CN101530942B - 一种制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种采用钢丝刷进行刮擦，使铝板及泡沫铝板表面的氧化膜破碎，露出纯净的铝表面，使钎料能充分地融入铝中，使钎料能与铝母材充分接触并发生反应，形成一层良好反应结合层的制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法。本发明的目的是这样实现的：所述的制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法分四步骤实施：将泡沫铝板和两铝板进行洗净烘干加热；采用钢丝刷在铝板的涂钎料面进行刮擦；去除浮在铝板及泡沫铝板两面多余的钎料；将两涂敷钎料铝板面分别与泡沫铝板涂敷钎料的面进行复合。本发明充分发挥泡沫铝轻质的优势，对于航空航天领域等对重量敏感的领域有特殊意义。

Description

一种制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法
(一)技术领域
本发明涉及焊接技术，具体说就是一种制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法。
(二)背景技术
泡沫铝是一种在金属铝基体中分布有无数气泡的新型多孔材料。它兼有连续金属相和分散空气相的特点，是一种集多种优良性能于一身的新型材料。泡沫铝中气泡的孔径较大，且具有很高的孔隙率(40％～90％)，使得它的密度只有金属铝的0.1～0.4倍。而泡沫铝的抗弯比刚度可达到钢的1.5倍，阻尼性能可达金属铝的5～10倍，又有很高的能量吸收率，使得其减震性能十分出众。除此以外，泡沫铝还具有良好的声学性能、优良的电磁屏蔽性能以及优异的热学性能。泡沫铝所具备的优异物理性能，使得它引起人们广泛关注，特别是其高技术性能引起了日本、美国、前苏联及西欧各国的重视。并且，在消声、减震、分离工程、催化载体、屏蔽防护、吸能缓冲等一些高技术领域中已经获得了广泛应用。但是，由于泡沫铝材料的强度相对较低，在一定程度上限制了其应用。
传统铝的焊接可采用多种焊接方法，如TIG、MIG以及钎焊等方法。一般铝合金熔化温度范围为560-700℃，而泡沫铝由于其特殊的热学性能，具有很高的耐热能力，即使加热到1400℃也不熔化(远远超过合金熔点)。同时又由于其大的比表面积及产生复杂的三维流动，使其具有高的散热能力。
目前，制备泡沫铝板夹芯结构的方法主要有胶黏成型和热压粉末冶金的方法。胶黏成型的方法制备的夹芯结构材料易老化，且受温度的影响较大和真空放气等弊端。热压粉末冶金的方法效率较低，需要专门的模具，生产成本高，而且制备高空隙率的泡沫铝夹芯复合板困难较大。采用直接钎焊的方法，由于钎料在泡沫铝和铝板表面由于氧化膜的影响，很难润湿且去除氧化膜较困难，很难实现泡沫铝板和铝板的完全结合，强度较低，一定程度上限制了钎焊方法的应用。
对于钎焊来说，钎料在母材上的铺展和润湿是焊接的关键。然而铝材表面的氧化膜致密且熔点很高，很难去除，严重阻碍钎料在母材上的铺展和润湿，而对于泡沫铝表面特殊的多孔结构，使氧化膜的去除更加困难，因此钎料并不能如同在铝板上一样顺利地铺展，这也是泡沫铝钎焊过程中的一个问题。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种采用钢丝刷进行刮擦，使铝板及泡沫铝板表面的氧化膜破碎，露出纯净的铝表面，使钎料能充分地融入铝中，使钎料能与铝母材充分接触并发生反应，形成一层良好反应结合层的制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法。
本发明的目的是这样实现的：所述的制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法步骤如下：
(1)将泡沫铝板1、铝板2、铝板3进行洗净和烘干处理，加热泡沫铝板1、铝板2和铝板3，使其温度达到380℃-450℃之间，将钎料均匀的涂敷在泡沫铝板1的两面和铝板2和铝板3的一面；
(2)对泡沫铝板1、铝板2和铝板3进行保温，使钎料处于液态，用钢丝刷4分别在铝板2和铝板3的涂钎料面进行刮擦，并在泡沫铝板1的两涂钎料面往复刮擦，去除铝板2、铝板3和泡沫铝板1表面的氧化膜，使钎料与新鲜的铝表面充分接触；
(3)去除浮在铝板2、铝板3及泡沫铝板1表面的多余钎料；
(4)将铝板2和铝板3已涂敷钎料的一面分别与泡沫铝板1已涂敷钎料的两面进行复合，将叠放在一起的泡沫铝板1、铝板2和铝板3置于具有振动效应的轧辊10和轧辊11之间，分别通过轧辊上的超声头8和超声头9给上下轧辊提供振动作用，同时分别采用加热模块6和加热模块7对叠放在一起的铝板和泡沫铝板进行加热，加热模块为丙烷火焰、辐射或电阻加热，使其局部温度达到380℃-450℃，并在该部位通过轧辊10和轧辊11提供垂直界面的压力，且在轧辊10和轧辊11上施加一超声振动作用，在加压和超声振动的共同作用下，进一步保证钎料在铝板和泡沫铝板界面间的充分润湿，同时，在轧辊12和轧辊13中通入循环冷却水，使轧辊12和轧辊13滚过的区域立即冷却，使铝板2、铝板3和泡沫铝板1牢固的焊接在一起，至此，泡沫铝板夹芯的结构材料制备完成。
本发明一种制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法，采用刮擦振动钎焊的方法制备泡沫铝夹芯的结构材料，提高泡沫铝的强度。采用钢丝刷进行刮擦，使铝板及泡沫铝板表面的氧化膜破碎，露出纯净的铝表面，使钎料能充分地融入铝中，使钎料能与铝母材充分接触并发生反应，形成一层良好的反应结合层；超声振动的施加有利于去除焊缝区泡沫铝表面的氧化膜；施加焊接压力，有利于减少钎缝中微裂纹，降低应力集中，从而提高接头的综合力学性能；清理多余的钎料，可减少填充的钎料，使钎缝达到最佳间隙值，并且降低焊后整体重量，充分发挥泡沫铝轻质的优势，对于航空航天领域等对重量敏感的领域有特殊意义。
(四)附图说明
图1为本发明制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法之泡沫铝板和铝板示意图；
图2为本发明制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法之泡沫铝板和铝板的刮擦示意图；
图3为本发明制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法之泡沫铝板和铝板的复合示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1，结合图1，本发明一种制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法，具体步骤如下：
步骤一：将厚度为20mm，孔隙率为80％的泡沫铝板和厚度为2mm的铝板超声清洗烘干，采用丙烷火焰分别加热泡沫铝板和铝板，使其温度达到390℃，并将钎料均匀地涂敷于泡沫铝的两面和两铝板的单面；
步骤二：继续加热，对泡沫铝板和铝板进行保温，并利用钢丝刷(或钢丝)对工件有钎料的一面进行刮擦，使钎料逐渐熔入泡沫铝和两铝板的表面，形成一层钎料吸附层；
步骤三：将泡沫铝板的两面和两铝板涂敷的一面多余的钎料清理干净；
步骤四：输送叠放于一起的泡沫铝板和两侧的铝板于具有振动效应的轧辊之间，分别通过轧辊上施加的超声头给上下轧辊提供振动的作用，同时分别采用加热模块对叠放在一起的铝板和泡沫铝板进行加热，加热模块为丙烷火焰使其局部温度达到390℃，并在该部位通过轧辊提供垂直界面的压力，且在该组轧辊上施加一超声振动的作用，在加压和超声振动的共同作用下，进一步保证钎料在铝板和泡沫铝板界面间的充分润湿，同时，在后组轧辊中通入循环冷却水，使该组轧辊滚过的区域立即冷却，使铝板和泡沫铝板牢固的焊接在一起。
这样，泡沫铝板夹芯结构材料已制备完成，在保证泡沫铝板低密度、高阻尼、强减震等性能的前提下，提高了泡沫铝板的强度。

Claims (1)

1.一种制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法，其特征在于：所述的制备泡沫铝夹芯结构的刮擦振动钎焊方法具体步骤如下：
(一)将泡沫铝板(1)、第一铝板(2)、第二铝板(3)进行洗净和烘干处理，加热泡沫铝板(1)及第一铝板(2)和第二铝板(3)，使其温度达到380℃-450℃之间，将钎料均匀的涂敷在泡沫铝板(1)的两面和第一铝板(2)和第二铝板(3)的一面；
(二)对泡沫铝板(1)、第一铝板(2)和第二(3)进行保温，使钎料处于液态，用钢丝刷(4)分别在第一铝板(2)和第二铝板(3)的涂钎料面进行刮擦，并在泡沫铝板(1)的两涂钎料面往复刮擦，去除第一铝板(2)、第二铝板(3)和泡沫铝板(1)表面的氧化膜，使钎料与新鲜的铝表面充分接触；
(三)去除浮在第一铝板(2)、第二铝板(3)及泡沫铝板(1)表面多余的钎料；
(四)将第一铝板(2)和第二铝板(3)已涂敷钎料的一面分别与泡沫铝板(1)已涂敷钎料的两面进行复合，将叠放在一起的泡沫铝板(1)、第一铝板(2)和第二铝板(3)置于具有振动效应的第一轧辊(10)和第二轧辊(11)之间，分别通过第一轧辊和第二轧辊上施加的第一超声头(8)和第二超声头(9)给第一轧辊和第二轧辊提供振动的作用，同时分别采用第一加热模块(6)和第二加热模块(7)对叠放在一起的铝板和泡沫铝板进行加热，第一加热模块(6)和第二加热模块(7)为丙烷火焰、辐射或电阻加热，使其局部温度达到380℃-450℃，并在该部位通过第一轧辊(10)和第二轧辊(11)提供垂直界面的压力，且在第一轧辊(10)和第二轧辊(11)上施加一超声振动的作用，在加压和超声振动的共同作用下，进一步保证钎料在铝板和泡沫铝板界面间的充分润湿，同时，在第三轧辊(12)和第四轧辊(13)中通入循环冷却水，使第三轧辊(12)和第四轧辊(13)滚过的区域立即冷却，使第一铝板(2)、第二铝板(3)和泡沫铝板(1)牢固的焊接在一起，至此泡沫铝夹芯结构材料已制备完成。
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