CN110497072A - 基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，所述夹芯板的上面板和下面板均为金属的板材，芯材为以金属丝编织而成的具有空间网状结构的金属橡胶；所述工艺用于以焊接工艺使板材覆于金属橡胶表面以制备高阻尼夹芯板结构，所述工艺包括以下步骤；A1、以超声波清洗板材和芯材，直至板材和芯材的焊接面处的氧化物和杂质被去除；A2、对板材与芯材进行装配，并以焊接夹具把板材与芯材固定形成待焊接件，把待焊接件移至真空室，以排气装置对真空室抽真空；A3、对面板板材与芯材间的焊接位进行预热后，以真空电子束焊机对焊接位进行焊接，使板材以焊接方式与芯材连接形成夹芯板；本发明能以电子束焊接方式制备金属橡胶阻尼夹芯板。
Description
技术领域
本发明涉及焊接工艺领域，尤其是基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺。
背景技术
随着航空航天、航海化工和核能装备等工业技术的发展，对减振缓冲功能性弹性结构材料综合性能的要求日益增高，通过金属丝编织而成具有空间网状结构的金属橡胶不仅能满足在高低温、大载荷冲击、盐雾等复杂服役环境，还提升了材料的弹性阻尼性能。夹芯结构是由两层较薄的面板和中间较厚的轻质多孔芯层构成，结合了面板和芯层的优异特性，具有轻质、高比强度、高比刚度和耐冲击等优良性能。在能够满足强度和刚度的条件下,使用夹芯材料后结构的减重性能明显提高,同时还能减小噪声和振动产生的危害。研究和制备金属阻尼夹心结构为复合夹芯板高通量的制备工艺链和闭环性能调控提供科学的指导，对发展高性能金属复合功能构件的先进制造技术和理论具有重要意义。
现有的金属橡胶阻尼夹芯板制备方法主要是螺栓连接和胶粘法。这种方法存在的问题和缺陷主要有：
1）胶粘法制备金属阻尼夹芯板，通常是使用胶黏剂将实体金属面板与芯层大面积黏接复合在一起，存在结合强度低、耐高温性能差、腐蚀失效的问题，且承载能力小，易分层。
2）螺栓连接法制备金属阻尼夹芯板，界面结合强度低，产品规格小，工作时受力不均匀容易发生局部失效，使得夹芯板寿命大大降低。
胶粘法和螺栓连接都属于物理连接方式，产品稳定性能差，使用环境具有一定的局限性，极大的限制了大尺寸化的夹芯板的制备和在相关领域的应用。
发明内容
本发明提出基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，能以电子束焊接方式制备金属橡胶阻尼夹芯板。
本发明采用以下技术方案。基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，所述夹芯板的上面板（13）和下面板（11）均为金属的板材，芯材（12）为以金属丝编织而成的具有空间网状结构的金属橡胶；所述工艺用于以焊接工艺使板材覆于金属橡胶表面以制备高阻尼夹芯板结构，所述工艺包括以下步骤；
A1、以超声波清洗板材和芯材，直至板材和芯材的焊接面处的氧化物和杂质被去除；
A2、对板材与芯材进行装配，并以焊接夹具（8）把板材与芯材固定形成待焊接件，把待焊接件移至真空室（9），以排气装置（10）对真空室抽真空；
A3、对面板板材与芯材间的焊接位（28）进行预热后，以真空电子束焊机对焊接位进行焊接，使板材以焊接方式与芯材连接形成夹芯板。
在步骤A3后还包括以下步骤；
A4、在真空室内对夹芯板进行真空保温；
A5、把完成真空保温的夹芯板取出真空室后，对夹芯板进行急冷淬火。
所述金属橡胶包括有以金属丝编织而成的金属丝螺旋卷结构（29）；在焊接时，所述焊接位处焊接界面的熔深为金属丝螺旋卷直径的1-1.5倍。
所述焊接时的焊接参数优选为；所述真空室的真空度为8×10-2Pa，所述真空电子束焊机采用电子束的电压为60KV，电子束电流3.7mA，焊接速度3mm/min。
所述真空电子束焊机包括电子枪（1）；所述电子枪包括灯丝（2）、阴极（3）、阳极（4）；电子枪的发射方向上顺序设有磁透镜（5）和偏转线圈（6）；所述灯丝由灯丝电源（17）供电；所述阳极和阴极由高压加速电源（14）供电；所述高压加速电源的输出端处串联有电阻（16）；所述偏转线圈由偏转电源（15）供电。
当焊机工作时，电子枪的灯丝在真空环境中发射电子，所述阳极和阴极形成高压静电场对灯丝发射的电子加速形成电子束（7）；所述磁透镜对电子束聚焦以形成高密度电子束；所述偏转线圈对高密度电子束的方向进行控制，使高密度电子束轰击至焊接位处，使焊接处的板材和芯材在高温下发生物理冶金行为以进行焊接。
所述焊接夹具为左右对称结构，包括立于底座（22）上的两根支撑杆（18）；所述底座固定于固定花盘（23）上；每根支撑杆上均套有一可滑动的导向柱（19）；所述导向柱可被导向柱紧固件锁定于支撑杆上；两个导向柱处均设有带定位手柄（21）的横向的定位螺杆（20）；定位螺杆末端设有固定槽（26）；当进行焊接时，两个导向柱的固定槽槽口相对形成待焊接件的容置结构，固定槽以槽壁处的带紧固手柄（24）的紧固螺杆（25）对待焊接件（27）进行固定；当需调整待焊接件的位置和姿态时，可通过移动或旋转导向柱来调整待焊接件的高度和角度。
所述焊接位（28）在夹芯板的上表面和下表面处按网格状行列密集分布。
所述密集分布的焊接位中，相邻的焊接位在电子束焊接后相互连接形成深且窄的焊缝。
所述芯材的空间网状结构为以金属丝编织而成的金属丝螺旋卷结构经相互咬合而形成。
本发明的优点在于：
1）采用真空电子束焊接技术焊接异种结构金属复合材料，焊接参数可以精确调整，保证焊接接头的宽度和深度，精确控制焊接界面的熔深为金属丝螺旋卷直径的1-1.5倍，有效的减小了成形过程中产生的变形；
2）焊接时在面板和芯层界面上发生的一系列物理冶金行为，使面板和芯层形成理想的冶金结合，较现有的物理连接技术，金属面板与芯层界面可以获得更高的结合强度和更好的力学性能；
3）真空电子束焊接采用空间网状结构焊接轨迹，焊缝一致性和组织性能好，保证芯层金属橡胶与金属面板充分融合，有效提高界面的结合强度；
4）生产设备结构简单，金属阻尼夹心板尺寸精度高，生产过程可控性强，再现性高。
通过本发明制备的夹芯板，可用于航空航天、汽车与轨道交通运输、舰船与海洋工程、建筑和防护工程等领域机械结构部件中，在满足强度和刚度的条件下，实现重型设备的轻量化,提高设备的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
附图2是焊接夹具的示意图；
附图3是本发明在焊接时电子枪的移动轨迹示意图；
附图4是焊接完成的夹芯板在焊接位处的剖切示意图；
附图5是焊接完成的夹芯板的网格状行列焊缝轨迹示意图；
图中：1-电子枪；2-灯丝；3-阴极；4-阳极；5-磁透镜；6-偏转线圈；7-电子束；8-焊接夹具；9-真空室；10-排气装置；11-下面板；12-芯材；13-上面板；14-高压加速电源；15-偏转电源；16-电阻；17-灯丝电源；18-支撑杆；19-导向柱；20-定位螺杆；21-定位手柄；22-底座；24-紧固手柄；25-紧固螺杆；26-固定槽；27-待焊接件；28-焊接位；29-金属丝螺旋卷结构；100-焊缝。
具体实施方式
如图1-5所示，基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，所述夹芯板的上面板13和下面板11均为金属的板材，芯材12为以金属丝编织而成的具有空间网状结构的金属橡胶；所述工艺用于以焊接工艺使板材覆于金属橡胶表面以制备高阻尼夹芯板结构，所述工艺包括以下步骤；
A1、以超声波清洗板材和芯材，直至板材和芯材的焊接面处的氧化物和杂质被去除；
A2、对板材与芯材进行装配，并以焊接夹具8把板材与芯材固定形成待焊接件，把待焊接件移至真空室9，以排气装置10对真空室抽真空；
A3、对面板板材与芯材间的焊接位28进行预热后，以真空电子束焊机对焊接位进行焊接，使板材以焊接方式与芯材连接形成夹芯板。
在步骤A3后还包括以下步骤；
A4、在真空室内对夹芯板进行真空保温；
A5、把完成真空保温的夹芯板取出真空室后，对夹芯板进行急冷淬火。
所述金属橡胶包括有以金属丝编织而成的金属丝螺旋卷结构29；在焊接时，所述焊接位处焊接界面的熔深为金属丝螺旋卷直径的1-1.5倍。
所述焊接时的焊接参数优选为；所述真空室的真空度为8×10-2Pa，所述真空电子束焊机采用电子束的电压为60KV，电子束电流3.7mA，焊接速度3mm/min。
所述真空电子束焊机包括电子枪1；所述电子枪包括灯丝2、阴极3、阳极4；电子枪的发射方向上顺序设有磁透镜5和偏转线圈6；所述灯丝由灯丝电源17供电；所述阳极和阴极由高压加速电源14供电；所述高压加速电源的输出端处串联有电阻16；所述偏转线圈由偏转电源15供电。
当焊机工作时，电子枪的灯丝在真空环境中发射电子，所述阳极和阴极形成高压静电场对灯丝发射的电子加速形成电子束7；所述磁透镜对电子束聚焦以形成高密度电子束；所述偏转线圈对高密度电子束的方向进行控制，使高密度电子束轰击至焊接位处，使焊接处的板材和芯材在高温下发生物理冶金行为以进行焊接。
所述焊接夹具为左右对称结构，包括立于底座22上的两根支撑杆18；所述底座固定于固定花盘23上；每根支撑杆上均套有一可滑动的导向柱19；所述导向柱可被导向柱紧固件锁定于支撑杆上；两个导向柱处均设有带定位手柄21的横向的定位螺杆20；定位螺杆末端设有固定槽26；当进行焊接时，两个导向柱的固定槽槽口相对形成待焊接件的容置结构，固定槽以槽壁处的带紧固手柄24的紧固螺杆25对待焊接件27进行固定；当需调整待焊接件的位置和姿态时，可通过移动或旋转导向柱来调整待焊接件的高度和角度。
所述焊接位28在夹芯板的上表面和下表面处按网格状行列密集分布。
所述密集分布的焊接位中，相邻的焊接位在电子束焊接后相互连接形成深且窄的焊缝。
所述芯材的空间网状结构为以金属丝编织而成的金属丝螺旋卷结构经相互咬合而形成。
Claims (10)
1.基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述夹芯板的上面板（13）和下面板（11）均为金属的板材，芯材（12）为以金属丝编织而成的具有空间网状结构的金属橡胶；所述工艺用于以焊接工艺使板材覆于金属橡胶表面以制备高阻尼夹芯板结构，所述工艺包括以下步骤；
A1、以超声波清洗板材和芯材，直至板材和芯材的焊接面处的氧化物和杂质被去除；
A2、对板材与芯材进行装配，并以焊接夹具（8）把板材与芯材固定形成待焊接件，把待焊接件移至真空室（9），以排气装置（10）对真空室抽真空；
A3、对面板板材与芯材间的焊接位（28）进行预热后，以真空电子束焊机对焊接位进行焊接，使板材以焊接方式与芯材连接形成夹芯板。
2.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：在步骤A3后还包括以下步骤；
A4、在真空室内对夹芯板进行真空保温；
A5、把完成真空保温的夹芯板取出真空室后，对夹芯板进行急冷淬火。
3.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述金属橡胶包括有以金属丝编织而成的金属丝螺旋卷结构（29）；在焊接时，所述焊接位处焊接界面的熔深为金属丝螺旋卷直径的1-1.5倍。
4.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述焊接时的焊接参数优选为；所述真空室的真空度为8×10-2Pa，所述真空电子束焊机采用电子束的电压为60KV，电子束电流3.7mA，焊接速度3mm/min。
5.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述真空电子束焊机包括电子枪（1）；所述电子枪包括灯丝（2）、阴极（3）、阳极（4）；电子枪的发射方向上顺序设有磁透镜（5）和偏转线圈（6）；所述灯丝由灯丝电源（17）供电；所述阳极和阴极由高压加速电源（14）供电；所述高压加速电源的输出端处串联有电阻（16）；所述偏转线圈由偏转电源（15）供电。
6.根据权利要求5所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：当焊机工作时，电子枪的灯丝在真空环境中发射电子，所述阳极和阴极形成高压静电场对灯丝发射的电子加速形成电子束（7）；所述磁透镜对电子束聚焦以形成高密度电子束；所述偏转线圈对高密度电子束的方向进行控制，使高密度电子束轰击至焊接位处，使焊接处的板材和芯材在高温下发生物理冶金行为以进行焊接。
7.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述焊接夹具为左右对称结构，包括立于底座（22）上的两根支撑杆（18）；所述底座固定于固定花盘（23）上；每根支撑杆上均套有一可滑动的导向柱（19）；所述导向柱可被导向柱紧固件锁定于支撑杆上；两个导向柱处均设有带定位手柄（21）的横向的定位螺杆（20）；定位螺杆末端设有固定槽（26）；当进行焊接时，两个导向柱的固定槽槽口相对形成待焊接件的容置结构，固定槽以槽壁处的带紧固手柄（24）的紧固螺杆（25）对待焊接件（27）进行固定；当需调整待焊接件的位置和姿态时，可通过移动或旋转导向柱来调整待焊接件的高度和角度。
8.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述焊接位在夹芯板的上表面和下表面处按网格状行列密集分布。
9.根据权利要求8所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述密集分布的焊接位中，相邻的焊接位在电子束焊接后相互连接形成深且窄的焊缝。
10.根据权利要求1所述的基于真空电子束焊接的金属橡胶阻尼夹芯板制备工艺，其特征在于：所述芯材的空间网状结构为以金属丝编织而成的金属丝螺旋卷结构经相互咬合而形成。
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