CN107672248A - 一种多层组合中空式防护用三明治板结构及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明设涉及板材技术领域，更具体地说是涉及一种多层组合中空式防护用三明治板结构及焊接方法，包括上面板、下面板和多层组合的芯部结构，芯部结构由具有脉冲波形的芯板组成，上面板和下面板与芯板，以及芯板之间均通过激光焊接的方式连接，本发明既具有刚度高，降低噪声和振动、防火等优点，更能实现防护结构材料要求的高吸能抗爆抗冲击性能；其抗爆抗冲击性不低于同等重量下同规格同材质的实芯板材，在承受同样冲击载荷的条件下与同规格同材质的实芯钢板相比可实现减重20～50％，与其他结构形式的三明治板相比，由于采用激光焊接进行连接，连接强度高，其芯板抗剪切性能及耐疲劳强度高于同规格的通过粘接或胶接而成的三明治板。

Description

一种多层组合中空式防护用三明治板结构及焊接方法

技术领域

本发明涉及板材技术领域，更具体地说是涉及一种多层组合中空式防护用三明治板结构及焊接方法。

背景技术

三明治板通常由较厚的芯部结构和两块较薄的上下面板所组成，由上、下面板与芯板通过胶粘接或焊接而成。与传统的均质板或没有夹心层的复合板相比，三明治板具有较高的强度、较高的刚度和较轻的重量，并且在隔声、隔热、散热和冲击防护等方面具有优良特性，故在航空、航天、造船、建筑、包装等工程中得到广泛的应用。

激光焊接钢质三明治板是一种具有高强度、轻量化的机械和工程结构材料，与其它结构板材相比，波纹芯三明治板材具有可规模化生产、成本较低、生产过程相对简单、易实现自动化和可进行后续加工的优点。常用的钢质夹层板，蒙皮层除了对夹心层结构起到约束作用外，下蒙皮板对夹芯层结构起到了支撑作用，在受到冲击时，上下蒙皮板拉伸吸收了很大部分的能量，而夹心层主要是通过自身结构塑性大变形吸能，大大提高了三明治板的抗爆抗冲击性能。

水面舰船在战斗中不可避免地会受到接触或非接触爆炸冲击，可造成船体破损进水，设备、武器装备破坏以及舰上人员损伤甚至舰船丧失生命力而沉没。如何设计优良的抗冲击结构，提高船体结构的抗冲击性能，进而提高舰船生命力一直受到各国海军关注。国外应用多种局部和全船防护结构来加强船体抵抗爆炸破坏的能力，国内学者也开展了舰船抗爆、抗冲击防护结构设计方面的研究工作。传统结构设计或优化结构设计不能显著提高三明治板结构的防护性能，在结构设计中往往是靠增加结构的重量来提高防护性能，具有一定的弊端。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多层组合中空式防护用三明治板结构及焊接方法，既具有传统三明治板的减重、比强度和比刚度高，降低噪声和振动、防火等优点，更能实现防护结构材料要求的高吸能抗爆抗冲击性能。

(二)技术方案

一种多层组合中空式防护用三明治板结构，包括上面板、下面板和多层组合的芯部结构，所述芯部结构由具有脉冲波形的芯板组成，所述上面板和下面板与芯板，以及芯板之间均通过激光焊接的方式连接。

进一步的，所述上面板和下面板的厚度设为2.5～4mm，所述芯板的厚度设为0.8～1.5mm。

进一步的，所述上面板和下面板由不锈钢或者低合金高强钢制成，所述芯板由高强冲压用钢制成，并且芯板通过辊压或模压成形。

进一步的，所述脉冲波形包括正弦形、三角形、梯形和矩形中的任意一种或多种；所述脉冲波形的形状参数相同或不同。

进一步的，所述芯板组合形成多层的中空结构。

一种多层组合中空式防护用三明治板结构的焊接方法包括两种，第一种焊接方法包括以下步骤：

S1：下面板与最底层的芯板焊接；

S2：最底层的芯板与倒数第二层焊接，然后依次逐级进行焊接；

S3：上面板与最顶层的芯板焊接。

第二种焊接方法包括以下步骤：

S1：芯板从中间向两侧进行对称焊接；

S2：上面板和下面板分别与最外层的芯板进行焊接。

(三)有益效果

本发明提供的多层组合中空式防护用三明治板结构及焊接方法，其抗爆抗冲击性不低于同等重量下同规格同材质的实芯板材，在承受同样冲击载荷的条件下与同规格同材质的实芯钢板相比可实现减重20～50％，与其他结构形式的三明治板相比，由于采用激光焊接进行连接，连接强度高，其芯板抗剪切性能及耐疲劳强度高于同规格的通过粘接或胶接而成的三明治板；在高速列车、城市轨道列车、汽车、舰船、装甲车辆、航空航天等交通运输装备中可作为壁板、地板、隔板、空间框架结构件，装甲内外板，特别是舰船舷侧防护结构材料选择此类三明治板更具有优势，能够增加舰船舷侧防护结构的逐级防护效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中芯板的结构示意图；

图3为本发明第一种焊接方法流程图；

图4为本发明第二种焊接方法流程图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-上面板，2-下面板，3-芯板，4-激光焊接。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4所示，一种多层组合中空式防护用三明治板结构，包括上面板1、下面板2和多层组合的芯部结构，芯部结构由若干层具有脉冲波形的芯板3组成，脉冲波形可由正弦形、三角形、梯形和矩形中的任意一种或多种组成而成，上面板1和下面板2通常选用不锈钢或者低合金高强钢材质制成，芯板3选用高强冲压用钢制成，其中芯板3采用辊压或模压的方式压制而成，上面板1和下面板2的厚度设为2.5～4mm，芯板3的厚度设为0.8～1.5mm，波峰间距为10～45mm，单一芯板高度为5～30mm，波纹的尺寸规格由辊齿的形状、上下齿辊间距、齿辊的轧制速率与轧制温度加以确定，并采用矫直设备对轧制成型的芯板进行矫直。

除了保证上面板1、下面板2和芯板3良好的板形外，最重要的步骤是芯板3与芯板3之间，以及芯板3与上面板1和下面板2之间实现良好的装配，过程中采用设计专用的夹具和压具进行装配控制，在保证尺寸配合、芯板与芯板，以及芯板与上面板和下面板良好贴合的情况下，进行激光焊接4，焊接方法具体有两种方式：

第一种：S1.下面板2与最底层的芯板3焊接；S2.最底层的芯板3与倒数第二层焊接，然后依次逐级进行焊接；S3.上面板1与最顶层的芯板3焊接；

第二种：S1.芯板3从中间向两侧进行对称焊接；S2.上面板1和下面板2分别与最外层的芯板3进行焊接。采用第二种方式可减少焊接变形，过程中要不停地进行翻转。

为减少焊接变形可采取如下措施，激光功率小于5kW，焊接速度为1.5～5m/min，芯板3焊接沿纵向对称焊接，芯板3连接可采用激光断续焊或点焊。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种多层组合中空式防护用三明治板结构，包括上面板、下面板和多层组合的芯部结构，其特征在于，所述芯部结构由具有脉冲波形的芯板组成，所述上面板和下面板与芯板，以及芯板之间均通过激光焊接的方式连接。

2.根据权利要求1所述的一种多层组合中空式防护用三明治板结构，其特征在于，所述上面板和下面板的厚度设为2.5～4mm；所述芯板的厚度设为0.8～1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种多层组合中空式防护用三明治板结构，其特征在于，所述上面板和下面板由不锈钢或者低合金高强钢制成，所述芯板由高强冲压用钢制成，并且芯板通过辊压或模压成形。

4.根据权利要求1所述的一种多层组合中空式防护用三明治板结构，其特征在于，所述脉冲波形包括正弦形、三角形、梯形和矩形中的任意一种或多种；所述脉冲波形的形状参数相同或不同。

5.根据权利要求1所述的一种多层组合中空式防护用三明治板结构，其特征在于，所述芯板组合形成多层的中空结构。

6.根据权利要求1所述的三明治板结构的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：下面板与最底层的芯板焊接；

S2：最底层的芯板与倒数第二层焊接，然后依次逐级进行焊接；

S3：上面板与最顶层的芯板焊接。

7.根据权利要求1所述的三明治板结构的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：芯板从中间向两侧进行对称焊接；

S2：上面板和下面板分别与最外层的芯板进行焊接。