可热处理与不可热处理铝合金

使用铝合金加热

在本文中，您将了解可热处理铝合金与不可热处理铝合金之间的区别。本文还将介绍母材合金类型对焊缝最终强度的影响

可热处理和不可热处理是铝合金的两种基本类型。它们都广泛应用于焊接制造中。这些合金的独特特性与其化学和冶金结构及其在弧焊过程中的反应有关。

我们来了解一下这两组合金之间的基本区别。

不可热处理铝合金

这些合金的强度最初通过添加其他元素使铝合金化而产生。这些合金包括纯铝合金（1xxx 系列）、锰合金（3xxx 系列）、硅合金（4xxx 系列）和镁合金（5xxx 系列）。

通过不同程度的冷加工或应变硬化，这些合金的强度得到进一步提高。要完成冷加工或应变硬化，需进行轧制、通过模具拉伸、拉伸或类似操作，在这些操作中可以缩小面积。调节材料面积的总缩小量可以控制其最终性能。经过应变硬化处理的材料也可以进行最后的高温处理，称为“稳定处理”。这是为了确保最终机械性能不随时间而改变。

字母“H”后面的数字表示从应变硬化获得的具体条件。

“H”后面的第一个数字表示应变硬化过程中或之后使用的基本操作：

H1 – 仅应变硬化

H2 – 应变硬化和部分退火

H3 – 应变硬化和稳定

“H”后面的第二个数字表示应变硬化的程度：

HX2 – 四分之一硬化

HX4 – 半硬化

HX6 – 四分之三硬化

HX8 – 全硬化

HX9 – 极硬

可热处理铝合金

这些合金的初始强度也是通过向纯铝中加入合金元素而产生的。这些元素包括铜（2xxx 系列）、镁和硅，它们可以形成复合硅化镁（6xxx 系列）和锌（7xxx 系列）。

当这些元素单独或以各种组合形式存在于每种合金中时，随着温度的升高，其在铝中的固溶度会增加。由于这种反应，有可能会对可热处理合金产生显著的额外强化。为此，需对其进行高温处理、淬火，以及在适当情况下进行析出热处理（也称为人工时效）。

注意：由于添加了镁和/或铜，也有硅（4xxx 系列）合金为可热处理合金。

在固溶热处理中，根据合金的不同，通常将材料加热到 900 至 1050°F 的温度。这导致材料中的合金元素成为固溶体。通常使用水快速淬火，这会将合金元素冻结或困在溶液中，从而遵循这一过程。

固溶热处理后采用析出热处理或人工时效。这包括在较低温度（约 250 至 400°F）下在一段可控的时间内对材料加热。该工艺在固溶热处理后使用，既提高了强度，又稳定了材料。

材料类型如何影响焊缝强度？

简而言之，完成的坡口焊缝横向拉伸强度的差异取决于焊接操作中母材对加热和冷却循环的反应。

不可热处理合金在焊缝附近的热影响区退火。这在弧焊时不可避免，因为我们将达到退火温度。在这些温度下不需要延长时间对母材退火。

可热处理合金通常在焊接操作中没有完全退火。它们经过部分退火和过时效过程。这些合金对温度下的时间很敏感。温度越高、温度保持时间越长，焊缝附近母材的强度损失就越明显。因此，在焊接可热处理合金时，控制整个热量输入、预热和层间温度非常重要。

通常情况下，常见的可热处理母材合金（如 6061-T6）在焊接后会损失相当大比例的机械强度。例如，6061-T6 通常在焊接前具有 45,000 PSI（每平方英寸）的拉伸强度，在焊接状态下约为 27,000 PSI。可热处理合金的一种选择是焊后热处理，以恢复制造部件的机械强度。如果考虑焊后热处理，则应评估填充合金对热处理的反应能力。

大多数常用填充合金在未对可热处理母材合金进行大量稀释的情况下，对焊后热处理没有反应。该过程的实现并不容易，且很难始终如一地进行控制。为此，人们开发了能够独立对热处理产生反应的填充合金。

例如，针对焊接 6xxx 系列母材合金以及在焊后热处理条件下获得高机械性能，开发了填充合金 4643。该合金采用著名的 4043 合金制造，减少了硅含量，并添加了 0.10% 至 0.30% 的镁，从而确保了其对焊后热处理顺利产生的反应能力。