嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板制作工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是振動噪聲控制和功能材料的交叉研究領域，尤其是一種使用摩擦焊接和/或點焊機焊接的新工藝來制作嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板結構。
【背景技術】
[0002]傳統的金屬材料及結構已不能滿足飛行器高剛度、大阻尼性能的設計要求。在金屬薄板間嵌入阻尼薄膜就形成一種新的阻尼嵌入結構，它是在保持傳統金屬板材力學性能基礎上提出一種具有高阻尼減振降噪性能的新結構，是一類將兩種以上不同性質的材料通過焊接點或焊接線結合在一起的多相固體材料，從它的組成和結構上分析，其中有一相在層內是連續的稱為基體如金屬薄板，而另一相是各向同性的粘彈性阻尼材料。
[0003]申請人在先申請的嵌入式共固化穿孔阻尼薄膜和網格阻尼薄膜復合材料結構中，其阻尼材料與基體材料的連接主要用共固化工藝靠化學鍵(即化學反應形成IPN結構)及材料之間的物理溶合實現界面之間的連接，從而制成嵌入式共固化阻尼復合材料結構。但這種結構僅僅限于制作樹脂基復合材料，對于金屬板材要提高其構件的阻尼性能通常只能使用被動阻尼處理的方法，包括自由阻尼結構、約束阻尼結構和阻尼插入結構，而這三種辦法都屬于事后處理，往往受到結構尺寸、空間和重量等諸多因素的限制，并且在使用中還容易出現剝離、脫落等現象。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板制作工藝，該工藝靠點焊機在焊接位置上的壓力和高溫，使局部阻尼層變薄位置處粘彈性材料先燃燒氣化，同時也使阻尼層變薄位置上的金屬層之間間隙變小，形成局部放電通道，在層界面之間的局部金屬就熔化在一起，冷卻后金屬夾層板的上下面就局部地連接在一起，制成嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板結構。注意制作該阻尼薄膜金屬夾層板構件時，最后必須使用點焊機的線焊縫把構件的周邊完全連接起來，從而使嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板中的阻尼材料被封閉在一個單獨空間中，防止阻尼薄膜周邊長期暴露在所使用的環境中而老化脫落。
[0005]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板制作工藝，包括以下步驟:
1)設計嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板結構，每層阻尼薄膜厚度小于2mm;
2)制作阻尼薄膜；
3)將金屬板材與阻尼薄膜按照設計要求進行鋪設；將阻尼薄膜敷設在金屬板材上，然后鋪設好上蒙皮金屬板材，當要制成多層阻尼薄膜的金屬夾層板結構時，可以重復上述鋪設過程，直到滿足設計要求為止。
[0006]4)調整點焊機的工藝參數并選擇相對應的點焊工藝模具，焊接點或/和線上的工藝壓力，要大于純點焊金屬板材時的焊接點或/和線工藝壓力；焊接點或/和線處電壓要大于純點焊金屬板材時的點焊接電壓；通過焊接點的壓力，使夾在金屬板材之間的阻尼薄膜層變薄，在外接電場的作用下，阻尼薄膜層變薄位置被擊穿，產生放電通道，形成局部高溫，這樣變薄的阻尼薄膜處就會先燃燒氣化，同時也使阻尼層變薄位置上的金屬層之間間隙變小，形成局部放電通道，在壓力和高溫的作用下，在層界面之間的局部金屬就熔化在一起；5)點焊加工冷卻后，金屬夾層板的上下面就局部地連接在一起，形成阻尼金屬夾層板。
[0007]所述步驟I)中嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板結構為單層阻尼金屬板夾芯結構，或者是大于等于兩層的阻尼金屬板夾芯結構。
[0008]所述步驟I)中每層阻尼薄膜可以為穿孔阻尼結構，或網格阻尼結構，或穿孔與網格相組合阻尼結構。
[0009]所述步驟3)中金屬板材要平整，根據需要金屬板材是同種材料的金屬板材，或者是不同種材料的金屬板材，力學性能較弱的金屬板材設計在靠近中性層的位置，力學性能較強的金屬板材設計在遠離中性層的位置，當使用不同種材質的金屬板材時，要注意防止電化學的腐蝕作用。
[0010]所述步驟4)中，采用焊點連接嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板結構時，使用焊出點連接的點焊機；
所述步驟4)中，采用焊線連接嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板結構時，使用焊出線連接的點焊機。
[0011]所述步驟4)中的點焊工藝模具，對于穿孔阻尼結構連接的模具，所述模具與工件接觸部位的尺寸為焊接后圓點直徑的1.1到1.5倍，面板厚的取上限，面板薄的取線下限，這里的厚度是所有面板的厚度之和。
[0012]所述步驟4)中的點焊工藝模具，對于網格阻尼結構連接的模具，所述模具與工件接觸部位的尺寸是焊接位置網格間距的1.1到1.5倍，面板厚的取上限，面板薄的取線下限，這里的厚度是所有面板的厚度之和。
[0013]本發明中，首先要制作面積足夠大的阻尼薄膜，膜厚一般在2毫米以內，可以自制，也可以購買現成的大阻尼橡膠薄膜，但使用中該阻尼薄膜的硫化溫度與硫化時間要根據實際應用要求來選定，一般長期使用環境溫度要遠低于阻尼材料的硫化溫度，硫化后阻尼薄膜其材料的動力學曲線的峰值和使用溫度范圍必須寬廣，動力學曲線的峰值點對應溫度應是構件通常應用的環境溫度，這樣通過鉚接或/和點焊機的焊接點或/和焊接線將阻尼薄膜兩側的金屬板材連接起來，成為阻尼金屬夾層板，使整個結構具有更高的阻尼性能。
[0014]設計的嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板可以是單層阻尼金屬板夾芯結構，也可以是多層阻尼金屬板夾芯結構，但每層阻尼材料薄膜不能設計的太厚，一般在2毫米范圍之內，而且同樣結構情況下多層阻尼結構要比單層阻尼結構的損耗因子高。為了防止連續阻尼降低整體結構剛度，每層阻尼可以設計成穿孔阻尼結構，網格阻尼結構，或穿孔與網格的組合阻尼結構，這樣就能實現在很少降低結構剛度的情況下大幅度提高結構阻尼的目的。注意制作該阻尼薄膜金屬夾層板構件時，最后必須使用點焊機的線焊縫把構件的周邊完全連接起來，從而使嵌入阻尼薄膜的金屬夾層板中的阻尼材料被封閉在一個單獨空間中，防止阻尼薄膜周邊長期暴露在所使用環境中而老化脫落。
[0015]其次要合理地設計阻尼金屬夾層板的連接位置即穿孔位置，通過連接位置調整單個阻尼片的面積、長寬比，排列方式，以及阻尼薄膜小片之間的間距，使整個金屬夾層板結構在不同的方向上有不同的阻尼性能，實現結構阻尼性能的各項異性，具體阻尼金屬夾層板的連接位置參照《嵌入式共固化穿孔阻尼薄膜復合材料結構及其制作、申請號為201410257835.5》和申請專利《嵌入式共固化網格阻尼復合材料結構及其制作工藝、申請號為201410257832.1》，這里的穿孔位置和/或網格位置就是阻尼金屬夾層板的連接位置，當然也可以采用穿孔位置和網格位置的組合連接形式。
[0016]在選擇點焊機時，如果阻尼金屬夾層板的連接位置設計成穿孔連接形式，就采用點焊工藝；如果阻尼金屬夾層板的連接位置設計成網格連接形式，就采用點焊機的線焊工藝；如果阻尼金屬夾層板的連接位置設計成點或/和線的組合連接形式；就分別采用線焊工藝或/和點焊工藝使焊接后的阻尼金屬夾層板的阻尼片成為穿孔阻尼和網格阻尼或它們的組合形式。
[0017]由于阻尼材料的不導電或弱導電性能，幾乎直接阻斷了點焊機工作時焊接點位置的電路導通，所以在焊接點或/和線時，使用點焊機的工藝參數與金屬板材的點焊接工藝參數是不同，表現在本專利焊接點或/和線上的工藝壓力，要大于純點焊金屬板材時的焊接點或/和線工藝壓力；本專利焊接點或/和線處電壓要大于純點焊金屬板材時的點焊接電壓。通過焊接點的壓力，使夾在金屬板材之間的阻尼層變薄，在外接電場的作用下，局部會(阻尼層變薄位置)被擊穿，產生放電通道，形成局部高溫，這樣變薄的阻尼薄膜處就會先燃燒氣化，同時也使阻尼層變薄位置上的金屬層之間間隙變小，形成局部放電通道，在壓力和高溫的作用下，在層界面之間的局部金屬就熔化在一起，冷卻后金屬夾層板的上下面就局部地連接在一起，形成阻尼金屬夾層板。至于金屬阻尼夾層板能提高整體結構的動力學性能，大量的參考文獻研究結論已經證明了這一點。
[0018]本發明在原來嵌入穿孔阻尼結構和網格阻尼結構的基礎上即在先申請專利《嵌入式共固化穿孔阻尼薄膜復合材料結構及其制作工藝》，申請號為201410257835.5和在先申請專利《嵌入式共固化網格阻尼復合材料結構及其制作工藝》，申請號為201410257832.1的基礎上，提出將網格阻尼和穿孔阻尼結構相結合的方式，形成一種復雜混穿金