CN111660000A - 铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法 - Google Patents

铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法，通过将多层待连接体之间构建真空环境后置于超塑成形扩散连接模具中，通过压机对模具施加载荷，加热待连接体的同时通过模具从待连接体上方通入氩气直至达到所需的扩散连接保压时间，利用待连接体基体和氧化膜的塑性不同的特性使得氧化膜在同步变形连接过程中破碎，实现待连接界面完全焊合，待连接体完全变形贴模冷却后即得到扩散连接成形件。本发明解决了铝合金扩散连接界面质量差的难题；能够制造多层结构件，成形的层数和形状可根据实际需要调整。本发明采用的方法简单高效，无需特殊设备和材料，降低成本，易于实现工业化生产。

Description

铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法
技术领域
本发明涉及的是一种超塑成形与扩散连接领域的技术，具体是一种铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法。
背景技术
铝合金扩散连接过程中，由于表面极易被氧化，形成一层致密且连续的氧化膜，这种氧化膜严重阻碍铝原子穿过扩散连接面，且氧化层非常稳定，在高温下非常有限的溶解于基体里，容易形成有缺陷的界面。因此利用超塑变形实现氧化膜的破碎，实现铝合金界面的良好冶金结合，具有技术可行性。现有技术存在以下问题：通过改造拉伸机设计一套超塑成形增强扩散连接性能的装置，对7475铝合金同步进行了超塑拉伸与扩散连接实验，明显减薄了原始板料，成形的样件尺寸小，无法应用于实际构件的制造；用于界面强化传热的铝合金界面低温扩散连接方法，需要对铝合金表面进行特殊处理，而且需要添加中间层，导致在界面处引入了多种成分；增加了磁脉冲电源的铝合金扩散连接方法因施加电磁脉冲力而使铝合金容易发生变形。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法，利用氧化铝薄层与铝合金基体的延伸率不同，氧化膜塑性﹤10％，铝合金基体超塑性≧200％，变形量大于40％氧化膜会破碎，以及超塑变形过程中晶粒滑移和转动使新晶粒出现在合金表面导致氧化膜破碎的原理，将铝合金的超塑成形与扩散连接相结合，既可以实现铝合金的良好冶金结合，又能获得多层板的成形构件。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过将多层待连接体之间构建真空环境后置于超塑成形扩散连接模具中，通过压机对模具施加载荷，加热待连接体的同时通过模具从待连接体上方通入氩气直至达到所需的扩散连接保压时间，利用待连接体基体和氧化膜的塑性不同的特性使得氧化膜在同步变形连接过程中破碎，实现待连接界面完全焊合，待连接体完全变形贴模冷却后即得到扩散连接成形件。
所述的真空环境，通过将多层待连接体周边焊连构成密闭腔后通过抽气实现真空。
所述的焊连，优选利用搅拌摩擦焊实现，具体为：将待连接体的四周焊接封边并在相邻两层待连接界面之间留有封口以与真空泵结合制造真空环境。
所述的待连接体为不少于两层的铝合金板，优选为：经过打磨、抛光和清洗的不少于两层的铝合金板。
所述的真空环境的真空度低于5×10-3Pa。
所述的压机对模具施加载荷为8～12MPa。
所述的加热的温度为超塑成形与扩散连接温度介于60％～80％的Tm，Tm为待连接体为所用牌号铝合金的熔点热力学温度。
所述的通入氩气的气压小于等于6MPa。
所述的扩散连接保压时间不少于60分钟。
技术效果
与现有技术相比，本发明将超塑成形与扩散连接结合，利用超塑变形破碎铝合金的氧化膜，保证铝原子的扩散不受阻碍，解决了铝合金扩散连接界面质量差的难题；能够制造多层结构件，成形的层数和形状可根据实际需要调整。本发明采用的方法简单高效，无需特殊设备和材料，降低成本，易于实现工业化生产。
附图说明
图1为本实施例同步超塑变形扩散连接模具的示意图；
图中：上模1、待连接板2、下模3、气源通孔4。
具体实施方式
本实施例涉及一种铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法，待连接板2采用2198铝锂合金两层板，具体通过以下步骤：
步骤1、设置使待连接板2的塑性最小变形量为50％的同步超塑成形扩散连接模具，该模具包括：带有气源通孔4的上模1和下模3，其中：待连接板2根据接头方式置于上模1和下模3之间。
步骤2、利用搅拌摩擦焊将处理好的待连接板2的四周焊接封边，相邻两层界面之间留有封口以与真空泵接合以制造真空环境。
所述的处理是指：为了保证待连接板2表面的平整度、清洁度和表面粗糙度，将其进行打磨、抛光并在丙酮中超声清洗去除杂质。
所述的真空泵为扩撒泵或分子泵。
所述的真空环境的真空度为4×10-3Pa。
步骤3、将成形扩散连接模具置于热成形压机中。
步骤4、启动压机，在上模1和下模3之间施加设定的载荷，加热待连接板2到铝合金超塑成形与扩散连接的温度达500℃，打开气源通孔4，气压为3MPa，将高纯氩气施加于待连接板2上使其变形，同时在压力作用下待连接板2发生扩散连接，直至待连接板2完全变形贴模后，并继续保压120分钟。
步骤5、停止加热，关闭压机和气源通孔4，待连接板2随炉冷却至室温并取出，即完成了待连接板2的同步超塑成形扩散连接，将多余部分切除，获得扩散连接成形件。
与现有技术相比，本发明解决了氧化膜对铝原子扩散的阻碍作用，提高了铝合金扩散连接质量，并能实现多层板的超塑成形。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种铝合金多层板同步超塑变形扩散连接方法，其特征在于，通过将多层待连接体之间构建真空环境后置于超塑成形扩散连接模具中，通过压机对模具施加载荷，加热待连接体的同时通过模具从待连接体上方通入氩气直至达到所需的扩散连接保压时间，利用待连接体基体和氧化膜的塑性不同的特性使得氧化膜在同步变形连接过程中破碎，实现待连接界面完全焊合，待连接体完全变形贴模冷却后即得到扩散连接成形件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的真空环境，通过将多层待连接体周边焊连构成密闭腔后通过抽气实现真空。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的焊连，利用搅拌摩擦焊实现，具体为：将待连接体的四周焊接封边并在相邻两层待连接界面之间留有封口以与真空泵结合制造真空环境。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征是，所述的待连接体为不少于两层的铝合金板。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征是，所述的真空度低于5×10-3Pa。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的待连接体为：经过打磨、抛光和清洗的不少于两层的铝合金板。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的压机对模具施加载荷为8～12MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的加热的温度为超塑成形与扩散连接温度介于60％～80％的Tm，Tm为待连接体为所用牌号铝合金的熔点热力学温度。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的超塑成形与扩散连接气压小于等于6MPa；所述的扩散连接保压时间不少于60分钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的超塑成形扩散连接模具包括：带有气源通孔的上模和下模，其中：待连接板根据接头方式置于上模和下模之间。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112339217A (zh) * 2020-10-13 2021-02-09 武汉理工大学 一种变厚度叶片金属包边的成形连接一体化装置及方法
CN112620914A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 哈尔滨工业大学 一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法
CN114871700A (zh) * 2022-05-27 2022-08-09 北京航星机器制造有限公司 一种铝合金/铝锂合金空心加强筋蒙皮成形方法及模具

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3920175A (en) * 1974-10-03 1975-11-18 Rockwell International Corp Method for superplastic forming of metals with concurrent diffusion bonding
US4263375A (en) * 1978-12-26 1981-04-21 The Boeing Company Superplastically formed titanium structure
US4732312A (en) * 1986-11-10 1988-03-22 Grumman Aerospace Corporation Method for diffusion bonding of alloys having low solubility oxides
CN1986137A (zh) * 2005-12-22 2007-06-27 韩国航空宇宙研究院 用于扩散结合和超塑成形的设备
CN203508711U (zh) * 2013-09-29 2014-04-02 哈尔滨理工大学 镁合金超塑成形扩散连接用的外加热式模具
CN105149874A (zh) * 2015-08-24 2015-12-16 北京星航机电装备有限公司 一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法
CN107020446A (zh) * 2016-01-29 2017-08-08 波音公司 用于扩散接合和形成金属板材的方法和工艺流程

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3920175A (en) * 1974-10-03 1975-11-18 Rockwell International Corp Method for superplastic forming of metals with concurrent diffusion bonding
US4263375A (en) * 1978-12-26 1981-04-21 The Boeing Company Superplastically formed titanium structure
US4732312A (en) * 1986-11-10 1988-03-22 Grumman Aerospace Corporation Method for diffusion bonding of alloys having low solubility oxides
CN1986137A (zh) * 2005-12-22 2007-06-27 韩国航空宇宙研究院 用于扩散结合和超塑成形的设备
CN203508711U (zh) * 2013-09-29 2014-04-02 哈尔滨理工大学 镁合金超塑成形扩散连接用的外加热式模具
CN105149874A (zh) * 2015-08-24 2015-12-16 北京星航机电装备有限公司 一种用于带加强筋结构钛合金蒙皮的整体成形方法
CN107020446A (zh) * 2016-01-29 2017-08-08 波音公司 用于扩散接合和形成金属板材的方法和工艺流程

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李枫等: "超塑成形/扩散焊接组合工艺的技术概况与应用 ", 《新技术新工艺》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112339217A (zh) * 2020-10-13 2021-02-09 武汉理工大学 一种变厚度叶片金属包边的成形连接一体化装置及方法
CN112620914A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 哈尔滨工业大学 一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法
CN112620914B (zh) * 2020-11-30 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种铝合金同步超塑成形扩散连接方法
CN114871700A (zh) * 2022-05-27 2022-08-09 北京航星机器制造有限公司 一种铝合金/铝锂合金空心加强筋蒙皮成形方法及模具
CN114871700B (zh) * 2022-05-27 2023-11-07 北京航星机器制造有限公司 一种铝合金/铝锂合金空心加强筋蒙皮成形方法及模具

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