一种改善铝合金电池箱体焊接组织性能的热处理工艺

摘要

本发明公开了一种改善铝合金电池箱体焊接组织性能的热处理工艺。其特征是：从控制时效工艺出发，通过先进行的高温短时时效，促进合金中固溶强化相析出，挤压型材在线固溶处理工艺为型材出模孔温度520～540℃，在线风冷淬火，高温时效工艺为195～205℃/1.5～2小时；尔后在焊接工序特殊工装提供的冷却条件下，焊接组织出现程度不同的二次固溶淬火效应；最后进行低温时效处理：160～170℃/5～6小时。采用本发明的技术方案，可以在保持其基材强度不降低基础上，改善铝合金挤压构件焊接热影响区的组织性能水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金挤压构件热处理工艺，特别是涉及一种改善铝合金电池箱体焊接组织性能的热处理工艺。

背景技术

电动汽车汽车底盘电池箱体结构，系由9个断面6005铝合金挤压构件通过焊接工序结构成形，其特点是该电动汽车电池盒包括电池箱体以及多个置于该电池箱体内的电池组固定装置，其置于铝合金焊接结构的电池箱体内。对于一定成分的析出强化铝合金，焊接热传输过程造成的析出相性质，分布状态及演变，对于铝合金挤压构件焊接强度及状态具有重要影响。故此如何控制焊接过程组织形态及其冶金特性演变使其呈最佳状态，对于提高电动汽车铝合金电池箱体整体框架的刚性及强度直至抗震性至为重要。

中国专利公告号CN201815810U，公告日是2011年05月04日，名称为“电动汽车铝合金电池箱体焊接工装具”中公开了一种包括上下工装框架，且下工装框架内设有三条空腔构成冷却通道的一组焊接工装具，并强调“三条空腔构成的冷却通道，实现了被焊接件和工装具在线冷却，最大限度减少了被焊件和工装具的变形”。其不足是，它忽视了焊接过程中受焊接热输入的影响，焊缝区域组织结构发生了很大变化，焊接热影响区内性能已不再是挤压型材提供的T6状态基体区；在冷却条件下，沿散热方向热影响区可能依次出现快速凝固—淬火—不完全淬火过程，且严重影响焊接构件总体强度。因此对于一定冶金质量，一定化学成分和热加工工艺的铝合金挤压型材，要提高焊接组织的强韧性水平，只有通过控制焊接组织及后期热处理工艺来实现。

目前实施的热处理工艺是将T6热处理状态铝合金挤压构件，经焊接构成电池箱体框架后置于室温停放；通过停放效应焊接热影响区硬度有所提高，从而获得类似T4状态强度。但该工艺依赖的室温停放效应具有不稳定性，不利于尔后电池箱体的安装固定及整车装配工业应用。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对目前6005铝合金电池箱体框架，焊接组织及热影响区性能不稳定性这一问题，提出一种新型热处理工艺路线，使其铝合金挤压构件焊接热影响区组织与性能稳定化且有所改善。

本发明所采用的技术方案是：从控制时效处理工艺出发，通过先进行的高温短时时效，促进合金中的固溶强化相析出，同时晶界析出相体积分数也相应增加，以获得接近T6状态强度性能；尔后铝合金挤压构件在焊接过程及特殊工装提供的冷却条件下，焊接热影响区内组织出现不同程度二次固溶淬火效应；最后进行二次低温时效处理，焊接冷却时形成的过饱和固溶体重新析出，热影响区内组织将有不同程度“修复”，基材中强化相继续脱溶析出，同时基材中晶界析出相进一步粗化，从而合金获得T6状态强度并改善合金韧性。

本发明是通过以下热处理工艺路线实现的：

（1）一种过剩硅型6005铝合金挤压型材；

（2）挤压型材在线一次固溶/淬火处理；

（3）       挤压型材一次高温短时时效；

（4）       挤压构件焊接在线冷却/二次固溶淬火效应；

（5）       焊接后箱体二次低温时效。

本发明的有益效果是：由于采用两次在线固溶淬火处理，克服了传统技术中需在工件焊接后，再实施离线固溶淬火处理的缺陷，或者现有技术中置于室温停放的结果；在保持电池箱体铝合金挤压构件强度不降低基础上，改善了箱体结构焊接热影响区内铝合金组织性能，提高了产品质量和生产率，降低制造成本。本发明工艺合理简单，适宜批量生产。

具体实施方式：

本发明过剩硅型6005铝合金挤压型材，系由6005铝合金圆铸锭通过挤压过程获得，该合金中过剩Si质量分数范围0.4～0.5，Mg₂Si强化相质量分数范围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%；该组分合金因规定了一定数量过剩硅，在保持良好焊接流动性同时宜于接受挤压在线风冷淬火，且适量Mg₂Si强化相保持了合金基材强度要求。

所述的挤压型材在线一次固溶/淬火处理，是将符合上述成分要求的铝合金挤压圆铸锭加热后挤压，并控制挤压型材出模孔温度范围520～540°C，可使合金化元素以溶质原子形成溶于基体中，通过挤出型材在线强制风冷淬火，将固溶处理时形成的Mg₂Si强化相以过饱和形式保留至室温，其冷却速率不小于60°C/分。

所述的挤压型材一次高温短时时效是在时效加热炉内进行的，其加热温度为195～205°C，保温时间1.5～2小时，促进过饱和溶质原子以化合物形式析出。

所述的挤压构件焊接在线冷却/二次固溶淬火效应，是指将按规定长度锯切后的挤压构件，置于包括上、下框架的特殊工装实施焊接操作，其中，下工装框架内设有三条空腔构成的冷却水通道，以实现焊接构件在线冷却；焊接时基材受焊接热影响依次形成半熔化区、完全熔化区及不完全熔化区，基材T6状态时析出的Mg₂Si粒子大部分重新固溶到铝基体中，而离焊缝较远区域，焊接加热温度超过原有时效温度又未达到固溶温度，则激活Mg₂Si粒子二次析出。

所述的焊接后箱体二次低温时效是将完成焊接工序的铝合金电池箱体置于时效加热炉内进行的，其加热温度160～170°C，保温时间为5～6小时；铝合金挤压构件经历二次淬火后，焊接热影响区内形成程度不同过饱和固溶体将二次析出，非热影响区基体内，晶内一次高温短时时效形成的析出相继续长大，未析出的溶质原子继续析出，直至达到或接近常规峰值时效强度，晶界析出相则发生粗化并改善合金韧性。

实施例1：

以6005铝合金挤压型材为例，其化学成分为Al-0.50Mg-0.78Si-0.14Fe（质量百分数）。将上述6005铝合金挤压圆铸锭在加热炉预热后挤压，挤压型材出模孔温度530℃，且同步接受在线强制风冷淬火，挤出型材进入淬火区温度不低于460℃,冷却速率60℃/min以上，完成挤压在线一次固溶淬火处理。将在线据切至规定长度的铝合金挤压构件实施高温短时时效：200℃/1.5小时。

铝合金挤压构件焊接工序采用焊接机器人自动MIG焊接法，焊接条件为：焊接电压21V，焊接电流180A，焊接速度800mm/min，焊接厚度5mm+5mm，保护气体为99.9%氩气，焊丝为Ф1.2mm5356铝合金焊丝。焊接操作时，将被焊接的铝合金箱体构件置于专用焊接上下工装框架内，并用螺栓紧固定位，而下工装框架内设有三条空腔构成的冷却水通道，并因此实现铝合金构件焊接组织在线冷却及二次固溶淬火处理。将焊接后电池箱体框架二次低温时效，时效工艺为160℃/6小时。

利用10个比例试样测量6005合金焊接构件，焊接接头拉伸力学性能求其平均值，并与常规T6峰值时效状态拉伸力学性能进行比较，结果如下表：

 表1：6005合金焊接构件的力学性能比较

可以看出，与常规T6峰值时效6005合金焊接结构件比较，采用控制时效热处理工艺，其焊接接头强度系数可达67%，对比提高达46%，因此控制时效后的电动车电池箱体，铝合金焊接框架能够保持较好的强度性能。