具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，属于金属板材制造【技术领域】。本发明具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，包括首先制备波纹夹芯层；向波纹夹芯层的空心部分加入起支撑作用的芯棒；通过爆炸焊接实现波纹夹芯层与上下金属面板之间的连接；取出芯棒后，得到具有波纹夹芯结构复合板。本发明可获得比钎焊更高质量的冶金结合强度和界面，同时实现了异种材料芯板与面板间的连接，其制备速度快、效率高、制备成本低。
【专利说明】具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种夹芯层复合板的制备方法，具体讲是一种具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，属于金属板材制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，具有波纹夹芯层结构的复合板在航空、航天工程领域得到了广泛地应用，对在提高航空、航天器的整体结构性能，降低重量及改善隔热性能等方面发挥了重要作用。
[0003]现有制造具有波纹夹芯层结构的复合板主要采用超塑性成形/扩散焊方法及钎焊连接，其存在以下不足:(I)、形状单一。此方法仅能直接制备出具有梯形波纹夹芯结构的复合板，无法用于带有弧度形状、结构复杂的波纹夹芯层结构复合板的制备。(2)、复合板表面质量不高，尤其是扩散焊的区域，在超塑性成形过程中面板与波纹夹芯层在连接与未连接交界处收到的拉力比较大，极易产生沟槽现象。(3)、该方法只适用于波纹夹芯层和面板材料相同的情况，无法适用于波纹夹芯层和面板之间为异种材料的连接。(4)、结合强度不高。利用钎焊方法将波纹夹芯层与上下面板进行连接，由于钎焊接头强度远低于母材，在高温时力学性能达不到航空、航天领域的使用要求。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种能制备多种形状、面板与芯板间结合强度高、步骤简单高效且能适用于同/异种材料的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，包括以下步骤:
1)、制备波纹夹芯层；
2)、向波纹夹芯层的空心部分加入起支撑作用的芯棒；
3)、通过爆炸焊接实现波纹夹芯层与上下金属面板之间的连接；
4)、取出芯棒后，得到具有波纹夹芯结构复合板。
[0006]本发明中，所述波纹夹芯层的制备过程为:
1)、用不锈钢加工成具有矩形波、梯形波、三角形波或正弦波波形的凹模；
2)、将钛合金平板平铺在凹模上，再将上模压在钛合金平板上；
3)、将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，确保密封性，并将模具加热至钛合金超塑性成形温度，同时通过上模的进气口通入氩气，对钛合金平板材进行超塑性成形，冷却后得到钛合金波纹夹芯层。
[0007]本发明中，所述波纹夹芯层的制备过程为:
1)、用不锈钢加工成具有矩形波、梯形波、三角形波或正弦波波形的凹模；
2)、将铝合金平板平铺在凹模上，再将上模压在铝合金平板上；
3)、将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，并将模具加热至铝合金超塑性成形温度，同时通过上模的进气口通入氩气，对铝合金平板材进行超塑性成形，冷却后得到铝合金波纹夹芯层。
[0008]本发明中，所述步骤2)为:
1)、制备与凹模具有相同波纹形状的芯棒模具；
2)、向芯棒模具中浇注低熔点合金，冷却后作为芯棒装入波纹夹芯层的空心部分。
[0009]本发明中，所述步骤2)为:将波纹夹芯层空心部分的两端进行封焊后，向波纹夹芯层的空心部分注入低熔点合金，待冷却后作为支撑芯棒。
[0010]本发明中，于所述步骤2)为:机械加工出与波纹夹芯层波纹形状相同的碳钢芯棒后插入波纹夹芯层的空心部分。
[0011]本发明中，所述步骤3)中爆炸过程为:
1)、在波纹夹芯层和上下面板之间的连接部位铺上乳化炸药；
2)、将波纹夹芯层夹在上下面板之间，引爆炸药实现焊接。
[0012]本发明中，所述上下面板为钛合金板或铝合金板。
[0013]本发明中，所述波纹夹芯层、上面板和下面板为同种材料或异种材料。
[0014]本发明的有益效果:本发明具有以下优点:(1)、本发明利用爆炸复合实现芯层与面板的连接，可获得比钎焊更高质量的冶金结合强度和界面，同时实现了异种材料芯板与面板间的连接；(2)、本发明利用超塑性成形方法对夹芯层进行单独成形，能成形复杂形状的波纹夹芯层同时减少回弹量，保证成形的精度；(3)、与钎焊及扩散等连接方法相比，本发明制备速度快、效率高、制备成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法流程图；
图2为波纹夹芯层模具结构图；
图3为波纹夹芯层模具截面图；
图4为组装后的模具示意图；
图5为成形后的波纹夹芯层示意图；
图6为芯棒形式示意图；
图7为爆炸焊接示意图；
图8为具有波纹夹芯结构的复合层板；
图中，1-凹模、2-上模、3-进气口、4-金属板、5-上面板、6-下面板、7-芯棒、8-爆炸焊接部位。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法作进一步介绍。
[0017]实施例1
第一步，用321不锈钢(lCr8Ni9Ti)加工轮廓尺寸为260mmX260mmX40mm的凹模1，凹模I上为正弦波，正弦波的波长为60mm，波幅为30mm，用于制造波纹夹芯层，如图2、3所示；第二步，将尺寸为260mmX 260mmX 1.5mm的TC4钛合金平板4平铺在凹模I上，再将上模2压在TC4钛合金平板4上，如图4所示；
第三步，将装配好的模具放入加热炉中，对上模2进行机械加压，以保证密封性；同时将模具加热至900-920°C，同时通过上模2的进气口 3通入氩气，对TC4钛合金平板4进行超塑性成形，冷却后取出得到TC4钛合金波纹夹芯层，如图4、5所示；
第四步，制造和凹模I具有相同波纹形状的芯棒模具，并向芯棒模具中浇注低熔点合金，待其冷却后取出低熔点合金芯棒7，并将其装入TC4钛合金波纹夹芯层的空心处，芯棒7在爆炸焊接时起支撑作用，如图6所示；
第五步，在TC4钛合金波纹夹芯层和上TC4钛合金面板5、下TC4钛合金面板6间的爆炸焊接部位8 (即TC4钛合金波纹夹芯层夹在上下面板中间时与上下面板接触部位)铺上乳化炸药；然后将其夹在上下TC4钛合金面板之间，用电雷管引爆炸药实现上下TC4钛合金面板与TC4钛合金波纹夹芯层之间的焊接，如图7所示；
第六步，将爆炸后复合板放入水中，加热至水沸腾后低熔点合金芯棒即会熔化从复合板中流出，最终获得具有波纹夹芯结构的复合板，如图8所示。
[0018]实施例2
第一步，用321不锈钢(lCr8Ni9Ti)加工轮廓尺寸为260_X 260_X 40mm的凹模，凹模I为梯形波，梯形波的波长为60mm,波幅为30mm,用于制造波纹夹芯层；
第二步，将尺寸为260mmX260mmX2.5mm的5083铝合金平板平铺在凹模上，再将上模压在5083铝合金平板上；
第三步，将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，以保证密封性；同时将模具加热至500-535°C，同时通过上模的进气口通入氩气，对5083铝合金平板进行超塑性成形，冷却后取出得到5083铝合金波纹夹芯层；
第四步，将成形后的5083铝合金波纹夹芯层空心部分的两端进行封焊，之后直接向5083铝合金波纹夹芯层的空心部分注入低熔点合金，待冷却后将两端的封焊割除，形成低熔点合金芯棒，芯棒在爆炸焊接时起支撑作用；
第五步，在5083铝合金波纹夹芯层和上5083铝合金面板、下5083铝合金面板间的爆炸焊接部位(即5083铝合金波纹夹芯层夹在上下面板中间时与上下面板接触部位)铺上乳化炸药；然后将其夹在上下5083铝合金面板之间，用电雷管引爆炸药实现上下5083铝合金面板与5083铝合金波纹夹芯层之间的焊接；
第六步，将爆炸后复合板放入水中，加热至水沸腾后低熔点合金芯棒即会熔化从复合板中流出，最终获得具有波纹夹芯结构的复合板。
[0019]实施例3
第一步，用321不锈钢(lCr8Ni9Ti)加工轮廓尺寸为260mmX260mmX40mm的凹模1，凹模I上为矩形波，矩形波的波长为60mm，波幅为30mm，用于制造波纹夹芯层；
第二步，将尺寸为260mmX 260mmX 1.5mm的TC4钛合金平板平铺在凹模上，再将上模压在TC4钛合金平板上；
第三步，将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，以保证密封性；同时将模具加热至900-920°C，同时通过上模的进气口通入氩气，对TC4钛合金平板进行超塑性成形，冷却后取出得到TC4钛合金波纹夹芯层；
第四步，通过机械加工出与TC4钛合金波纹夹芯层波纹形状相同的碳钢材质的芯棒，并在芯棒表面涂覆黄油阻焊剂，将其插入TC4钛合金波纹夹芯层的空心部分，芯棒在爆炸焊接时起支撑作用；
第五步，在TC4钛合金波纹夹芯层和上5083铝合金面板、下5083铝合金面板间的爆炸焊接部位(即TC4钛合金波纹夹芯层夹在上下面板中间时与上下面板接触部位)铺上乳化炸药；然后将其夹在上下5083铝合金面板之间，用电雷管引爆炸药实现上下5083铝合金面板与TC4钛合金波纹夹芯层之间的焊接；
第六步，抽出复合板内的碳钢芯棒，最终获得具有波纹夹芯结构的异种材质复合板。
[0020]实施例4
第一步，用321不锈钢(lCr8Ni9Ti)加工轮廓尺寸为260mmX260mmX40mm的凹模1，凹模I上为三角形波形，三角形的波长为60mm,波幅为30mm,用于制造波纹夹芯层；
第二步，将尺寸为260mmX 260mmX 1.5mm的TC4钛合金平板平铺在凹模上，再将上模压在TC4钛合金平板上；
第三步，将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，以保证密封性；同时将模具加热至900-920°C，同时通过上模的进气口通入氩气，对TC4钛合金平板进行超塑性成形，冷却后取出得到TC4钛合金波纹夹芯层；
第四步，通过机械加工出截面与TC4钛合金波纹夹芯层波纹形状相同的碳钢材质的芯棒，并在芯棒表面涂覆黄油阻焊剂，将其插入TC4钛合金波纹夹芯层的空心部分，芯棒在爆炸焊接时起支撑作用；
第五步，在TC4钛合金波纹夹芯层和上2124铝合金面板、下5083铝合金面板间的爆炸焊接部位(即TC4钛合金波纹夹芯层夹在上下面板中间时与上下面板接触部位)铺上乳化炸药；然后将其夹在上2124铝合金面板、下5083铝合金面板之间，用电雷管引爆炸药实现上2124铝合金面板、下5083铝合金面板与TC4钛合金波纹夹芯层之间的焊接；
第六步，抽出复合板内的碳钢芯棒，最终获得具有波纹夹芯结构的异种材质复合板。
[0021]上述实施例中的不锈钢凹模波形可以根据实际需要在矩形波、梯形波、三角形波或正弦波间选择或做出其他变换。
[0022]以上所述仅是本发明的优选实施方式，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做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)、制备波纹夹芯层； 2)、向波纹夹芯层的空心部分加入起支撑作用的芯棒； 3)、通过爆炸焊接实现波纹夹芯层与上下金属面板之间的连接； 4)、取出芯棒后，得到具有波纹夹芯结构复合板。
2.根据权利要求1所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于:所述波纹夹芯层的制备过程为: 1)、用不锈钢加工成具有矩形波、梯形波、三角形波或正弦波波形的凹模； 2)、将钛合金平板平铺在凹模上，再将上模压在钛合金平板上； 3)、将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，确保密封性，并将模具加热至钛合金的超塑性成形温度，同时通过上模的进气口通入氩气，对钛合金平板进行超塑性成形，冷却后得到钛合金波纹夹芯层。
3.根据权利要求1所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，所述波纹夹芯层的制备过程为: 1)、用不锈钢加工成具有矩形波、梯形波、三角形波或正弦波波形的凹模； 2)、将铝合金平板平铺在凹模上，再将上模压在铝合金平板上； 3)、将装配好的模具放入加热炉中，对上模进行机械加压，确保密封性，并将模具加热至铝合金的超塑性成形温度，同时通过上模的进气口通入氩气，对铝合金平板材进行超塑性成形，冷却后得到铝合金波纹夹芯层。
4.根据权利要求1所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于所述步骤2)为: 1)、制备与凹模具有相同波纹形状的芯棒模具； 2)、向芯棒模具中浇注低熔点合金，冷却后作为芯棒装入波纹夹芯层的空心部分。
5.根据权利要求1所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于所述步骤2)为:将波纹夹芯层空心部分的两端进行封焊后，向波纹夹芯层的空心部分注入低熔点合金，待冷却后作为支撑芯棒。
6.根据权利要求1所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于所述步骤2)为:机械加工出与波纹夹芯层波纹形状相同的碳钢芯棒后插入波纹夹芯层的空心部分。
7.根据权利要求1至6任一项所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于所述步骤3)中爆炸过程为: 1)、在波纹夹芯层和上下面板之间的连接部位铺上乳化炸药； 2)、将波纹夹芯层夹在上下面板之间，引爆炸药实现焊接。
8.根据权利要求7所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于:所述上下面板为钛合金板或招合金板。
9.根据权利要求8所述的具有波纹夹芯层结构复合板的制备方法，其特征在于:所述波纹夹芯层、上面板和下面板为同种材料或异种材料。
【文档编号】B23P15/00GK103862233SQ201410048716
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】陶杰, 王文涛, 郭训忠, 潘蕾, 蔡雷, 朱建平 申请人:江苏呈飞精密合金股份有限公司, 南京航空航天大学