CN114619129B - 一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法、一体化连接的铝合金厚板材料和其应用 - Google Patents

一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法、一体化连接的铝合金厚板材料和其应用 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法、一体化连接的铝合金厚板材料和其应用，涉及金属材料技术领域。该方法包括将高温熔体在压力作用下冲击至放置于真空腔内运动平台上的两块经预热后的铝合金厚板所构成的狭缝内，铝合金厚板沿着狭缝长度方向进行运动获得厚度为δmm的铝合金熔池，铝合金熔池经冷却凝固形成半固态区熔覆层；使运动平台向下运动δmm距离，预设时间间隔，再次将高温熔体在压力作用下冲击至半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至狭缝内直至半固态区熔覆层的厚度与铝合金厚板的厚度相平。该方法能够实现对更大厚度范围的铝合金厚板进行连接，获得的一体化连接的铝合金厚板材料性能更佳。

Description

一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法、一体化连接的铝合金厚板材料和其应用
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体而言，涉及一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法、一体化连接的铝合金厚板材料和其应用。
背景技术
高性能铝合金宽厚板广泛的应用于航空航天工业、船舶领域、各种交通工具运输方式中。受到铝合金轧制生产线的限制，目前无法生产铝合金宽幅板材，工程上应用的宽厚板都是采用焊接的方式连接在一起。常用的熔融焊接、填丝焊接、搅拌摩擦焊等。采用传统融化焊接技术会出现焊接接头严重软化，焊接强度低，焊缝附近产生热裂纹和气孔，焊接变形等问题。填丝焊接需进行多道焊接，繁琐的操作工序无法满足实际生产高效高质的原则，且焊缝坡口尺寸变化，导致焊接难度大，质量难以保证。熔化极惰性气体保护焊(MIG)利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接的，但MIG焊无脱氧去氢作用，因此对母材及焊丝上的油、锈很敏感，易形成缺陷，对焊接材料表面清理要求特别严格。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其能够实现对更大厚度范围的铝合金厚板进行连接，可形成原位的冶金结合，获得的铝合金厚板性能更佳。
本发明的目的包括，例如，提供了一种一体化连接的铝合金厚板材料和应用，其性能优异，可广泛应用于航空航天、军工或船舶领域中。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其包括：
将高温熔体在压力作用下冲击至放置于真空腔内运动平台上的两块经预热后的铝合金厚板所构成的狭缝内，铝合金厚板沿着狭缝长度方向进行运动获得厚度为δmm的铝合金熔池，所述铝合金熔池经冷却凝固形成半固态区熔覆层；
使所述运动平台向下运动δmm距离，预设时间间隔，再次将所述高温熔体在压力作用下冲击至所述半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至所述狭缝内直至半固态区熔覆层的厚度与所述铝合金厚板的厚度相平。
在可选的实施方式中，所述铝合金厚板的厚度为20～50mm；宽度为500～2000mm；
优选地，所述狭缝的宽度为5～30mm；
优选地，在将所述铝合金厚板放置于所述运动平台上之前，还包括对两块所述铝合金厚板相对的一端分别加工形成坡口端；
优选地，两块所述铝合金厚板的坡口端形成的坡口角度为30-60°；
优选地，两个所述坡口端相对设置形成所述狭缝，所述狭缝的宽度沿着所述高温熔体冲击的反方向逐渐增大；
优选地，所述高温熔体的化学成分与所述铝合金厚板的化学成分相同。
在可选的实施方式中，所述高温熔体的温度为Tm+(50～200℃)；
优选地，所述半固态区熔覆层的温度为Tm-(100～200℃)；
优选地，作用于所述高温熔体的压力为0.2～0.8Mpa；
优选地，所述真空腔体内的真空压力为-30～-90kPa。
在可选的实施方式中，所述铝合金厚板的预热温度为500～600℃；
优选地，采用激光对两块所述铝合金厚板的坡口端进行预热。
在可选的实施方式中，所述高温熔体是经喷嘴形成液幕作用于所述狭缝内；
优选地，所述喷嘴与所述铝合金厚板之间的高度差为10～50cm；
优选地，所述喷嘴为多个且直线式分布；
优选地，所述喷嘴的个数为20～40个；
优选地，所述喷嘴的孔径为0.8～2.0mm；
优选地，任意两个相邻的所述喷嘴之间的间距为5～20mm。
在可选的实施方式中，所述运动平台上开设有供冷却水通过以对所述铝合金熔池进行冷却的进水口和出水口；
优选地，所述冷却水的出口温度为30～40℃；
优选地，所述铝合金熔池的冷却速度为350～400℃/s。
在可选的实施方式中，所述预设时间为间歇式的作用于所述高温熔体的间隔时间；
优选地，以所述高温熔体冲击到所述狭缝后，所述铝合金熔池形成半固态区的所需时间来调节作用于所述高温熔体的压力的间歇时间；
优选地，所述运动平台的运动速度为≤50mm/s。
在可选的实施方式中，在所述狭缝内的半固态区熔覆层的厚度与所述铝合金厚板的厚度相平时，取下板材，对所述板材进行热处理；
优选地，于450～500℃下热处理6～12h。
第二方面，本发明提供一种一体化连接的铝合金厚板材料，其是采用如前述实施方式任一项所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法。
第三方面，本发明提供一种一体化连接的铝合金厚板材料在航空航天、军工或船舶领域中的应用。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本发明实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，该方法利用间歇式高压作用于高温熔体，使得高温熔体间歇式的冲击至两块铝合金厚板形成的狭缝内，形成铝合金熔池，铝合金熔池在狭缝两侧的铝合金厚板的强冷作用下，快速冷凝成型形成半固态区熔覆层，在熔池处于初生固相的半固态区时，再次利用高温熔体对狭缝内的半固态区熔覆层进行冲击，在高温熔体的压力和重力形成的力学冲击、高温熔体形成的热冲击以及高温熔体作用于狭缝时固态和液态在运动过程中搅拌形成的溶质均匀化的共同作用下，可以使铝合金熔池快速冷凝，并且高温熔体在冲击至狭缝内时可与狭缝两侧的铝合金厚板产生深度融合，进而实现将两块铝合金厚板进行连接。因此，本申请可以实现对各种厚度的铝合金厚板进行连接，不仅仅局限于现有技术中对铝合金厚板进行焊接或铆接时要求厚度不能太大，极大的简化了铝合金厚板的连接方法。并且本申请中，高温熔体和铝合金厚板的化学成分相同，可以保证连接缝的材料也与铝合金厚板材料相同，不会引入其他杂质，可形成原位的冶金结合，进而获得一体化连接的铝合金厚板，其合金成分分布均匀，性能佳，可广泛应用于航空航天、军工或船舶领域中。
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为本申请提供的用于实现基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法的装置。
图标：101-高温熔体；102-喷嘴；103-真空腔；104-运动平台；201-铝合金厚板；202-坡口端；203-狭缝。
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。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，本申请提供了一种用于实现基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法的装置，其包括真空腔103以及设置于真空腔103内的运动平台104，高温熔体101通过喷嘴102喷出，运动平台104上放置有利用激光束(图未示)预热后的铝合金厚板201，铝合金厚板201的一端为坡口端202，两块铝合金厚板201的坡口端202相对设置形成狭缝203。该示意图仅仅是为了便于后续阐述基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法时更为清晰，因此对该装置的结构未做具体阐述。
本实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其包括如下步骤：
S1、制备高温熔体101
本实施例中，高温熔体101的化学成分与铝合金厚板201的化学成分相同，按照待连接的铝合金厚板201的化学组分，选择同样的化学组分进行熔炼形成高温熔体101，并进行净化，然后将铝合金熔体保温待用。具体来说，可以采用感应熔炼炉熔炼铝合金，进行在线除气净化处理，然后将铝合金熔体转移至坩埚内保温待用。
本实施例中，高温熔体101的温度为Tm+(50～200℃)；高温熔体101的温度设定是基于液态组装的工艺原理，熔体温度不宜过高，铝合金熔体温度远高于熔点后，熔体粘度降低，在自重力下很容易从喷嘴102流出。另外，过高温的熔体冲击到固相材料上，飞溅严重，且高温冷却缓慢，制品的成形性较差。为此，选择高于熔点(Tm)50～200℃即可保证熔体具有较好的流动性、成分均匀、在既定的压力下可以顺利喷射出来，在固相材料内可以形成完整形状的熔池，制品成形性好。
S2、安装铝合金厚板201
把待连接的两块铝合金厚板201安装于真空腔103内的运动平台104上，使得两块铝合金厚板201相对设置并形成狭缝203。随后对两块铝合金厚板201进行预热，预热的温度为500～600℃。
值得注意的是，本申请在将铝合金厚板201放置于运动平台104上之前，还包括对两块铝合金厚板201相对的一端分别加工形成坡口端202；坡口端202的设置有利于进行后续的熔体冲击实现对两块铝合金厚板201的连接。坡口端202的设计有多种，包括但不限于I形坡口、V形坡口、X形坡口和U形坡口。其中，I形坡口即不用加工坡口。本申请中优选将坡口端202加工成V形坡口，V形坡口针对现有的焊接而言，容易产生角变形，尤其是厚板，然而采用本申请的熔体冲击法进行连接厚板，改善了容易产生角变形的问题，连接缝处进行原位冶金结合，成型效果佳。具体来说，两块铝合金厚板201的坡口端202形成的坡口角度为30-60°，两个坡口端202相对设置形成狭缝203，狭缝203的宽度沿着高温熔体101冲击的反方向逐渐增大，即形成V形坡口。
本申请中V形坡口的设计还可以使高温熔体101在冲击在狭缝203内时，部分高温熔体101会冲击至V形坡口的坡口端202的倾斜端面，从而使高温熔体101与铝合金厚板201的倾斜端面产生深度融合，使得两侧的铝合金厚板201与狭缝203内的合金熔体连接更紧密。
本申请中，可以对两块铝合金厚板201整体进行预热，也可以仅仅针对狭缝203进行预热。本申请中，优选仅对两块所述铝合金厚板201形成狭缝203的两侧面进行预热；具体来说，采用激光对两块铝合金厚板201的坡口端202进行预热。这样预热范围较小，预热时间短，且预热温度容易把控，能够预热完成后快速对高温熔体101进行冲击，连接效果更佳。
本实施例中，铝合金厚板201的厚度为20～50mm；宽度为500～2000mm，该铝合金厚板201的长度不受限制。优选地，两块铝合金厚板201形成的狭缝203的宽度为5～30mm。
S3、高温熔体101冲击
将高温熔体101在压力作用下冲击至放置于真空腔103内运动平台104上的两块经预热后的铝合金厚板201所构成的狭缝203内，铝合金厚板201沿着狭缝203长度方向进行运动获得厚度为δmm的铝合金熔池，铝合金熔池经冷却凝固形成半固态区熔覆层。
本申请中，作用于高温熔体101的冲击压力为0.2～0.8Mpa，在本发明实施例中，熔体冲击压力的选择至关重要，上部坩埚内的压力过小，无法冲破固态材料，铝合金熔池不具有强搅拌，难以作用于狭缝203的侧壁以连接狭缝203，压力过大，冲击力太强，熔体四溅，无法成形。本发明选用的高压为0.2～0.8Mpa，该范围内的压力可以保证高温熔体101顺利喷出且铝合金熔体的成型效果佳。高温熔体101的冲击压力即高压发生装置产生的压力，通过高压发生装置产生的高压作用于高温熔体101，使得高温熔体101顺利从喷嘴102中冲出。
进一步地，本申请中真空腔103体内的真空压力为-30～-90kPa，该真空压力的设置能够辅助坩埚上部压力顺利实现熔体冲击。另外也起到保护熔池氧化的作用，本发明选用的真空压力范围制备的铝合金熔池具有较好的内部组织，气孔率最低，无氧化皮等缺陷。
高温熔体101是经喷嘴102形成液幕作用于两块经预热后的铝合金厚板201所构成的狭缝203内，喷嘴102与铝合金厚板201之间的高度差为10～50cm，该高度差的大小直接影响冲击力的大小，本申请中高度差为10～50cm的设置有利于保证高温熔体101顺利冲击至铝合金厚板201所构成的狭缝203内形成熔池，避免熔体飞溅。本申请中喷嘴102为多个且直线式分布；喷嘴102的数量、孔径以及任意两个相邻的喷嘴102之间的间距的选择应根据需要进行设计。喷嘴102的数量受到扫描宽幅、熔池内冲击搅拌力的大小影响，当喷嘴102数量过少，熔池内的冲击搅拌效果小，当喷嘴102数量过多，喷嘴102间形成的液柱会相互干扰，减少冲击力。喷嘴102的大小直接决定冲击力，进而影响超细晶的形成，在一定的压力下，喷嘴102过大，产生的冲击力较小，相反则冲击力较大。另外，喷嘴102过小也会导致熔体内的杂质堵塞喷嘴102，喷嘴102过大，高温熔体101在自重作用下，容易溢流出来。而任意两个相邻的喷嘴102之间的间距有利于使高温熔体101冲击预制块后形成的熔池形成一个整体，而不会出现多个相互独立的熔池，更不会形成熔沟。优选地，本申请中喷嘴102的个数为20～40个；喷嘴102的孔径为0.8～2.0mm；任意两个相邻的喷嘴102之间的间距为5～20mm。
当高温熔体101作用于狭缝203内后，通过使运动平台104带动铝合金厚板201沿着狭缝203长度方向进行运动获得厚度为δmm的铝合金熔池，运动平台104的水平运动速度≤50mm/s，运动平台104运动可以实现对冲击至狭缝203内的高温熔体101进行晃动混合，使得形成的铝合金熔池更佳均一。
由于高温熔体101的温度高于铝合金厚板201的预热温度，高温熔体101在冲击狭缝203时，铝合金熔池在受到狭缝203两侧的铝合金厚板201的固相组织的强冷却作用下，可以实现凝固形成半固态区熔覆层，本申请中半固态区熔覆层的温度为Tm-(100～200℃)；为了加快铝合金熔池的凝固速度，本申请中在运动平台104上开设有供冷却水通过以对铝合金熔池进行冷却的进水口和出水口；优选地，冷却水的出口温度为30～40℃；这样操作，可以实现使铝合金熔池同时受到狭缝203两侧的铝合金厚板201的固相组织的强冷却和运动平台104内冷却水的联合作用，进行快速凝固，冷却的速度可以达到350～400℃/s。
S4、循环逐层冲击
使运动平台104向下运动δmm距离，预设时间间隔，再次将高温熔体101在压力作用下冲击至半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至狭缝203内直至半固态区熔覆层的厚度与铝合金厚板201的厚度相平。
本实施例中，通过在狭缝203内形成厚度为δmm的半固态区熔覆层，然后将运动平台104向下移动，可以有效保持运动平台104上的半固态区熔覆层与喷嘴102之间的间隙。本实施例中的预设时间为间歇式的作用于高温熔体101的间隔时间，也即是，本申请中，高温熔体101在压力作用下间歇式的喷出，本申请中通过控制高压气体间歇式作用于高温熔体101即可实现高温熔体101间歇式喷出，而该间歇时间依据不同的铝合金略有不同，具体来说，以高温熔体101冲击到铝合金厚板201狭缝203后，铝合金熔池形成半固态区的所需时间来调节作用于高温熔体101的压力的间歇时间。
本申请中，通过多次将高温熔体101反复冲击至半固态熔覆层的表面，使得半固态熔覆层的厚度逐渐增高至与铝合金厚板201的厚度相平。在高温熔体101与狭缝203两侧的预热后铝合金厚板201进行接触时，由于高温熔体101的温度高于铝合金厚板201的预热温度，更高于运动平台104的温度，此时铝合金熔池发生快速冷凝，能够使得铝合金熔池与狭缝203两侧的铝合金厚板201紧密结合。
S5、样品取出及热处理
取下板材，对板材进行热处理；优选地，于450～500℃下热处理6～12h。热处理可以使焊缝和母材的组织进行扩散，有利于使最终获得的成品组织更均匀。
由于本申请中是通过逐层冲击以形成半固态熔覆层的方式实现对两块铝合金厚板201进行连接，因此，本申请可以实现对各种厚度的铝合金厚板201进行连接，不仅仅局限于现有技术中对铝合金厚板201进行焊接或铆接时要求厚度不能太大，极大的简化了铝合金厚板201的连接方法。并且本申请中，高温熔体101和铝合金厚板201的化学成分相同，可以保证连接缝的材料也与铝合金厚板201材料相同，不会引入其他杂质，可以获得一体化连接的铝合金厚板201，其合金成分分布均匀，性能佳，可广泛应用于航空航天、军工或船舶领域中。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其包括如下步骤：
S1、制备高温熔体101
本实施例中选用7075铝合金厚板201作为本实施例的待连接的铝合金厚板201，其长×宽×厚为1000mm×500mm×50mm，按照7072铝合金厚板201的化学成分配制原料并采用感应熔炼炉熔炼，进行在线除气净化处理以形成高温熔体101，高温熔体101的温度为750℃。
S2、安装铝合金厚板201
对两块铝合金厚板201相对的一端分别加工形成坡口端202，坡口角度为30°，并对坡口端202进行打磨和清洗，把待连接的两块铝合金厚板201安装于真空腔103内的运动平台104上，使得两块铝合金厚板201的坡口端202相对设置并形成宽度为10mm狭缝203。随后对两块铝合金厚板201进行预热至500℃。
S3、高温熔体101冲击
将高温熔体101在0.6Mpa的压力作用下经喷嘴102冲击至放置于真空压力为-60kPa的真空腔103内运动平台104上的两块经预热后的铝合金厚板201所构成的狭缝203内，铝合金厚板201沿着狭缝203长度方向进行运动获得厚度为10mm的铝合金熔池，运动平台104的水平运动速度为50mm/s，运动平台104内冷却水的出口温度为30℃，铝合金熔池经冷却凝固(冷却速度为400℃/s)形成半固态区熔覆层。
喷嘴102与铝合金厚板201之间的高度差为10cm，本申请中喷嘴102的个数为20个；喷嘴102的孔径为0.8mm；任意两个相邻的喷嘴102之间的间距为5mm。
S4、循环逐层冲击
使运动平台104向下运动10mm距离，预设时间间隔，再次将高温熔体101在压力作用下冲击至半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至狭缝203内直至半固态区熔覆层的厚度与铝合金厚板201的厚度相平。
S5、样品取出及热处理
取下板材，对板材于500℃下热处理8h。
实施例2
本实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其包括如下步骤：
S1、制备高温熔体101
本实施例中选用7050铝合金厚板201作为本实施例的待连接的铝合金厚板201，其长×宽×厚为1000mm×600mm×30mm，按照7050铝合金厚板201的化学成分配制原料并采用感应熔炼炉熔炼，进行在线除气净化处理以形成高温熔体101，高温熔体101的温度为730℃。
S2、安装铝合金厚板201
对两块铝合金厚板201相对的一端分别加工形成坡口端202，坡口角度为30°，并对坡口端202进行打磨和清洗，把待连接的两块铝合金厚板201安装于真空腔103内的运动平台104上，使得两块铝合金厚板201的坡口端202相对设置并形成宽度为20mm狭缝203。随后对两块铝合金厚板201进行预热至520℃。
S3、高温熔体101冲击
将高温熔体101在0.8Mpa的压力作用下经喷嘴102冲击至放置于真空压力为-40kPa的真空腔103内运动平台104上的两块经预热后的铝合金厚板201所构成的狭缝203内，铝合金厚板201沿着狭缝203长度方向进行运动获得厚度为5mm的铝合金熔池，运动平台104的水平运动速度为40mm/s，运动平台104内冷却水的出口温度为40℃，铝合金熔池经冷却凝固(冷却速度为350℃/s)形成半固态区熔覆层。
喷嘴102与铝合金厚板201之间的高度差为30cm，本申请中喷嘴102的个数为30个；喷嘴102的孔径为1.0mm；任意两个相邻的喷嘴102之间的间距为10mm。
S4、循环逐层冲击
使运动平台104向下运动5mm距离，预设时间间隔，再次将高温熔体101在压力作用下冲击至半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至狭缝203内直至半固态区熔覆层的厚度与铝合金厚板201的厚度相平。
S5、样品取出及热处理
取下板材，对板材于460℃下热处理12h。
实施例3
本实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其包括如下步骤：
S1、制备高温熔体101
本实施例中选用6A02铝合金厚板201作为本实施例的待连接的铝合金厚板201，其长×宽×厚为1000mm×800mm×40mm，按照6A02铝合金厚板201的化学成分配制原料并采用感应熔炼炉熔炼，进行在线除气净化处理以形成高温熔体101，高温熔体101的温度为720℃。
S2、安装铝合金厚板201
对两块铝合金厚板201相对的一端分别加工形成坡口端202，坡口角度为30°，并对坡口端202进行打磨和清洗，把待连接的两块铝合金厚板201安装于真空腔103内的运动平台104上，使得两块铝合金厚板201的坡口端202相对设置并形成宽度为30mm狭缝203。随后对两块铝合金厚板201进行预热至550℃。
S3、高温熔体101冲击
将高温熔体101在0.6Mpa的压力作用下经喷嘴102冲击至放置于真空压力为-90kPa的真空腔103内运动平台104上的两块经预热后的铝合金厚板201所构成的狭缝203内，铝合金厚板201沿着狭缝203长度方向进行运动获得厚度为5mm的铝合金熔池，运动平台104的水平运动速度为30mm/s，运动平台104内冷却水的出口温度为35℃，铝合金熔池经冷却凝固(冷却速度为380℃/s)形成半固态区熔覆层。
喷嘴102与铝合金厚板201之间的高度差为50cm，本申请中喷嘴102的个数为40个；喷嘴102的孔径为2.0mm；任意两个相邻的喷嘴102之间的间距为20mm。
S4、循环逐层冲击
使运动平台104向下运动5mm距离，预设时间间隔，再次将高温熔体101在压力作用下冲击至半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至狭缝203内直至半固态区熔覆层的厚度与铝合金厚板201的厚度相平。
S5、样品取出及热处理
取下板材，对板材于500℃下热处理6h。
对比例1：采用常规TIG焊接技术对实施例1提供两块铝合金厚板201进行焊接。
对比例2：采用常规MIG焊接技术对实施例1提供的两块铝合金厚板201进行铆接。
对实施例和对比例进行力学性能测试，测试结果如下表所示：
项目 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 350 12
实施例2 362 10
实施例3 368 15
对比例1 293 8
对比例2 279 7
从上表可以看出，本申请提供的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法制备可以获得抗拉强度和延伸率优异的铝合金厚板201。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，该方法利用间歇式高压作用于高温熔体101，使得高温熔体101间歇式的冲击至两块铝合金厚板201形成的狭缝203内，形成铝合金熔池，铝合金熔池在狭缝203两侧的铝合金厚板201的强冷作用下，快速冷凝成型形成半固态区熔覆层，在熔池处于初生固相的半固态区时，再次利用高温熔体101对狭缝203内的半固态区熔覆层进行冲击，在高温熔体101的压力和重力形成的力学冲击、高温熔体101形成的热冲击以及高温熔体101作用于狭缝203时固态和液态在运动过程中搅拌形成的溶质均匀化的共同作用下，可以使铝合金熔池快速冷凝，并且高温熔体101在冲击至狭缝203内时可与狭缝203两侧的铝合金厚板201产生深度融合，进而实现将两块铝合金厚板201进行连接。因此，本申请可以实现对各种厚度的铝合金厚板201进行连接，不仅仅局限于现有技术中对铝合金厚板201进行焊接或铆接时要求厚度不能太大，极大的简化了铝合金厚板201的连接方法。并且本申请中，高温熔体101和铝合金厚板201的化学成分相同，可以保证连接缝的材料也与铝合金厚板201材料相同，不会引入其他杂质，可以获得一体化连接的铝合金厚板201，其合金成分分布均匀，性能佳，可广泛应用于航空航天、军工或船舶领域中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，其包括：
将高温熔体在压力作用下冲击至放置于真空腔内运动平台上的两块经预热后的铝合金厚板所构成的狭缝内，铝合金厚板沿着狭缝长度方向进行运动获得厚度为δmm的铝合金熔池，所述铝合金熔池经冷却凝固形成半固态区熔覆层；
使所述运动平台向下运动δmm距离，预设时间间隔，再次将所述高温熔体在压力作用下冲击至所述半固态区熔覆层表面；循环逐层冲击至所述狭缝内直至半固态区熔覆层的厚度与所述铝合金厚板的厚度相平；
所述铝合金厚板的厚度为20～50mm；宽度为500～2000mm；所述狭缝的宽度为5～30mm；
在将所述铝合金厚板放置于所述运动平台上之前，还包括对两块所述铝合金厚板相对的一端分别加工形成坡口端；两块所述铝合金厚板的坡口端形成的坡口角度为30-60°；两个所述坡口端相对设置形成所述狭缝，所述狭缝的宽度沿着所述高温熔体冲击的反方向逐渐增大；
所述高温熔体的化学成分与所述铝合金厚板的化学成分相同。
2.根据权利要求1所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述高温熔体的温度为Tm+(50～200℃)。
3.根据权利要求1所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述半固态区熔覆层的温度为Tm-(100～200℃)。
4.根据权利要求1所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，作用于所述高温熔体的压力为0.2～0.8Mpa。
5.根据权利要求1所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述真空腔体内的真空压力为-30～-90kPa。
6.根据权利要求1所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述铝合金厚板的预热温度为500～600℃。
7.根据权利要求6所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，采用激光对两块所述铝合金厚板的坡口端进行预热。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述高温熔体是经喷嘴形成液幕作用于所述狭缝内。
9.根据权利要求8所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述喷嘴与所述铝合金厚板之间的高度差为10～50cm。
10.根据权利要求8所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述喷嘴为多个且直线式分布。
11.根据权利要求10所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述喷嘴的个数为20～40个。
12.根据权利要求10所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述喷嘴的孔径为0.8～2.0mm。
13.根据权利要求10所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，任意两个相邻的所述喷嘴之间的间距为5～20mm。
14.根据权利要求1-7任一项所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述运动平台上开设有供冷却水通过以对所述铝合金熔池进行冷却的进水口和出水口。
15.根据权利要求14所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述冷却水的出口温度为30～40℃。
16.根据权利要求14所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述铝合金熔池的冷却速度为350～400℃/s。
17.根据权利要求1-7任一项所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述预设时间为间歇式的作用于所述高温熔体的间隔时间。
18.根据权利要求17所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，以所述高温熔体冲击到所述狭缝后，所述铝合金熔池形成半固态区的所需时间来调节作用于所述高温熔体的压力的间歇时间。
19.根据权利要求17所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，所述运动平台的运动速度≤50mm/s。
20.根据权利要求1-7任一项所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，在所述狭缝内的半固态区熔覆层的厚度与所述铝合金厚板的厚度相平时，取下板材，对所述板材进行热处理。
21.根据权利要求20所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法，其特征在于，于450～500℃下热处理6～12h。
22.一种一体化连接的铝合金厚板材料，其特征在于，其是采用如权利要求1-21任一项所述的基于熔体冲击法连接铝合金厚板的方法。
23.一种如权利要求22所述的一体化连接的铝合金厚板在航空航天、军工或船舶领域中的应用。
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