CN106289855A - 钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，属于检测技术领域。本发明提出的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其在检测时不受试样形状和尺寸的影响，并能给出检测图像，可对钎焊金属蜂窝结构的焊接质量进行直观准确地判定，同时还可根据检测图像对焊接质量影响因素进行分析，从而为工艺改进提供依据，具有实际应用价值。

Description

钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法。

背景技术

蜂窝结构由两层面板及中间的蜂窝材料互相胶接(或钎焊)而成，因具有比强度高、比刚度高、结构可设计性等优点得到了广泛应用。目前胶接蜂窝结构的应用最为广泛，但随着技术的发展，钎焊金属蜂窝结构，如高温合金蜂窝结构，由于既能满足航天器对热防护系统质量与体积的要求，又能解决防热、隔热、承载一体化设计难题，也得到了越来越广泛的应用。

然而，钎焊金属蜂窝结构由于结构复杂且制备过程繁琐，因此在制造过程中难以避免地会产生缺陷，其中面芯脱焊缺陷是一种既难以观测又很难彻底消除的随机缺陷，其会对钎焊蜂窝结构的蒙皮与蜂窝芯之间的焊接质量造成直接影响，从而直接影响结构的性能和使用寿命，因此有必要对钎焊金属蜂窝结构的焊接质量进行检测。

相对于胶接蜂窝结构，钎焊金属蜂窝结构的技术成熟和使用较晚，因此现有的蜂窝结构质量和缺陷检测方法主要是针对胶接蜂窝结构而言，钎焊金属蜂窝结构的检测方法还有待研究和完善，且现有方法主要是力学和无损检测方法。对于蜂窝结构的质量检测而言，无损检测的方法可以确定未连接，但不能检测出蜂窝结构的弱连接与虚连接，力学测试方法虽然能给出连接强度，但所测得的连接强度是包括蜂窝结构连接质量和测试操作等影响因素在内的共同反映，同时，对于一些形状复杂的蜂窝结构，这两种方法的检测难度较大。

对于蜂窝结构界面连接质量的金相检测，已有研究者提出胶接蜂窝结构金相检测方法。由于胶接蜂窝结构是通过胶黏剂的固化将蜂窝芯与蒙皮连接在一起，而钎焊金属蜂窝结构是通过钎料将蜂窝芯与蒙皮焊接在一起，其焊接过程是一个包含金属(钎料)熔化、凝固在内的冶金过程，因此相对于胶接蜂窝结构而言，钎焊金属蜂窝结构的界面连接状态并不相同，对于界面缺陷状态和连接状态的判定也不相同，同时钎焊金属蜂窝结构检测试样的金相制样方法也不同于胶接蜂窝结构，因此胶接蜂窝结构的金相检测方法并不适用于钎焊金属蜂窝结构。如何设计一种适用于钎焊金属蜂窝结构的焊接质量金相检测方法，成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种适用于钎焊金属蜂窝结构的焊接质量金相检测方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，包括以下步骤：

S1、试样切取，切取的试样大小包含需检测的部位，且能被后续采用的金相制样镶嵌方法所镶嵌；试样切取的方向垂直于蒙皮；所采用的试样切取方法以不破坏蜂窝结构的蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态为选取原则；

S2、对切取后的试样进行清洗，所采用的试样清洗方法以不导致蜂窝芯变形或破坏蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态为选取原则；

S3、金相制样：包括试样镶嵌、磨抛和浸蚀三步；所采用的镶嵌方法以不会使蜂窝芯发生变形且不会使蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态发生改变为选取原则；对镶嵌好的试样研磨抛光后，选用浸蚀剂对试样进行浸蚀，浸蚀以能真实、清晰地显示蜂窝焊接界面的组织结构为原则，浸蚀剂和浸蚀时间的选择与蜂窝芯、蒙皮和钎料材料相匹配，且以同钎料材料匹配为优先选择原则；

S4、金相观察：利用金相显微镜，采用一定放大倍数对制备好的试样进行观察，观察部位为蜂窝芯与蒙皮的焊接界面，观察时先选用较低倍数对焊接界面全貌进行观察，然后选用较高倍数对细节进行观察；

S5、焊接质量判定：蜂窝芯与蒙皮之间的焊接质量根据金相显微镜所观察到的蜂窝芯与蒙皮焊接界面处的连接状态进行判定，包括完全焊接、部分焊接和完全未焊接三种连接状态，其中部分焊接属于弱连接；对于双层蜂窝芯壁与蒙皮焊接界面，完全焊接指的是两层蜂窝芯壁均与蒙皮完全焊接，完全未焊接则指两层蜂窝芯壁均与蒙皮完全未焊接，部分未焊接包括一层蜂窝芯壁完全焊接而另一层蜂窝芯壁完全未焊接、一层蜂窝芯壁完全焊接而另一层蜂窝芯壁部分焊接、一层蜂窝芯壁部分焊接而另一层蜂窝芯壁完全未焊接、两层蜂窝芯壁均部分焊接四种情况。

优选地，步骤S1中，采用线切割方法、激光切割方法和水切割方法中的一种进行试样切取。

优选地，步骤S2中，采用超声波清洗方法进行试样清洗，对于沾有油污的试样，采用不与蜂窝芯、蒙皮或钎料材料发生反应的清洗剂进行清洗。

优选地，步骤S2中，对于沾有油污的试样，采用无水酒精进行清洗。

优选地，步骤S3中，采用树脂浇注镶嵌法、热镶嵌法和冷镶嵌法中的一种作为镶嵌方法。

优选地，步骤S4中，观察时先选用50×～100×的倍数对焊接界面全貌进行观察，然后选用200×～1000×的倍数对细节进行观察。

优选地，步骤S5对焊接质量判定后，还对缺陷尺寸进行测量，以及对导致部分焊接或完全未焊接的蜂窝芯壁板错位、钎料填充不足和钎料润湿不够这些原因进行分析。

(三)有益效果

本发明提出了一种钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其在检测时不受试样形状和尺寸的影响，并能给出检测图像，可对钎焊金属蜂窝结构的焊接质量进行直观准确地判定，同时还可根据检测图像对焊接质量影响因素进行分析，从而为工艺改进提供依据，具有实际应用价值。

附图说明

图1为钎焊金属蜂窝结构双层蜂窝芯壁与蒙皮完全焊接的照片；

图2为钎焊金属蜂窝结构双层蜂窝芯壁与蒙皮完全未焊接的照片；

图3为钎料不足导致的钎焊金属蜂窝结构的一层蜂窝芯壁与蒙皮完全焊接而另一层蜂窝芯壁与蒙皮完全未焊接的照片；

图4为蜂窝芯错位导致的钎焊金属蜂窝结构的一层蜂窝芯壁与蒙皮完全焊接而另一层蜂窝芯壁与蒙皮完全未焊接的照片；

图5为钎焊金属蜂窝结构的一层蜂窝芯壁与蒙皮完全焊接而另一层蜂窝芯壁与蒙皮部分焊接的照片；

图6为钎焊金属蜂窝结构的一层蜂窝芯壁与蒙皮部分焊接而另一层蜂窝芯壁与蒙皮完全未焊接的照片；

图7为钎焊金属蜂窝结构的两层蜂窝芯壁与蒙皮均部分焊接的照片。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明实施例的检测方法首先在钎焊金属蜂窝结构上切取试样，试样切取垂直于蒙皮的方向，将切取的试样制备成金相试样，磨抛后进行浸蚀，采用金相检测方法，通过观察蜂窝芯与蒙皮连接处的界面连接状态，从而对蜂窝芯和蒙皮的焊接质量进行检测，对导致蜂窝芯与蒙皮焊接不良缺陷的尺寸进行测量，对焊接不良的原因进行分析。具体包括以下步骤：

S1)试样切取：试样的切取应遵循以下原则：本方法为切取试样后金相制样，采用金相显微镜观察的方式进行检测，由于蜂窝结构在切取后若直接磨抛，非常容易导致蜂窝芯子以及蜂窝芯子与蒙皮结合界面破坏，为避免此种情况，本方法在金相制样时将对切取的蜂窝试样进行镶嵌，因此切取的试样大小除了保证包含需检测的部位外，还应能被后续采用的金相制样镶嵌方法所镶嵌；对于钎焊金属蜂窝结构的焊接质量检测而言，其重点观察的部位为蜂窝芯与蒙皮的焊接界面，若试样切取的方向不垂直于蒙皮，而是有所倾斜，就会导致在垂直于蒙皮方向上的缺陷的尺寸显示偏大，不能正确反映缺陷的程度，因此试样切取的方向应垂直于蒙皮。

试样切取方法的选择：常规的车、铣等机械切削加工方法由于会导致蜂窝芯子的破坏且加工时试样不易夹持等原因，不能用于钎焊金属蜂窝结构试样的切取；火焰切割等热加工方法由于会导致试样的变形和蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态的改变，也不能用于试样的切取；线切割方法由于不会对试样施加力作用，不会导致试样的变形和破坏焊接界面，试样切割面上仅几十微米厚度的重熔不仅不会改变焊接界面状态，且在金相制样时也很容易去除，因此可以用于试样的切取。此外，与线切割的切割过程相似的激光切割、水切割等方法，理论上也可以用于试样的切取。总的来说，试样切取方法的选取原则是不能破坏蜂窝结构的蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态。

S2)试样清洗在钎焊金属蜂窝结构的试样切取过程中，试样表面常会附着外来颗粒、油污等物质，因此为保证金相制样效果和避免其对检测结果的影响，需对切取后的试样进行清洗。由于蜂窝芯一般都比较薄(多为几百微米)，若采用不恰当的清洗方法容易导致蜂窝芯变形或者蜂窝芯与蒙皮焊接界面的破坏，从而影响检测结果，因此试样清洗方法的选择原则是不能导致蜂窝芯变形或破坏蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态，推荐采用超声波清洗方法，对于沾有油污等污物的试样，在超声波清洗时可采用合适的溶剂作为清洗剂，清洗剂的选择原则是不能与试样材料(包括蜂窝芯、蒙皮和钎料)发生反应，推荐采用无水酒精。

S3)金相制样金相制样包括试样镶嵌和磨抛、浸蚀三个步骤。由于蜂窝芯一般较薄，若在切取试样后直接进行磨抛，很容易导致蜂窝芯变形或蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态的改变，因此在试样磨抛前应对试样进行镶嵌，镶嵌方法的选择同样不能使得蜂窝芯变形或蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态改变，因此不宜采用机械镶嵌法、树脂热压镶嵌法等方法，而宜采用树脂浇注镶嵌法、热镶嵌法和冷镶嵌法等方法。在将镶嵌好的试样研磨抛光后，为保证金相观察效果，应选用合适的浸蚀剂对试样进行浸蚀，浸蚀应保证能真实、清晰地显示蜂窝焊接界面的组织结构，浸蚀剂和浸蚀时间的选择应与蜂窝结构材料(包括蜂窝芯、蒙皮和钎料)相匹配，当钎料与蜂窝芯、蒙皮的性质差异较大时，应与同钎料匹配为优先选择原则。

S4)金相观察金相观察是利用金相显微镜，采用合适的放大倍数对制备好的试样进行观察，观察部位为蜂窝芯与蒙皮的焊接界面，观察时一般先选用较低倍数(50×-100×)对焊接界面全貌进行观察，然后选用高倍数(200×-1000×)对某些细节进行观察。

S5)焊接质量判定蜂窝芯与蒙皮之间的焊接质量是根据金相显微镜所观察到的蜂窝芯与蒙皮焊接界面处的连接状态进行判定的，包括完全焊接、部分焊接和完全未焊接三种状态，其中部分焊接属于弱连接。对于双层蜂窝芯壁与蒙皮焊接界面，其同样包括完全焊接、部分焊接和完全未焊接三种状态，其中完全焊接指的是两层蜂窝芯壁均与蒙皮完全焊接(如图1所示)，完全未焊接则指两层蜂窝芯壁均与蒙皮完全未焊接(如图2所示)，部分未焊接的情况则较为复杂，其包括一层蜂窝芯壁完全焊接而另一层蜂窝芯壁完全未焊接(如图3、图4所示)、一层蜂窝芯壁完全焊接而另一层蜂窝芯壁部分焊接(如图5所示)、一层蜂窝芯壁部分焊接而另一层蜂窝芯壁完全未焊接(如图6所示)、两层蜂窝芯壁均部分焊接(如图7所示)等四种情况。此外，本检测方法通过检测图像，不仅可对缺陷尺寸进行测量，还可对导致部分焊接和完全未焊接的蜂窝芯壁板错位(参考图4)、钎料填充不足(参考图3)、钎料润湿不够等原因进行分析。

可以看出，本发明实施例钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法的建立，可对钎焊金属蜂窝结构的蒙皮与蜂窝芯焊接质量进行有效的检测和准确评价，并可对焊接不良的原因进行分析，从而为钎焊蜂窝结构的工艺改进和相关产品的质量检测与控制提供依据，具有实际应用价值。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、试样切取，切取的试样大小包含需检测的部位，且能被后续采用的金相制样镶嵌方法所镶嵌；试样切取的方向垂直于蒙皮；所采用的试样切取方法以不破坏蜂窝结构的蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态为选取原则；

S2、对切取后的试样进行清洗，所采用的试样清洗方法以不导致蜂窝芯变形或破坏蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态为选取原则；

S3、金相制样：包括试样镶嵌、磨抛和浸蚀三步；所采用的镶嵌方法以不会使蜂窝芯发生变形且不会使蜂窝芯与蒙皮焊接界面状态发生改变为选取原则；对镶嵌好的试样研磨抛光后，选用浸蚀剂对试样进行浸蚀，浸蚀以能真实、清晰地显示蜂窝焊接界面的组织结构为原则，浸蚀剂和浸蚀时间的选择与蜂窝芯、蒙皮和钎料材料相匹配，且以同钎料材料匹配为优先选择原则；

S4、金相观察：利用金相显微镜，采用一定放大倍数对制备好的试样进行观察，观察部位为蜂窝芯与蒙皮的焊接界面，观察时先选用较低倍数对焊接界面全貌进行观察，然后选用较高倍数对细节进行观察；

S5、焊接质量判定：蜂窝芯与蒙皮之间的焊接质量根据金相显微镜所观察到的蜂窝芯与蒙皮焊接界面处的连接状态进行判定，包括完全焊接、部分焊接和完全未焊接三种连接状态，其中部分焊接属于弱连接；对于双层蜂窝芯壁与蒙皮焊接界面，完全焊接指的是两层蜂窝芯壁均与蒙皮完全焊接，完全未焊接则指两层蜂窝芯壁均与蒙皮完全未焊接，部分未焊接包括一层蜂窝芯壁完全焊接而另一层蜂窝芯壁完全未焊接、一层蜂窝芯壁完全焊接而另一层蜂窝芯壁部分焊接、一层蜂窝芯壁部分焊接而另一层蜂窝芯壁完全未焊接、两层蜂窝芯壁均部分焊接四种情况。

2.如权利要求3所述的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，步骤S1中，采用线切割方法、激光切割方法和水切割方法中的一种进行试样切取。

3.如权利要求3所述的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，步骤S2中，采用超声波清洗方法进行试样清洗，对于沾有油污的试样，采用不与蜂窝芯、蒙皮或钎料材料发生反应的清洗剂进行清洗。

4.如权利要求3所述的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，步骤S2中，对于沾有油污的试样，采用无水酒精进行清洗。

5.如权利要求1所述的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，步骤S3中，采用树脂浇注镶嵌法、热镶嵌法和冷镶嵌法中的一种作为镶嵌方法。

6.如权利要求1所述的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，步骤S4中，观察时先选用50×～100×的倍数对焊接界面全貌进行观察，然后选用200×～1000×的倍数对细节进行观察。

7.如权利要求1至6中任一项所述的钎焊金属蜂窝结构焊接质量金相检测方法，其特征在于，步骤S5对焊接质量判定后，还对缺陷尺寸进行测量，以及对导致部分焊接或完全未焊接的蜂窝芯壁板错位、钎料填充不足和钎料润湿不够这些原因进行分析。