CN108397679B - 一种夹芯金属板材 - Google Patents
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Abstract
一种夹芯金属板材，包括上面板、下面板以及上面板与下面板之间的若干个芯管；所述若干个芯管之间设有贯通的气道，芯管与上面板、下面板之间利用高温气体经气道进行前后和/或左右流通加热实现钎焊。本发明一方面具有重量轻，强度大，隔热等优点，另一方面，能够保证夹芯金属板材不会因为热差而产生而变形，进而保证夹芯金属板材的永久使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别是一种夹芯金属板材。
背景技术
现有的夹芯复合板大多是采用蜂窝夹芯板，蜂窝芯通常是紧密排列在一起，通过辐射加热的方式进行钎焊，这种加热方式加热慢，容易导致工件受热不均匀，从而产生热变形，大大提高次品率，降低使用寿命，提高生产成本；且加热完毕后需要再将工件输送至冷却腔冷却，不能一次性完成加热和冷却，大大提高工作时间，降低效率。
如CN100560350C公开了一种金属蜂窝夹芯组合吸能结构材料，吸能材料包括外壳、金属蜂窝夹芯体组合、隔板、金属钎料层，金属蜂窝夹芯体组合由1~4块金属蜂窝夹芯体组成，其中每个金属蜂窝夹芯体的端面呈正六边形蜂窝状，各部件通过金属钎料层钎焊连接在一起。这种结构是将金属蜂窝夹芯体紧密排列，采用常规的辐射加热方式进行钎焊，这样会使得金属蜂窝的外侧与中部之间温差大，受热不均匀，极易产生热变形。
又如CN 102628128 A公开了金属蜂窝结构，包含至少两个金属构件的复合金属结构，金属构件在钎焊操作中通过金属波纹夹芯彼此固定，其中，金属波纹夹层结构由包含铝芯层的波纹钎焊板材料制成，铝芯层两侧都包覆有铝钎焊包覆层，至少两个金属构件利用无钎剂受控气氛钎焊操作的方式通过金属蜂窝结构彼此固定。这种结构是将波纹钎焊板进行堆叠或缠绕，在非活性气体气氛中、在钎焊温度下对所述组件进行钎焊，但未采用高温气体在工件内腔中进行流通加热，仍然会导致受热不均匀。
现有的夹芯复合板也有采用芯管间隔排列的结构，但没有指出是形成贯通的气道，也并未提出将钎焊工艺与工件结构结合对工件内腔进行流通加热解决受热不均衡的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种隔热，重量轻，强度大，受热均匀，保证永久寿命的夹芯金属板材。
本发明的技术方案是：一种夹芯金属板材，包括上面板、下面板以及上面板与下面板之间的若干个芯管；所述若干个芯管之间设有贯通的气道，芯管与上面板、下面板之间利用高温气体经气道进行前后和/或左右流通加热实现钎焊。
上述方案具有以下优点：（1）通过设置贯通的气道，使得夹芯金属板材的结构与钎焊工艺相结合，相比对夹芯金属板材的外表面采用辐射加热等方式而言，一方面高温气体贯通于夹芯金属板材内腔，与每个芯管接触，使夹芯金属板材的上下左右前后端的温度接近，大大提高均温性，这样，夹芯金属板材就不会因为热差而产生而变形，进而保证夹芯金属板材的永久使用寿命；第二方面，能够缩短加热时间，提高钎焊效率；第三方面，夹芯金属板材在钎焊过程中只需向其内腔通入高温气体，无需对夹芯金属板材进行移动，使得焊接效果更好，大大提高工件的钎焊质量；（2）通过将芯管设于上面板与下面板之间，由于芯管中空，大大提高轻量化，且芯管的加入保证上面板和下面板受到应力后能够通过芯管进行疏散，从而减少夹芯金属板材的整体应力，进而增大结构的整体强度，使得上述结构具有以下特点：同等强度下，重量最轻；同等重量下，强度最大；（3）由于芯管中空，通过上面板、下面板对芯管的上下端进行钎焊密封，形成较大空间的密闭层，大大提高隔音效果。
上述的高温气体的温度需大于钎焊所使用的钎料温度，并低于母材温度，使得钎料能够融化。高温气体为保护气体，如如氮气、氦气、氢气等。
进一步，所述贯通的气道为横向气道、纵向气道、斜向气道这三种结构之一或者这三种结构的任意组合。本发明的气道是指相邻芯管之间的间隙，根据芯管的排列方式不同，气道的结构也不同，可以是横向气道，如芯管之间在横向上紧密排列，纵向上设有一定的排列间距，使得热气体穿过横向气道，对横向气道两侧的芯管进行加热钎焊；可以是纵向气道，如芯管之间在纵向上紧密排列，横向上设有一定的排列间距；还可以是斜向气道，如芯管之间斜向排列；又可以是他们之间的任意组合，如设置横纵向气道，即芯管之间间隔排列，这样，能够加快钎焊速度，使得温度更加均匀。
另一种替换方案为：所述贯通的气道由设于每个芯管上的孔实现。即在每个芯管上均开设至少两个孔，一个作为进气孔，一个作为出气孔，这样，高温气体通过穿过每个芯管的进气孔和出气孔实现对夹芯金属板材的前后和/或左右流通加热，使得每个芯管温度均匀。另外，芯管上的孔还可用于抽出空气，防止夹芯金属板材在高温环境下产生氧化，通过抽出空气，并置换进去保护气体，从而在无氧环境下进行钎焊。
进一步，所述芯管与上面板、下面板之间通过钎料经高温气体进行钎焊；所述钎料由电镀或热镀的形式获得，又或者将钎料直接铺设或以箔套的形式设于芯管与上面板、下面板之间。本发明采用电镀或热镀的形式，如电镀或热镀锡锌合金镀层，具有抗腐蚀性高、焊接性好、韧性好等优点，这样无需再添加其他钎料，通过热气体将热镀锡锌合金镀层熔化成液体与上面板、下面板连接成一体即可，具有良好的熔焊特性，焊接强度高。钎料直接铺设是指用现成的钎料直接铺设于芯管与上下面板之间，进行钎焊，钎料可以是铜钎料、锡钎料、铝钎料等，具有较高的熔点，能够耐高温，且钎焊强度高。以箔套的形式是指将钎料套在芯管上，如将钎料冲孔翻边，钎料包裹住芯管的端部，并向芯管内延伸，这样就能够将芯管牢固定位在面板之间，不易产生松动，大大提高焊接界面的联接强度，进而提高整体应力。
进一步，所述芯管的上下两端中至少有一端设有翻边、扳边或折边；或者所述芯管的上下两端均未设置翻边、扳边或折边；所述若干个芯管包括带翻边、扳边或折边的芯管和/或未设置翻边、扳边或折边的芯管。芯管是否翻边主要取决于芯管的管壁厚度，若厚度较大，则芯管的上端和下端与上下面板之间有较大的接触面积，不需翻边也能够保证钎焊的牢固性。而设有翻边的结构，可以采用较薄的芯管，不仅节省原材料，降低成本，还易于成型，而设置翻边一方面便于钎焊，降低与钎料连接的难度，使钎焊连接可一次性完成；另一方面，能够提高芯管与钎料之间的连接界面强度，进而提高整个钎焊层的抗拉强度和冲击热应力，保证夹芯金属板材的永久寿命。
进一步，所述芯管的材质为不锈钢、碳钢、钛、钛合金、铝、铝合金、铜、铜合金中的一种。采用这些材质，使得芯管不易生锈，大大提高使用寿命。
进一步，所述芯管的截面形状为圆形或N边形，N≥3，优选为5≤N≤30。其中N边形可以是三角形、方形、四边形、五边形、六边形等等。截面形状为圆形的芯管可以是圆柱形管或圆台型管；本发明优选为圆柱形管，即圆管，相比于其他形状的芯管，具有受力均匀、不易变形、稳定性高等优点。
进一步，相邻芯管之间均设有气道；或者部分芯管之间设有气道，另一部分芯管之间紧密连接。即每个芯管的四周均有高温气体流通加热，又或者每个芯管的四周至少一侧有高温气体流通加热，只要能够保证每一个芯管感应到温度即可。当然，如果是芯管上的孔作为气道的话，也可以将所有芯管紧密排列，且相邻芯管的孔位置相对应，位于边缘处的芯管作为进气口或出气口。
进一步，所述芯管的管壁厚度为0.01~15mm；优选地，当管壁厚度在0.01~8mm，可设置翻边，当管壁厚度大于8mm时，可以省略翻边；当然，也可以将管壁厚度大于或等于10mm且未设置翻边的芯管置于边缘位置，将管壁厚度小于10mm且未设置翻边的芯管置于中部，也能够保证焊接牢固性。
进一步，所述芯管与上面板、下面板之间利用冷气体经气道进行前后和/或左右流通降温而成型。这样，能够保证冷却温度均匀，提高钎焊质量，保证永久使用寿命。
进一步，所述若干个芯管的排列间隙中全部或部分填充有保温层；所述保温层的填充形状为块状、板状、片状、珠状、棒状、条状的一种或多种组合；所述保温层的材料为烧结颗粒、木屑、无机棉、发泡材料的一种或多种组合。通过在芯管的排列间隙中填充保温层，能够起到保温、隔音和隔振的效果；保温层可以塞满整个间隙，也可以填充一部分；为了防止保温层在间隙内产生晃动，可通过胶接方式固定。
进一步，上面板和下面板优选为金属板，更优选为不锈钢板。
本发明的夹芯金属板材可用于任何工程领域，如用作集装箱、房车、设备外壳、桥梁、路面、地板、飞机跑道、轨道基础、建筑用的梁、柱、板等，其具有重量轻、强度大、不生锈、不老化、寿命永久、隔热等优点，且连接或拼装简便，省时省力，能够大大提高经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例6的结构示意图；
图5是本发明实施例7的结构示意图；
图6是本发明实施例8的结构示意图；
图7是本发明实施例9的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示：一种夹芯金属板材，包括上面板1、下面板2以及上面板1与下面板2之间的若干个芯管3；若干个芯管3之间设有贯通的气道4，芯管3与上面板1、下面板2之间利用高温气体经气道4进行前后和左右流通加热实现钎焊。
具体地，芯管3为圆管，芯管的数量可根据需要进行选择。相邻芯管3之间间隔排列，形成横向气道41和纵向气道42，其中芯管3间的行间距为40mm，列间距为70mm。高温气体经横向气道41和纵向气道42进入夹芯金属板材的内腔。其中，芯管3与上面板1、下面板2之间通过铜钎料5经高温气体进行钎焊，铜钎料5铺设于芯管3与上面板1、下面板2之间，高温气体的温度大于铜的熔点，且低于上面板、下面板和芯管的材质熔点，这样，通过高温气体将铜钎料融化，利用液态铜钎料润湿母材，填充连接间隙并与母材相互扩散实现连接固定。钎焊完毕后，芯管3与上面板1、下面板2之间利用冷气体经横向气道41和纵向气道42进行前后和左右流通冷却而成型。其中，高温气体和冷气体均为氮气。
本实施例中，芯管3、上面板1和下面板2均采用不锈钢材质，例如上面板和下面板均为不锈钢板，芯管为654SMO不锈钢圆管，654SMO不锈钢为超级奥氏体不锈钢，具有较高的屈服强度、抗拉强度和延伸率，且防腐性能好，能够大大提高整体结构的强度，提高使用寿命，且具有低导热系数，保温效果好。
本实施例中，芯管3的管壁厚度为0.2mm，芯管3的上下两端均冲孔翻边，铜钎料5在翻边6处与上、下面板之间进行钎焊。
本实施例中，每个芯管3上均设有孔31，用于抽出芯管3内的空气，防止高温环境下发生氧化。为了便于抽气，每相邻两排芯管之间插入连片，连片上设有分支，分支的位置与孔的位置相对应，分支插入孔中，从连片的一端队相邻两排芯管进行抽气，使芯管处于无氧环境下。
实施例2
如图2所示：与实施例1的区别在于，芯管3的上下两端均冲孔翻边6；芯管、上面板1和下面板2均采用不锈钢材质，芯管3优选为254SMO不锈钢管，钎料为铜钎料5”，铜钎料5”以箔套的形式设于芯管3的翻边6与上面板、下面板之间，即铜钎料5”包裹住芯管3的翻边6，并向芯管3内延伸，使得芯管3被套住，这样就能够将芯管3牢固定位在面板之间。
其它同实施例1。
实施例3
如图3所示：与实施例2的区别在于，铜钎料5’以箔套的形式设于芯管3的翻边6与上面板1、下面板2之间，且铜钎料5’在未覆盖芯管的位置处设有镂空51’，如镂空成三角形，这样，能够防止钎焊过程中产生多余的铜钎料5’堆积的现象，大大提高钎焊质量。
其它同实施例2。
实施例4
与实施例1的区别在于，相邻芯管之间间隔排列，且横向水平排列，纵向倾斜排列，如倾斜45°角，形成横向气道和斜向气道。
其它结构同实施例1。
实施例5
与实施例2的区别在于，每一纵排的芯管之间紧密排列，相邻两纵排芯管之间设有间距，形成纵向气道。
其它结构同实施例2。
实施例6
如图4所示：一种夹芯金属板材，包括上面板1、下面板2以及上面板1与下面板2之间的若干个芯管3’；将若干个芯管3’排成五排，且每排芯管3’之间均紧密连接，第一横排与第二横排之间、第三横排与第四横排之间以及第四横排与第五横排之间均设有间距，而第二横排与第三横排之间紧密连接，形成横向气道41’，这样，高温气体第一横排、第四横排与第五横排的两侧均有高温气体通过，而第二横排与第三横排只有单侧流通高温气体，但仍能够实现温度的均衡。
其中，芯管3’为正八边形管，上面板1和下面板2的材质为钛钢，芯管3’的材质为钛合金，钎料为通过热镀形式获得的锌镀层，通过高温氮气加热使得锌镀层融化变成液态实现钎焊。钎焊完毕后，芯管3’与上面板、下面板之间利用冷氮经横向气道进行左右流通冷却而成型。
本实施例中，位于边缘处的芯管的管壁厚度为12mm，且未翻边，位于中部的芯管的管壁厚度为2mm，也未翻边。
本实施例中，每个芯管3’上均设有孔31’，一方面用于抽出芯管内的空气，防止高温环境下发生氧化。
实施例7
如图5所示：与实施例1的区别在于，圆管由三角形管代替。三角形管3”与上面板、下面板之间利用高温气体经横向气道41和纵向气道42进行前后和左右流通加热实现钎焊。
三角形管3”的管壁厚度为8mm，三角形管3”的上下两端均形成扳边6’，铜钎料在扳边6’处与上、下面板之间进行钎焊。
其它结构同实施例1。
实施例8
如图6所示：与实施例1的区别在于，圆管由正六边形管8代替，且若干个正六边形管8紧密连接，每个正六边形管8的前侧和后侧各开设三个孔81，高温氮气通过孔81形成贯通的气道。
正六边形管8的管壁厚度为10mm。
上面板、下面板和正六边形管8的材质均为铝合金，钎料为通过电镀形式获得的锡锌合金镀层，通过高温氮气加热使得锡锌合金镀层融化变成液态实现钎焊。钎焊完毕后，正六边形管8与上面板、下面板之间利用冷氮冷却成型。
其它结构同实施例1。
实施例9
如图7所示：在实施例1的基础之上，在若干个芯管3的排列间隙中全部填充有保温层7；保温层7的填充形状为条状；保温层7的材料为无机棉。
实施例10
在实施例1的基础之上，在若干个芯管的其中一部分排列间隙中填充有木屑，木屑被压缩成块状，刚好塞至芯管的间隙中紧固。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，包括上面板、下面板以及上面板与下面板之间的若干个芯管；将若干个空心管分成空心管组，各空心管组之间设有贯通的气道，芯管与上面板、下面板之间利用高温气体经气道进行前后和/或左右流通加热实现钎焊；高温气体的温度大于钎焊所使用的钎料温度，并低于母材温度，使得钎料能够融化。
2.根据权利要求1所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述贯通的气道为横向气道、纵向气道、斜向气道这三种结构之一或者这三种结构的任意组合。
3.根据权利要求1所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述芯管与上面板、下面板之间通过钎料经高温气体进行钎焊；所述钎料由电镀或热镀的形式获得，又或者将钎料直接铺设或以箔套的形式设于芯管与上面板、下面板之间。
4.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述芯管的上下两端中至少有一端设有翻边、扳边或折边；或者所述芯管的上下两端均未设置翻边、扳边或折边；所述若干个芯管包括带翻边、扳边或折边的芯管和/或未设置翻边、扳边或折边的芯管。
5.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述芯管的材质为不锈钢、碳钢、钛、钛合金、铝、铝合金、铜、铜合金中的一种。
6.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述芯管的截面形状为圆形或N边形，N≥3。
7.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，相邻芯管之间均设有气道；或者部分芯管之间设有气道，另一部分芯管之间紧密连接。
8.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述芯管的管壁厚度为0.01~15mm。
9.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述芯管与上面板、下面板之间利用冷气体经气道进行前后和/或左右流通降温而成型。
10.根据权利要求1~3任一项所述的夹芯金属板材的制造方法，其特征在于，所述若干个芯管的排列间隙中全部或部分填充有保温层；所述保温层的填充形状为块状、板状、片状、珠状、棒状、条状的一种或多种组合；所述保温层的材料为烧结颗粒、木屑、无机棉、发泡材料的一种或多种组合。
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