焊接铝蜂窝的制备方法起源于蜂窝仿生技术。
科学家发现,蜜蜂所做的六角六面状窝是一个杰作,它以最少的材料消耗,构筑成极为坚固的蜂窝, 其结构要比其他任何形状的结构更强有力。因为这种多墙面的排列和一系列连续的蜂窝形的网状结构,可以分散来自各方的外力,使得蜂窝结构对挤压力的抵抗比任何圆形或正方形要高得多。科学家对蜂窝结构的研究,给人们的启迪是,即使非常纤薄的材料,只要把它制成蜂窝形状,就能够承受很大的压力。正是受到蜂巢的启发,蜂窝结构材料问世。
焊接铝蜂窝板是以焊接铝蜂窝为芯材,两面敷铝面板,组合后置于钎焊炉中,在600℃左右的温度场中一次性钎焊焊接而成的金属结构性材料。焊接中加热温度高于焊料熔点而低于母材熔点,即焊料熔融而母材不熔,过程中熔化的焊料在毛细吸引作用下浸润填充在两母材之间,并与母材相互溶解、扩散、冷却凝固后将两母材焊接为一体。该材料中铝蜂窝芯与铝蜂窝芯之间,铝蜂窝芯与铝面板之间的所有节点均为金属焊接连接,中间不添加任何诸如胶黏剂等非金属材料。这一改变使铝蜂窝板的性能大大改变,形成一种独立的新型金属结构性材料,而不是传统意义上的铝蜂窝复合材料。
焊接铝蜂窝板性能展示
1、剥离强度高
焊接铝蜂窝板各材料通过冶金结合方式连接,其滚筒剥离强度一般大于
200N.mm/mm,且呈蜂窝芯撕裂状态。具有极高的剥离强度焊接蜂窝板中所有节点均通过钎焊连接。焊接过程母材不熔化,避免了熔焊过程中的晶粒长大、溶蚀等现象。铝蜂窝芯支撑板与面板的焊接区一般呈双面小角焊结构,蜂窝芯的铝箔与铝箔间呈全边长范围的搭接焊结构,两者焊接区面积均大于两母材的对接面积,因而在拉伸破坏中通常会使母材断裂而节点保持完好。这是其它连接方式很难达到的。
2、抗压强度高
焊接铝蜂窝芯可选择较厚的铝箔或铝带制作,因节点强度高,蜂窝结构保持性强,即使过载压缩变形仍可保持一定承载力而不会出现压溃现象。传统的粘接蜂窝板由于节点强度低,材料受压缩变形达到一定的位移量后会出现节点破坏,导致铝蜂窝芯六边形结构失稳而失去支撑力,即板材整体压溃。高剥离强度同时可提高蜂窝板侧向压力和剪切的整体稳定性。
铝蜂窝板的平压强度指标只与蜂窝芯规格有关,与面板的厚度和材质关系不明显。具体指蜂窝芯的支撑板(铝箔)厚度和支撑板边长。蜂窝板的铝箔厚度越厚,边长越小,蜂窝芯的抗压强度值越高,反之亦然。
传统的粘接铝蜂窝板中铝箔的厚度不超过0.1mm,焊接铝蜂窝板的蜂窝芯的铝箔厚度可实现0.15~0.35之间,边长可实现5~10mm,抗压强度为4~10MPa,更高规格的抗压强度值经特殊工艺仍可实现。
3、耐温性强
焊接铝蜂窝板所有材料均为纯铝合金材料,整个工艺过程不添加任何非金属材料,产品的成型工艺温度达600℃。因而该材料的耐温性决定于铝合金材料的耐温性。
4、无烟无毒
焊接铝蜂窝板是纯铝合金结构性材料,无有毒有害物质产生。
5、质量轻
焊接铝蜂窝板的密度与蜂窝芯的规格和面板的厚度有关,以常用的总厚度为20mm的焊接铝蜂窝板为例,面密度为8~10Kg/㎡,体密度为0.4~0.5*10³Kg/m³。焊接铝蜂窝板蜂窝芯密度一般高于粘接蜂窝板,但是焊接蜂窝板无胶黏剂的重量,因此与目前市场上的粘接蜂窝板整体密度相近甚至更低。
6、优良的抗冲击性
由于焊接铝蜂窝板优良的节点强度,在受冲击中可将冲击能迅速分解吸收,因而抗冲击性远远高于同类产品。2015年3月份,在我国某型号动车组设备舱底板研制中,采用焊接铝蜂窝板、铝型材、碳纤维三种材质的工件进行500g水泥球以350Km/h的速度90°角冲击试验,试验证明焊接铝蜂窝板性能最好,完全达到设计要求。
7、隔音性
普通规格产品隔音量≥26dB,通过规格和结构变更,隔音量可达33dB。
8、可二次焊接
焊接铝蜂窝板为纯铝合金材料,只要焊接工艺允许,可以二次焊接,对内部蜂窝结构无任何影响。
允许采用的焊接方式包括:铝合金TIG、MIG焊接,摩擦搅拌焊等可以焊接铝合金的焊接设备。
9、材料下料、加工、卷曲、模压成型工艺
焊接铝蜂窝板是一种加工性优良的材料,可以用木工推台锯、木工雕刻机,水刀、木工镂刻机、剪板机等通用型设备直接下料加工。由于此材料的高剥离强度和高耐温性,因而适应多种蒙皮表面处理工艺,如表面喷砂、烤漆、喷塑等。可后期二维或三维成型。
以下为焊接铝蜂窝板与胶粘铝蜂窝板两种材料的性能对比报告:
焊接铝蜂窝板和粘接铝蜂窝板性能对比报告 | ||||
性能 | 焊接蜂窝板 | 胶粘蜂窝板 | 备注 | |
1 | 抗拉强度Mpa | 6 | 2.6 | 板规格为22=1.5+19.7+0.8 |
2 | 抗压强度MPa | 5.4 | 4.2 | 板规格为22=1.5+19.7+0.8 |
3 | 滚筒剥离强度N.mm/mm | 219(蜂窝芯撕裂) | 80 | 板规格为22=1.5+19.7+0.8 |
4 | 疲劳寿命 | 10~1800N,10HZ,跨距600mm,200万次,无宏观破损 | 板规格为22=1.5+19.7+0.8 | |
5 | 使用寿命 | 30年 | 6年 | |
6 | 耐温性 | 600℃ | 200℃以下 | |
7 | 防火性能 | 不燃烧 | 阻燃 | |
8 | 抗冲击性 | 500g水泥球以87m/s速度冲击,工件未击穿 | 0.9 | 板规格为18=1.5+15.3+1.2 |
9 | 可加工性 | 可平板模压再成型 | 平板不可再模压成型 | |
10 | 隔音性 | ≥26dB | 一般在24~26dB | 板规格为22=1.5+19.7+0.8 |
11 | 可焊接性 | 可焊接 | 不可焊接 | |
12 | 弯曲强度 | 107.2 | 104.4 | |
13 | 面密度 | 8.5Kg/m2 | 8.6Kg/m2 | 板规格为22=1.5+19.7+0.8 |
| 焊接铝蜂窝板与泡沫铝蜂窝板性能对比 | |
| 焊接铝蜂窝板 | 泡沫铝 |
| 绿色环保纯金属材料,所有连接点,连接线,连接面都是冶金连接。 | 泡沫铝板芯材和上下蒙皮目前基本上都是胶粘的,不环保。 |
| 材料全寿命 | 使用寿命受限于胶的寿命 |
| 冲到冲击后,产生塑性变形,仍然具有一定的支撑作用。 | 脆性大,冲到冲击后,泡沫碎掉,支撑作用丧失。 |
| 低密度,密度均匀且各向同性 | 密度高,且密度不均匀 |
| 可设计成二维,三维造型 | 不可设计,成型不好 |
| 可接受板材的一切加工工艺,可二次焊接 | 不可焊接 |