CN107813557A - 一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及板材技术领域，更具体地说是涉及一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板及焊接方法，包括上面板、下面板和呈椭圆中空状态的芯部结构，所述上面板和下面板与芯部结构之间采用激光焊接的方式连接，所述芯部结构由上层芯板和下层芯板组成，并分别与上面板和下面板相互平行设置，所述上层芯板和下层芯板上均匀设有半椭圆结构。本发明与现有的技术相比，芯部结构与上面板和下面板平行，且椭圆中空结构参数可进行灵活调节，这与传统的蜂窝类三明治板区别较大，蜂窝类三明治板中空结构与面板垂直，结构形式单一；具有传统三明治板的减重、比强度和比刚度高，且具有降噪和耐腐蚀等优点外，更能实现防护结构材料要求的高吸能抗冲击性能。

Description

一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板及焊接方法
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激光焊接椭圆中空式钢质三明治板及焊接方法。
背景技术
传统三明治板通常由一块较厚的夹心层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，夹层板具有较高的强度、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，钢质三明治板具有可规模化生产、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。另外，水面舰船、高速列车、飞机等在高速运行中不可避免地会受到接触或非接触冲击作用，影响交通运输工具的安全性，甚至造成人员损伤。随着交通工具运行速度和减轻能源消耗的需求，所用材料和结构的轻量化及抗冲击性能有了更高的要求。因此，如何设计优良的轻质抗冲击吸能结构，进而提高运载工具的安全性和可靠性一直受到各国的重点关注。传统结构设计或优化结构设计不能显著提高结构的防护性能，在结构设计中往往是靠增加结构的重量来提高防护性能，存在一定的弊端。
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，提供了一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板及焊接方法，能大幅减轻结构重量和提高三明治板抗冲击性能，具有制造容易、成本低的优点，并有广阔的应用前景。
(二)技术方案
一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，包括上面板、下面板和呈椭圆中空状态的芯部结构，所述上面板和下面板与芯部结构之间采用激光焊接的方式连接，所述芯部结构由上层芯板和下层芯板组成，并分别与上面板和下面板相互平行设置，所述上层芯板和下层芯板上均匀设有半椭圆结构。
进一步的，所述上面板和下面板的厚度为2.5～4mm，所述上层芯板和下层芯板的厚度为0.8～1.5mm，所述半椭圆结构的高度为5～30mm，所述半椭圆结构的焊接宽度为3～4mm，所述半椭圆结构之间的过渡区宽度为3～4mm。
进一步的，所述上面板、下面板、上层芯板和下层芯板采用不锈钢或低合金高强钢制成；所述上层芯板和下层芯板经过调质处理或加工硬化，并采用辊压或模压成形。
进一步的，所述半椭圆结构的长轴为短轴的4～8倍。
进一步的，所述半椭圆结构形式的长轴方向与上面板平行。
进一步的，所述上面板和下面板与芯部结构之间焊接顺序为从中心向两侧对称焊接。
进一步的，所述半椭圆结构之间通过激光点焊或断续焊方式进行连接。
一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板的焊接方法，包括以下步骤：
S1：下面板与下层芯板上的半椭圆结构激光定位点焊；
S2：激光断续焊进行芯部结构的组装连接；
S3：上面板与上层芯板上的半椭圆结构进行焊接；
S4：180°翻转，将下面板与下层芯板激光连续焊接。
(三)有益效果
本发明提供的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板及焊接方法，与现有的技术相比，芯部结构与上面板和下面板平行，且椭圆中空结构参数可进行灵活调节，这与传统的蜂窝类三明治板区别较大，蜂窝类三明治板中空结构与面板垂直，结构形式单一；本发明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；本发明在高速列车、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，特别是承受力不大的侧壁防护结构选择本发明具有更大优势；本发明除具有传统三明治板的减重、比强度和比刚度高，且具有降噪和耐腐蚀等优点外，更能实现防护结构材料要求的高吸能抗冲击性能。
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为本发明中芯部结构的结构示意图；
图3为本发明焊接方法流程图；
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-芯部结构，31-上层芯板，32-下层芯板33-半椭圆结构，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3所示，一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，包括上面板1、下面板2和呈椭圆中空状态的芯部结构3，上面板1和下面板2与芯部结构3之间采用激光焊接4的方式连接，芯部结构3由上层芯板31和下层芯板32组成，并分别与上面板1和下面板2相互平行设置，上层芯板31和下层芯板32上均匀设有半椭圆结构33。
其中上面板1、下面板2、上层芯板31和下层芯板32采用不锈钢或低合金高强钢制成；上层芯板31和下层芯板32经过调质处理或加工硬化，并采用辊压或模压成形；上面板1和下面板2的厚度为2.5～4mm，上层芯板31和下层芯板32的厚度为0.8～1.5mm，半椭圆结构33的高度为5～30mm，半椭圆结构33的焊接宽度为3～4mm，半椭圆结构33之间的过渡区宽度为3～4mm，半椭圆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钢质椭圆波形板进行矫直。
采用激光焊接4制造三明治板，除保证上面板1、下面板2和芯部结构3良好的板形外，最重要的步骤是上层芯板31和下层芯板32之间，以及芯部结构3与上面板1和下面板2之间实现良好的装配，可设计专用的夹具和压具进行装配控制，在保证尺寸配合、上层芯板31和下层芯板32、以及芯部结构3与上面板1和下面板2良好的贴合情况下，可进行激光焊接4。
为减小焊接变形和提高生产效率可采用如下焊接方法：S1.在半椭圆结构33的内部进行下面板1与下层芯板32上的半椭圆结构33激光定位点焊；S2.采样激光断续焊进行上层芯板31和下层芯板32上的半椭圆结构33连接；S3.上面板1与上层芯板31的半椭圆结构33进行焊接；S4.三明治板翻转后进行下面板2与下层芯板32激光连续焊接。以上焊接均采用激光对称焊，焊接过程需要进行翻转一次。为减少焊接变形可采取如下措施：焊接参数：激光功率3kW，焊接速度1.5m/min；上层芯板31和下层芯板32焊接沿椭圆分布方向对称焊接；上层芯板31和下层芯板32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 (8)

1.一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，包括上面板、下面板和呈椭圆中空状态的芯部结构，所述上面板和下面板与芯部结构之间采用激光焊接的方式连接，所述芯部结构由上层芯板和下层芯板组成，并分别与上面板和下面板相互平行设置，所述上层芯板和下层芯板上均匀设有半椭圆结构。
2.根据权利要求1所述的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，所述上面板和下面板的厚度为2.5～4mm，所述上层芯板和下层芯板的厚度为0.8～1.5mm，所述半椭圆结构的高度为5～30mm，所述半椭圆结构的焊接宽度为3～4mm，所述半椭圆结构之间的过渡区宽度为3～4mm。
3.根据权利要求1所述的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，所述上面板、下面板、上层芯板和下层芯板采用不锈钢或低合金高强钢制成；所述上层芯板和下层芯板经过调质处理或加工硬化，并采用辊压或模压成形。
4.根据权利要求1所述的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，所述半椭圆结构的长轴为短轴的4～8倍。
5.根据权利要求1所述的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，所述半椭圆结构形式的长轴方向与上面板平行。
6.根据权利要求1所述的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，所述上面板和下面板与芯部结构之间焊接顺序为从中心向两侧对称焊接。
7.根据权利要求1所述的一种激光焊接椭圆中空式钢质三明治板，其特征在于，所述半椭圆结构之间通过激光点焊或断续焊方式进行连接。
8.根据权利要求1所述的三明治板的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：下面板与下层芯板上的半椭圆结构激光定位点焊；
S2：激光断续焊进行芯部结构的组装连接；
S3：上面板与上层芯板上的半椭圆结构进行焊接；
S4：180°翻转，将下面板与下层芯板激光连续焊接。
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