CN111922508A - 一种扩散焊夹具及蜂窝结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扩散焊夹具及蜂窝结构的制备方法，属于蜂窝结构生产加工技术领域。扩散焊夹具，用于蜂窝结构的制备，包括：在设备内腔内设置底板，底板上用于依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，在环绕第一待焊金属及蜂窝芯的底板边缘分布设置多个支撑件，支撑件垂直于底板设置，支撑件为热塑性材料，多个支撑件的支撑端形成一支撑平面，用于承载第二待焊金属，在支撑平面之上设置有压力板，压力板受驱提供垂直朝向底板方向的压力，以在真空预设温度条件下将蜂窝芯焊接于第一待焊金属和第二待焊金属之间形成蜂窝结构。本申请能够在蜂窝结构的制备过程中，既不增加蜂窝结构的重量，又能提高蜂窝结构的连接性能。

Description

一种扩散焊夹具及蜂窝结构的制备方法

技术领域

本发明涉及蜂窝结构生产加工技术领域，具体而言，涉及一种扩散焊夹具及蜂窝结构的制备方法。

背景技术

近年来，在制造高性能结构(即具有高强度重量比的结构)方面取得了重大进展，尤其是在航空航天领域。蜂窝结构具有优异的强度重量比，强度高，重量轻，还有益于隔音和隔热，因此在该领域中得到了广泛的应用。同时钛合金具有很高的强度重量比和耐高温能力，因此在蜂窝结构件中的应用具有很大的前景。

目前制造蜂窝结构最常用方法主要有三种，一种是通过紧固件连接，但是该方法需要在蜂窝结构连接处打孔，如此，不仅增加了蜂窝结构本身的重量，而且也降低了蜂窝结构的承载力。第二种是采用结合剂粘接，然而这种方法在制造较大或较复杂的结构部件时，会遇到很多技术问题，例如，如何获得表面的高质量连接，粘结材料的均匀分布，是否施加合适的热量或压力，并防止结构翘曲和原材料性能脆化等，从而影响蜂窝结构的性能。第三种是采用钎焊连接，但是，钎焊过程中会使用钎料，在熔化温度下保持较长时间，钎料可能会从钎焊区域流出，有溶解到金属中形成脆化合金的趋势，影响蜂窝结构的使用性能，上述三种制造蜂窝结构的方法都会增加蜂窝结构的重量，并且影响蜂窝结构的连接性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扩散焊夹具及蜂窝结构的制备方法，能够在蜂窝结构的制备过程中，既不增加蜂窝结构的重量，又能提高蜂窝结构的连接性能。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种扩散焊夹具，用于蜂窝结构的制备包括：在设备内腔内设置底板，底板上用于依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，在环绕第一待焊金属及蜂窝芯的底板边缘分布设置多个支撑件，支撑件垂直于底板设置，支撑件为热塑性材料，多个支撑件的支撑端形成一支撑平面，用于承载第二待焊金属，在支撑平面之上设置有压力板，压力板受驱提供垂直朝向底板方向的压力，以在真空预设温度条件下将蜂窝芯焊接于第一待焊金属和第二待焊金属之间形成蜂窝结构。

可选地，在第二待焊金属上设置垫板，垫板为热塑性材料。

可选地，在底板外侧设置有多个限位杆，多个限位杆用于限定压力板与底板的相对位置。

本发明实施例的另一方面，提供一种蜂窝结构的制备方法，包括：在底板上依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，第一待焊金属及蜂窝芯位于设置在底板边缘的多个支撑件的环绕空间内；

在多个支撑件形成的支撑平面上设置第二待焊金属，第二待焊金属与第一待焊金属及蜂窝芯的投影位置相对应；

提供真空环境并升温至预设温度，驱动压力板向底板的方向运动，以使第二待焊金属与蜂窝芯贴合；

压力板持续提供压力，第二待焊金属与蜂窝芯以及第一待焊金属焊接固定，形成蜂窝结构。

可选地，在第二待焊金属上设置有垫板，提供真空环境并升温至预设温度，驱动压力板向底板的方向运动，包括：

驱动压力板向底板的方向运动，垫板受力并传递至第二待焊金属。

可选地，垫板包括层叠设置的钛板和玻璃板。

可选地，预设温度大于或者等于800℃。

可选地，压力板持续提供压力，第二待焊金属与蜂窝芯以及第一待焊金属焊接固定，形成蜂窝结构之前，方法还包括：

继续升温至预设温度阈值并保持。

可选地，预设温度阈值范围为870-930℃。

可选地，压力板持续提供压力的保持时间范围在2-6h。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种扩散焊夹具，通过在设备内腔内设置底板，底板上用于依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，用以提供蜂窝结构的支撑。在环绕第一待焊金属及蜂窝芯的底板边缘分布设置多个支撑件，支撑件垂直于底板设置，支撑件为热塑性材料，多个支撑件的支撑端形成一支撑平面，用于承载第二待焊金属，在扩散焊温度时，多个支撑件会弯曲变形，以使第二待焊金属与蜂窝芯的焊接面贴合。在支撑平面之上设置有压力板，压力板受驱提供垂直朝向底板方向的压力，以在真空预设温度条件下将蜂窝芯焊接于第一待焊金属和第一待焊金属之间形成蜂窝结构，通过该扩散焊夹具能够使得第一待焊金属、蜂窝芯及第二待焊金属焊接固定，从而避免了增加蜂窝结构的重量，且蜂窝结构的连接性能较佳。

本发明实施例提供的一种蜂窝结构的制备方法应用于上述的扩散焊夹具，通过将该蜂窝结构的制备方法应用于上述的扩散焊夹具中，以实现制备连接性能较佳的蜂窝结构的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的扩散焊夹具的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的蜂窝结构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的蜂窝芯的结构示意图；

图4为图2中A处的晶体结构放大示意图；

图5为图2中B处的晶体结构放大示意图；

图6为本发明实施例提供的蜂窝结构的制备方法的流程图。

图标：100-扩散焊夹具；110-底板；120-支撑件；130-限位杆；140-支撑蜂窝；141-支撑芯棒；150-钛板；160-玻璃板；170-压力板；200-蜂窝结构；210-第二待焊金属；220-第一待焊金属；230-蜂窝芯；231-第一芯棒；232-第一蜂窝焊接面；233-第二蜂窝焊接面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明提供的扩散焊夹具100的结构示意图，请参照图1，本发明实施例提供一种扩散焊夹具100，用于蜂窝结构200的制备包括：在设备内腔内设置底板110，底板110上用于依次设置第一待焊金属220及蜂窝芯230，在环绕第一待焊金属220及蜂窝芯230的底板110边缘分布设置多个支撑件120，支撑件120垂直于底板110设置，支撑件120为热塑性材料，多个支撑件120的支撑端形成一支撑平面，用于承载第二待焊金属210，在支撑平面之上设置有压力板170，压力板170受驱提供垂直朝向底板110方向的压力，以在真空预设温度条件下将蜂窝芯230焊接于第一待焊金属220和第一待焊金属220之间形成蜂窝结构200。

需要说明的是，第一，底板110、支撑件120和压力板170在放入设备内腔之前需分别对其进行涂抹氮化硼等隔离层，以防底板110与相接触的其他物件在真空预设温度环境下发生键结合。

第二，请参照图3，蜂窝结构200包括第一待焊金属220、蜂窝芯230和第二待焊金属210，其中，蜂窝芯230由多个第一芯棒231堆叠形成，且第一芯棒231的开口方向分别朝向第一待焊金属220和第二待焊金属210。蜂窝芯230包括第一蜂窝面和第二蜂窝面，其中，第一蜂窝面包括相互连接的第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233，且第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233呈预设角度。第二待焊金属210为厚度均匀的板状结构，第二待焊金属210为厚度不一的板状结构，具体地，第一待焊金属220在第一蜂窝焊接面232投影下方的厚度均匀，在第二蜂窝焊接面233投影下方的厚度呈递增状态，如此设置的目的是为了提高第二待焊金属210的承载力。

第三，多个支撑件120能够在扩散焊温度环境中，容易屈服，即就是，在扩散焊温度环境下，容易改变其轮廓结构，在第二待焊金属210与压力板170等重力的作用下，支撑件120在扩散焊温度环境下极易弯曲，使得第二待焊金属210缓慢下落至蜂窝芯230的第一蜂窝面上。在扩散焊温度环境下，以及在压力板170的重力作用下，会使得第二待焊金属210和第一待焊金属220分别与蜂窝芯230的两个焊接面焊接固定，请参照图2，是通过扩散焊夹具100加工形成的蜂窝结构200。

第四，为了进一步提高对第二待焊金属210的支撑稳定性，请参照图1，本实施例中还在第二待焊金属210相对的两侧分别设置支撑件，支撑件用于使第二待焊金属210设置的稳定性提高，例如，支撑件为支撑蜂窝140，支撑蜂窝140由多个支撑芯棒141堆叠形成，其中支撑芯棒141的开口方向与底板110的板面方向平行。

第五，在真空预设温度条件下将蜂窝芯230焊接于第一待焊金属220和第一待焊金属220之间形成蜂窝结构200，其中，预设温度大于800℃。

其中，首先将涂设有氮化硼等隔离层的底板110设置在设备内腔内，并在底板110上垂直设置涂设有氮化硼等隔离层的多个支撑件120，在底板110上依次设置有第一待焊金属220及蜂窝芯230，并且多个支撑件120环绕在第一待焊金属220周围，第二待焊金属210设置在由多个支撑件120形成的支撑面内，并且，支撑件120的高度大于蜂窝芯230的高度，以使蜂窝芯230与第二待焊金属210具有间隙，以便于抽取蜂窝芯230中的空气，在第二待焊金属210上设置压力板170，压力板170用以提供压力，以使第一待焊金属220、第二待焊金属210的焊接面分别与蜂窝芯230的第一蜂窝面和第二蜂窝面发生键结合，以形成一体化的蜂窝结构200，请参照图4，是第一待焊金属220和第二待焊金属210发生键结合形成的晶体结构，请参照图5，图5是第二待焊金属210与蜂窝芯230发生键结合形成的晶体结构，由上述可知，通过该扩散焊夹具100形成了一体化的蜂窝结构200，在不增加蜂窝结构200自身重力的前提下，提高了蜂窝结构200的连接性能。

本发明实施例提供的一种扩散焊夹具100，通过在设备内腔内设置底板110，底板110上用于依次设置第一待焊金属220及蜂窝芯230，用以提供蜂窝结构200的支撑。在环绕第一待焊金属220及蜂窝芯230的底板110边缘分布设置多个支撑件120，支撑件120垂直于底板110设置，支撑件120为热塑性材料，多个支撑件120的支撑端形成一支撑平面，用于承载第二待焊金属210，在扩散焊温度时，多个支撑件120会弯曲变形，以使第二待焊金属210与蜂窝芯230的焊接面贴合。在支撑平面之上设置有压力板170，压力板170受驱提供垂直朝向底板方向的压力，以在真空预设温度条件下将蜂窝芯230焊接于第一待焊金属220和第二待焊金属210之间形成蜂窝结构200，通过该扩散焊夹具100能够使得第一待焊金属220、蜂窝芯230及第二待焊金属210焊接固定，从而避免了增加蜂窝结构200的重量，且蜂窝结构200的连接性能较佳。

进一步地，为了提高压力板170对蜂窝结构200施加压力的效果，本实施例中在第二待焊金属210上设置垫板，垫板为热塑性材料。

由上可知，本实施例中的蜂窝结构200中的蜂窝芯230的第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233呈预设角度，为了提高压力板170的施加压力的效果，有必要设置压力板170的施压面与第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233相对应。为了进一步提高压力板170施加压力的效果，在压力板170和第二待焊金属210之间增设垫板，其中，垫板具有热塑性，即就是在真空预设温度环境下，施加外力极易改变其轮廓形状。压力板170的压力面将压力板170的自重作用于垫板，即就是压力板170对第二待焊金属210的作用力首先作用于垫板，然后通过垫板将其作用力近似均匀分散，然后通过垫板将压力板170提供的压力作用于第二待焊金属210上，从而避免了第二待焊金属210被局部施压，有效的提高了压力板170施加压力的效果。

进一步地，为了提高对蜂窝结构200以及压力板170、垫板等相对位置的限定，本实施例中在底板110外侧设置有多个限位杆130，多个限位杆130用于限定压力板170与底板110的相对位置。

其中，限位杆130用于限定压力板170、垫板、第二待焊金属210等的相对位置，以防限定压力板170、垫板、第二待焊金属210在焊接过程中出现滑移或者其他形式改变限定压力板170、垫板、第二待焊金属210等的相对位置。

图6为本发明实施例提供的蜂窝结构200的制备方法的流程图。请参照图6，本发明实施例的另一方面，提供一种蜂窝结构200的制备方法，包括：

S10、在底板上依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，第一待焊金属及蜂窝芯位于设置在底板边缘的多个支撑件的环绕空间内。

其中，底板110与第一待焊金属220接触面涂设氮化硼等隔离层，以防底板110与第一待焊金属220在真空预设温度环境中发生键结合。支撑件120用于支撑第二待焊金属210，使得第二待焊金属210与蜂窝芯230之间具有间隙，便于抽取真空时抽取蜂窝芯230中的空气。

S20、在多个支撑件形成的支撑平面上设置第二待焊金属，第二待焊金属与第一待焊金属及蜂窝芯的投影位置相对应。

其中，第二待焊金属210与第一待焊金属220及蜂窝芯230的投影位置相对应以使第二待焊金属210与第一待焊金属220的相对位置对应，以提高蜂窝结构200的焊接效果。

S30、提供真空环境并升温至预设温度，驱动压力板向底板的方向运动，以使第二待焊金属与蜂窝芯贴合。

其中，预设温度即为扩散焊温度，该扩散焊温度是指能够使得第一待焊金属220、蜂窝芯230和第二待焊金属210分别发生键结合，能够实现上述键结合的温度都属于扩散焊温度的范围。当设备内腔的温度到达扩散焊温度时，支撑件120慢慢软化，以使第二待焊金属210缓慢降落以与蜂窝芯230的第一蜂窝面相结合。

S40、压力板持续提供压力，第二待焊金属与蜂窝芯以及第一待焊金属焊接固定，形成蜂窝结构。

其中，当第二待焊金属210与蜂窝芯230相贴合时，在扩散焊温度环境和压力板170持续提供压力的情况下，第一待焊金属220、蜂窝芯230以及第二待焊金属210分别发生键结合，形成一体化的蜂窝结构200。从而有效提高了蜂窝结构200的连接性能。

示例地，将设备内腔抽真空至接近真空状态，其中，本实施例中的真空状态是指大气压为10^-3Pa。抽真空后，将设备内腔以一定的速率加热，大约60分钟后温度达到800℃，在该温度下，支撑蜂窝140已经脱落，支撑件120已弯曲变形，使得第二待焊金属210和位于第二待焊金属210上面的压力板170在自重的作用下下降，以使得第二待焊金属210与蜂窝芯230相贴合，随着压力板170持续施压，使得第一待焊金属220和第二待焊金属210分别与蜂窝芯230的第一蜂窝面和第二蜂窝面发生键结合，以形成蜂窝结构200。

进一步地，为了提高压力板170的施压效果，在第二待焊金属210上设置有垫板，提供真空环境并升温至预设温度，驱动压力板170向底板110的方向运动，包括：

驱动压力板170向底板110的方向运动，垫板受力并传递至第二待焊金属210，以使第二待焊金属210与蜂窝芯230紧密贴合。

需要指出的是，为了进一步提高压力板170施加压力的效果，在压力板170和第二待焊金属210之间增设垫板，其中，垫板具有热塑性，即就是在真空预设温度环境下，施加外力极易改变其轮廓形状。压力板170的压力面将压力板170的作用力传递至垫板，即就是压力板170对第二待焊金属210的作用力首先作用于垫板，然后通过垫板将其作用力均匀分散，避免第二待焊金属210局部受力，从而有效的提高了压力板170施加压力的效果。

可选地，垫板包括层叠设置的钛板150和玻璃板160。

需要说明的是，垫板的设置使得压力板170施加的压力近似均匀的作用于第二待焊金属210上，又由于第二待焊金属210与蜂窝芯230相结合的焊接面包括第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233，且第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233具有预设夹角，因此，垫板需与第一蜂窝焊接面232和第二蜂窝焊接面233对应，因此，垫板有必要具有热塑性，也即使，垫板在扩散焊温度环境中以及在外力的作用下，能够改变其轮廓形状。本实施例中垫板选择钛板150和玻璃板160，钛板150和玻璃板160都能够在真空预设温度环境下热塑化。

可选地，本实施例中，预设温度大于或者等于800℃。

需要说明的是，当预设温度达到800℃时，支撑蜂窝140已经脱落，支撑件120已弯曲变形，使得第二待焊金属210和位于第二待焊金属210上面的压力板170提供的压力作用下下降，以使得第二待焊金属210与蜂窝芯230相贴合，因此，为了提高对蜂窝结构200的制备效果，预设温度不能低于800℃。

可选地，压力板170持续提供压力，第二待焊金属210与蜂窝芯230以及第一待焊金属220焊接固定，形成蜂窝结构200之前，方法还包括：继续升温至预设温度阈值并保持。

示例地，当第二待焊金属210与蜂窝芯230及第一待焊金属220接触时，设备内腔的温度继续升高至适合扩散焊的温度，例如，扩散焊温度升高至900℃，在该温度下保持适当的时间，以形成蜂窝结构200。

可选地，本实施例中预设温度阈值范围为870-930℃。

当预设温度达到870-930℃时，第一待焊金属220、蜂窝芯230和第二待焊金属210能够形成较佳的蜂窝结构200，并且蜂窝结构200的连接性能也较佳。

可选地，压力板170持续提供压力的保持时间范围在2-6h。

需要说明的是，压力板170持续提供压力的目的是提高第一待焊金属220、蜂窝芯230和第二待焊金属210之间的键结合效果，一般持续提供压力的时间段未2-6h时，对第一待焊金属220、蜂窝芯230和第二待焊金属210之间的焊接效果较佳。

本发明实施例提供的一种蜂窝结构200的制备方法应用于上述的扩散焊夹具100，通过将该蜂窝结构200的制备方法应用于上述的扩散焊夹具100中，以实现制备连接性能较佳的蜂窝结构200的目的。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扩散焊夹具，用于蜂窝结构的制备，其特征在于，包括：在设备内腔内设置底板，所述底板上用于依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，在环绕所述第一待焊金属及所述蜂窝芯的所述底板边缘分布设置多个支撑件，所述支撑件垂直于所述底板设置，所述支撑件为热塑性材料，多个所述支撑件的支撑端形成一支撑平面，用于承载第二待焊金属，在所述支撑平面之上设置有压力板，所述压力板受驱提供垂直朝向所述底板方向的压力，以在真空预设温度条件下将所述蜂窝芯焊接于所述第一待焊金属和所述第二待焊金属之间形成蜂窝结构。

2.根据权利要求1所述的扩散焊夹具，其特征在于，在所述第二待焊金属上设置垫板，所述垫板为热塑性材料。

3.根据权利要求1所述的扩散焊夹具，其特征在于，在所述底板外侧设置有多个限位杆，多个所述限位杆用于限定所述压力板与所述底板的相对位置。

4.一种蜂窝结构的制备方法，其特征在于，包括：

在底板上依次设置第一待焊金属及蜂窝芯，所述第一待焊金属及所述蜂窝芯位于设置在所述底板边缘的多个支撑件的环绕空间内；

在多个所述支撑件形成的支撑平面上设置第二待焊金属，所述第二待焊金属与所述第一待焊金属及所述蜂窝芯的投影位置相对应；

提供真空环境并升温至预设温度，驱动压力板向所述底板的方向运动，以使所述第二待焊金属与所述蜂窝芯贴合；

压力板持续提供压力，所述第二待焊金属与所述蜂窝芯以及所述第一待焊金属焊接固定，形成蜂窝结构。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二待焊金属朝向所述压力板的一侧设置有垫板，所述提供真空环境并升温至预设温度，驱动压力板向所述底板的方向运动，包括：

驱动所述压力板向所述底板的方向运动，所述垫板受力并传递至所述第二待焊金属。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述垫板包括层叠设置的钛板和玻璃板。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述预设温度大于或者等于800℃。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压力板持续提供压力，所述第二待焊金属与所述蜂窝芯以及所述第一待焊金属焊接固定，形成蜂窝结构之前，所述方法还包括：

继续升温至预设温度阈值并保持。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设温度阈值的范围为870-930℃。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压力板持续提供压力的保持时间范围在2-6h。

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