專利名稱：復(fù)合鋁板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括被固定在一塊位于其間的肋板上的兩塊平行板和/或薄板的復(fù)合鋁板以及將復(fù)合鋁板用在結(jié)構(gòu)材料如由大型焊接構(gòu)件構(gòu)成的建筑結(jié)構(gòu)中。
對(duì)本發(fā)明的目的來說，薄板材應(yīng)該被理解為是厚度不超過6.0毫米的軋制產(chǎn)品。
或者，大型工程結(jié)構(gòu)如船只的船貨艙板或客艙艙板可以通過連接通過連接和/或焊接大量軋制波紋板而制成的預(yù)制鋁產(chǎn)品而建成。這種方法的實(shí)現(xiàn)依賴于可以獲得高強(qiáng)度波紋鋁合金型材產(chǎn)品。這需要不僅容易軋制成型而且具有較高強(qiáng)度的鋁合金板。可買到的且用于軋制成型的標(biāo)準(zhǔn)鋁合金原材料如AA3004合金沒有產(chǎn)生高到足以獲得明顯減輕重量的強(qiáng)度。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，也被稱為外形軋制加工或冷軋加工的軋制成型被理解為是一種通過使原材料經(jīng)過一系列配備有異型輥的軋制工站而把金屬薄板、帶或卷材加工成具有基本上一致厚度的理想形狀的連續(xù)工藝，參見《金屬手冊(cè)》第9版，第14卷，ASM International,1988,P624-635。
以下將提到一些在現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中找到的建筑結(jié)構(gòu)的披露內(nèi)容。
US5,812,506披露了一種復(fù)雜的且在氣動(dòng)學(xué)上是光滑的外表面部件，它是由一個(gè)電感的、超塑性形成的且沒有擴(kuò)散結(jié)合結(jié)構(gòu)的部件構(gòu)成的，它具有至少四塊薄板并具有一個(gè)基本尺寸，其中包括(a)一個(gè)具有兩個(gè)由至少兩個(gè)電感的、超塑性形成的芯板構(gòu)成的面的內(nèi)芯，所述芯板由超塑性鈦合金或鋁合金構(gòu)成；(b)由超塑性鈦合金或鋁合金構(gòu)成的外面板，它們通過青銅合金帶被硬釬焊到內(nèi)芯的兩個(gè)面上，每個(gè)面板在內(nèi)芯的一側(cè)上。
US5534354披露了一種生產(chǎn)超塑形夾層結(jié)構(gòu)機(jī)翼的方法。
EP-A-0432308披露了一種多層金屬結(jié)構(gòu)，它具有絕熱性能并且是由顯示出超塑性的合金制成的，所述合金能夠接受超塑性加工。這些結(jié)構(gòu)尤其適用于超音速和高超音速飛機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合鋁板，它包括兩塊被固定在一塊在其之間的波紋鋁肋板的波峰和波谷上的平行板和/或薄板，其中波紋鋁肋板是由一種具有這樣的成分的鋁合金軋制板材制成的(按重量百分比)Mg1.5-6.0；Mn0.3-1.4；Zn0.4-5.0；Fe不超過0.5；Si不超過0.5；Zr不超過0.30；和可能有的至少以下一種元素，Cr0.05-0.30,Ti0.01-0.20,V0.05-0.25,Ag0.05-0.40；Cu不超過0.40；其余雜質(zhì)成分分別不超過0.05，雜質(zhì)成分總量不超過0.15；余量為Al；它在H條件下或在0條件下具有0.4-0.9的PS/UTS比并具有良好的軋制加工性能。
PS、UTS分別代表0.2％彈限強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度。所述的H條件一般是Hxy條件或其變形，其中x是1-3,y是1-6或者其變形。
在本發(fā)明中，出奇好地綜合獲得了至少比軟化和低應(yīng)變硬化回火的標(biāo)準(zhǔn)AA3004高20％的強(qiáng)度、在這樣的高強(qiáng)度下的良好加工性能以及良好焊接性能。這種在波紋肋板中的綜合效果是由于成分窗和適當(dāng)?shù)木w結(jié)構(gòu)而獲得的。它們綜合地提供了良好的可彎性能，在可比較的回火度和尺寸下，加工硬化指數(shù)n在比AA3004高20％的高強(qiáng)度下等于0.10-0.40，在Hx6回火度條件下，其中x等于1-3，或者在軟化回火條件下，獲得了有一次厚度彎曲性能的良好軋制加工性能。尤其是對(duì)那些基于擠壓鋁合金的結(jié)構(gòu)來說，采用強(qiáng)度提高的且由上述鋁軋制板材制成的波紋板允許設(shè)計(jì)和建造出比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更輕的復(fù)合板結(jié)構(gòu)。具有特定成分的鋁軋制板材也被發(fā)現(xiàn)具有良好的耐蝕性能。當(dāng)被用到船只或海上建筑物時(shí)，這允許復(fù)合板被用在腐蝕性環(huán)境如海洋環(huán)境中。
AA5000系列合金板材的軋制加工性能可以通過其可彎性能來評(píng)估?？梢愿鶕?jù)ASTM E-290來檢驗(yàn)材料可彎性能。在這種實(shí)驗(yàn)中，板材將被在一個(gè)其厚度等于板材的芯桿上彎曲180度，這在上面被稱為一次厚度彎曲性能。用肉眼看彎曲部的凸表面是否有裂紋。如果有至少一個(gè)大于1毫米的裂紋，則標(biāo)為無效彎曲性能，結(jié)果，板材不被用于軋制加工。當(dāng)在彎曲部的凸表面上沒有看到大于1毫米的裂紋時(shí)，彎曲性能被表示為良好。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述波紋鋁肋板具有0.4-0.8的PS/UTS比并最好為0.4-0.7，以便提高軋制加工性。
在一個(gè)實(shí)施例中，波紋鋁肋板的厚度不超過3.0毫米并且最好厚0.2-1.0毫米。
還可以作為紋板或壓印板來提供波紋鋁板。
限制在用于本發(fā)明的復(fù)合鋁板的波紋鋁肋板中的合金元素的原因是這樣的，其中所有成分的百分比是重量百分比。
鎂是合金中的主要強(qiáng)化元素，低于1.5％的鎂含量不能產(chǎn)生所需的強(qiáng)度，當(dāng)鎂添加量超過6.0％時(shí)，在產(chǎn)品的鑄造熱軋中出現(xiàn)了嚴(yán)重開裂。出于可加工性和強(qiáng)度的折中考慮，優(yōu)選的鎂含量為3.0-5.6％。
錳是一種主要合金元素。在焊接和非焊接條件下，錳與鎂一起保證了合金產(chǎn)品具有強(qiáng)度。錳含量過低不能給合金產(chǎn)品的焊接接頭提供足夠的強(qiáng)度。超過1.4％的錳使熱軋變得很困難。錳的優(yōu)選上限為0.9％，這代表了強(qiáng)度和可加工性能的折中方案。Fe/Mn的比最好為0.3-1.0。
鋅是一種重要的合金元素，因?yàn)楫?dāng)它的含量不超過1.2％且最好不超過0.9％時(shí)，它在合金產(chǎn)品中改善了耐蝕性能。另外，當(dāng)鋅含量為3.0-5.0％時(shí)，鋅和鎂一起起到了時(shí)效硬化強(qiáng)化元素的作用。在后者的情況下，鋅/鎂比最好保持在1.1-5并最好為4-5的范圍內(nèi)。當(dāng)鋅含量超過5.0％時(shí)，尤其在工業(yè)規(guī)模的條件下，鑄造和后續(xù)的熱軋變得更困難了。如果低于0.4％，則鋅的效果不明顯，因而，需要0.4％的下限并且最好是0.5％的下限。
合金產(chǎn)品中的鐵可以在鑄造中形成Al-Fe-Mn型初生化合物并由此因作為合金元素的錳而限制了有利效果。大于0.5％的鐵含量造成粗糙初生顆粒的形成，這降低了合金產(chǎn)品的變形性能。優(yōu)選的鐵含量為0.15-0.30％并最好為0.20-0.30％。
硅也和鐵一起形成了粗糙的AlFeSi相型顆粒并且這可能影響了合金產(chǎn)品的變形性能。另外，硅限制了鎂的有益效果。為了避免變形性能不可接受地?fù)p失，硅含量必須保持在0.5％以下。優(yōu)選的硅含量為0.07-0.20％并最好為0.10-0.20％。
Zr是一種獲得強(qiáng)度提高的重要合金元素。另外，Zr對(duì)于提高在焊接本發(fā)明的合金產(chǎn)品時(shí)的耐裂性能很重要。超過0.3％的Zr導(dǎo)致了粗糙針狀初生顆粒，它們降低了合金產(chǎn)品的可加工性能并且好降低了所獲產(chǎn)品的彎曲性能。作為強(qiáng)度與變形性能的這種方案，Zr含量?jī)?yōu)選為0.05-0.25％。
作為晶粒細(xì)化劑，Ti在鋼錠和在使用本發(fā)明的合金產(chǎn)品形成的焊接接頭凝固時(shí)是很重要的。但是，Ti與Zr一起可能形成不理想的粗糙初生相。為了避免這種現(xiàn)象，存在Zr時(shí)的Ti含量應(yīng)該保持在0.2％以下并最好保持在0.10％以下，最佳的Ti含量為0.01-0.10％。
Cr是用于進(jìn)一步提高合金產(chǎn)品的耐蝕性能的可能有的合金元素，但是，Cr限制了Mn、Zr的可溶性。因此，為了避免形成粗糙初生相，Cr含量必須保持低于0.3％。最佳的Cr含量不超過0.15％。
V是可能有的合金元素并且可被用于代替或補(bǔ)充Cr。優(yōu)選的含量為0.05-0.25％。V的更好的范圍不超過0.15％。
超過0.4％的Cu含量引起不可接受的合金產(chǎn)品的點(diǎn)腐蝕性能。優(yōu)選的Cu含量不超過0.25％并最好不超過0.1％。
銀是可能有的合金元素，它可以進(jìn)一步改善抗應(yīng)力腐蝕性能。如果添加銀，則含量應(yīng)該限制到0.4％并且合金產(chǎn)品中的最低含量最好至少為0.05％。
余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)。一般，各雜質(zhì)元素最多為0.05％，總雜質(zhì)量最高為0.15％。
本發(fā)明復(fù)合鋁板的一個(gè)很成功的實(shí)施例是其特征包括以下成分(重量百分比)的波紋鋁板Mg5.0-6.0，優(yōu)選5.0-5.6；Mn0.6-1.2；Zn0.4-1.5，優(yōu)選為0.4-0.9，最優(yōu)選0.5-0.9；Zr0.05-0.25；Cr不超過0.30；Ti不超過0.2；Fe不超過0.5，優(yōu)選0.2-0.3；Si，不超過0.5，優(yōu)選0.1-0.2；Cu不超過0.40，最好不超過0.1；Ag不超過0.4；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
通過該實(shí)施例提供了這樣一種復(fù)合鋁板，其中在可對(duì)比的尺寸和回火度情況下，當(dāng)根據(jù)ASTM E-290評(píng)估彎曲性能時(shí)，獲得了比標(biāo)準(zhǔn)AA3004高至少20％的強(qiáng)度以及在這樣的高強(qiáng)度下的良好變形性能以及良好焊接性能和良好耐蝕性能。尤其是在尺寸不超過3.0毫米且優(yōu)選地為0.2-1.0毫米的情況下，鋁合金產(chǎn)品具有很好的變形性能。另外，我們發(fā)現(xiàn)，波紋板材在軋制加工后比傳統(tǒng)的AA5xxx系列鋁合金如AA5083、AA5456更好地保持其形狀即反彈性。另外，這個(gè)成功的實(shí)施例允許更高的激光焊接速度，一般為3-10米/分并最好為4-6米/分，以便制造出包括至少一塊由上述鋁板材構(gòu)成的波紋板的復(fù)合板。在傳統(tǒng)的高錳鋁鎂合金如AA5083、AA5456中，根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，上述波紋肋板是沒有希望獲得良好的焊接性能且尤其是激光焊接性能。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中，在尺寸不超過3毫米的情況下，0回火條件下的波紋鋁板具有至少為110MPa的0.2％彈限強(qiáng)度并優(yōu)選地具有至少115MPa并最好為120MPa。對(duì)于尺寸不超過3毫米的情況來說，0回火條件下的鋁合金制品具有至少為270MPa的最小最終抗拉強(qiáng)度(UTS)并最好為280MPa的并最佳地為300MPa，優(yōu)選為310MPa。
在本發(fā)明的另一個(gè)復(fù)合鋁板的實(shí)施例中，可以在至少軋制板材的一個(gè)側(cè)面上給波紋鋁板涂覆一個(gè)包層，它具有以下特征(ⅰ)它是由比所述軋制板材更純的鋁合金構(gòu)成的；(ⅱ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA1000系列構(gòu)成；(ⅲ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA6000系列構(gòu)成；(ⅳ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA4000系列構(gòu)成。
在這個(gè)實(shí)施例中，在把板材軋制成波紋型材前將包覆層涂到波紋板上。本發(fā)明的波紋鋁板具有很高的耐蝕性能。但是，在某些極端腐蝕環(huán)境中，涂覆進(jìn)一步提高合金產(chǎn)品的耐蝕性能的包覆層可能是有效的。這樣的包覆產(chǎn)品采用了由上述鋁合金復(fù)合產(chǎn)品構(gòu)成的芯和一個(gè)在特殊腐蝕條件下保護(hù)芯的高純度包覆層。包覆層包括基本未合金化鋁或含有不超過總量的0.1％或1％的其它元素的鋁合金。在此標(biāo)為1xxx型系列的鋁合金包括所有鋁協(xié)會(huì)(AA)合金，其中包括1000型次級(jí)品，1100型、1200型、1300型。此外，我們發(fā)現(xiàn)，一般含有超過1％的合金添加劑的AA6000系列鋁合金(包括次級(jí)品)能用作包覆層。我們還發(fā)現(xiàn)，一般含有超過0.8％的合金元素鋅的AA7000系列鋁合金(包括次級(jí)品)能夠用作包覆層，例如AA7072。其它鋁合金也能用作包覆層，只要它們尤其是給芯合金產(chǎn)品提供足夠高的整體耐蝕性能就行。
在本發(fā)明復(fù)合鋁板的一個(gè)很有利的實(shí)施例中，波紋鋁肋板可以涂有一個(gè)由AA4000系列合金如AA4047構(gòu)成的包覆層。在該實(shí)施例中，包覆層原本沒有提供更高的耐蝕性能，盡管它可能對(duì)此有貢獻(xiàn)，但它允許波紋鋁板被焊接或硬釬焊到其它薄板、板材或擠壓產(chǎn)品上而形成了預(yù)制產(chǎn)品。在波紋鋁板包覆有AA4000系列合金時(shí)，無需在焊接時(shí)提供填料絲(這在其它情況下是需要的)。另外，保持了鋁板的結(jié)構(gòu)整體性，因?yàn)?，更多的鋅可以存在與合金產(chǎn)品中，而且沒有影響熱作用區(qū)的耐蝕性能。包覆層厚度應(yīng)該足以防止波紋鋁板的粘性損失并且足以保護(hù)波紋板不受熱作用區(qū)的影響。在硬釬焊的情況下，可以在可熔化AA4000系列合金的溫度區(qū)內(nèi)將這樣的包覆波紋板與另一個(gè)薄板、板或擠壓型材硬釬焊成一體?？梢钥刂茪夥栈虿豢刂茪夥盏剡M(jìn)行硬釬焊。
包覆層通常比芯薄許多，每個(gè)包覆層占總復(fù)合板結(jié)構(gòu)厚度的15％或20％或可能占25％。包覆層一般約占總復(fù)合板厚度的5-12％。
波紋鋁肋板可以通過機(jī)械固定件或粘接被固定在平行板或薄板上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，波紋鋁肋板通過沿波峰或波谷延伸的焊縫被焊到平行板或薄板上。這允許快速、經(jīng)濟(jì)且可靠地生產(chǎn)出復(fù)合板?？梢酝ㄟ^使用任何一種標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)MIG、TIG、攪拌焊接、摩擦攪拌焊等或其組合方式來獲得焊縫。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過激光焊接技術(shù)獲得焊縫。另外，至少一塊板或薄板在其它表面上沒有可見焊縫，但是有內(nèi)焊縫，在這里，每條焊縫經(jīng)過波峰或波谷并伸入板材或薄板中，但是沒有完全穿透材料。這在一個(gè)表面上給復(fù)合鋁板形成了焊縫并在另一面上形成了光滑表面。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，波紋鋁肋板通過硬釬焊被固定在一塊平行板或薄板上。在該實(shí)施例中，波紋鋁肋板是由涂有由AA4000系列合金構(gòu)成的包覆層的上述本發(fā)明鋁合金產(chǎn)品構(gòu)成的。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在嵌板之間的波紋鋁肋板具有平波峰和平波谷。
最常見地但不是限定性地，復(fù)合鋁板的厚度是這樣的，即外板和/或薄板之間的間距等于10-300毫米范圍內(nèi)最好為10-200毫米。在典型實(shí)施例中，如此間隔開的表面板和/或薄板最好不超過25毫米厚，波紋鋁肋板的厚度不超過6毫米并最好不超過3毫米，最佳的厚度范圍是0.2-1.0毫米。通過使用這樣薄的且用在上述復(fù)合鋁板中的本發(fā)明鋁合金產(chǎn)品，可以在結(jié)構(gòu)方面明顯減輕重量，同時(shí)保持至少與現(xiàn)有技術(shù)已知的相同的強(qiáng)度和/或剛性。
人們將發(fā)現(xiàn)，兩塊平行板和/或薄板部的厚度等于或大于波紋鋁肋板的金屬厚度通常是令人滿意的。
平行板或薄板最好由鋁合金制成，在波紋鋁肋板被焊接到一塊板或薄板上的情況下，所述板或薄板最好由可焊鋁合金構(gòu)成。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，板和/或薄板處于與通過上述鋁軋制產(chǎn)品獲得的波紋鋁肋板相同的成分窗內(nèi)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種焊接板結(jié)構(gòu)，它包括本發(fā)明的復(fù)合鋁板和/或本發(fā)明的波紋板材。這樣的焊接板結(jié)構(gòu)還包括兩個(gè)鋁型材，一般成U、T或H形，它們是通過擠壓或彎曲板或薄板而形成的，在這里，復(fù)合鋁板在這兩個(gè)型材之間被矯直。所述板加工起來很簡(jiǎn)單、可靠并且可以很實(shí)用地在工廠或車間內(nèi)進(jìn)行矯直。由于板成封閉結(jié)構(gòu)，所以它們?nèi)菀走\(yùn)輸并且運(yùn)輸過程中防止了包括波紋板在內(nèi)的內(nèi)結(jié)構(gòu)的損傷。
上述復(fù)合鋁板的類型例如可以被單獨(dú)用于艙壁或者其部件。但是，至少兩個(gè)符合板本身被連接起來并形成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而例如構(gòu)成包括分段在內(nèi)的船艙或其它大規(guī)模金屬結(jié)構(gòu)如卡車底板、有軌車輛底板、橋梁且尤其是船只。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了將上述復(fù)合鋁板用于焊接結(jié)構(gòu)的用途，例如非限定性地用于海上造船船塢和海上建筑物。另外，符合鋁板可以被用于民用鐵路領(lǐng)域等中，在種類，需要最好具有良好耐蝕性能的更輕型的結(jié)構(gòu)。
另外，本發(fā)明涉及把具有上述且如權(quán)利要求書所述化學(xué)成分的軋制鋁材用作本發(fā)明的復(fù)合鋁板中的波紋肋板和/或平行板或薄板。
圖3A、3B以橫截面圖表示與Ⅰ形梁相連的復(fù)合鋁板；圖4表示與與Ⅰ形梁相連的復(fù)合鋁板的透視圖；圖5示意地表示本發(fā)明板材的裝配步驟；圖6表示本發(fā)明板材與船殼、船艙壁或相互連接的橫截面圖。
如在垂直于其伸長(zhǎng)方向的橫截面圖內(nèi)所示地，

圖1示意地表示軋制加工的波紋鋁板的典型形狀。波紋鋁板可以被用作在本發(fā)明復(fù)合鋁板中的肋板。圖1A、1B表示平波峰和平波谷，圖1B具有燕尾形。圖1C示出了一個(gè)替換實(shí)施例，其中波紋鋁板具有弧形的波峰和波谷。所示尺寸a、b、c、d一般為10-300毫米。
如在垂直于其伸長(zhǎng)方向的橫截面圖內(nèi)所示地，圖2A、2B示意地表示本發(fā)明的復(fù)合鋁板，其中波紋鋁肋板設(shè)置在兩塊平行薄板和/或板之間。如在垂直于其伸長(zhǎng)方向的橫截面圖內(nèi)所示地，圖2C的實(shí)施例示意地表示一塊復(fù)合鋁板，其中波紋鋁肋板包括兩塊分別具有平波峰和平波谷的波紋板并且一塊板的波峰與另一塊波紋板的平波谷相連。圖2A-2C的箭頭表示用于相互固定各段的焊縫的位置。
如在垂直于其伸長(zhǎng)方向的橫截面圖內(nèi)所示地，圖3A、3B示意地表示本發(fā)明的復(fù)合鋁板，它通過將復(fù)合鋁板的至少一塊平行板或薄板固定在Ⅰ形梁上而被固定在Ⅰ形梁或型材上。
圖4示意地表示復(fù)合鋁板的透視圖，所述復(fù)合鋁板在其伸長(zhǎng)方向上彼此連接。為此采用了以下步驟首先，形成一個(gè)與波紋形狀的外輪廓配合的型材，第二，敞開頂擺板以便露出波紋形狀，第三，將一個(gè)連接波紋型材安放到板材上以便使連接波紋型材等間隔分布在兩個(gè)夾層板之間地進(jìn)行連接，隨后在那些在圖中標(biāo)為xxxx的點(diǎn)上進(jìn)行連接。由此一來，上述步驟沿寬度方向?qū)⒈景l(fā)明的任何兩個(gè)夾層板牢固連接起來?；蛘撸梢赃@樣生產(chǎn)夾層板，即兩塊頂板中的一塊可以短于另一塊以允許輕松地沿寬度方向進(jìn)行連接。
圖5示意地表示本發(fā)明的板材是如何進(jìn)行裝配的。一塊板材由兩個(gè)U、H或T形鋁型材構(gòu)成，它們可以通過擠壓或者彎曲薄板或板而形成，最好通過在選定部位進(jìn)行焊接，所述型材如此被連接起來，即本發(fā)明的第一鋁板與構(gòu)成所述板材的底部的各型材的一條腿相連，見圖5中的步驟1。隨后，預(yù)制波紋薄板與該板材的底部相連，見圖5中的步驟2。在第三步驟中，一塊頂板最好是通過焊接被連接到波紋板和各型材的另一腿上。型材的厚度一般為3毫米。這樣一來，提供了很簡(jiǎn)單有效的板材制造方式。本發(fā)明的板材例如容易在車間或工廠內(nèi)矯直并且可以連接而形成橫梁或者在按照很實(shí)際的方式通過焊接與如船殼壁相連，如圖6所示。另外，板材是封閉并且容易搬運(yùn)并防止了所包圍的波紋板在運(yùn)輸過程中受損。
例1在本發(fā)明成分范圍內(nèi)的合金具有以下化學(xué)成分(按照重量百分比)5.20％Mg,0.84％Mn,0.50％Zn,0.13％Zr,0.013％Cu,0.049％Cr,0.19％Fe,0.11％Si,0.015％Ti，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì)，這種合金按照工業(yè)規(guī)模被DC鑄造成440×1480×4800毫米的錠。該錠在510℃下預(yù)熱15小時(shí)，接著在約500℃下進(jìn)行熱軋而形成了4毫米板材。在隨后冷軋之前，進(jìn)行350℃下的2小時(shí)中間退火。經(jīng)過退火的熱軋品隨后被冷軋為2毫米板。在350℃下，進(jìn)行第二次中間退火達(dá)2小時(shí)。隨后冷軋到最終的1.0毫米尺寸并接著在與中間退火相似的條件下進(jìn)行最終退火，從而產(chǎn)生了軟化回火產(chǎn)品。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)10002來評(píng)估材料在LT方向上的抗拉強(qiáng)度。另外，通過根據(jù)ASTM E-290檢驗(yàn)彎曲性能地來評(píng)估材料的變形能力。在彎曲性能實(shí)驗(yàn)中，120×45毫米的1.0毫米厚板材在一個(gè)其厚度等于板材即1.0毫米的芯軸上被彎曲180度。肉眼觀察彎曲樣品是否在彎曲凸面上出現(xiàn)裂紋。實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)通過確定良好或廢品來表示。術(shù)語“廢品”是指在彎曲凸面上至少有一條至少為1毫米的裂紋。
表1列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中在O回火條件下與標(biāo)準(zhǔn)AA3004材料的樣品進(jìn)行比較?？梢詮慕Y(jié)果中發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的鋁合金產(chǎn)品在相同回火度和尺寸的條件下具有比AA3004材料高20％的強(qiáng)度，在這種特殊情況下，獲得了至少45％的提高，而彎曲性能至少等于AA3004。
表1
例2由標(biāo)準(zhǔn)AA3004構(gòu)成的1200×250毫米的1.0毫米厚板材和由與例1相同材料構(gòu)成的且組成落在權(quán)利要求書優(yōu)選范圍所述的板材，它們都處于O回火條件下并接受焊接實(shí)驗(yàn)。利用12kW二氧化碳激光器裝置并在6kW和5米/分的線速度條件下工作地把兩個(gè)相同板材焊接在一起。帶焊道的拉伸樣品是由這樣的透焊板材形成的并檢驗(yàn)其拉伸性能。
表2列出了結(jié)果?？梢詮倪@些結(jié)果中看到，在焊接后，本發(fā)明的鋁產(chǎn)品在相同尺寸和回火度的條件下具有至少比標(biāo)準(zhǔn)AA3004材料高20％的拉伸性能。另外，該例子表現(xiàn)出可以利用激光技術(shù)并在比較高的線速度下尺寸很薄地焊接本發(fā)明產(chǎn)品。我們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基材處于O回火度條件下時(shí)，基材性能而不是所采用的焊接技術(shù)主要對(duì)焊接后的機(jī)械性能負(fù)責(zé)。這也可以從表1、2所列的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，其中本發(fā)明的材料在相同尺寸下具有機(jī)械性能。另外，我們發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的波紋鋁板容易接受激光焊接且尤其是二氧化碳激光器焊接，這與大多數(shù)的具有低許多的鋅含量的傳統(tǒng)高鎂5000系列合金不一樣。這些傳統(tǒng)的AlMg合金通過焊接熔池而使激光束更分散。與標(biāo)準(zhǔn)的高AlMg合金如AA5456相比，它允許本發(fā)明的波紋鋁板可以范圍更廣地用在激光焊接中。
表2
例3利用與例1相同的處理程序生產(chǎn)出可以被用作本發(fā)明的波紋鋁板的且具有相同化學(xué)成分的板材，它的最終尺寸為1.3毫米。實(shí)施兩種不同的最終退火處理，隨后根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)在L方向和LT方向上檢驗(yàn)拉伸性能。所實(shí)施的這兩種最終退火是(1)在250℃下均熱1小時(shí)；(2)在350℃下均熱1小時(shí)。在這兩種情況下，加熱速度為25℃/小時(shí)并且在最終退火后冷卻到100℃下的冷卻速度為10℃/小時(shí)。第一種退火導(dǎo)致H回火度，第二種退火導(dǎo)致O回火度。表3列出了結(jié)果?？梢詮慕Y(jié)果中看到，可以在H回火度和O回火度條件下生產(chǎn)出用在本發(fā)明復(fù)合鋁板中的鋁板，在這兩種情況下，它們相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)AA3004材料具有至少20％的強(qiáng)度提高。
表權(quán)利要求
1．一種復(fù)合鋁板，它包括兩塊被固定在一塊在其之間的波紋鋁肋板的波峰和波谷上的平行板和/或薄板，其中波紋鋁肋板是由一種具有這樣的成分的鋁合金軋制板材制成的(按重量百分比)Mg1.5-6.0；Mn0.3-1.4；Zn0.4-5.0；Fe不超過0.5；Si不超過0.5；Zr不超過0.30；和可能有的至少一種以下元素，Cr0.05-0.30,Ti0.01-0.20,V0.05-0.25,Ag0.05-0.40；Cu不超過0.40；其余雜質(zhì)成分分別不超過0.05，雜質(zhì)成分總量不超過0.15；余量為Al；它在H條件下或在O條件下具有0.4-0.9的PS/UTS比并具有良好的軋制加工性能。
2．如權(quán)利要求1所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，所述波紋鋁肋板具有不超過3.0毫米的厚度并且最好厚0.2-1.0毫米。
3．如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，所述波紋鋁肋板的鋅含量為0.4％-1.2％。
4．如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，所述波紋鋁肋板的鋅含量為3.0％-4.5％。
5．如權(quán)利要求1-3之一所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，所述波紋鋁肋板是由具有這樣成分的鋁合金軋制板材制成的(按重量百分比)Mg5.0-6.0；Mn0.6-1.2；Zn0.4-1.5，優(yōu)選為0.4-0.9；Zr0.05-0.25；Cr不超過0.30；Ti不超過0.2；Fe不超過0.5；Si，不超過0.5；Cu不超過0.40；Ag不超過0.4；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
6．如權(quán)利要求1-5之一所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，在至少波紋板的一側(cè)面上有包覆層，它具有以下特征(ⅰ)它是由比所述軋制板材更純的鋁合金構(gòu)成的；(ⅱ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA1000系列構(gòu)成；(ⅲ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA6000系列構(gòu)成；(ⅳ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA4000系列構(gòu)成；(ⅴ)所述包覆層由鋁協(xié)會(huì)AA7000系列構(gòu)成。
7．如權(quán)利要求1-6之一所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，這兩塊平行板和/或薄板已通過焊接并最好通過激光焊接方式被固定在波紋鋁肋板上。
8．如權(quán)利要求1-7之一所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，至少其中一塊平行板和/或薄板位于波紋鋁肋板的同一成分窗內(nèi)。
9．如權(quán)利要求6或8所述的復(fù)合鋁板，其特征在于，一個(gè)由AA4000系列鋁合金構(gòu)成的包覆層位于波紋鋁肋板的至少一個(gè)側(cè)面上，至少其中一塊平行板和/或薄板已通過硬釬焊被固定在波紋鋁肋板上。
10．將具有以下成分(按照重量百分比)的軋制鋁板用作在如權(quán)利要求1-9之一所述的復(fù)合鋁板內(nèi)的波紋鋁肋板和/或平行板或薄板的用途Mg1.5-6.0；Mn0.3-1.4；Zn0.4-5.0；Fe不超過0.5；Si不超過0.5；Zr不超過0.30；和可能有的至少一種以下元素，Cr0.05-0.30,Ti0.01-0.20,V0.05-0.25,Ag0.05-0.40；Cu不超過0.40；其余雜質(zhì)成分分別不超過0.05，總量不超過0.15；余量為Al。
11．將具有以下成分(按照重量百分比)的軋制鋁板用作在如權(quán)利要求1-9之一所述的復(fù)合鋁板內(nèi)的波紋鋁肋板和/或平行板或薄板的用途Mg5.0-6.0；Mn0.6-1.2；Zn0.4-1.5，優(yōu)選為0.4-0.9；Zr0.05-0.25；Cr不超過0.30；Ti不超過0.2；Fe不超過0.5；Si，不超過0.5；Cu不超過0.40；Ag不超過0.4；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。
12．一種焊接結(jié)構(gòu)，它包括至少一塊如權(quán)利要求1-9之一所述的復(fù)合鋁板。
13．一種用于建造船只的如權(quán)利要求1-9之一所述的復(fù)合鋁板。
14．一種用于海上建筑物的如權(quán)利要求1-9之一所述的復(fù)合鋁板。
全文摘要
一種復(fù)合鋁板,它包括兩塊被固定在一塊在其之間的波紋鋁肋板的波峰和波谷上的平行板和/或薄板,其中波紋鋁肋板是由一種具有這樣的成分的鋁合金軋制板材制成的(按重量百分比):Mg 1.5－6.0;Mn 0.3－1.4;Zn 0.4－5.0;Fe不超過0.5;Si不超過0.5;Zr不超過0.30;和可能有的至少以下一種元素,Cr 0.05－0.30,Ti 0.01－0.20,V 0.05－0.25,Ag 0.05－0.40;Cu不超過0.40;其余雜質(zhì)成分分別不超過0.05,總量不超過0.15;余量為Al;它在H條件下或在O條件下具有0.4－0.9的PS/UTS比并具有良好的軋制加工性能。
文檔編號(hào)B23K20/12GK1325341SQ99812945
公開日2001年12月5日 申請(qǐng)日期1999年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月30日
發(fā)明者A·J·P·哈斯勒, D·薩姆帕斯, K·A·麥徹斯奈爾 申請(qǐng)人:克里斯鋁軋制品有限公司