CN101219494A

CN101219494A - 泡沫铝夹芯复合板的焊接方法

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Publication number: CN101219494A
Application number: CNA2008100188123A
Authority: CN
Inventors: 何德坪; 王辉; 何思渊; 童道池
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: CN100463753C

Abstract

本发明属于泡沫铝焊接领域，公开了一种采用焊接成型工艺制备泡沫铝夹芯复合板的方法，步骤为：将洗净烘干的泡沫铝板和铝板进行处理，将处理好的泡沫铝板上放好钎料，然后将铝板放在钎料上送入一对辊轮副中轧压，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮运动而经过辊轮副轧压，其中钎料为低熔点铝基合金，辊轮直径≥200mm；采用氧乙炔或液化石油气火焰加热，加热辊轮轧压前缘的泡沫铝和铝板间的钎料层，当钎料熔化铺展时，启动辊轮副，调整辊轮副转速与加热熔化钎料的速度一致，轻轻轧压泡沫铝板和铝板使两者紧密贴合；冷却后将泡沫铝板和铝板结合体翻转，在泡沫铝板的另一面再放上钎料，然后覆盖上铝板重复上一步，即得到焊接成型的泡沫铝夹芯复合板。

Description

泡沫铝夹芯复合板的焊接方法

技术领域

本发明涉及铝板焊接领域，特别涉及一种泡沫铝板作为芯层的焊接成型方法。

背景技术

泡沫铝是一种含有大量均匀闭合孔隙的新型铝基金属材料，由于其独特的物理结构而具备许多优异性能，具有轻质(ρ＜1)，高比强度和比刚度，同时又具备隔声、隔热、阻燃、阻尼、冲击能量吸收和电磁屏蔽等多种特性，实现了结构材料的轻质多功能化，因而具有广泛的应用前景。特别在航天航空等高技术领域，高孔隙率泡沫铝作为超轻材料已成为国际材料研究的前沿热点。国内外对泡沫铝夹芯复合板的制备技术开展了大量的研究工作，制备技术从初始的芯层与面板胶黏成型工艺发展到热压粉末冶金发泡工艺以及现在的复合轧制粉末冶金技术，目前国内外采用粉末冶金法制备泡沫铝夹芯复合板主要存在以下缺陷：一是制备效率低；二是需要专门模具，生产成本高；三是高孔隙率芯层泡沫铝夹芯复合板制备困难。

发明内容

针对现有技术存在泡沫铝夹芯复合材料制备效率低、工艺复杂、成本高的缺点，本发明公开了一种制备效率高、工艺简单、成本低的泡沫铝夹芯复合板的焊接方法，步骤为：

第一步：将尺寸一样的长方体形泡沫铝板和厚度≥1mm的铝板洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理。可以采用线切割将任意厚度的泡沫铝板加工成长≥500mm、宽≥100mm的平板，然后用体积浓度为2％～5％的洗洁精对泡沫铝板和铝板进行清洗、烘干。

第二步：室温下将ZnCl₂和水配成饱合溶液，均匀涂抹在处理好的泡沫铝板和铝板表面；

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料再将处理过的铝板覆盖其上，然后送入一对作相向运动的辊轮副中，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮副的运动向前运动，其中钎料为低熔点铝基合金，辊轮直径≥200mm，辊轮副压强为0.1～1MPa；

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热辊轮辗轧前缘的泡沫铝和铝板间的钎料层，当泡沫铝板的温度达到475℃～500℃，钎料熔化铺展时，启动辊轮副，调整辊轮副转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全焊接好；

第五步：将步骤四焊接好的泡沫铝板和铝板翻转后，在泡沫铝板的另一面再放上钎料，然后覆盖上铝板重复步骤四；最后切割去边即得到泡沫铝夹芯复合板。

所述的泡沫铝夹芯复合板的焊接方法，步骤一中对泡沫铝板和铝板的的除锈去油处理是先将待焊泡沫铝板和铝板的表面用55～65℃的质量浓度为5～8％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为30～40％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

所述的泡沫铝夹芯复合板的焊接方法，其中钎料配方为，按质量百分数：Si：3.5％～4％、Mn：2.5％、Zn：44％～49％、Cu：15％、余量为Al。

本发明的有益效果为：

1.本发明的方法由于焊接处已经先在碱、酸和丙酮等介质中经过了预处理，采用氯化锌作为助焊剂去除泡沫铝胞壁表面的氧化膜层并保护焊接区在高温下不再继续氧化，去除了泡沫铝板表面的致密氧化膜和油污。以锌、铜、锰和硅为合金元素的低熔点铝基钎料，与泡沫铝本体熔点温度差较大，同时具有较好的力学性能和耐蚀性能。采用这类钎料，通过调整火焰状态可以得到稳定的钎剂和钎料熔化条件，利用钎剂的熔化铺展，破坏并清除了泡沫铝表面的氧化膜，改善了随后熔化的钎料在泡沫铝表面的润湿性质，最终冷却使钎料在泡沫铝芯层与铝面板之间凝固，从而实现了泡沫铝芯层与铝面板之间的冶金接合。

2.本发明采用辊轮副轧压，配合火焰加热，通过调整辊轮行走速度与泡沫铝芯层与铝面板之间的钎料熔化速度一致，经过辊轮的轧压后冷却形成完全冶金结合的焊接接头，面板与芯层的结合强度更高。

3.本发明钎焊最高温度为500℃，因此钎缝可以耐受较高温度。与常规粘接和低温钎焊连接相比，具有耐高温的优势。

4.本发明由于实现了泡沫铝芯层与铝面板的冶金接合，钎缝化学性质与泡沫铝本体极为相近，钎缝不大于0.5mm，表面在高温作用下仍可以形成致密氧化膜，因此具有耐腐蚀，耐油浸的特点。

5.本发明是金属间的接合，与粘接相比，不存在紫外线等空间射线条件下的老化问题，连接可靠。

6.本发明实现的连接接头可直接应用于工作环境。

7.本发明在钎接过程中加热时间短，因此焊接效率高。

8.本发明的工艺简单、成本低，容易实现自动化、效率高，本发明的方法中只要调整辊轮长度，不需要更换模具即可以焊接成型不同厚度、宽度和长度的泡沫铝夹芯复合板。

9.采用本发明的方法可以制备具有不同孔隙率，梯度孔隙率或不同孔径的泡沫铝板为芯层的夹芯复合结构。

附图说明

图1为焊接状态示意图。

其中，1.钎料层，2.铝板，3.泡沫铝板，4、5辊轮副，6.支架

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

第一步：采用线切割将任意厚度的泡沫铝板3加工成长≥500mm、宽≥100mm的平板，然后用体积浓度为2％～5％的洗洁精对泡沫铝板3和铝板2进行清洗、烘干。切割成一样尺寸。将尺寸一样的长方体形泡沫铝板3和厚度≥1mm的铝板2洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理，先将待焊泡沫铝板3和铝板2的表面用60℃的质量浓度为8％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为35％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。其中NaOH溶液的浓度可以是是5％、6％、8％，HNO₃溶液的浓度可以为30％、33％、40％。

第二步：室温下将ZnCl₂和水配成饱合溶液，均匀涂抹在处理好的泡沫铝板和铝板表面；ZnCl₂和水的体积比可以是1∶1、1∶3、1∶4。

第三步：将处理好的泡沫铝板3上放好钎料再将处理过的铝板覆盖在钎料层1上，然后送入一对作相向运动的辊轮副4、5中，泡沫铝板3和铝板2连同中间的钎料层1一起随着辊轮的运动向前运动，在辊轮副前还可以设有支架6对泡沫铝板起支承作用，其中钎料为低熔点铝基合金，辊轮直径≥200mm，辊轮副压强为0.1～1MPa；其中钎料配方为，按质量百分数：Si：3.5％～4％、Mn：2.5％、Zn：44～49％、Cu：15％、余量为Al。其中Si的含量可以是3.5％、3.8％、4％，Zn：的含量可以是44％、46％、49％，辊轮副的压强可以是0.1MPa、0.55MPa、1MPa。

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热，加热区在辊轮副轧压区前缘的泡沫铝板3与铝板2间的钎料层1处，当泡沫铝板的温度达到475℃～500℃，钎料熔化铺展时，启动辊轮，调整辊轮4、5的转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全紧密贴合好；泡沫铝板的温度可以是475℃、486℃、500℃。

第五步：将步骤四焊接好的泡沫铝板和铝板翻转后，在泡沫铝板的另一面再放上钎料，然后覆盖上铝板重复步骤四；采用电锯切割去边即得到泡沫铝夹芯复合板。

实施例2：

第一步：采用线切割将厚度为15mm、孔隙率为75％的泡沫铝板加工成长为1120mm、宽为600mm的平板，然后用体积浓度为2％的洗洁精对泡沫铝板和铝板进行清洗、烘干。切割成一样尺寸。将尺寸一样的长方体形泡沫铝板和厚度2mm的铝板洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理，先将待焊泡沫铝板和铝板的表面用60℃的质量浓度为5％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为30％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料再将处理过的铝板一起轧入一对辊轮副中固定好，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮的运动向前运动，其中钎料配方为按质量百分数：Si：3.5％、Mn：2.5％、Zn： 44％、Cu：15％、余量为Al。辊轮直径≥200mm，辊轮副压强为0.1MPa；

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热，加热区在辊轮轧压区的泡沫铝和铝板间的钎料，当泡沫铝板的温度达到475℃，钎料熔化铺展，启动辊轮副，调整辊轮转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全紧密贴合好即可；

实施例3：

第一步：采用线切割将厚度为20mm、孔隙率为90％的泡沫铝板加工成长为2100mm、宽为1120mm的平板，然后用体积浓度为5％的洗洁精对泡沫铝板和铝板进行清洗、烘干。切割成一样尺寸。将尺寸一样的长方体形泡沫铝板和厚度1.5mm的铝板洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理，先将待焊泡沫铝板和铝板的表面用5 5℃的质量浓度为8％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为40％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料再将处理过的铝板覆盖其上形成一个整体，然后送入一对作相向运动的辊轮中，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮的运动向前运动，其中钎料配方为按质量百分数：Si：3.8％、Mn：2.5％、Zn：47％、Cu：15％、余量为Al。辊轮直径为400mm，辊轮副压强为1MPa。

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热，加热区在辊轮碾压区的泡沫铝和铝板间，当泡沫铝板的温度达到480℃，钎料熔化铺展时，启动辊轮，调整辊轮转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全紧密贴合好即可；

实施例4：

第一步：采用线切割将厚度为10mm，孔隙率为81.2％，孔径为2～4mm的泡沫铝板加工成长为2200mm、宽为1060mm的平板，然后用体积浓度为2.5％的洗洁精对泡沫铝板进行清洗、烘干。将与泡沫铝板尺寸一致的厚度≥1mm的铝板洗净烘干，再将待焊泡沫铝板和铝板的表面用65℃的质量浓度为5.8％NaOH溶液清洗，用水洗净后再用质量浓度为34％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料，将处理过的铝板覆盖其上，然后送入一对作相向运动的辊轮副中，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮的运动向前运动，其中钎料为低熔点铝基合金，辊轮直径≥200mm，辊轮副压强为0.62MPa

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热，加热位于辊轮轧压区前缘的泡沫铝和铝板间，当泡沫铝板的温度达到480℃以上时，钎料熔化铺展时，启动辊轮副，调整辊轮副转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全紧密贴合好即可；

第五步：将步骤四焊接好的泡沫铝板和铝板翻转后，在泡沫铝板的另一面再放上钎料，然后覆盖上铝板重复步骤四；切割去边即得到泡沫铝夹芯复合板。

实施例5：

第一步：采用线切割将厚度为22mm，孔隙率为79.4％，孔径为1.5～2mm的泡沫铝板加工成长为3600mm、宽为1180mm的平板，然后用体积浓度为2％％的洗洁精对泡沫铝板和尺寸与泡沫铝板一致厚度2mm的铝板洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理，先将待焊泡沫铝板和铝板的表面用60℃的质量浓度为8％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为30～40％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

第二步：将ZnCl₂和水配成饱合溶液，均匀涂抹在处理好的泡沫铝板和铝板表面；

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料再将处理过的铝板覆盖其上形成一个整体，然后送入一对作相向运动的辊轮中，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮的运动向前运动，其中钎料配方为按质量百分数：Si：4％、Mn：2.5％、Zn：49％、Cu：15％、余量为Al，辊轮直径为300mm，辊轮副压强为1MPa；

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热，加热位于辊轮副轧压区前缘的泡沫铝和铝板间的钎料，当钎料熔化铺展时，启动辊轮，调整辊轮转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全紧密结合即可；

实施例6：

第一步：采用线切割将厚度为22mm，孔隙率为79.4％，孔径为1.5～2mm的泡沫铝板加工成长为3600mm、宽为1000mm的平板，然后用体积浓度为2％％的洗洁精对泡沫铝板和尺寸与泡沫铝板一致厚度2mm的铝板洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理，先将待焊泡沫铝板和铝板的表面用60℃的质量浓度为8％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为30～40％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料再将处理过的铝板覆盖其上形成一个整体，然后送入一对作相向运动的辊轮中，泡沫铝板和铝板可以一起随着辊轮的运动向前运动，其中钎料配方为按质量百分数：Si：4％、Mn：2.5％、Zn：49％、Cu：15％、余量为Al，辊轮直径为300mm，辊轮副压强为0.1MPa；

Claims

1.一种泡沫铝夹芯复合板的焊接方法，其特征在于步骤为：

第一步：将相同尺寸的长方体形泡沫铝板和厚度≥1mm的铝板洗净烘干，对其表面用酸和碱液清洗进行除锈去油处理；

第三步：将处理好的泡沫铝板上放好钎料再将处理过的铝板覆盖其上，然后送入一对作相向运动的辊轮副中，泡沫铝板和铝板一起随着辊轮的运动向前运动，其中钎料为低熔点铝基合金，辊轮直径≥200mm；辊轮副压强为0.1～1MPa。

第四步：采用氧乙炔或者液化石油气火焰加热辊轮辗轧前缘的泡沫铝和铝板间的钎料层，当泡沫铝板的温度达到475℃～500℃，钎料熔化铺展，启动辊轮副，调整辊轮副转速与加热熔化钎料的速度一致；轧压至整个泡沫铝板和铝板完全紧密贴合即焊接好；

第五步：将步骤四焊接好的泡沫铝板翻转后，在泡沫铝板的另一面再放上钎料，然后覆盖上铝板重复步骤四，切割去边即得到泡沫铝夹芯复合板。

2.根据权利要求1所述的泡沫铝夹芯复合板的焊接方法，其特征在于步骤一中对泡沫铝板和铝板的的除锈去油处理是先将待焊泡沫铝板和铝板的表面用55～65℃的质量浓度为5～8％NaOH溶液清洗，然后用水洗净后再用质量浓度为30～40％HNO₃溶液清洗，然后净水洗净，晾干后再用丙酮清洗，最后烘干备用。

3.根据权利要求1所述的泡沫铝夹芯复合板的焊接方法，其特征在于钎料配方为，按质量百分数：Si：3.5％～4％、Mn：2.5％、Zn：44％～49％、Cu：15％、余量为Al。