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用铝挤压法生产的互锁式管材制造激光焊接夹层板

2015-09-22 11:45:20

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西安交通大学韩卫忠团队的最新研究中，制造了具有交替FeAl/FeAl2层且每层厚度范围从2.5μm至259nm的轻质共析Fe-Al合金。

轻质铝制夹层板已广泛使用在具备不同速度的各式各样的运输工具上：从公交车至赛车；从货运飞机至航班；从渡轮至赛艇。这些材料的硬度和强度都是非常重要的性能。蜂巢夹层板结构常作为骨架，并使用高性能粘合剂将它们粘合在一起。这种结构在许多工程师看来是有问题的，特别是暴露于在火焰中或浸于水中时。为了解决这些问题，英国焊接研究院(TWI)现已开发出用挤压铝材作芯材的激光焊接金属夹层板结构。

据该研究院称，在试验研究中，商标为Ex-StructTM的铝夹层板是用2mm厚的5083铝合金板和6060铝合金挤压管组成的。挤压模的设计为使管的外圆形成互锁式的连接方式。管的直径为30mm，壁厚2mm。凸凹连接界面的公差被严格控制。据焊接研究院称，他们曾使用激光点焊和激光支柱焊接来示范夹层板制造的可行性和确定影响焊接质量及变形的关键因素。据称，使用直径为1.2mm的4047合金(Al-13%Si)填充丝可减少焊接凝固裂纹，并得到平滑的珠状表面。

Ex-StructTM夹层板的一个示范板是通过在管子机械连接点进行定位并使用Nd:NAG激光点焊制造出来的。激光点焊是沿水平方向从夹层板的一面开始一行接一行地进行。在每行的点焊处通过控制光栅的开/关时间进行连续焊接操作。为了避免焊接裂纹，点焊时，使用脉冲模式，并在脉冲末端采用功率斜降，以降低冷却速度。激光功率的控制斜降可降低焊缝的裂纹敏感性。随后在夹层板的另一面开始进行与上述相同的焊接操作。

Ex-StructTM夹层板的另一个示范板的制造是通过Nd:NAG激光支柱焊得到的。首先将脱脂管放在底板上并使其组成一整体。焊接从表面的一个边缘向另一个边缘呈线性进行，并沿焊缝管子之间的机械连接点进行。此操作重复进行，直至另一边缘的焊接完成。随后对夹层板的另一面进行与上述相同的焊接操作。焊缝呈相对比较平滑的珠状，没有表面缺陷，焊接速度可达到2.6mm/min，激光功率为3kW，喂丝速度为3 mm/min。

多年来，英国焊接研究院一直为全球的民用及军用造船业提供各种材料的解决方案。随着国际竞争的日趋激烈和高速渡轮使用者要求减轻铝制轮船重量呼声越来越大，现在不仅在降低整体寿命成本和革新方面，而且在提高制造的成本效益方面都承受着巨大的压力。因此英国焊接研究院的战略是为那些供铝或用铝企业的薄板、挤压材、铸件或预制板提供增加附加值的方案，以及提供降低材料成本或增加材料功能的技术方案。连接技术的新设想将是该院的为满足现在和未来市场的工作重点。除了开发连接技术外，英国焊接研究院现在还致力于材料开发、覆层技术、扭曲预报、模拟化工作，以及船结构的性能和可靠性预测。

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