CN112659670B - 一种轻质高强铝合金复合板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轻质高强铝合金复合板及其制备方法，包括下层铝合金板、中层碳素钢板和上层铝合金板，所述下层铝合金板、中层碳素钢板和上层铝合金板依次由下到上设置，所述中层碳素钢板的上下表面上均通过超声波焊接有若干个合金V形支架。本发明采用两层铝合金板和一层碳素钢板的复合结构，并且设计V形连接结构，在减轻铝合金复合板质量的同时，铝合金复合板整体的强度更高，有很好地拉伸强度、屈服强度、硬度以及延伸率强等特点，并且层与层之间采用超声波焊接技术焊接，焊接速度快，焊接强度高、密封性好，增加铝合金复合板的使用寿命，可以广泛的应用于各行各业，有很好地市场前进。

Description

一种轻质高强铝合金复合板及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金板技术领域，具体为一种轻质高强铝合金复合板及其制备方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢，目前铝合金板经过一些处理后整体的强度有所下降，通常是通过加强铝合金板的厚度进行加强强度，但是在加强厚度的同时也增加了质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻质高强铝合金复合板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种轻质高强铝合金复合板，包括下层铝合金板、中层碳素钢板和上层铝合金板，所述下层铝合金板、中层碳素钢板和上层铝合金板依次由下到上设置，所述中层碳素钢板的上下表面上均通过超声波焊接有若干个合金V形支架，所述下层铝合金板和合金V形支架与之间和上层铝合金板与合金V形支架之间均采用超声波焊接。

作为本发明的进一步改进，所述下层铝合金板和上层铝合金板的主要成分：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、C、Zn、Ti和Al，所述下层铝合金板和上层铝合金板的主要成分的比例为Si(23.2)：Fe(0.5)：Cu(2.0-2.6)：Mn(0.15)：Mg(1.2-1.8)：C(0.18-0.28)：Zn(0.25)：Ti(0.15)：Al(余量)，所述中层碳素钢板主要成分有C、Fe、Mn、Si等元素。

作为本发明的进一步改进，本发明中铝合金复合板的制备方法包括以下步骤：S1、铝合金板制备、S2、碳素钢板制备和S3、合成铝合金复合板，其中S1铝合金板制备包括：a1、熔炼压铸、a2、退火热轧、a3、锻造修伤和a4、包覆防锈的四个步骤。

S1、铝合金板制备：准备若干份按照Si(23.2)：Fe(0.5)：Cu(2.0-2.6)：Mn(0.15)：Mg(1.2-1.8)：C(0.18-0.28)：Zn(0.25)：Ti(0.15)：Al(余量)比例制备好的铝合金块备用；

a1、熔炼压铸：铝合金块导入到熔炼炉内部进行熔炼，熔炼过程中熔炼炉的温度控制650℃到750℃，然后将熔化后的铝合金液体导入到压铸装置的压室内，以高速充填钢制模具的型腔，合金液在压力下凝固形成铝合金板材；

a2、退火热轧：将经过步骤a1、熔炼压铸的铝合金板材经过退火装置和热轧工艺进行退火热轧，使铝合金板材形成指定尺寸和形状；

a3、锻造修伤：将经过步骤a2、退火热轧处理的铝合金板通过风动砂轮机和风动小铣刀进行打磨，消除铝合金板表面的缺陷(折叠、毛刺、裂纹等)，并且在通过修复装置对铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷进行修复；

a4、包覆防锈：将经过步骤a3、锻造修伤后的铝合金板表面光滑处理，然后包裹涂覆防锈层；

S2、碳素钢板制备：选取若干份规格质量的碳素钢板进行备用，通过风动砂轮机和风动小铣刀对碳素钢板两侧的表面进行打磨抛光处理，保证碳素钢板的表面无凹痕或者毛刺等缺陷，然后通过超声波焊接技术在碳素钢板的上下端面上焊接若干个合金V形支架，将焊接好后合金V形支架的碳素钢板进行防锈处理；

S3、合成铝合金复合板：将经过步骤S1、铝合金板制备好的铝合金板平铺，然后平行放置经过步骤S2、碳素钢板制备处理好的碳素钢板，再其上端平行放置一块铝合金板，通过超声波焊接方式将对其进行焊接。

作为本发明的进一步改进，所述中层碳素钢板中主要成分Mn控制在0.5％～0.8％范围内，Si控制在0.17～0.37％范围内，所述中层碳素钢板中其他成分S含量要求不大于0.05％，P含量要求不大于0.045％。

作为本发明的进一步改进，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a1、熔炼压铸中铝合金板材结晶凝固的压力为15—100MPa，其中铝合金属液以50—80米/秒充填型腔。

作为本发明的进一步改进，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a2、退火热轧中退火处理步骤为：在500～450℃下退火10～20min，然后在300～350℃下退火10～15min，最后在200～300℃下退火10～20min。

作为本发明的进一步改进，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a3、锻造修伤中修复铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷时采用冷焊修复机，利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中通过采用两层铝合金板和一层碳素钢板的复合结构，并且设计V形连接结构，在减轻铝合金复合板质量的同时，铝合金复合板整体的强度更高；

2、本发明中通过设定铝合金板成分相应的比例，有很好地拉伸强度、屈服强度、硬度以及延伸率强等特点；

3、本发明中通过层与层之间采用超声波焊接技术焊接，焊接速度快，焊接强度高、密封性好，增加铝合金复合板的使用寿命，可以广泛的应用于各行各业，有很好地市场前进。

附图说明

图1为本发明一种轻质高强铝合金复合板及其制备方法流整体程图；

图2为本发明一种轻质高强铝合金复合板的整体立体图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-2，本发明提供如下技术方案：一种轻质高强铝合金复合板，包括下层铝合金板1、中层碳素钢板2和上层铝合金板3，下层铝合金板1、中层碳素钢板2和上层铝合金板3依次由下到上设置，中层碳素钢板2的上下表面上均通过超声波焊接有若干个合金V形支架4，下层铝合金板1和合金V形支架4与之间和上层铝合金板3与合金V形支架4之间均采用超声波焊接。

在本发明的一些实施例中，下层铝合金板1和上层铝合金板3的主要成分：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、C、Zn、Ti和Al，下层铝合金板1和上层铝合金板3的主要成分的比例为Si(23.2)：Fe(0.5)：Cu(2.2)：Mn(0.15)：Mg(1.6)：C(0.2)：Zn(0.25)：Ti(0.15)：Al(余量)，中层碳素钢板2主要成分有C、Fe、Mn、Si等元素。

表一

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法包括以下步骤：S1、铝合金板制备、S2、碳素钢板制备和S3、合成铝合金复合板，其中S1铝合金板制备包括：a1、熔炼压铸、a2、退火热轧、a3、锻造修伤和a4、包覆防锈的四个步骤。

S1、铝合金板制备：准备若干份按照Si(23.2)：Fe(0.5)：Cu(2.0-2.6)：Mn(0.15)：Mg(1.2-1.8)：C(0.18-0.28)：Zn(0.25)：Ti(0.15)：Al(余量)比例制备好的铝合金块备用；

a1、熔炼压铸：铝合金块导入到熔炼炉内部进行熔炼，熔炼过程中熔炼炉的温度控制650℃到750℃，然后将熔化后的铝合金液体导入到压铸装置的压室内，以高速充填钢制模具的型腔，合金液在压力下凝固形成铝合金板材；

a2、退火热轧：将经过步骤a1、熔炼压铸的铝合金板材经过退火装置和热轧工艺进行退火热轧，使铝合金板材形成指定尺寸和形状；

a3、锻造修伤：将经过步骤a2、退火热轧处理的铝合金板通过风动砂轮机和风动小铣刀进行打磨，消除铝合金板表面的缺陷(折叠、毛刺、裂纹等)，并且在通过修复装置对铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷进行修复；

a4、包覆防锈：将经过步骤a3、锻造修伤后的铝合金板表面光滑处理，然后包裹涂覆防锈层；

S2、碳素钢板制备：选取若干份规格质量的碳素钢板进行备用，通过风动砂轮机和风动小铣刀对碳素钢板两侧的表面进行打磨抛光处理，保证碳素钢板的表面无凹痕或者毛刺等缺陷，然后通过超声波焊接技术在碳素钢板的上下端面上焊接若干个合金V形支架，将焊接好后合金V形支架的碳素钢板进行防锈处理；

S3、合成铝合金复合板：将经过步骤S1、铝合金板制备好的铝合金板平铺，然后平行放置经过步骤S2、碳素钢板制备处理好的碳素钢板，再其上端平行放置一块铝合金板，通过超声波焊接方式将对其进行焊接。

在本发明的一些实施例中，中层碳素钢板2中主要成分Mn控制在0.5％～0.8％范围内，使钢强化，Si控制在0.17～0.37％范围内，防止焊缝热裂中层碳素钢板2中其他成分S含量要求不大于0.05％，P含量要求不大于0.045％，防止P降低钢的焊接性能。

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a1、熔炼压铸中铝合金板材结晶凝固的压力为15—100MPa，其中铝合金属液以50—80米/秒充填型腔。

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a2、退火热轧中退火处理步骤为：在500～450℃下退火10～20min，然后在300～350℃下退火10～15min，最后在200～300℃下退火10～20min。

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a3、锻造修伤中修复铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷时采用冷焊修复机，利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷，冷焊热影响区域小，不会造成基材退火变形，不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高，补材与基体同时熔化后的再凝固，结合牢固，可进行磨、铣、锉等加工，致密不脱落。

实施例2

请参阅图1-2，本发明提供如下技术方案：一种轻质高强铝合金复合板，包括下层铝合金板1、中层碳素钢板2和上层铝合金板3，下层铝合金板1、中层碳素钢板2和上层铝合金板3依次由下到上设置，中层碳素钢板2的上下表面上均通过超声波焊接有若干个合金V形支架4，下层铝合金板1和合金V形支架4与之间和上层铝合金板3与合金V形支架4之间均采用超声波焊接。

在本发明的一些实施例中，下层铝合金板1和上层铝合金板3的主要成分：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、C、Zn、Ti和Al，下层铝合金板1和上层铝合金板3的主要成分的比例为Si(24)：Fe(0.5)：Cu(2.0)：Mn(0.18)：Mg(2.0)：C(0.5)：Zn(0.15)：Ti(0.20)：Al(余量)，中层碳素钢板2主要成分有C、Fe、Mn、Si等元素。

表二

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法包括以下步骤：S1、铝合金板制备、S2、碳素钢板制备和S3、合成铝合金复合板，其中S1铝合金板制备包括：a1、熔炼压铸、a2、退火热轧、a3、锻造修伤和a4、包覆防锈的四个步骤。

S1、铝合金板制备：准备若干份按照Si(23.2)：Fe(0.5)：Cu(2.0-2.6)：Mn(0.15)：Mg(1.2-1.8)：C(0.18-0.28)：Zn(0.25)：Ti(0.15)：Al(余量)比例制备好的铝合金块备用；

a1、熔炼压铸：铝合金块导入到熔炼炉内部进行熔炼，熔炼过程中熔炼炉的温度控制650℃到750℃，然后将熔化后的铝合金液体导入到压铸装置的压室内，以高速充填钢制模具的型腔，合金液在压力下凝固形成铝合金板材；

a2、退火热轧：将经过步骤a1、熔炼压铸的铝合金板材经过退火装置和热轧工艺进行退火热轧，使铝合金板材形成指定尺寸和形状；

a3、锻造修伤：将经过步骤a2、退火热轧处理的铝合金板通过风动砂轮机和风动小铣刀进行打磨，消除铝合金板表面的缺陷(折叠、毛刺、裂纹等)，并且在通过修复装置对铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷进行修复；

a4、包覆防锈：将经过步骤a3、锻造修伤后的铝合金板表面光滑处理，然后包裹涂覆防锈层；

S2、碳素钢板制备：选取若干份规格质量的碳素钢板进行备用，通过风动砂轮机和风动小铣刀对碳素钢板两侧的表面进行打磨抛光处理，保证碳素钢板的表面无凹痕或者毛刺等缺陷，然后通过超声波焊接技术在碳素钢板的上下端面上焊接若干个合金V形支架，将焊接好后合金V形支架的碳素钢板进行防锈处理；

S3、合成铝合金复合板：将经过步骤S1、铝合金板制备好的铝合金板平铺，然后平行放置经过步骤S2、碳素钢板制备处理好的碳素钢板，再其上端平行放置一块铝合金板，通过超声波焊接方式将对其进行焊接。

在本发明的一些实施例中，中层碳素钢板2中主要成分Mn控制在0.5％～0.8％范围内，使钢强化，Si控制在0.17～0.37％范围内，防止焊缝热裂中层碳素钢板2中其他成分S含量要求不大于0.05％，P含量要求不大于0.045％，防止P降低钢的焊接性能。

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a1、熔炼压铸中铝合金板材结晶凝固的压力为15—100MPa，其中铝合金属液以50—80米/秒充填型腔。

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a2、退火热轧中退火处理步骤为：在500～450℃下退火10～20min，然后在300～350℃下退火10～15min，最后在200～300℃下退火10～20min。

在本发明的一些实施例中，本发明中铝合金复合板的制备方法中步骤a3、锻造修伤中修复铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷时采用冷焊修复机，利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷，冷焊热影响区域小，不会造成基材退火变形，不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高，补材与基体同时熔化后的再凝固，结合牢固，可进行磨、铣、锉等加工，致密不脱落。

在本发明中，采用两层铝合金板和一层碳素钢板的复合结构，并且设计V形连接结构，在减轻铝合金复合板质量的同时，铝合金复合板整体的强度更高，有很好地拉伸强度、屈服强度、硬度以及延伸率强等特点，比现有的铝合金板性能更好，如表一和表二所述，并且层与层之间采用超声波焊接技术焊接，焊接速度快，焊接强度高、密封性好，增加铝合金复合板的使用寿命，可以广泛的应用于各行各业，有很好地市场前进。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种轻质高强铝合金复合板，包括下层铝合金板（1）、中层碳素钢板（2）和上层铝合金板（3），其特征在于：所述下层铝合金板（1）、中层碳素钢板（2）和上层铝合金板（3）依次由下到上设置，所述中层碳素钢板（2）的上下表面上均通过超声波焊接有若干个合金V形支架（4），所述下层铝合金板（1）、合金V形支架（4）之间均采用超声波焊接，所述上层铝合金板（3）、合金V形支架（4）之间均采用超声波焊接：

下层铝合金板（1）和上层铝合金板（3）的主要成分与比例是：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、C、Zn、Ti和Al；

其中Si比例为23.2，Fe比例为0.5，Cu比例为2.0-2.6，Mn比例为0.15，Mg比例为1.2-1.8，C比例为0.18-0.28，Zn比例为0.25，Ti比例为0.15，余量为Al，所述中层碳素钢板（2）主要成分有C、Fe、Mn、Si元素；

所述中层碳素钢板（2）中主要成分Mn控制在0.5%~0.8%范围内，Si控制在0.17~0.37%范围内，所述中层碳素钢板（2）中其他成分S含量要求不大于0.05%，P含量要求不大于0.045%。

2.如权利要求1所述的轻质高强铝合金复合板制备方法，其特征在于：铝合金复合板的制备方法包括以下步骤：S1、铝合金板制备、S2、碳素钢板制备和S3、合成铝合金复合板，其中S1铝合金板制备包括：a1、熔炼压铸、a2、退火热轧、a3、锻造修伤和a4、包覆防锈的四个步骤；

S1、铝合金板制备：按照权利要求1合金板的组成比例制备好铝合金块备用；

a1、熔炼压铸：铝合金块导入到熔炼炉内部进行熔炼，熔炼过程中熔炼炉的温度控制650℃到750℃，然后将熔化后的铝合金液体导入到压铸装置的压室内，以高速充填钢制模具的型腔，合金液在压力下凝固形成铝合金板材；

a2、退火热轧：将经过步骤a1、熔炼压铸的铝合金板材经过退火装置和热轧工艺进行退火热轧，使铝合金板材形成指定尺寸和形状；

a3、锻造修伤：将经过步骤a2、退火热轧处理的铝合金板通过风动砂轮机和风动小铣刀进行打磨，消除铝合金板表面的缺陷：折叠、毛刺、裂纹，并且在通过修复装置对铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣铸造缺陷进行修复；

a4、包覆防锈：将经过步骤a3、锻造修伤后的铝合金板表面光滑处理，然后包裹涂覆防锈层；

S2、碳素钢板制备：选取若干份规格质量的碳素钢板进行备用，通过风动砂轮机和风动小铣刀对碳素钢板两侧的表面进行打磨抛光处理，保证碳素钢板的表面无凹痕或者毛刺缺陷，然后通过超声波焊接技术在碳素钢板的上下端面上焊接若干个合金V形支架，将焊接好后合金V形支架的碳素钢板进行防锈处理；

S3、合成铝合金复合板：将经过步骤S1、铝合金板制备好的铝合金板平铺，然后平行放置经过步骤S2、碳素钢板制备处理好的碳素钢板，在其上端平行放置一块铝合金板，通过超声波焊接方式将对其进行焊接。

3.根据权利要求2所述的一种轻质高强铝合金复合板的制备方法，其特征在于：铝合金复合板的制备方法中步骤a1、熔炼压铸中铝合金板材结晶凝固的压力为15—100MPa，其中铝合金属液以50—80米/秒充填型腔。

4.根据权利要求2所述的一种轻质高强铝合金复合板的制备方法，其特征在于：铝合金复合板的制备方法中步骤a2、退火热轧中退火处理步骤为：在500～450°C下退火10～20min，然后在300～350°C下退火10～15min，最后在200～300°C下退火10～20min。

5.根据权利要求2所述的一种轻质高强铝合金复合板的制备方法，其特征在于：铝合金复合板的制备方法中步骤a3、锻造修伤中修复铝合金板表面的缩孔、砂眼、气孔和夹渣铸造缺陷时采用冷焊修复机，利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。

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