泡沫鋁夾芯三明治構件的拼焊成形方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋁板焊接技術領域，具體涉及一種泡沫鋁夾芯三明治構件的拼焊成形方法。
【背景技術】
[0002]泡沫鋁材料是一種質輕、多空隙的金屬材料，它具有高的比強度、高比剛度、高強韌性、降噪隔熱、緩沖減振等多重優勢，在多個領域具有廣闊的應用前景。但是，由于泡沫材料具有隨機分布的孔洞結構，導致泡沫鋁的抗拉強度和抗彎強度較低，而泡沫鋁夾芯三明治結構復合板因其結構類似于工字鋼，因此具有很高的抗彎強度和抗拉強度，而且很好的繼承了泡沫鋁的優異性能，可作為新型建材、汽車等高剛度的結構件。
[0003]目前，國內外對泡沫鋁夾芯三明治結構的制備有了大量的研究，其制備方法主要有膠粘工藝、熱壓粉末冶金發泡工藝以及焊接的方法。
[0004]膠粘工藝是使用膠黏劑將泡沫鋁和上下層金屬面板粘結起來的一種物理連接方法，其優點是工藝簡單，成本低，但是，芯層與金屬面板無法實現可靠的冶金結合，不耐高溫和腐蝕，同時，膠粘劑易老化，不能實現面板與芯層間長期有效的結合。
[0005]熱壓粉末冶金發泡工藝是將混合好的鋁粉和發泡劑粉末與面板一起放進模具中(混合粉在兩塊面板中間)，沿軸向熱壓制，得到可發泡的三明治復合板，再將該復合板加熱至使夾芯發泡，進而制得具有冶金界面結合的泡沫鋁夾芯三明治結構。該制備方法的優點是界面實現了冶金結合，較膠粘工藝而言，界面結合強度大、耐高溫、抗氧化，但是，熱壓粉末冶金發泡法在熱壓卸載時，泡沫芯層會發生彈性后效，不利于泡沫芯層均勻性，而且，芯層的粉末在熱壓時會出現“團聚”現象，使泡沫芯層結構產生空洞缺陷。
[0006]焊接的方法又分為激光焊、壓力焊以及擴散焊等方法。激光焊可以將制好的泡沫鋁和面板表層熔化凝固而焊接在一起，但是，在高溫的作用下，泡沫鋁內部大量孔隙結構因熔化坍塌而破壞，此外，由于特殊的孔隙結構，采用熔化焊的方法也很難實現較高孔隙率的泡沫鋁的焊接。壓力焊有半固相和固相連接的特點，但是，在焊接時要求施加較大的頂鍛力，容易造成泡沫鋁材料的變形，嚴重破壞原有的孔隙結構。擴散焊是在一定溫度和壓力下，將待焊件緊密貼合一段時間，是接觸面間原子相互擴散形成連接的一種方法，但是，擴散焊接對焊接面表面粗糙度要求較高，同時，需要一定的壓力和擴散時間，容易造成泡沫鋁變形，延長了生產周期，生產效率低。
[0007]而且，目前制備泡沫鋁夾芯三明治結構構件時，通常是將泡沫鋁夾芯三明治板與實心金屬板或者另一塊泡沫鋁夾芯三明治板通過膠黏劑粘結在一起或者焊接在一起，但是膠粘劑無法實現長期可靠的連接，而焊接會破壞焊縫處的孔隙。
【發明內容】
[0008]為解決上述技術問題，本發明提供一種泡沫鋁夾芯三明治構件的拼焊成形方法，它可以解決傳統工藝制備預制體致密性和均勻性差，以及板/芯界面冶金結合強度不高等問題;還可對預制體進行大面積連接，或進一步與實心板材進行拼焊成形，然后發泡制備AFS構件。
[0009 ]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0010]一種泡沫鋁夾芯三明治構件的拼焊成形方法，包括以下步驟:
[0011 ] S1、將發泡劑和穩定劑粉末充分混合；
[0012]S2、將步驟S1中的混合粉末均勻分布在中間層鋁合金板材上以及疊放于該中間層鋁合金板材底面的金屬板材上，然后在中間層鋁合金板材的頂面疊放一塊金屬板材；
[0013]S3、采用攪拌摩擦焊對步驟S2中疊放的三塊板材進行多道次的焊接處理，以獲得致密的泡沫鋁金屬預制體的三明治板；
[0014]S4、將至少兩塊步驟S3中的泡沫鋁金屬預制體的三明治板拼焊連接，或者將步驟S3中的泡沫鋁金屬預制體的三明治板與至少一塊拼焊鋁合金板材進行拼焊連接，形成拼焊構件；
[0015]S5、將步驟S4中的拼焊構件放入模具中加熱發泡，以獲得泡沫鋁夾芯三明治構件。
[0016]按上述技術方案，所述發泡劑采用氫化鈦、氫化鋯或碳酸鈣粉，粉末尺寸為20?1 ΟΟμ??，發泡劑的質量與兩塊金屬板材的質量比為0.5?2 % ;所述穩定劑采用金屬鈣、碳化娃或氧化招粉，粉末尺寸為0.5?ΙΟμπι，穩定劑的質量與兩塊金屬板材的質量比為5?15%。
[0017]按上述技術方案，所述中間層鋁合金板材為鋁合金乳制板材或壓鑄板材，所述中間層鋁合金板材的厚度為0.5?10mm;所述金屬板材為不銹鋼板材、鎂合金板材或鋁合金板材，所述金屬板材的厚度為0.5?10mm。
[0018]按上述技術方案，步驟S3中，采用攪拌摩擦焊對疊放的三塊板材進行2?20道次的焊接處理，攪拌頭的轉速為100?2000r/min，焊接速度為10?1200mm/min，軸向下壓量為0.1?0.3mm0
[0019]按上述技術方案，步驟S4中，所述拼焊連接為采用攪拌摩擦焊拼接，攪拌頭的轉速為50?2000r/min，焊接速度為10?1200mm/min，軸向下壓量為0.1?0.2mm。
[0020]按上述技術方案，步驟S4中，所述拼焊鋁合金板材的厚度與泡沫鋁金屬預制體的三明治板的厚度相等。
[0021]按上述技術方案，步驟S4中，兩塊泡沫鋁金屬預制體的三明治板之間、泡沫鋁金屬預制體的三明治板與拼焊鋁合金板材之間均通過凹凸V形坡口連接。
[0022]按上述技術方案，步驟S4中，對泡沫鋁金屬預制體的三明治板與拼焊鋁合金板材拼焊連接形成的拼焊構件進行塑性加工成形，制成異型拼焊構件。
[0023]按上述技術方案，所述塑性加工成形為沖壓成形。
[0024]按上述技術方案，步驟S5中，將步驟S4中的拼焊構件放入電阻爐或真空電阻爐中加熱發泡，加熱溫度為580?800°C，保溫時間為1?20min，然后取出采用水冷或空冷。
[0025]本發明產生的有益效果是:本發明利用攪拌摩擦焊對焊縫組織具有明顯細化和均布的特點，先制備致密度和均勻性高、板/芯界面冶金結合強度高的泡沫鋁金屬預制體的三明治板，再將其與另一塊泡沫鋁金屬預制體的三明治板或者拼焊鋁合金板材進行大面積連接，形成設定尺寸的拼焊構件，實現了泡沫材料與實體材料的拼焊成形，再將拼焊構件進行加熱發泡，最終獲得芯層鋁合金泡孔結構均勻的泡沫鋁夾芯三明治構件，這些構件可應用于汽車及航空航天領域。本發明大大簡化了 AFS復合板制備工藝，將傳統的6-8道工序簡化成3-4道，提高制備效率，降低生產成本。
【附圖說明】
[0026]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0027]圖1是本發明實施例的工藝圖；
[0028]圖2是本發明中實施例中步驟S3中攪拌頭軸向下壓量的示意圖；
[0029]圖3是本發明制備的泡沫鋁夾芯三明治構件的結構示意圖。
[0030]圖中:1-混合粉末，2-金屬板材，3-中間層鋁合金板材，4-攪拌頭，5-泡沫鋁金屬預制體的三明治板，6-拼焊鋁合金板材，7-拼焊構件，7。異型拼焊構件，8-泡沫鋁夾芯三明治構件。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0032]如圖1-圖3所示，一種泡沫鋁夾芯三明治構件的拼焊成形方法，包括以下步驟:
[0033]S1、將發泡劑和穩定劑粉末充分混合；
[0034]S2、將步驟S1中的混合粉末1均勻分布在中間層鋁合金板材3上以及疊放于該中間層鋁合金板材3底面的金屬板材2上，然后在中間層鋁合金板材3的頂面疊放一塊金屬板材2；
[0035]S3、采用攪拌摩擦焊對步驟S2中疊放的三塊板材進行多道次的焊接處理，以獲得致密的泡沫鋁金屬預制體的三明治板5;
[0036]S4、將至少兩塊步驟S3中的泡沫鋁金屬預制體的三明治板5拼焊連接，或者將步驟S3中的泡沫鋁金屬預制體的三明治板5與至少一塊拼焊鋁合金板材6進行拼焊連接，形成拼焊構件7 ；
[0037]S5、將步驟S4中的拼焊構件7放入模具中加熱發泡，以獲得泡沫鋁夾芯三明治構件8。
[0038]在本發明的優選實施例中，發泡劑采用氫化鈦、氫化鋯或碳酸鈣粉，粉末尺寸為20?ΙΟΟμπι，發泡劑的質量與兩塊金屬板材的質量比為0.5?2% ;穩定劑采用金屬|丐、碳化娃或氧化鋁粉，粉末尺寸為0.5?ΙΟμπι，穩定劑的質量與兩塊金屬板材的質量比為5?15%。
[0039]在本發明的優選實施例中，中間