一种激光粉末床熔融AlSi10Mg合金激光焊接头焊前热处理的方法

本申请涉及金属材料热处理，尤其涉及一种激光粉末床熔融alsi10mg合金激光焊接头焊前热处理的方法。

背景技术：

1、激光粉末床熔融(lpbf，也称为选择性激光熔化，简称slm)是最常用的金属增材制造(am)技术之一。在构建部件时，一个或多个激光束扫描并熔化先前沉积在构建平台上的粉末，按照规定的扫描路径实现设计的3d几何形状。待当前粉末层选择性熔化凝固后，再铺设另一层粉末，激光扫描继续进行。这样的操作将不断重复，直到整个部件建成为止。因此，激光粉末床熔融金属由冶金熔合层组成，与激光焊接工艺具有某些相同的特性，但涉及更高的冷却速度。

2、在激光粉末床熔融金属中，alsi10mg因其出色的可印刷性和强度重量比而脱颖而出，使这种am-al合金的结合在航空航天应用中具有巨大的潜力。此外，相对于传统生产的多个单独部件的组合成型，增材制造的结构可以一次直接成型，大大提升了生产的效率。

3、然而，激光粉末床熔融的alsi10mg合金部件仍具有一定局限性。由于成型仓尺寸的限制，难以满足大尺寸、复杂形状零件的一次直接成形需求。因此，使用合适的焊接技术将打印件与打印件连接，或连接到传统制造的部件，是克服这一限制的好方法。此外，通过焊接修复在使用中损坏的打印件，相对于更换它们更节省成本和时间，因此打印件的焊接的是很有必要的。

4、然而，获得高质量的激光粉末床熔融的alsi10mg合金焊接接头是困难的，由于激光打印的alsi10mg中较高的含氢量，焊接时氢气逸出，形成大量氢气孔，导致打印的alsi10mg合金熔焊接头的焊缝极易产生氢孔。

5、传统的热处理未能有效的除去打印的alsi10mg中的氢，导致焊接时大量氢气孔的产生，焊缝气孔率的升高，延伸率的降低。

6、真空热处理是铝合金的一种常见的强化方法，与普通热处理相比，真空热处理可以有效避免零件表面氧化，并除去零件内部的气体。

7、因此，需要研究出一种更适合激光粉末床熔融的alsi10mg合金的焊前热处理方法，可以有效消除激光粉末床熔融的alsi10mg合金内部氢，从而降低焊接接头内部的气孔率。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种激光粉末床熔融alsi10mg合金激光焊接头焊前热处理的方法，通过将激光粉末床熔融技术制备的alsi10mg合金构件进行一定的真空热处理，在消除打印残余应力的同时，降低打印件内部的含氢量，从而大幅降低气孔率和提高延伸率，使得激光粉末床熔融制备的alsi10mg合金的焊接构件可满足航空航天产品的要求。

2、为了解决上述技术问题，本申请的实施例公开了如下技术方案：一种激光粉末床熔融alsi10mg合金激光焊接头焊前热处理的方法，其基于激光粉末床熔融技术将alsi10mg合金原材料粉末制成铝硅合金板材，所述热处理方法包括如下步骤：将热处理炉内抽至真空，然后逐渐将炉内升温至300～500℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2h，随炉冷却至室温；

3、所述alsi10mg合金原材料粉末中主要合金元素的含量为：si：10％～11％，mg：0.3％～0.4％，fe：0.1％～0.2％，ti：≤0.15％，mn：≤0.01％，zn：≤0.01，余量为al；

4、所述alsi10mg合金板材，需开坡口，坡口角度为40°，且在焊接前需要提前进行机械打磨处理和化学清洗，去除表面氧化膜。步骤为：采用砂纸对成形件进行机械打磨；采用质量百分比8～10％的氢氧化钠溶液在60℃下清洗6～8min，再用体积分数35～45％的硝酸溶液进行4～6min化学清洗。

5、热处理之后进行焊接，所述焊接方法采用激光熔化沉积焊接，其焊接参数为：激光功率1800w，送粉速率3.15g/min，光斑直径2.2mm，焊速20mm/s，沉积层数为五层；焊接采用的粉末为alsi10mg粉末，其化学成分si：10.5％，mg：0.30％，fe：0.20％，ti：0.12％，mn：≤0.01％，zn：≤0.01，余量为al。沉积层数为五层。在各参数恒定条件下，均匀地将alsi10mg粉末送入槽内，熔化并沉积形成焊缝。

6、所述热处理后，经过激光熔化沉积焊接得到的接头所能达到的力学性能如下：

7、气孔率为0.04％-2.26％；

8、延伸率为4.7％-21.9％。

技术特征：

1.一种激光粉末床熔融alsi10mg合金激光焊接头焊前热处理的方法，其特征在于，基于激光粉末床熔融技术将alsi10mg合金原材料粉末制成铝硅合金板材，然后进行热处理方法，热处理方法包括如下步骤：将热处理炉内抽至真空，然后逐渐将炉内升温至300～500℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2h，随炉冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的焊前热处理方法，其特征在于，以质量百分比计，alsi10mg合金原材料粉末中合金元素的含量为：si：10％～11％，mg：0.3％～0.4％，fe：0.1％～0.2％，ti：≤0.15％，mn：≤0.01％，zn：≤0.01，余量为al。

3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述alsi10mg合金板材，开坡口，坡口角度为40°，且在焊接前需要提前进行机械打磨处理和化学清洗，为采用砂纸对成形件进行机械打磨；采用质量百分比8～10％的氢氧化钠溶液在60℃下清洗6～8min，再用体积分数35～45％的硝酸溶液进行4～6min化学清洗。

4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，热处理之后进行焊接，所述焊接方法采用激光熔化沉积焊接，其焊接参数为：激光功率1800w，送粉速率3.15g/min，光斑直径2.2mm，焊速20mm/s，沉积层数为五层；焊接采用的粉末为alsi10mg粉末，其化学成分si：10.5％，mg：0.30％，fe：0.20％，ti：0.12％，mn：≤0.01％，zn：≤0.01，余量为al。

5.根据权利要求4所述的焊前热处理方法，其特征在于，沉积层数为五层，在各参数恒定条件下，均匀地将alsi10mg粉末送入槽内，熔化并沉积形成焊缝。

6.根据权利要求4或5所述的焊前热处理方法，其特征在于，经焊前热处理后的激光粉末床熔融alsi10mg合金在焊接后所能达到的力学性能如下：

技术总结一种激光粉末床熔融AlSi10Mg合金激光焊接头焊前热处理的方法，涉及金属材料热处理技术领域。其基于激光粉末床熔融技术将AlSi10Mg合金原材料粉末制成铝硅合金构件，所述热处理方法需样品置于真空条件下，热处理温度为300～500℃，保温时间为2h，随炉冷却。本发明既可以有效印制打印件焊接后接头的高气孔率问题，又可以大幅提高焊接头的塑性延伸率。技术研发人员：崔丽,李京川,郭星晔,吴旭,贺定勇,王灿,史振富受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5