[发明专利]一种利用管材制备中空整体结构的方法

说明书

本发明公开了一种利用管材制备中空整体结构的方法，涉及金属结构件加工方法领域。提出了一种步骤简单、加工效率高、加工成本低且加工后的中空结构具有较高的结构强度，从而满足减重、高强度、减振吸能等需求的管材超塑成形扩散连接中空结构的制备方法。按以下方法进行制备：S1、坯料准备；S2、表面处理；S3、开气道；S4、封焊；S5、检查气密性；S6、合模，装炉升温，气胀；S7、切割。本案管子排布结构比较规则简单，容易实现，减少了加工工艺难度，整体结构强度和抗冲击能力好。

技术领域

本发明涉及金属结构件加工方法领域，尤其涉及由同种材料金属管子与面板在高温下气体加压扩散连接的加工方法。

背景技术

目前，为了实现减重、结构强度的提高以及减振吸能的目的，复杂中空多层结构被广泛使用在航空、航天、汽车等领域。在航空航天领域，复杂中空多层钛板结构一般采用冲压后焊接的工艺方法，其工序复杂、成形质量不稳定。超塑成形/扩散连接技术将成形和扩散连接工艺组合在一起，可一次成形大型复杂整体构件，质量稳定可靠，可大幅减重，提高构件性能。

针对超塑成形/扩散连接技术运用于多层中空结构胀形过程，虽然其存在多种优点，但是也存在技术缺陷。例如，针对四层中空结构的超塑成形/扩散连接，在支板交接处常出现明显的未完全扩散焊气道，因塑性变形量太大出现明显的壁厚不均匀。

现有技术具体如下所示：

国家专利局于2016年5月11日公告了一份名为“制造中空结构的方法”、申请号为“201310567183.0”的中国发明专利，其中提出一种制造多层中空结构的方法，首先将多层板叠加在一起，板与板之间具有结合部和非结合部，各相邻层板材之间结合部固定结合在一起，同时加热所述多层板材结构至软化温度，对相邻层板材之间用流体进行加压，使得多层板材结构发生形变，从而形成各相邻层板材结合部结合在一起，其非结合部形成空腔的中空结构。该发明为形成多层中空结构提供了大体的思路，但是未具体介绍成形的方法和细节，没有对具体成形方法进行对比，比如怎样确定成形温度，采用何种流体加压，怎样加压，各种流体加压的优劣对比等。

国家专利局于2018年6月15日公告了一份名为“一种Ti₂AlNb/TA15双金属钛合金复合空心结构的制备方法”、申请号为“201711296229 .4”的中国发明专利申请，其中提出一种Ti₂AlNb/TA15双金属钛合金复合空心结构的制备方法，该发明利用超塑成形/扩散连接技术，先对Ti₂AlNb制成的面板进行气胀成形，同时对芯板进行扩散连接，然后对芯板进行气胀成形，整个工艺过程是比较简洁的。虽然利用异种材料形成的四层板结构具有功能性特点，但是Ti₂AlNb的超塑性低，流变应力高，该材料在进行超塑成形扩散连接工艺时，其工艺窗口窄，成形工艺难以控制，较低的材料延伸率也会使得多层空心结构芯层设计自由度也很小。

国家专利局于2016年5月11日公告了一份名为“一种制备 Ti₂AlNb 合金轻质三层中空结构的方法”、申请号为“201410531711.1”的中国发明专利，其中提出一种制备合金轻质三层中空结构的方法，具体操作方法为：首先对Ti₂AlNb芯板进行表面处理，第二步是对芯板进行热弯处理，第三步是对芯板进行表面二次处理以及上下面板表面处理，第四步是对面板和芯板进行加热扩散连接。通过上述操作步骤即得到轻质三层中空结构，该发明解决了Ti₂AlNb这类高强，超塑性低的材料用超塑成形/扩散连接技术成形困难的问题，为制备新的多层轻质中空结构提供了新的思路，但是其成型过程对于热弯成形要求较高，同时在成型过程必须添加垫块支撑热弯成形后的芯板，防止在压力作用下支撑不够，如果内部芯板结构稍微复杂的话，垫块的加工会导致工艺过程变得很繁琐。