CN109465608A - 一种钛合金钎焊三明治结构板及其制造方法 - Google Patents

一种钛合金钎焊三明治结构板及其制造方法 Download PDF

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杨倩倩
马明星
曹磊
权思佳
李培旭
杨少丹
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Abstract

一种钛合金钎焊三明治结构板，包括上面板、下面板(3)、位于二者之间的多个波纹板(1)，上面板、下面板(3)及波纹板(1)均为钛合金板，多个波纹板(1)焊接成一个蜂窝芯体(4)，相邻的两个波纹板呈相对布置且二者之间的结合采用真空钎焊焊合；蜂窝芯体(4)的上端面与上面板之间的结合、下端面与下面板之间的结合均采用真空钎焊焊合，使蜂窝呈封闭状。本发明采用真空钎焊的方式制造结构为上下钛合金面板夹钛蜂窝芯体的三明治结构板，能够在减轻板材重量的同时兼具良好的耐高温性、抗冲击性、吸能及电磁屏蔽性能。

Description

一种钛合金钎焊三明治结构板及其制造方法
技术领域
本发明属于金属结构材料技术领域，特别涉及一种钛合金钎焊三明治结构板及其制造方法。
背景技术
目前，船舶、车辆等制造领域在要求构件材料力学性能的同时，也日益追求材料的轻质和耐高温性能。因此，钛合金三明治结构板的研发和优化日益迫切，即两层钛金属面板之间夹一层钛蜂窝芯组成的复合板。至今，三明治结构板的生产多以胶接法和熔融沉积法为主。虽然该类方法生产周期短、加工成本低，但胶接板材强度低且耐高温性能差，熔融沉积法制造的板材致密度不足且存在组织缺陷，因此均不足以应用于某些高端装备。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用钛合金材料通过钎焊工艺制造三明治结构板的方法。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种钛合金钎焊三明治结构板的制造方法，包括以下步骤：
(1)采用钛合金材料制作上面板、下面板，采用钛合金箔轧制或冲压成波纹板；
(2)对上面板、下面板及波纹板上的钎焊面分别进行表面除油，而后对其进行酸洗；
(3)在真空钎焊炉内先将多个波纹板焊接成一个端面为蜂窝状的蜂窝芯体，而后再将蜂窝芯体的上端面与上面板焊接、下端面与下面板焊接，焊接完成后焊件随炉保温；
具体的，真空钎焊炉内的真空度小于2×10-3Pa；钎料为低熔点的钛基非晶钎料；焊接温度为850～900℃，真空钎焊炉的升温方式为先以20～30℃/min的加热速度升温至700～750℃、然后保温10min以保证温度均匀、再然后继续以20～30℃/min的加热速度升温至850～900℃；焊接时间为30～60min；
(4)保温结束后，焊件随炉冷却以固定尺寸，制得成品。
进一步的，步骤(1)中上面板、下面板的厚度均为0.05～1mm。
进一步的，步骤(1)中采用钛合金箔轧制或冲压成半正六边形波纹板，多个半正六边形波纹板焊接形成一个端面为正六边形蜂窝状的蜂窝芯体。
进一步的，每个半正六边形波纹板的高度为5～50mm、壁厚为0.02～0.15mm、用于形成蜂窝的边长为1～10mm。
进一步的，步骤(2)中利用乙醇或丙醇对上面板、下面板及波纹板上的钎焊面进行表面除油。
本发明的目的还采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种钛合金钎焊三明治结构板，包括上面板、下面板3、位于二者之间的多个波纹板1，所述上面板、下面板3及波纹板1均为钛合金板；多个波纹板1焊接成一个蜂窝芯体4，相邻的两个波纹板呈相对布置且二者之间的结合采用真空钎焊焊合；蜂窝芯体4的上端面与上面板之间的结合、下端面与下面板之间的结合均采用真空钎焊焊合，使蜂窝呈封闭状。
进一步的，上面板、下面板的厚度均为0.05～1mm。
进一步的，上面板、下面板之间具有多个半正六边形波纹板1，其高度为5～50mm、壁厚为0.02～0.15mm、用于形成蜂窝的边长为1～10mm；多个半正六边形波纹板焊接成一个端面为正六边形蜂窝状的蜂窝芯体4。
借由上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、三明治结构板为上下钛合金面板夹钛蜂窝芯体的结构，能够在减轻板材重量的同时兼具良好的耐高温性、抗冲击性、吸能及电磁屏蔽性能。
2、本方法采用钎焊钛合金波纹板的工艺制作蜂窝芯体，相比常用的胶接法与熔融沉积法，焊接接头力学性能好、板材组织致密且耐高温性能优良。
3、本方法选择钛基非晶钎料对待焊件进行真空钎焊，可降低焊接温度，同时改善接头质量。
4、本发明在较低焊接温度下对钛合金三明治结构板进行较长时间的真空钎焊，可保证母材的同时，减轻钎料与母材的溶蚀反应。同时焊接时间的适当延长可保证钎料充分填入焊缝，焊接接头强度高且焊件受热均匀。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一种钛合金钎焊三明治结构板(去除上面板)的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
【附图标记说明】
1-波纹板
2-钎焊面
3-下面板
4-蜂窝芯体
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
本实施例提出一种钛合金钎焊三明治结构板的制造方法，包括以下步骤：
(1)采用钛合金材料制作上面板、下面板3，上、下面板的厚度均为0.05～1mm。同时采用钛合金箔轧制或冲压成半正六边形波纹板1，该波纹板12的高度为5～50mm、壁厚为0.02～0.15mm、用于形成蜂窝的边长为1～10mm；
具体的，上下面板与波纹板可以选用相同或不同的钛合金材料，本发明对此不限制。
(2)利用乙醇或丙醇对上面板、下面板及波纹板上的钎焊面2分别进行表面除油，而后对其进行酸洗以清除钎焊面上的表面氧化物；
(3)在真空钎焊炉内先将多个半正六边形波纹板1焊接成一个端面为正六边形蜂窝状的蜂窝芯体4，而后再将蜂窝芯体4的上端面与上面板焊接、下端面与下面板焊接，焊接完成后随炉保温。
具体的，考虑到钛合金在高温下极易与氧气、氮气、氢气发生反应，真空钎焊炉内的真空度小于2×10-3Pa；
考虑到高温对薄板焊接造成的不利影响，选择低熔点的钛基非晶钎料对结构板进行焊接；
考虑到焊接接头性能与焊缝填充效果，焊接温度选择850～900℃，真空钎焊炉的升温方式为先以20～30℃/min的加热速度升温至700～750℃、然后保温10min以保证温度均匀、再然后继续以20～30℃/min的加热速度升温至850～900℃(即焊接温度)；
考虑到焊接接头强度及溶蚀反应的控制，焊接时间选择30～60min。
至于利用前述钛基非晶钎料在真空度小于2×10-3Pa的炉内达到焊接温度时对结构板进行真空钎焊的具体操作流程为现有成熟技术，在此不再赘述。
(4)保温结束后，焊件随炉冷却以固定尺寸，制得成品。
实施例二
在实施例一的基础上，请参阅图1及图2，本实施例制得一种钛合金钎焊三明治结构板，包括上面板、下面板3、位于二者之间的多个半正六边形波纹板1，上面板、下面板3均为钛合金板，其厚度为0.05～1mm；每个半正六边形波纹板1为钛合金板，其高度为5～50mm、壁厚为0.02～0.1mm、用于形成蜂窝的边长为0.5～10mm。多个半正六边形波纹板1焊接形成端面为正六边形蜂窝状的蜂窝芯体4，相邻的两个波纹板1呈相对布置。蜂窝芯体4的上端面与上面板焊接、下端面与下面板3焊接，使正六边形蜂窝呈封闭状。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的设计和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种钛合金钎焊三明治结构板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用钛合金材料制作上面板、下面板，采用钛合金箔轧制或冲压成波纹板；
(2)对上面板、下面板及波纹板上的钎焊面分别进行表面除油，而后对其进行酸洗；
(3)在真空钎焊炉内先将多个波纹板焊接成一个端面为蜂窝状的蜂窝芯体，而后再将蜂窝芯体的上端面与上面板焊接、下端面与下面板焊接，焊接完成后焊件随炉保温；
具体的，真空钎焊炉内的真空度小于2×10-3Pa；钎料为低熔点的钛基非晶钎料；焊接温度为850～900℃，真空钎焊炉的升温方式为先以20～30℃/min的加热速度升温至700～750℃、然后保温10min以保证温度均匀、再然后继续以20～30℃/min的加热速度升温至850～900℃；焊接时间为30～60min；
(4)保温结束后，焊件随炉冷却以固定尺寸，制得成品。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于步骤(1)中上面板、下面板的厚度均为0.05～1mm。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于步骤(1)中采用钛合金箔轧制或冲压成半正六边形波纹板，多个半正六边形波纹板焊接形成一个端面为正六边形蜂窝状的蜂窝芯体。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于每个半正六边形波纹板的高度为5～50mm、壁厚为0.02～0.15mm、用于形成蜂窝的边长为1～10mm。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于步骤(2)中利用乙醇或丙醇对上面板、下面板及波纹板上的钎焊面分别进行表面除油。
6.一种钛合金钎焊三明治结构板，包括上面板、下面板(3)、位于二者之间的多个波纹板(1)，其特征在于所述上面板、下面板(3)及波纹板(1)均为钛合金板；多个波纹板(1)焊接成一个蜂窝芯体(4)，相邻的两个波纹板呈相对布置且二者之间的结合采用真空钎焊焊合；蜂窝芯体(4)的上端面与上面板之间的结合、下端面与下面板之间的结合均采用真空钎焊焊合，使蜂窝呈封闭状。
7.根据权利要求6所述的钛合金钎焊三明治结构板，其特征在于上面板、下面板的厚度均为0.05～1mm。
8.根据权利要求6所述的钛合金钎焊三明治结构板，其特征在于上面板、下面板之间具有多个半正六边形波纹板(1)，其高度为5～50mm、壁厚为0.02～0.15mm、用于形成蜂窝的边长为1～10mm；多个半正六边形波纹板焊接成一个端面为正六边形蜂窝状的蜂窝芯体(4)。
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