嵌入阻尼薄膜的金属夹层板制作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是振动噪声控制和功能材料的交叉研究领域，尤其是一种使用摩擦焊接和/或点焊机焊接的新工艺来制作嵌入阻尼薄膜的金属夹层板结构。
【背景技术】
[0002]传统的金属材料及结构已不能满足飞行器高刚度、大阻尼性能的设计要求。在金属薄板间嵌入阻尼薄膜就形成一种新的阻尼嵌入结构，它是在保持传统金属板材力学性能基础上提出一种具有高阻尼减振降噪性能的新结构，是一类将两种以上不同性质的材料通过焊接点或焊接线结合在一起的多相固体材料，从它的组成和结构上分析，其中有一相在层内是连续的称为基体如金属薄板，而另一相是各向同性的粘弹性阻尼材料。
[0003]申请人在先申请的嵌入式共固化穿孔阻尼薄膜和网格阻尼薄膜复合材料结构中，其阻尼材料与基体材料的连接主要用共固化工艺靠化学键(即化学反应形成IPN结构)及材料之间的物理溶合实现界面之间的连接，从而制成嵌入式共固化阻尼复合材料结构。但这种结构仅仅限于制作树脂基复合材料，对于金属板材要提高其构件的阻尼性能通常只能使用被动阻尼处理的方法，包括自由阻尼结构、约束阻尼结构和阻尼插入结构，而这三种办法都属于事后处理，往往受到结构尺寸、空间和重量等诸多因素的限制，并且在使用中还容易出现剥离、脱落等现象。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种嵌入阻尼薄膜的金属夹层板制作工艺，该工艺靠点焊机在焊接位置上的压力和高温，使局部阻尼层变薄位置处粘弹性材料先燃烧气化，同时也使阻尼层变薄位置上的金属层之间间隙变小，形成局部放电通道，在层界面之间的局部金属就熔化在一起，冷却后金属夹层板的上下面就局部地连接在一起，制成嵌入阻尼薄膜的金属夹层板结构。注意制作该阻尼薄膜金属夹层板构件时，最后必须使用点焊机的线焊缝把构件的周边完全连接起来，从而使嵌入阻尼薄膜的金属夹层板中的阻尼材料被封闭在一个单独空间中，防止阻尼薄膜周边长期暴露在所使用的环境中而老化脱落。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
一种嵌入阻尼薄膜的金属夹层板制作工艺，包括以下步骤:
1)设计嵌入阻尼薄膜的金属夹层板结构，每层阻尼薄膜厚度小于2mm;
2)制作阻尼薄膜；
3)将金属板材与阻尼薄膜按照设计要求进行铺设；将阻尼薄膜敷设在金属板材上，然后铺设好上蒙皮金属板材，当要制成多层阻尼薄膜的金属夹层板结构时，可以重复上述铺设过程，直到满足设计要求为止。
[0006]4)调整点焊机的工艺参数并选择相对应的点焊工艺模具，焊接点或/和线上的工艺压力，要大于纯点焊金属板材时的焊接点或/和线工艺压力；焊接点或/和线处电压要大于纯点焊金属板材时的点焊接电压；通过焊接点的压力，使夹在金属板材之间的阻尼薄膜层变薄，在外接电场的作用下，阻尼薄膜层变薄位置被击穿，产生放电通道，形成局部高温，这样变薄的阻尼薄膜处就会先燃烧气化，同时也使阻尼层变薄位置上的金属层之间间隙变小，形成局部放电通道，在压力和高温的作用下，在层界面之间的局部金属就熔化在一起；5)点焊加工冷却后，金属夹层板的上下面就局部地连接在一起，形成阻尼金属夹层板。
[0007]所述步骤I)中嵌入阻尼薄膜的金属夹层板结构为单层阻尼金属板夹芯结构，或者是大于等于两层的阻尼金属板夹芯结构。
[0008]所述步骤I)中每层阻尼薄膜可以为穿孔阻尼结构，或网格阻尼结构，或穿孔与网格相组合阻尼结构。
[0009]所述步骤3)中金属板材要平整，根据需要金属板材是同种材料的金属板材，或者是不同种材料的金属板材，力学性能较弱的金属板材设计在靠近中性层的位置，力学性能较强的金属板材设计在远离中性层的位置，当使用不同种材质的金属板材时，要注意防止电化学的腐蚀作用。
[0010]所述步骤4)中，采用焊点连接嵌入阻尼薄膜的金属夹层板结构时，使用焊出点连接的点焊机；
所述步骤4)中，采用焊线连接嵌入阻尼薄膜的金属夹层板结构时，使用焊出线连接的点焊机。
[0011]所述步骤4)中的点焊工艺模具，对于穿孔阻尼结构连接的模具，所述模具与工件接触部位的尺寸为焊接后圆点直径的1.1到1.5倍，面板厚的取上限，面板薄的取线下限，这里的厚度是所有面板的厚度之和。
[0012]所述步骤4)中的点焊工艺模具，对于网格阻尼结构连接的模具，所述模具与工件接触部位的尺寸是焊接位置网格间距的1.1到1.5倍，面板厚的取上限，面板薄的取线下限，这里的厚度是所有面板的厚度之和。
[0013]本发明中，首先要制作面积足够大的阻尼薄膜，膜厚一般在2毫米以内，可以自制，也可以购买现成的大阻尼橡胶薄膜，但使用中该阻尼薄膜的硫化温度与硫化时间要根据实际应用要求来选定，一般长期使用环境温度要远低于阻尼材料的硫化温度，硫化后阻尼薄膜其材料的动力学曲线的峰值和使用温度范围必须宽广，动力学曲线的峰值点对应温度应是构件通常应用的环境温度，这样通过铆接或/和点焊机的焊接点或/和焊接线将阻尼薄膜两侧的金属板材连接起来，成为阻尼金属夹层板，使整个结构具有更高的阻尼性能。
[0014]设计的嵌入阻尼薄膜的金属夹层板可以是单层阻尼金属板夹芯结构，也可以是多层阻尼金属板夹芯结构，但每层阻尼材料薄膜不能设计的太厚，一般在2毫米范围之内，而且同样结构情况下多层阻尼结构要比单层阻尼结构的损耗因子高。为了防止连续阻尼降低整体结构刚度，每层阻尼可以设计成穿孔阻尼结构，网格阻尼结构，或穿孔与网格的组合阻尼结构，这样就能实现在很少降低结构刚度的情况下大幅度提高结构阻尼的目的。注意制作该阻尼薄膜金属夹层板构件时，最后必须使用点焊机的线焊缝把构件的周边完全连接起来，从而使嵌入阻尼薄膜的金属夹层板中的阻尼材料被封闭在一个单独空间中，防止阻尼薄膜周边长期暴露在所使用环境中而老化脱落。
[0015]其次要合理地设计阻尼金属夹层板的连接位置即穿孔位置，通过连接位置调整单个阻尼片的面积、长宽比，排列方式，以及阻尼薄膜小片之间的间距，使整个金属夹层板结构在不同的方向上有不同的阻尼性能，实现结构阻尼性能的各项异性，具体阻尼金属夹层板的连接位置参照《嵌入式共固化穿孔阻尼薄膜复合材料结构及其制作、申请号为201410257835.5》和申请专利《嵌入式共固化网格阻尼复合材料结构及其制作工艺、申请号为201410257832.1》，这里的穿孔位置和/或网格位置就是阻尼金属夹层板的连接位置，当然也可以采用穿孔位置和网格位置的组合连接形式。
[0016]在选择点焊机时，如果阻尼金属夹层板的连接位置设计成穿孔连接形式，就采用点焊工艺；如果阻尼金属夹层板的连接位置设计成网格连接形式，就采用点焊机的线焊工艺；如果阻尼金属夹层板的连接位置设计成点或/和线的组合连接形式；就分别采用线焊工艺或/和点焊工艺使焊接后的阻尼金属夹层板的阻尼片成为穿孔阻尼和网格阻尼或它们的组合形式。
[0017]由于阻尼材料的不导电或弱导电性能，几乎直接阻断了点焊机工作时焊接点位置的电路导通，所以在焊接点或/和线时，使用点焊机的工艺参数与金属板材的点焊接工艺参数是不同，表现在本专利焊接点或/和线上的工艺压力，要大于纯点焊金属板材时的焊接点或/和线工艺压力；本专利焊接点或/和线处电压要大于纯点焊金属板材时的点焊接电压。通过焊接点的压力，使夹在金属板材之间的阻尼层变薄，在外接电场的作用下，局部会(阻尼层变薄位置)被击穿，产生放电通道，形成局部高温，这样变薄的阻尼薄膜处就会先燃烧气化，同时也使阻尼层变薄位置上的金属层之间间隙变小，形成局部放电通道，在压力和高温的作用下，在层界面之间的局部金属就熔化在一起，冷却后金属夹层板的上下面就局部地连接在一起，形成阻尼金属夹层板。至于金属阻尼夹层板能提高整体结构的动力学性能，大量的参考文献研究结论已经证明了这一点。
[0018]本发明在原来嵌入穿孔阻尼结构和网格阻尼结构的基础上即在先申请专利《嵌入式共固化穿孔阻尼薄膜复合材料结构及其制作工艺》，申请号为201410257835.5和在先申请专利《嵌入式共固化网格阻尼复合材料结构及其制作工艺》，申请号为201410257832.1的基础上，提出将网格阻尼和穿孔阻尼结构相结合的方式，形成一种复杂混穿金