CN103567625A

CN103567625A - 用于焊接铝合金部件的方法和由其制造的铝合金板

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Publication number: CN103567625A
Application number: CN201210410346.XA
Authority: CN
Inventors: 福田敏彦; 小关好和
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: CN103567625B

Abstract

用于焊接铝合金部件的方法和由其制造的铝合金板。该方法克服了在形成为一体的铝合金部件表面由阳极氧化提供的涂层中的色调差异问题，该差异发生在对应焊接区域的部分和对应末焊接区域的其它部分之间。覆盖部件(2)和侧部部件(3)均由5000系列合金制成，该合金的粒径不大于5μm的第二相粒子的分布密度v为10,000≥v(粒子/mm²)。对这些部件的端部被焊接的接合部(5)在以下条件下进行搅拌摩擦焊接：工具(8)的肩部(10)的直径d为3≤d≤8(mm)，工具(7)的转数r为6＜r≤20(转/mm(每1mm焊接长度的工具转数))。该焊接方法基本上使焊接区域和其它区域中的第二相粒子的分布平衡，防止了在部件表面形成的阳极氧化涂层中色调差异的形成。

Description

用于焊接铝合金部件的方法和由其制造的铝合金板

技术领域

本发明涉及一种用于焊接铝合金部件的方法和由该方法制造的铝合金板。尤其是，本发明涉及一种铝合金板，焊接后在该铝合金板上通过阳极氧化形成涂层。

背景技术

在覆盖部件被部分固定的铝合金板的生产中，由于结构特点其通常难以形成与侧部部件一体化的覆盖部件。由于此原因，通过例如熔焊或激光焊接将均由铝合金制成的侧部部件和覆盖部件焊接为一体。包括其焊接区域的形成为一体的侧部和覆盖部件要经受平面切削以使其表面光滑。然后，通过阳极氧化在这些部件的光滑表面上形成涂层，使得耐腐蚀性和耐磨性得到改善。

在均由铝合金制成的形成为一体的侧部和覆盖部件表面上形成的阳极氧化涂层中，在对应于焊接区域的部分和对应于未焊接区域的其它部分之间会产生色调差异。该色调差异可能发生在当焊接区域中的第二相粒子通过由熔焊等产生的热而转变形成固溶体且变得粗糙时，由此，第二相粒子的分布密度在对应于焊接区域的部分和对应于未焊接区域的其它部分明显不同，导致对阳极涂层产生不利的影响。

为了防止在阳极涂层中由于第二相粒子在焊接过程中转变为固溶体的形式或变得粗糙而产生色调差异，提出使用搅拌摩擦焊接，当铝合金侧部和覆盖部件被焊接时，它可以将焊接区域上的任何热影响区最小化(参见日本专利申请公开2000-248399)。

然而，即使进行搅拌摩擦焊接形成铝合金覆盖和侧部部件的焊接区域，在形成为一体的侧部和覆盖部件的表面上形成的阳极涂层中，在对应于焊接区域的部分与对应于未焊接区域的其它部分之间仍可能产生色调差异。色调差异的产生是因为在搅拌摩擦焊接过程中，由于搅拌，侧部和覆盖部件中的第二相粒子在焊接区域***成更微小的粒子，由此，在第二相粒子的分布中，在焊接区域和未焊接区域之间产生差异，导致在这些不同区域之间第二相粒子的分布密度有明显的差异。

发明内容

因此，本发明的目的是克服在通过搅拌摩擦焊接形成为一体的铝合金部件的表面上的由阳极氧化形成的涂层中，在对应于焊接区域的部分和对应于未焊接区域的其它部分之间产生的色调差异的问题。

根据本发明，当通过将铝合金部件焊接为一体而形成铝合金板时，铝合金部件中的第二相粒子的密度分布被加以限制，并对进行搅拌摩擦焊接以焊接铝合金部件的条件加以限制。作为结果，防止了在板表面形成的阳极涂层中对应于焊接区域的部分和对应于未焊接区域的其它部分之间的色调差异。

本发明的第一方面是一种用于焊接铝合金部件的方法，其中，彼此被焊接的铝合金部件均由包括第二相粒子的5000系列合金制成，该第二相粒子的粒径不大于5μm，且分布密度v满足10,000≥v(粒子/mm²)；该方法包括：通过将铝合金部件端部对接获而得接合部，且通过对接合部进行搅拌摩擦焊接形成焊接区域，从而将铝合金部件焊接为一体，其中，搅拌摩擦焊在以下条件下进行：工具肩部的直径d在3≤d≤8(mm)的范围，且工具的转数r在6＜r≤20的范围(转/mm(每1mm焊接长度的转数))。

由于彼此被焊接的铝合金部件均是包括第二相粒子的5000系列合金，该第二相粒子的粒径不大于5μm，且分布密度v满足10,000≥v(粒子/mm²)，在搅拌摩擦焊接的搅拌过程中，第二相粒子的***能够被最小化。

本发明的另一个优点是，因为对铝合金部件在下述条件下进行搅拌摩擦焊接：工具肩部的直径d在3≤d≤8(mm)的范围，且搅拌摩擦焊接过程中工具的转数r在6＜r≤20(转/mm的范围)，焊接过程中的热量输入被最优化。作为结果，被焊接的部件能被可靠地焊接，而且微小的第二相粒子的析出能被最小化。

因此，防止了焊接为一体的铝合金部件在焊接区域和任何其它区域之间第二相粒子的分布产生明显的差异。

因此，在作为最终产品被提供之前，当在形成为一体的铝合金部件表面上形成阳极氧化涂层时，在焊接区域和其它区域之间，阳极氧化涂层中第二相粒子的分布没有产生明显差异，防止了阳极氧化涂层在对应于焊接区域的部分和对应于未焊接区域的其它部分色调差异的产生。

在被彼此焊接的铝合金部件中的第二相粒子的粒径大于5μm的情况下，在搅拌摩擦焊接过程中，由于搅拌，第二相粒子很可能在焊接区域***，在焊接区域和其它区域之间第二相粒子的分布会产生明显的差异，导致在这些不同的区域之间的色调差异。因此，铝合金部件中的第二相粒子的粒径优选不大于5μm。

当通过搅拌摩擦焊接对铝合金部件进行焊接时，如果使用工具肩部直径d小于3mm的工具，不能在足够的区域进行搅拌。作为结果，由于没有获得足够大的焊接区域而不能对铝合金部件进行良好地焊接。当直径d大于8mm时，焊接区域被不必要地扩大，扩大了其中第二相粒子***的区域。作为结果，在阳极氧化涂层很可能产生色调差异。因此，工具肩部的直径d在3≤d≤8(mm)的范围。

在搅拌摩擦焊接过程中工具转数r(转/mm)不大于6的情况下，热量输入不够充足并且容易吸入气泡。作为结果，未良好地形成焊接区域。在转数超过20(转/mm)的情况下，热量输入变得过量，并且任何经搅拌的部分的晶粒结构变得比基材的晶粒结构粗，增加了色调差异发生的可能性。因此，在搅拌摩擦焊接过程中，工具的转数r优选在6＜r≤20(转/mm)的范围，更优选在10≤r≤20(转/mm)的范围。

“r”是每1mm焊接长度工具的转数，它可以通过每分钟转数A(rpm)除以焊接速度B(mm/min.)而获得。

在将工具旋转方向设定为相对于进行焊接的方向为逆时针方向的情况下，相对于进行焊接的方向，焊缝的结构趋向在其右端部分变化，增加了阳极氧化后留下条纹的可能性。因此，当如图1和2中所示，以位于右手侧的部件的边缘部分进行焊接时，优选将工具的旋转方向设定为相对于进行焊接的方向为逆时针方向，使得焊缝的右端部分位于部件的边缘部分的附近，条纹有利地变得不明显。

本发明的第二个方面为一种铝合金板，其包括：由板状铝合金部件制成的覆盖部件和侧部部件，且其中覆盖部件和侧部部件被焊接为一体的焊接区域通过对接合部进行搅拌摩擦焊接而形成，该接合部通过将覆盖部件和侧部部件端部对接而获得，和通过阳极氧化在覆盖部件、侧部部件和焊接区域表面形成的涂层，其中覆盖部件和侧部部件均由包括第二相粒子的5000系列合金制成，该第二相粒子的粒径不大于5μm，且分布密度v满足10,000≥v(粒子/mm²)；其中，搅拌摩擦焊接在以下条件下进行以形成焊接区域：工具肩部的直径d在3≤d≤8(mm)的范围，且工具的转数r在6＜r≤20的范围(转/mm)。

优选覆盖部件和侧部部件的厚度t分别为1≤t≤3(mm)。

在覆盖部件和侧部部件的厚度分别小于1mm的情况下，通过搅拌摩擦焊接组装部件而获得的壳体可能不具有作为壳体的足够的刚度。在覆盖部件和侧部部件的厚度分别大于3mm的情况下，壳体尽管满足期望的刚度，但是增加了重量，难以实现使用铝材料的优点之一的轻量化。

在本说明书中提及的厚度是通过除去由搅拌摩擦焊接产生的焊缝的任何凸凹表面以获得光滑表面的平面切削后获得的厚度，或者是在平面切削后通过砂纸抛光(paper polish)、磨光(buffing)等表面精加工后的厚度，在既不进行平面切削，也不进行表面精加工的情况下，本说明书中所述厚度指经轧制的状态的厚度。

如上所述，第二相粒子几乎平均地分布在彼此焊接为一体的覆盖部件和侧部部件的焊接区域和其它区域。因此，防止了在一体化的覆盖部件和侧部部件的表面上形成的阳极氧化涂层中，在对应于焊接区域的部分和对应于未焊接区域的其它部分具有任何色调差异。

根据本发明的用于焊接铝合金部件的方法，在铝合金部件的焊接区域中的第二相粒子很难***，通过对铝合金部件中的第二相粒子的分布密度以及对进行搅拌摩擦焊接的条件施加限制，使焊接区域和其它区域中的第二相粒子的分布基本平均。因此，在通过根据本发明的用于焊接铝合金部件的方法制造的铝合金板表面上的阳极氧化涂层中，在对应于焊接区域的部分和其它部分之间没有色调差异。作为结果，大大改善了板的产品质量。

附图说明

图1是通过根据本发明的用于焊接铝合金部件的方法获得的铝合金板的主要结构部件的放大立体图；

图2是举例说明根据本发明的用于焊接铝合金部件的方法的示意图；和

图3是通过根据本发明的用于焊接铝合金部件的方法焊接为一体的覆盖部件和侧部部件的焊接区域的主要结构部件的放大的截面图。

具体实施方式

本发明实现的目的是通过对铝合金部件中的第二相粒子的分布密度进行限制，并且对进行搅拌摩擦焊接的条件进行限制，避免在铝合金部件表面的阳极氧化涂层中，在对应于焊接区域的部分和对应于末焊接区域的其它部分之间产生色调差异。

实施例

本发明的有益效果如下所述得到确认。

参照图1中所例举的参考数字，1是通过根据本发明的用于焊接铝合金部件的方法获得的铝合金板，2是具有2mm厚度的铝合金覆盖部件，3是具有2mm厚度的铝合金侧部部件，4是铝合金覆盖部件2和铝合金侧部部件3焊接时的接合部5中的焊接区域。在平面切削后，通过阳极氧化在形成为一体的铝合金覆盖部件2和铝合金侧部部件3的表面上形成阳极氧化涂层6。

表1表示本发明实施例中的化学组成。有三种合金，合金1、合金2和5052合金。在本实施例中制成三种铝合金板。每个板的覆盖部件2和侧部部件3使用相同的合金制备。合金1是包括第二相粒子的5000系列合金，该第二相粒子由粒径不大于5μm的粒子组成，分布密度为3,670粒子/mm²。合金2是包括第二相粒子的5000系列合金，该第二相粒子由粒径不大于5μm的粒子组成，分布密度为8,210粒子/mm²。5052合金是包括第二相粒子的5000系列合金，该第二相粒子由粒径不大于5μm的粒子组成，分布密度为11,360粒子/mm²。

第二相粒子的分布密度在如下条件下获得：

通过砂纸抛光和磨光，除去表面层0.5mm，然后用5％的氢氟酸对新表面进行腐蚀。随后，通过光学显微镜将得到的表面放大400倍，以1μm单元，通过图像分析测定每1mm²分布的直径不大于5μm的粒子数量。

(表1)(质量％)

材料	硅	铁	铜	锰	镁	铬	锌	钛	铝
										合金1	0.05	0.08	0.05	0.00	3.06	0.01	0.00	0.00	余量
合金2	0.08	0.17	0.02	0.00	3.45	0.01	0.00	0.00	余量
										5052合金	0.10	0.31	0.02	0.01	2.37	0.18	0.01	0.01	余量

为了获得由上述三种合金制成的板状铝合金部件，通过半连续铸造准备铸锭。然后，进行均质化、热轧和冷轧以获得2.5mm厚度的板。然后，将板退火为O-状态(完全软化)。准备两块250mm宽×250mm长的板并分别用作覆盖部件和侧部部件。

如图2所示，将通过使用相同类型的合金准备的覆盖部件2和侧部部件3彼此分别对接，按照本发明的用于焊接铝合金部件的方法焊接为一体，由此获得了三个铝合金板。也就是说，使覆盖部件2和侧部部件3彼此接触形成接合部5。在使支持件7从后侧与接合部5接触的同时，在通过肩部10进行搅拌的状态下，将旋转工具8的搅拌针9***到接合部5中，对覆盖部件2和侧部部件3进行焊接。工具8的肩部10的直径d为7(mm)，工具8的搅拌针9的直径为3(mm)，工具每分钟的转数为2700(rpm)，焊接速度为150(mm/min.)，使得转数r计算为18(转/mm)。在焊接完成后，通过铣削机对覆盖部件2进行平面切削，除去其表面层的0.5mm，直到任何表面的凹凸不平消失。然后，通过砂纸抛光和磨光使覆盖部件2的新表面平整化，并使用硫酸在该新表面上形成阳极氧化涂层6，使该阳极氧化涂层具有10μm的厚度(参见图2)。

为了参考，在说明书中还记述了另一个试验结果，其中分别通过激光焊接和惰性气体保护金属极电弧焊接(MIG welding)，将由前述的三种类型的合金制备的覆盖部件2和侧部部件3焊接为一体，并形成阳极氧化涂层(参见表2)。

作为比较例使用了5052合金，不管焊接技术是搅拌摩擦焊接、激光焊接或熔焊，在阳极氧化涂层6中对应于焊接区域4的部分都出现条纹状的色调差异。另一方面，在使用合金1和2的情况下，在铝合金板1表面形成的阳极氧化涂层6中，在对应于使用搅拌摩擦焊接的焊接区域4的部分没有条纹状的色调差异出现。

(表2)

○：没有条纹图案

×：有条纹图案

此外，对由都是使用含有如表1中所示化学成分的合金2制备的覆盖部件2和侧部部件3组成的铝合金部件，在对工具的肩部直径和转数如表3所示作各种变换的情况下进行搅拌摩擦焊接。焊接之后，通过铣削机对覆盖部件2进行平面切削，除去其表面层的0.5mm，通过砂纸抛光和磨光使得到的表面平滑，然后，使用硫酸在该表面上形成阳极氧化涂层6，使该阳极氧化涂层具有10μm的厚度，并确认是否形成条纹状的色调差异。

表3显示测试结果。在实施例1到5中，没有条纹状的色调差异，其中工具的肩部直径和转数在本发明的范围内。另一方面，在工具的肩部直径或转数超过本发明范围上限的任何一个例子中(参见比较例2和4)都观察到条纹状图案。在肩部直径低于本发明的下限的例子中(参见比较例1)，焊接不完全，使得有一些未焊接的部分。在工具的转数低于本发明下限的例子中(参见比较例3)，在焊接部分产生空洞。

(表3)

工业实用性

本发明适用于由多个铝合金部件制成的产品，当所述多个铝合金部件焊接为一体后，在其上面形成阳极氧化涂层。

Claims

1.一种用于焊接铝合金部件的方法，其中，彼此被焊接的铝合金部件均由包括第二相粒子的5000系列合金制成，该第二相粒子的粒径不大于5μm，且分布密度v满足10,000≥v(粒子/mm²)；该方法包括：

通过将铝合金部件端部对接获焊接合部，且

通过对接合部进行搅拌摩擦焊接形成焊接区域，从而将铝合金部件焊接为一体，其中

搅拌摩擦焊接在以下条件下进行：工具肩部的直径d在3≤d≤8(mm)的范围，且工具的转数r在6＜r≤20的范围(转/mm(每1mm焊接长度的转数))。

2.一种铝合金板，其包括：

由板状铝合金部件制成的覆盖部件和侧部部件，且

其中覆盖部件和侧部部件被焊接为一体的焊接区域通过对接合部进行搅拌摩擦焊接而形成，该接合部通过将覆盖部件和侧部部件端部对接而获得，和

通过阳极氧化在覆盖部件、侧部部件和焊接区域表面形成的涂层，其中覆盖部件和侧部部件均由包括第二相粒子的5000系列合金制成，该第二相粒子的粒径不大于5μm，且分布密度v满足10,000≥v(粒子/mm²)；且其中

搅拌摩擦焊接在以下条件下进行以形成焊接区域：工具肩部的直径d在3≤d≤8(mm)的范围，且工具的转数r在6＜r≤20的范围(转/mm)。

3.权利要求2所述的铝合金板，其中覆盖部件和侧部部件的厚度分别为1≤t≤3(mm)。