泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件的拼焊成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁板焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件的拼焊成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫鋁材料是一種質(zhì)輕、多空隙的金屬材料，它具有高的比強度、高比剛度、高強韌性、降噪隔熱、緩沖減振等多重優(yōu)勢，在多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于泡沫材料具有隨機分布的孔洞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致泡沫鋁的抗拉強度和抗彎強度較低，而泡沫鋁夾芯三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合板因其結(jié)構(gòu)類似于工字鋼，因此具有很高的抗彎強度和抗拉強度，而且很好的繼承了泡沫鋁的優(yōu)異性能，可作為新型建材、汽車等高剛度的結(jié)構(gòu)件。
[0003]目前，國內(nèi)外對泡沫鋁夾芯三明治結(jié)構(gòu)的制備有了大量的研究，其制備方法主要有膠粘工藝、熱壓粉末冶金發(fā)泡工藝以及焊接的方法。
[0004]膠粘工藝是使用膠黏劑將泡沫鋁和上下層金屬面板粘結(jié)起來的一種物理連接方法，其優(yōu)點是工藝簡單，成本低，但是，芯層與金屬面板無法實現(xiàn)可靠的冶金結(jié)合，不耐高溫和腐蝕，同時，膠粘劑易老化，不能實現(xiàn)面板與芯層間長期有效的結(jié)合。
[0005]熱壓粉末冶金發(fā)泡工藝是將混合好的鋁粉和發(fā)泡劑粉末與面板一起放進模具中(混合粉在兩塊面板中間)，沿軸向熱壓制，得到可發(fā)泡的三明治復(fù)合板，再將該復(fù)合板加熱至使夾芯發(fā)泡，進而制得具有冶金界面結(jié)合的泡沫鋁夾芯三明治結(jié)構(gòu)。該制備方法的優(yōu)點是界面實現(xiàn)了冶金結(jié)合，較膠粘工藝而言，界面結(jié)合強度大、耐高溫、抗氧化，但是，熱壓粉末冶金發(fā)泡法在熱壓卸載時，泡沫芯層會發(fā)生彈性后效，不利于泡沫芯層均勻性，而且，芯層的粉末在熱壓時會出現(xiàn)“團聚”現(xiàn)象，使泡沫芯層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生空洞缺陷。
[0006]焊接的方法又分為激光焊、壓力焊以及擴散焊等方法。激光焊可以將制好的泡沫鋁和面板表層熔化凝固而焊接在一起，但是，在高溫的作用下，泡沫鋁內(nèi)部大量孔隙結(jié)構(gòu)因熔化坍塌而破壞，此外，由于特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，采用熔化焊的方法也很難實現(xiàn)較高孔隙率的泡沫鋁的焊接。壓力焊有半固相和固相連接的特點，但是，在焊接時要求施加較大的頂鍛力，容易造成泡沫鋁材料的變形，嚴(yán)重破壞原有的孔隙結(jié)構(gòu)。擴散焊是在一定溫度和壓力下，將待焊件緊密貼合一段時間，是接觸面間原子相互擴散形成連接的一種方法，但是，擴散焊接對焊接面表面粗糙度要求較高，同時，需要一定的壓力和擴散時間，容易造成泡沫鋁變形，延長了生產(chǎn)周期，生產(chǎn)效率低。
[0007]而且，目前制備泡沫鋁夾芯三明治結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，通常是將泡沫鋁夾芯三明治板與實心金屬板或者另一塊泡沫鋁夾芯三明治板通過膠黏劑粘結(jié)在一起或者焊接在一起，但是膠粘劑無法實現(xiàn)長期可靠的連接，而焊接會破壞焊縫處的孔隙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件的拼焊成形方法，它可以解決傳統(tǒng)工藝制備預(yù)制體致密性和均勻性差，以及板/芯界面冶金結(jié)合強度不高等問題;還可對預(yù)制體進行大面積連接，或進一步與實心板材進行拼焊成形，然后發(fā)泡制備AFS構(gòu)件。
[0009 ]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件的拼焊成形方法，包括以下步驟:
[0011 ] S1、將發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑粉末充分混合；
[0012]S2、將步驟S1中的混合粉末均勻分布在中間層鋁合金板材上以及疊放于該中間層鋁合金板材底面的金屬板材上，然后在中間層鋁合金板材的頂面疊放一塊金屬板材；
[0013]S3、采用攪拌摩擦焊對步驟S2中疊放的三塊板材進行多道次的焊接處理，以獲得致密的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板；
[0014]S4、將至少兩塊步驟S3中的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板拼焊連接，或者將步驟S3中的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板與至少一塊拼焊鋁合金板材進行拼焊連接，形成拼焊構(gòu)件；
[0015]S5、將步驟S4中的拼焊構(gòu)件放入模具中加熱發(fā)泡，以獲得泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件。
[0016]按上述技術(shù)方案，所述發(fā)泡劑采用氫化鈦、氫化鋯或碳酸鈣粉，粉末尺寸為20?1 ΟΟμ??，發(fā)泡劑的質(zhì)量與兩塊金屬板材的質(zhì)量比為0.5?2 % ;所述穩(wěn)定劑采用金屬鈣、碳化娃或氧化招粉，粉末尺寸為0.5?ΙΟμπι，穩(wěn)定劑的質(zhì)量與兩塊金屬板材的質(zhì)量比為5?15%。
[0017]按上述技術(shù)方案，所述中間層鋁合金板材為鋁合金乳制板材或壓鑄板材，所述中間層鋁合金板材的厚度為0.5?10mm;所述金屬板材為不銹鋼板材、鎂合金板材或鋁合金板材，所述金屬板材的厚度為0.5?10mm。
[0018]按上述技術(shù)方案，步驟S3中，采用攪拌摩擦焊對疊放的三塊板材進行2?20道次的焊接處理，攪拌頭的轉(zhuǎn)速為100?2000r/min，焊接速度為10?1200mm/min，軸向下壓量為0.1?0.3mm0
[0019]按上述技術(shù)方案，步驟S4中，所述拼焊連接為采用攪拌摩擦焊拼接，攪拌頭的轉(zhuǎn)速為50?2000r/min，焊接速度為10?1200mm/min，軸向下壓量為0.1?0.2mm。
[0020]按上述技術(shù)方案，步驟S4中，所述拼焊鋁合金板材的厚度與泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板的厚度相等。
[0021]按上述技術(shù)方案，步驟S4中，兩塊泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板之間、泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板與拼焊鋁合金板材之間均通過凹凸V形坡口連接。
[0022]按上述技術(shù)方案，步驟S4中，對泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板與拼焊鋁合金板材拼焊連接形成的拼焊構(gòu)件進行塑性加工成形，制成異型拼焊構(gòu)件。
[0023]按上述技術(shù)方案，所述塑性加工成形為沖壓成形。
[0024]按上述技術(shù)方案，步驟S5中，將步驟S4中的拼焊構(gòu)件放入電阻爐或真空電阻爐中加熱發(fā)泡，加熱溫度為580?800°C，保溫時間為1?20min，然后取出采用水冷或空冷。
[0025]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明利用攪拌摩擦焊對焊縫組織具有明顯細化和均布的特點，先制備致密度和均勻性高、板/芯界面冶金結(jié)合強度高的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板，再將其與另一塊泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板或者拼焊鋁合金板材進行大面積連接，形成設(shè)定尺寸的拼焊構(gòu)件，實現(xiàn)了泡沫材料與實體材料的拼焊成形，再將拼焊構(gòu)件進行加熱發(fā)泡，最終獲得芯層鋁合金泡孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件，這些構(gòu)件可應(yīng)用于汽車及航空航天領(lǐng)域。本發(fā)明大大簡化了 AFS復(fù)合板制備工藝，將傳統(tǒng)的6-8道工序簡化成3-4道，提高制備效率，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0026]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0027]圖1是本發(fā)明實施例的工藝圖；
[0028]圖2是本發(fā)明中實施例中步驟S3中攪拌頭軸向下壓量的示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明制備的泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:1-混合粉末，2-金屬板材，3-中間層鋁合金板材，4-攪拌頭，5-泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板，6-拼焊鋁合金板材，7-拼焊構(gòu)件，7。異型拼焊構(gòu)件，8-泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]如圖1-圖3所示，一種泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件的拼焊成形方法，包括以下步驟:
[0033]S1、將發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑粉末充分混合；
[0034]S2、將步驟S1中的混合粉末1均勻分布在中間層鋁合金板材3上以及疊放于該中間層鋁合金板材3底面的金屬板材2上，然后在中間層鋁合金板材3的頂面疊放一塊金屬板材2；
[0035]S3、采用攪拌摩擦焊對步驟S2中疊放的三塊板材進行多道次的焊接處理，以獲得致密的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板5;
[0036]S4、將至少兩塊步驟S3中的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板5拼焊連接，或者將步驟S3中的泡沫鋁金屬預(yù)制體的三明治板5與至少一塊拼焊鋁合金板材6進行拼焊連接，形成拼焊構(gòu)件7 ；
[0037]S5、將步驟S4中的拼焊構(gòu)件7放入模具中加熱發(fā)泡，以獲得泡沫鋁夾芯三明治構(gòu)件8。
[0038]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，發(fā)泡劑采用氫化鈦、氫化鋯或碳酸鈣粉，粉末尺寸為20?ΙΟΟμπι，發(fā)泡劑的質(zhì)量與兩塊金屬板材的質(zhì)量比為0.5?2% ;穩(wěn)定劑采用金屬|(zhì)丐、碳化娃或氧化鋁粉，粉末尺寸為0.5?ΙΟμπι，穩(wěn)定劑的質(zhì)量與兩塊金屬板材的質(zhì)量比為5?15%。
[0039]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，中間