大型復雜鋁合金結構件的制備方法技術

一種大型復雜鋁合金結構件的制備方法，其特征在于包括如下步驟：選擇基板，在基板上采用冷金屬過渡和脈沖的絲材電弧增材制造法制備鋁合金結構件主體，②鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板焊前預處理；采用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊焊接鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板；結構件熱處理；整體機械加工。與現有技術比較，本發明專利技術可以提高結構可靠性，延長結構使用壽命，節約材料成本，省去了零部件的下料加工工序，降低了生產成本，極大減少了產品的生產周期。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鋁合金結構件的制備方法。
技術介紹
由于鋁合金具有高的比強度、比模量、斷裂韌度、疲勞強度和耐腐蝕穩定性，以及良好的成形工藝性和焊接性等優點，已廣泛應用于汽車、軌道車輛、航空航天、艦船、武器裝備等領域。鋁合金結構件指的是采用鋁合金材料制作而成的一種具有一定形狀結構，并能夠承受載荷作用的構件。鋁合金結構件主要是通過鑄造(精密鑄造和擠壓鑄造)和焊接的方法制備而成，通過鑄造方法制備的鋁合金結構件一般要求批量較大，而且尺寸受到一定限制，對于小批量(單件或幾件)大型鋁合金結構件一般通過焊接的方法來制備。目前鋁合金焊接結構件的主要制備工藝流程為：鑄鍛件、型材、下料、零部件加工、組裝焊接、焊后熱處理、焊后矯正及整體機加。但隨著裝備技術的發展，鋁合金結構件結構設計越來越復雜，力學性能要求越來越高，重量卻要求越來越輕，通過傳統工藝方法很難制造。采用傳統的焊接方法制備的鋁合金焊接結構件，特別是大型復雜鋁合金結構件，存在的主要問題表現在：(1)在制作過程中形狀復雜部件采用方狀鋁，并通過機械加工的方式成型，加工量大，且成本較高；(2)零部件在下料加工過程中會產生變形，在裝配焊接前需要進行矯形處理；(3)在焊接過程中，焊縫數量眾多，焊接變形不易控制，在變形矯正過程中易出現缺陷，造成強度減弱；(4)鋁合金焊接接頭處性能降低幅度較大，且可能存在缺陷，因此安全系數偏低。因此，急需開發和應用一些新的大型(體積≥1700mm×1200mm×500mm)復雜鋁合金結構件的制備方法。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種適合大型復雜鋁合金結構件的制備方法，這里的大型指體積≥1700mm×1200mm×500mm。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種大型復雜鋁合金結構件的制備方法，其特征在于包括如下步驟：①選擇基板，采用絲材電弧增材制造工藝制備鋁合金結構件主體(懸空部分和封閉空間的頂蓋板除外)；②鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間頂蓋板等組件焊前預處理；③采用MIG或TIG焊接方法焊接鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間頂蓋板等組件；④結構件熱處理；⑤整體機械加工。步驟①所述的基板厚度為20～40mm，鋁合金結構件壁厚≥6mm。絲材電弧增材制造工藝選擇CMT+P(冷金屬過渡+脈沖)工藝，單層增長高度1.8mm。保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣，流量保證25L/min，以消除氣孔。作為優選，步驟②所述的焊前預處理包括根據結構件板厚及接頭形式設計坡口形式及尺寸、去氧化皮、去油污等。進一步，采用機械加工的方法開坡口，采用銼刀、手砂輪打磨的方式去氧化皮，采用丙酮清洗去油污。作為優選，步驟③中所述鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板焊接，條件如下：20mm及20mm以上直焊縫采用熔化極氬弧焊焊接；對于不規則焊縫或20mm以下直焊縫或環縫采用鎢極氬弧焊焊接。傳統意義的焊縫可分為對焊縫和角焊縫，長度是限制的焊縫尺寸，包括了對焊縫和角焊縫。也就是說，長直和短小不規則焊縫已經包括了所有的焊縫類型。采用鎢極氬弧焊(TIG)焊接工藝焊接鋁合金結構，對焊縫的熱輸入大，而熔化極氬弧焊(MIG)焊接工藝熱輸入較小。保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣，流量保證25L/min，以防止焊縫中形成氣孔。焊接工藝參數根據板厚和接頭形式而定。作為優選，所述步驟④中所述結構件熱處理固溶溫度：529～541℃，固溶時間：0.75～2h；時效溫度：171～182℃，時效時間：14～18h，以消除結構件制備過程產生的殘余應力，提高結構可靠性。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：冷金屬過渡(CMT)是基于短路過渡方式發展而成的，CMT是通過焊絲機械回抽方式來幫助熔滴過渡，工藝過程可以被精確控制，短路過渡周期恒定，不受隨機變量影響。因CMT熔滴過渡時電流幾乎為零，其熔敷效率高、熱輸入低。采用脈沖CMT(CMT+P)電弧增材制造工藝制備鋁合金結構件可以較好的控制結構件制備過程中的變形量。脈沖CMT工藝指的是CMT電弧的電壓電流為脈沖電壓和電流，脈沖CMT工藝與常規CMT工藝相比較，電源效率更高，工藝控制更加精確。焊接鋁合金結構件主要是通過接頭設計、焊接順序、焊接工裝及焊后熱處理等方法來控制焊接變形量，工藝復雜，工藝方案制定及評審周期長，生產效率低。另外，采用增材制造技術制備鋁合金結構件，可以實現鋁合金結構件主體結構一體化成型，提高結構可靠性，延長結構使用壽命，節約材料成本，省去了零部件的下料加工工序，降低了生產成本，極大減少了產品的生產周期。與增材制造技術相比，焊接具有高靈活度和高適應性，采用焊接方法焊接鋁合金結構件懸空部分和封閉空間的頂蓋板可以有效彌補懸空增材制造工藝難度大的不足。實踐證明：本專利技術特別適合于小批量多品種大型復雜鋁合金結構件的制造。附圖說明圖1為實施例1中鋁合金結構件俯視圖。圖2為實施例1中鋁合金結構件主體剖視圖。具體實施方式以下結合附圖實施例對本專利技術作進一步詳細描述。實施例1：結合圖1和圖2所示，本實施例的鋁合金結構件的制備方法包括以下步驟：①選擇基板，基板材料選用形變鋁合金2219，厚度為20mm；采用絲材電弧增材制造工藝制備鋁合金結構件主體(懸空部分和封閉空間的頂蓋板除外)，絲材選用ER2319，絲材電弧增材制造工藝選擇CMT+P工藝，并控制送絲速度6～9m/min、焊槍行走速度0.5m～0.6m/min、道次間的搭接量18～25％，單層增長高度1.8mm，保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣、流量保證25L/min；②鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間頂蓋板組件焊前預處理，焊前預處理包括根據結構件板厚及接頭形式設計坡口形式及尺寸、去氧化皮、去油污等。進一步，采用機械加工的方法開坡口，采用銼刀、手砂輪打磨的方式去氧化皮，采用丙酮清洗去油污。③采用MIG或TIG焊接方法焊接鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間頂蓋板組件；鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板焊接，條件如下：20mm及20mm以上直焊縫采用熔化極氬弧焊焊接；對于不規則焊縫或20mm以下直焊縫或環縫采用鎢極氬弧焊焊接。④結構件熱處理，固溶溫度：529～541℃，固溶時間：0.75～2h；時效溫度：171～182℃，時效時間：14～18h；⑥整體機械加工。如圖1、圖2所示，本實施例制備的鋁合金結構件包括鋁合金結構件主體、懸空蓋板和封閉空間的蓋板，其中，前頂蓋板1、后頂蓋板2、安裝座蓋板3為封閉空間的頂蓋板，右縱梁蓋板4、左縱梁蓋板5為懸空蓋板，其余，基板6、右縱梁7、左縱梁8、后面板9、前面板10、縱梁支撐板11、筋板12、安裝座面板13、圓管14、過線管15、安裝管16構成鋁合金結構件主體。本實施中鋁合金結構件試樣力學性能達到360MPa以上，延伸率＞10％；結構件整體變形量控制在5mm以內。實施例2：本實施例的鋁合金結構件的制備方法包括以下步驟：①選擇基板，基板材料選用形變鋁合金2219，厚度為30mm；采用絲材電弧增材制造工藝制備鋁合金結構件主體(懸空部分和封閉空間的頂蓋板除外)，絲材選用ER2319，絲材電弧增材制造工藝選擇CMT+P工藝，并控制送絲速度6～9m/min、焊槍行走速度0.5m～0.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大型復雜鋁合金結構件的制備方法，其特征在于包括如下步驟：①選擇基板，在基板上采用冷金屬過渡和脈沖的絲材電弧增材制造法制備鋁合金結構件主體，控制送絲速度6～9m/min、焊槍行走速度0.5m～0.6m/min、道次間的搭接量18～25％，保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣，流量保證25L/min，以消除氣孔；②鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板焊前預處理；③采用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊焊接鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板；保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣；④結構件熱處理；⑤整體機械加工。

【技術特征摘要】
1.一種大型復雜鋁合金結構件的制備方法，其特征在于包括如下步驟：①選擇基板，在基板上采用冷金屬過渡和脈沖的絲材電弧增材制造法制備鋁合金結構件主體，控制送絲速度6～9m/min、焊槍行走速度0.5m～0.6m/min、道次間的搭接量18～25％，保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣，流量保證25L/min，以消除氣孔；②鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板焊前預處理；③采用鎢極氬弧焊或熔化極氬弧焊焊接鋁合金結構件主體和懸空部分、封閉空間的頂蓋板；保護氣體采用純度不低于99.99％的氬氣；④結構件熱處理；⑤整體機械加工。2.根據權利要求1所述的大型復雜鋁合金結構件的制備方法，其特征在于所述的基板厚度為20～40mm...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮勝強，馬良超，明珠，劉紅偉，馬冰，甄立玲，張迎迎，
申請(專利權)人：中國兵器科學研究院寧波分院，
類型：發明
國別省市：浙江;33