接頭拉伸強(qiáng)度方面，通過實驗可以發(fā)現(xiàn)，激光沖擊的效果比固溶-時效的效果更勝一籌。