釬焊鋁蜂窩板在裝備制造領域中的應用

譚淑芹 徐世興 陳亞斌

摘? 要：早在20世紀40年代，國外就在研究粘接鋁蜂窩復合材料，并成功在飛機上應用。中國從20世紀60年代才開始研究和應用。因此需要以一種新的制造方法來徹底改變其現有缺點，而釬焊法是取代膠粘法最理想的一種工藝方法，通過釬焊方法形成的接頭是冶金結合，其力學性能遠高于膠粘材料。釬焊鋁蜂窩板是一種新型的輕金屬結構復合材料，因其密度低，剛度高，性能穩定，耐溫性強，加工性優良等優點得到了廣泛應用，本文介紹了釬焊鋁蜂窩板的特點和應用現狀。

關鍵詞：釬焊鋁蜂窩;復合材料;新型金屬結構

中圖分類號：TB331? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

早在20世紀40年代，國外就在研究粘接鋁蜂窩復合材料，并成功在飛機上應用。中國從20世紀60年代才開始研究和應用。膠粘鋁蜂窩板因其重量輕、強度高、剛性大、穩定性好、隔熱隔聲，在飛機、列車、船舶和建筑等領域中具有廣泛的使用前景。然而，其強度、使用壽命以及允許的工作環境在很大程度上受膠粘劑的性能所影響[1]。因此需要以一種新的制造方法來徹底改變其現有缺點，而釬焊法是取代膠粘法最理想的一種工藝方法，通過釬焊方法形成的接頭是冶金結合，其力學性能遠高于膠粘材料。

1 釬焊鋁蜂窩原理

釬焊鋁蜂窩板是將鋁面板和鋁蜂窩芯通過釬焊工藝組合在一起的鋁蜂窩夾層結構材料。該材料是將鋁蜂窩芯和鋁面板組合后置于釬焊爐中，在600℃左右的溫度場中一次性釬焊焊接而成。鋁蜂窩芯與鋁蜂窩芯之間，鋁蜂窩芯與面板之間的所有節點均為金屬連接，中間不添加任何諸如膠粘劑等非金屬材料。其中的鋁蜂窩芯是以一定厚度和寬度的鋁帶，經波紋法成型，排列在一起呈正六邊形的焊接鋁蜂窩。

釬焊鋁蜂窩板在釬焊爐中的加熱溫度高于焊料熔融溫度而低于母材熔融溫度，即焊料熔融而母材不熔，過程中熔化的焊料在毛細吸引作用下浸潤填充在兩母材之間，并與母材相互溶解、擴散、冷卻凝固后將兩母材焊接為一體[2]。這使釬焊鋁蜂窩板的性能大大改變，形成一種獨立的新型輕金屬結構復合材料。

2 釬焊鋁蜂窩的特點

2.1 質量輕

釬焊鋁蜂窩板因鋁蜂窩芯是由一定寬度和厚度的鋁帶經過波紋法成型的正六邊形多孔結構組成，實體截面積小，因此釬焊鋁蜂窩板的密度遠小于材料本身的密度。（釬焊鋁蜂窩板厚度22 mm，鋁面板分別是1.0 mm、1.2 mm，鋁蜂窩芯的厚度是19.8 mm其面密度是8.7 kg/m2）。

2.2 節點強度高

釬焊鋁蜂窩板中的節點都是通過釬焊焊接的方式連接在一起的，釬焊過程中母材不熔化，避免了熔焊過程中的晶粒長大、溶蝕等，按照GB/T1457—2005夾層結構滾筒剝離強度試驗方法，進行試驗釬焊蜂窩板的滾筒剝離強度一般大于200N·mm/mm，且蜂窩芯是呈撕裂狀態[3]。而同規格膠粘鋁蜂窩板的滾筒剝離強度一般80N·mm/mm，鋁面板與蜂窩芯在膠粘層剝離，其剝離強度取決于膠粘劑強度。

2.3 抗壓強度高

釬焊蜂窩板中鋁蜂窩芯可選用較厚的鋁帶，增大焊接面積，又因釬焊節點強度高，正六邊形鋁蜂窩芯結構的穩定性強，即使過載壓縮變形仍可保持一定的承載力而不會出現壓潰現象，根據GB/T1453—2005夾層結構或芯子 平壓性能試驗方法，進行試驗平壓強度5.4 MPa[4]，而同規格膠粘鋁蜂窩板的平壓強度4.2 MPa。

2.4 抗拉強度高

釬焊蜂窩板中鋁蜂窩芯可選用較厚的鋁帶，增大焊接面積，又因釬焊節點強度高，正六邊形鋁蜂窩芯結構的穩定性強，根據GB/T1452—2005夾層結構或芯子 平拉性能試驗方法，進行試驗抗拉強度6 MPa，釬焊鋁蜂窩板從鋁蜂窩芯處被拉裂，而同規格膠粘鋁蜂窩板的平壓強度2.6 MPa，膠粘鋁蜂窩板的鋁面板與鋁蜂窩芯從膠粘劑層拉裂。

2.5 優良的抗沖擊性

釬焊鋁蜂窩板在受到外力沖擊時，因釬焊鋁蜂窩板是3層夾心結構，其中的鋁蜂窩芯的強度小于面板的強度，且鋁蜂窩芯是有一定高度的六邊形多孔結構，在釬焊鋁蜂窩板單面受到沖擊時，中間層的鋁蜂窩芯起到分解吸收沖擊能量的作用。而實體的材料受外力沖擊沒有緩沖動作，直接傳遞沖擊能量。2015年3月份，在動車組設備艙底蓋板研制時，（設備艙底蓋板的主要作用是為保護安裝在車底的設備以防車體運行過程中被帶起的路基上的石子、砂礫擊穿而對設備造成破壞），采用釬焊鋁蜂窩板、鋁型材、碳纖維3種材質的工件進行500 g水泥球，以350 km/h的速度90°角沖擊試驗，其中鋁型材和碳纖維材質的樣件被水泥球擊穿，只有釬焊鋁蜂窩材質的工件沒有被擊穿，試驗證明釬焊鋁蜂窩板的性能最好，完全達到設計要求[6]。

2.6 耐溫性強

釬焊鋁蜂窩板是純鋁合金材料，產 品成型工藝溫度高達600℃。所以材料的耐溫性取決于鋁合金材料的耐溫性。按照EN1363—1：2012耐火測試通用要求做耐火試驗，在50 mm厚的釬焊鋁蜂窩板單側升溫600℃，并保持20 min后，外表面的溫度為360℃，釬焊鋁蜂窩加熱側表面發生輕微變形，變形量為2 mm;外觀無可見破壞，耐溫性能優越如圖1所示。而同規格的膠粘鋁蜂窩板的耐溫性取決膠粘劑的耐溫性，一般不超過200℃。

2.7 隔音性好

釬焊鋁蜂窩板的隔音效果根據GB/T19889.3—2005空氣隔聲，一般大于26 dB，通過改變內部結構也可達33 dB，而同規格的粘接鋁蜂窩板的隔音效果在24 dB～26 dB。

2.8 良好的工藝性

釬焊鋁蜂窩板是一種純金屬材料，經釬焊焊接成一體的新型金屬結構性材料，節點的強度高于鋁蜂窩芯材料的強度，可以二維、三維成型、二次焊接、加工等。

2.9 環保可回收

釬焊鋁蜂窩板是一種純金屬材料，無任何非金屬添加劑，無毒無有害物質環保綠色材料。

3 釬焊鋁蜂窩板的應用

3.1 釬焊鋁蜂窩板在動車中的應用

現在國家的對節能減排及環保的要求越來越高，以鋁合為主的輕量化材料的研究也越來越深入，應用也是越來越廣泛，而釬焊鋁蜂窩板憑借著上述特點發展迅速，并在動車及高鐵的廂壁、頂板、門、地板、間壁等推廣應用[7，9]，利用釬焊蜂窩板的面密度小，平壓強度高，環保，以及可二維三維成型及可焊接性等特點，對動車司機室進行輕量化設計，達到減排降耗的目的[5]。

釬焊鋁蜂窩板的司機室與傳統結構司機室對比分析見表1。

3.2 釬焊鋁蜂窩板在軍工中的應用

利用釬焊鋁蜂窩板密度小、強度高，可二維、三維模壓成型的特點，且安裝和維護簡單方便，同時符合現在發展提出的節能減排的要求，為某種車型的保險杠，進行重新設計和制作，在保證原保險杠性能、外觀質量不變的前提下，用釬焊蜂窩板設計制作新型保險杠，經設計計算符合使用性能，并且產品的重量比原碳鋼結構的保險杠減重50%以上，完全符合現在的節能減排的理念，同時材料還是綠色環保，完全可回收利用的。再者利用釬焊蜂窩板的平壓強度高、耐腐性好等特性，制成質量輕，方便搬運的墊木，便于設備在野外搭建簡易平臺。同時因為具有質量輕、平壓強度高的性能，將釬焊蜂窩板制成模塊化的道面板，實現機場跑道應急快速鋪設的目的，滿足飛機起降的要求，提高保障能力，適應現代戰爭的需要。

4 結語

釬焊鋁蜂窩是一種新型純金屬復合材料，作為一種新型功能材料，因其密度小，質量輕，剛度高，綠色環保等特點[8]，在軌道交通、國防科技、航空航天、船舶、醫藥衛生等領域具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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