一种超声波焊铝塑复合管用铝合金及铝合金板材制备方法 【技术领域】
本发明涉及金属材料，具体涉及一种超声波焊铝塑复合管用铝合金及铝合金板材的制备方法。
背景技术
铝塑复 合管是一种由中间纵焊铝管、内外层聚乙烯材料以及层与层之间热熔性共挤复合而成的新型管道。内外层聚乙烯易于成型、耐腐蚀性和耐低温性能好、低温抗冲击性能优异，管材级聚乙烯还具有高的长期耐压性能和耐环境应力开裂性能。中间层纵焊铝合金属管子具有金属的耐压强度和耐冲击能力，在铝塑管实际使用温度范围内，铝合金强度保持不变，为铝塑管的长期耐热性能提供了可靠的保障。由于铝塑复合管具有金属管坚固耐压和塑料管抗酸碱耐腐蚀的双重优点，被广泛应用于各种行业。
在生产铝塑复合管时，先制备厚度约为0.2mm的铝合金板材，然后采用超声波对接焊得到中间铝管。铝塑复合管对铝合金板材性能要求较低，但是要求铝合金的力学性能具有很好的稳定性，在现有技术中，经常采用AA1100铝合金制备铝塑复合管。
AA1100铝合金为纯铝中添加少量铜元素形成，其典型成分为：0.05wt％～0.2wt％的Cu、0.95wt％的Si+Fe、0.05wt％的Mn、0.10wt％的Zn、小于0.05wt％的杂质、余量的Al。AA1100铝合金具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性，广泛用于需要有良好的成形性和高抗蚀性，但强度要求不高的产品，如厨具、小五金件、铝塑复合管等领域。
在现有技术中，制备铝塑复合管的一个典型工艺过程包括：制备出厚度约为0.2mm厚度的AA1100铝合金板材成品后，再将所述铝合金板材在290℃～400℃、保温17～20小时进行退火，再通过超声波焊接制备中间铝管，然后在中间铝管的内外层复合聚乙烯材料制备铝塑复合管。然而在现有技术中，采用1100铝合金制备铝合金板材时，产品力学性能波动性大，因此导致铝合金板材成品率降低，从而致使利用该铝合金板材制备的铝塑复合管合格率较低。
因此，需要提供一种力学性能稳定、适用于超声波焊铝塑复合管用的铝合金。
【发明内容】
本发明解决的技术问题在于提供一种力学性能稳定、适用于超声波焊铝塑复合管用的铝合金，由该铝合金制备铝塑复合管用铝合金板材时，具有高的成品率。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种超声波焊铝塑复合管用铝合金，包括：
0.3wt％～0.5wt％的Si；
0.65wt％～0.85wt％的Fe；
0.01wt％～0.03wt％的Ti；
总量小于0.15wt％的杂质，其中单个杂质的含量小于0.05wt％；
余量Al。
优选的，所述铝合金包括0.4wt％～0.5wt％的Si。
优选的，所述铝合金包括0.7wt％～0.85wt％的Fe。
优选的，所述铝合金包括0.015wt％～0.025wt％的Ti。
本发明还提供一种超声波焊铝塑复合管用铝合金板材的制备方法，包括：
铸造工序：制备上述技术方案所述的铝合金铸锭；
轧制工序：轧制所述铝合金铸锭得到厚度为0.18mm～0.25mm的铝合金板材；
退火工序：将所述铝合金板材升温至340℃～460℃保温，然后退火处理。
优选的，在所述退火工序中，将所述铝合金板材升温至380℃～420℃进行保温。
优选的，所述轧制工序包括：
热轧工序：热轧所述铝合金铸锭得到厚度为6.5mm～7.0mm的铝合金板材坯料；
冷轧工序：所述铝合金板材坯料冷轧所述铝合金板材坯料得到厚度为0.18mm～0.25mm的铝合金板材。
优选的：所述冷轧工序包括：
将所述热轧工序得到的铝合金板材坯料冷轧得到厚度为0.5mm～0.7mm的铝合金板材坯料；
对所述厚度为0.5mm～0.7mm的铝合金板材坯料进行切边处理；
冷轧所述切边处理后的铝合金板材坯料，得到厚度为0.18mm～0.25mm的铝合金板材。
优选的，所述热轧时的温度为450℃～520℃。
优选的，在所述退火工序中铝合金板材的保温时间为1小时～3小时。
本发明提供一种超声波焊铝塑复合管用铝合金，其成分为0.3wt％～0.5wt％的Si；0.65wt％～0.85wt％的Fe；0.01wt％～0.03wt％的Ti；总量小于0.15wt％地杂质，其中单个杂质的含量小于0.05wt％；余量Al。实验结果表明，利用本发明提供的铝合金制备铝塑复合管用铝合金板材时，可以提高铝合金板材的成品率，保证铝合金板材性能的稳定性。
本发明还提供了一种超声波焊铝塑复合管用铝合金板材的制备方法，按照本发明，将上述成分的铝合金制备铝合金板材后，得到的铝合金板材具有很好的力学性能。实验结果表明，可以提高铝合金板材的成品率，提高铝合金板材性能的稳定性。
【具体实施方式】
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种用于超声波焊铝塑复合管的铝合金，包括：0.3wt％(重量百分比)～0.5wt％的Si；0.65wt％～0.85wt％的Fe；0.01wt％～0.03wt％的Ti；总量小于0.15wt％的杂质，其中单个杂质的含量小于0.05wt％；余量Al。
按照本发明，所述铝合金中包括0.3wt％～0.5wt％的Si和0.65wt％～0.85wt％的Fe。对于铝塑复合管，配合添加Si和Fe可以提高铝合金铸造性能和抗腐蚀性，而且Si也有利于提高铝合金的焊接性能。在铝合金中，Fe和Si形成α相。此外，当Si和Fe偏离上述成分时，会使铝合金铸件产生裂纹，而且过高的Si和Fe会增加铝合金的脆性，不利于提高延展性。按照本发明，所述Si含量优选为0.4wt％～0.5wt％；Fe含量优选为0.7wt％～0.8wt％。
按照本发明，所述铝合金中还包括不高于0.01wt％～0.03wt％的Ti。在铝合金中，Ti和Al形成TiAl3相，形成铝合金时，TiAl3相成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。按照本发明，所述铝合金中Ti含量优选为0.015wt％～0.025wt％。
按照本发明，所述铝合金还可以添加包括锰、锌中的一种或多种元素。其中，锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能细化再结晶晶粒，锰的添加量优选为0.01wt％～0.15wt％，更优选为0.05wt％～0.12wt％。锌的添加量优选为0.01wt％～0.15wt％，更优选为0.05wt％～0.12wt％。
此外，本发明提供的铝合金中还可以包括选自稀土元素、钒、钙、铅、锡、铋、锑、铍、钠、铜中的一种或多种杂质元素。
稀土元素可以使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少铝合金中的气体和夹杂，并使夹杂相区域球化。此外，稀土元素还降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭。
钒在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用。此外，钒还可以细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。
钙可以改善铝合金的切削性能，并有利于去除铝液中的氢。
铅、锡、铋是低熔点金属，可以改善切削性能。另外，铋在铝合金凝固过程中膨胀，对补缩有利。
锑主要用于铸造铝合金的变质剂，改善铝合金冷加工或热加工性能。
按照本发明，铝合金中杂质元素的重量不超过0.15wt％，更优选的，杂质元素的总量不超过0.12wt％，更优选的，不超过0.1wt％。其中，单个杂质元素的含量不超过0.05wt％，优选不超过0.03wt％。
按照本发明，所述铝合金中铜作为杂质元素，铜在铝合金中具有固溶强化效果，例如时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。但是对于铝塑管用铝合金，不需要铝合金具有较高的强度，需要保证其力学性能的稳定性，由于Cu在铝合金板材的轧制过程中容易导致产生力学性能不稳定的铝合金板材，因此本发明中将Cu作为杂质，而通过改进其它成分保证铝合金板材的力学性能，从而提高制备铝合金板材的成品率。
本发明还提供一种超声波焊铝塑复合管用铝合金板材的制备方法，包括：
铸造工序：制备上述技术方案所述的铝合金；
轧制工序：轧制所述铸造工序的铝合金得到厚度为0.18mm～0.25mm的铝合金板材；
退火工序：将所述铝合金板材升温至340℃～460℃保温，然后退火处理。
按照本发明，采用铸造方法制备上述技术方案中铝合金成分的铝合金铸锭。对于铸造方法，本发明并无特别限制，可以为本领域技术人员熟知的水平连铸法、半连续铸造法。
按照所述铝合金的成分铸造铝合金后，优选热轧所述铝合金得到厚度为6.5～7.0mm的铝合金板材坯料，对于热轧温度，优选为至少400℃，更优选的，热轧温度为420℃～500℃，更优选为440℃～480℃。对于热轧次数，并无特别限制，可以进行一次或多次热轧。
热轧得到厚度为6.5～7.0mm的铝合金板材坯料后，优选进行第一次冷轧所述铝合金板材坯料，得到厚度为0.5mm～0.7mm的铝合金板材坯料。为了防止在冷轧过程中产生的裂边影响后续轧制工序，对所述厚度为0.5mm～0.7mm的铝合金板材坯料进行切边处理。然后切边处理后的铝合金板材坯料进行第二次冷轧，得到成品厚度为0.18mm～0.25mm，优选为0.19mm～0.21mm的铝合金板材。
将铝材冷轧到铝合金成品厚度后，将成品厚度的铝合金加热到340℃～460℃，保温1～3小时退火处理。对于退火温度，优选为350℃～450℃，更优选为370℃～430℃，更优选为390℃～410℃。对于保温时间，优选为1.5～2.5小时。保温后，将铝合金在退火炉中冷却到室温，或者在空气中冷却，对此本发明并无特别的限制。
按照本发明，利用本发明提供的铝合金板材制备铝塑复合管时，采用超声波焊中间纵向焊接所述铝合金板材，得到中间铝管，然后在所述中间铝管的内层和外层复合聚乙烯得到铝塑复合管。
本发明提供一种超声波焊铝塑复合管用铝合金，其成分为0.3wt％～0.5wt％的Si；0.65wt％～0.8wt％的Fe；0.01wt％～0.03wt％的Ti；总量小于0.15wt％的杂质，其中单个杂质的含量小于0.05wt％；余量Al。实验结果表明，利用本发明提供的铝合金制备铝塑复合管用铝合金板材时，可以提高铝合金板材的成品率，保证铝合金板材性能的稳定性。
本发明还提供了一种超声波焊铝塑复合管用铝合金板材的制备方法，按照本发明，将上述成分的铝合金制备铝合金板材后，得到的铝合金板材具有很好的力学性能。实验结果表明，可以提高铝合金板材的成品率，提高铝合金板材性能的稳定性。
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供超声波焊铝塑复合管用铝合金及铝合金板材的制备方法进行描述。
实施例1
铸造如表1a所示成分的铝合金，热轧得到厚度为6.5mm的铝合金板材坯料，所述热轧时的轧制温度为480℃：
表1a、实施例1中的铝合金铸锭成分(wt％)
取步骤1)轧制的6.5mm厚的100个铝合金板材坯料，继续按照如下步骤加工：
2)冷轧所述厚度为6.5mm的铝合金板材坯料至得到厚度为0.5mm铝合金板材坯料；
3)对所述厚度为0.5mm的铝合金板材坯料进行切边处理；
4)冷轧切边处理后的铝合金板材坯料得到成品厚度为0.2mm的铝合金板材。
将所述铝合金板材加热至340℃，保温1.5小时后，在空气中冷却到室温退火处理。
测量由所述100个铝合金铸锭制得的铝合金板材的力学性能，其中满足强度≥110MPa且延伸率＞20％的为合格品，其余为废品，铝合金板材性能测试结果请参见表1b：
表1b、实施例1制备的铝合金板材性能测试结果
性能 强度≥110MPa 延伸率＞20％ 强度≥108MPa 但延伸率＜9％ 强度≤86MPa 但延伸率≥15％ 制板材过程 中断裂的 数量 94个 2个 4个 1个
实施例1制备的铝合金板材成品率为94％。
实施例2
1)铸造如表2a所述成分的铝合金，热轧得到厚度为7.0mm的铝合金板材坯料，所述热轧时的轧制温度为500℃：
表2a、实施例2中的铝合金铸锭成分(wt％)
取步骤1)轧制的7.0厚的100个铝合金板材坯料，继续按照如下步骤加工：
2)冷轧所述厚度为7.0mm的铝合金板材坯料至得到厚度为0.6mm铝合金板材坯料；
3)对所述厚度为0.6mm的铝合金板材坯料进行切边处理；
4)冷轧切边处理后的铝合金板材坯料得到成品厚度为0.21mm的铝合金板材。
将所述铝合金板材加热至380℃，保温2.5小时后，在空气中冷却到室温退火处理。
测量由所述100个铝合金铸锭制得的铝合金板材的力学性能，其中满足强度≥110MPa且延伸率＞20％的为合格品，其余为废品，铝合金板材性能测试结果请参见表2b：
表2b、实施例2制备的铝合金板材性能测试结果
性能 强度≥110MPa 且延伸率＞20％ 强度≥110MPa 但延伸率＜12％ 强度≤84MPa 但延伸率≥16％ 制板材过程 中断裂的 数量 93个 3个 2个 2个
实施例2制备的铝合金板材成品率为93％。
实施例3
1)铸造如表3a所述成分的铝合金，热轧得到厚度为6.5mm的铝合金板材坯料，所述热轧时的温度为460℃：
表3a、实施例3中的铝合金铸锭成分(wt％)
取步骤1)制备的厚度为6.5mm的100个铝合金板材坯料，均按照如下步骤加工：
2)冷轧所述厚度为6.5mm的铝合金板材坯料至得到厚度为0.5mm铝合金板材坯料；
3)对所述厚度为0.5mm的铝合金板材坯料进行切边处理；
4)冷轧切边处理后的铝合金板材坯料得到成品厚度为0.2mm的铝合金板材。
将所述铝合金板材加热至400℃，保温1.5小时后，在空气中冷却到室温退火处理。
测量由所述100个铝合金铸锭制得的铝合金板材的力学性能，其中满足强度≥110MPa且延伸率＞20％的为合格品，其余为废品，铝合金板材性能测试结果请参见表3b：
表3b、实施例3制备的铝合金板材性能测试结果
性能 强度≥110MPa 且延伸率＞20％ 强度≥109MPa 但延伸率＜8％ 强度≤94MPa 但延伸率≥14％ 制板材过程 中断裂的 数量 93个 3个 3个 1个
实施例3制备的铝合金板材成品率为93％。
实施例4
1)铸造如表4a所述成分的铝合金，热轧得到厚度为6.5mm的铝合金板材坯料，所述热轧轧时的温度为480℃：
表4a、实施例4中的铝合金铸锭成分(wt％)
取步骤1)制备的6.5mm的铝合金板材坯料，继续按照如下步骤加工：
2)冷轧所述厚度为6.5mm的铝合金板材坯料至得到厚度为0.5mm铝合金板材坯料；
3)对所述厚度为0.5mm的铝合金板材坯料进行切边处理；
4)冷轧切边处理后的铝合金板材坯料得到成品厚度为0.2mm的铝合金板材。
将所述铝合金板材加热至370℃，保温2.5小时后，在空气中冷却到室温退火处理。
测量由所述100个铝合金铸锭制得的铝合金板材的力学性能，其中满足强度≥110MPa且延伸率＞20％的为合格品，其余为废品，铝合金板材性能测试结果请参见表4b：
表4b、实施例4制备的铝合金板材性能测试结果
性能 强度≥110MPa 且延伸率＞20％ 强度≥105MPa 但延伸率＜10％ 强度≤91MPa 且延伸率≥17％ 制板材过程 中断裂的 数量 93个 2个 3个 2个
实施例4制备的铝合金板材成品率为93％。
比较例1
1)铸造如表5a所述成分的AA1100铝合金，热轧得到厚度为6.5mm的铝合金板材坯料，所述热轧时的温度为460℃：
表5a、比较例1中的铝合金铸锭成分(wt％)
取步骤1)的厚度为6.5mm的100个铝合金坯料，继续按照如下步骤加工：
2)冷轧所述厚度为6.5mm的铝合金板材坯料至得到厚度为0.5mm铝合金板材坯料；
3)对所述厚度为0.5mm的铝合金板材坯料进行切边处理；
4)冷轧切边处理后的铝合金板材坯料得到成品厚度为0.2mm的铝合金板材。
将所述铝合金板材加热至320℃，保温18小时后，在空气中冷却到室温退火处理。
测量由所述100个铝合金铸锭制得的铝合金板材的力学性能，其中满足强度≥110MPa且延伸率＞20％的为合格品，其余为废品，铝合金板材性能测试结果请参见表5b：
表5b、比较例1制备的铝合金板材性能测试结果
性能 强度≥110MPa 且延伸率＞20％ 强度≥105MPa 但延伸率＜10％ 强度≤101MPa 且延伸率≥15％ 制板材过程 中断裂的 数量 86个 6个 4个 4个
比较例1制备的铝合金板材成品率为86％。
比较实施例和比较例的结果可知，采用本发明提供的铝合金制制备铝塑管用铝合金板材具有更高的成品率，因此提高了铝合金板材的稳定性，虽然比较例中AA1100铝合金在退火时经过了较长时间的保温，但是其性能稳定性还是较差。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。