一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法

2023-05-04 17:22:26 2

一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法
【專利摘要】本發明提供了一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其可以準確檢測鋁鋼界面結合牢度，量化表徵釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合效果。其首先進行鋁鋼複合材料的試樣製備，然後對試樣進行剝離試驗，根據試驗結果計算得到鋁鋼界面的結合牢度值，其特徵在於：試樣製備包括在樣品的鋁層表面釺焊連接金屬加強層，金屬加強層和樣品的鋁層構成複合層，複合層中金屬加強層和樣品的鋁層的結合強度大於樣品中鋁鋼界面的結合強度，在剝離試驗中，通過拉力試驗機將複合層和樣品的鋼層進行剝離。
【專利說明】一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬層狀複合材料檢測【技術領域】，尤其是涉及金屬層狀複合材料界面結合牢度的檢測領域，具體涉及一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法。
【背景技術】
[0002]採用「室溫軋制複合」的方法生產的釺焊式鋁鋼複合材料廣泛應用於電力、汽車、石化、工程機械等行業，典型應用領域為熱電(火電、太陽能、核電)空冷系統。以火電應用為例，採用釺焊式鋁鋼複合材料製造的空冷系統取代開放式大水塔冷卻循環水，可節約用水75%。按國內30%的火電機組更換為空冷機組計算，每年可節約用水30億立方米，這相當於9000萬人一年的用水量，因此採用釺焊式鋁鋼複合材料製造的電站空冷系統經濟社會效益顯著，釺焊式鋁鋼複合材料是我國「十二五」重點發展的金屬層狀結構複合材料，國內對於這種材料的開發應用尚處於起步階段。電站空冷用鋁鋼複合材料總厚度為1.5mm，鋁層厚度較薄，一般小於0.15mm,出廠前需檢測鋁鋼複合材料的鋁層與碳鋼層界面的結合牢度。一般採用彎折試驗檢測其結合效果，但彎折試驗只能定性檢測界面結合牢度，彎折合格的軋制鋁鋼複合材料在釺焊時仍可能出現鋁鋼界面分層的現象，因此彎折試驗效果並不理想；採用剝離試驗可以定量測量金屬與金屬粘合的膠接界面的結合牢度，如圖1所示，但需要在金屬樣品1、2上製做拉伸用的引頭3、4，由於隨機剪裁的鋁鋼複合材料的樣品其鋁層與鋼層的自由端為連接閉合的，需要將鋁層與鋼層剝開，而由於鋁層太薄，難以剝開、並且拉伸強度低，不適於引頭的製備，因此很大程度上限制了剝離試驗在鋁鋼複合材料上的應用。如何成功實施薄覆層複合材料的剝離試驗，國內外尚未找到可行的解決辦法。

【發明內容】

[0003]針對上述問題，本發明提供了一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其可以準確檢測鋁鋼界面結合牢度，量化表徵釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合效果。
[0004]其技術方案是這樣的，首先進行鋁鋼複合材料的試樣製備，然後對所述試樣進行剝離試驗，根據試驗結果計算得到鋁鋼界面的結合牢度值，其特徵在於:所述試樣製備包括在樣品的鋁層表面釺焊連接金屬加強層，所述金屬加強層和所述樣品的鋁層構成複合層，所述複合層中金屬加強層和樣品的鋁層的結合強度大於所述樣品中鋁鋼界面的結合強度，在所述剝離試驗中，通過拉力試驗機將所述複合層和所述樣品的鋼層進行剝離。
[0005]其進一步特徵在於:
所述試樣製備包括在金屬加強層的一側釺焊連接樣品，所述樣品和所述金屬加強層位於同側的自由端一和自由端二相互分離，在所述剝離試驗中，所述自由端一、所述自由端二作為試樣和所述拉力試驗機連接的引頭；
所述試樣製備包括在金屬加強層的兩側對稱地釺焊連接相同尺寸的樣品一和樣品二，所述樣品一和樣品二同側的自由端三、自由端四相互分離，在所述剝離試驗中，所述自由端三、所述自由端四作為試樣和所述拉力試驗機連接的引頭； 所述試樣製備還包括在釺焊前將試樣中作為引頭的兩個自由端分別向外彎折、形成T型結構。
[0006]其更進一步特徵在於:
所述金屬加強層為鋁合金複合帶材；
所述金屬加強層包括皮層和基層，所述皮層設置於所述基層表面，所述皮層用於與所述樣品的鋁層表面釺焊連接；
所述復層為4343鋁合金，所述基層為3003鋁合金；
所述金屬加強層與樣品釺焊的具體操作為:(I)去除樣品的表面油汙，(2)釺劑塗覆，樣品的鋁層表面和所述金屬加強層的端面分別塗覆10%的釺劑，然後相互貼合，貼合間隙小於0.05mm，再將其烘乾，烘乾溫度小於200°C，(3)釺焊，釺焊爐升溫至550°C，然後通入純度為99.999%的氮氣保護，將相互貼合的樣品和金屬加強層放進釺焊爐，升溫至600°C，保溫20分鐘，再降溫至550°C以下，出爐自然冷卻；
對釺焊後的試樣進行線切割或銑床加工，使金屬加強層和樣品的寬度相等；
所述剝離試驗具體操作為:拉力試驗機的兩個夾頭分別夾持試樣中作為引頭的兩個自由端，夾頭以恆定速度V移動，所述樣品的鋁層和鋼層承受拉力而分離，測得分離拉力和剝尚牛度。
[0007]本發明的檢測方法其有益效果在於:
(1)試樣由樣品和金屬加強層構成，金屬加強層釺焊連接於樣品的鋁層表面，由於金屬加強層與樣品的鋁層的結合強度大於樣品的鋁層和鋼層的結合強度，因而金屬加強層與樣品鋁層結合而成的複合層的強度遠大於樣品鋁層的拉伸強度，故確保樣品的鋁鋼界面順利剝離，同時，由於金屬加強層和樣品的鋁層表面為釺焊連接，工藝精度高，能夠保證金屬加強層僅與樣品的鋁層連接，確保鋁鋼界面的正確剝離；
(2)本發明中試樣的製備，包括在金屬加強層的一側釺焊連接樣品，樣品和金屬加強層位於同側的自由端一和自由端二相互分離，在剝離試驗中，自由端一、自由端二作為試樣和拉力試驗機連接的引頭，並分別向外彎折、形成T型結構，能夠避免對釺焊後的試樣進行端部鋼層和複合層剝離操作，簡化檢測操作，提高檢測效率；
(3)本發明中試樣的製備，包括在金屬加強層的兩側對稱地釺焊連接相同尺寸的樣品一和樣品二，樣品一和樣品二同側的自由端三、自由端四相互分離，在剝離試驗中，自由端三、自由端四作為試樣和拉力試驗機連接的引頭，不僅能夠避免對試樣端部的鋼層和複合層的額外剝離操作，簡化檢測操作，提高檢測效率，而且相同尺寸的樣品一和樣品二在剝離試驗過程中受力更加均勻，檢測精度高；
(4)鋁鋼複合材料在下遊的空冷器等設備的製作中多為鋁/鋁合金釺焊連接，在本發明的檢測方法中，金屬加強層採用鋁合金複合板，且鋁合金複合板的表面復層為4343鋁合金，能夠通過剝離試驗進一步表徵鋁鋼複合材料在下遊工藝中的釺焊結合效果；
綜上所述，本發明的檢測方法將軋制複合效果及釺焊效果的表徵相互結合，是釺焊用薄覆層鋁鋼複合材料界面的有效檢測方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為金屬與金屬粘合的膠接試樣的剝離試驗的示意圖； 圖2為本發明的一實施例的示意圖；
圖3為本發明的另一實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
本實施例中金屬加強層為4343/3003單面鋁合金複合帶材，圖中10為3003鋁層，作為基層，11為4343鋁層，作為與樣品釺焊連接的皮層。
[0010]一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，如圖2所示，其具體步驟如下:
1、剪取厚度為1.5mm,長度為200mm，寬度為25mm的樣品5和單面鋁合金複合帶材9，樣品5的長度平行於軋制方向，其中單面鋁合金複合帶材9的4343鋁層11的厚度為0.12mm ；
2、將位於同側的樣品的自由端一8和單面鋁合金複合帶材9的自由端二 12向外彎折90° ,使得釺焊後的試樣形成T型結構,其中，自由端二 12和自由端一8的長度L均為50mm,磨削除去自由端一 8的鋁層，能夠防止因試樣鋁層斷裂導致的檢測曲線的波動，提高檢測精度；
3、清洗去除樣品的鋁層7表面的油汙，再將濃度為10%的Nocolok釺劑(氟鋁酸鉀)均勻塗覆在樣品的鋁層7表面和單面鋁合金複合帶材的4343鋁層11表面，然後將樣品的鋁層7和單面鋁合金複合帶材9的4343鋁層11相互貼合，並用兩條不鏽鋼方管綑紮，這樣可以起固定作用，並保證貼合面緊密接觸，貼合間隙小於0.05mm ；
4、將相互貼合的樣品5和單面鋁合金複合帶材9烘乾，烘乾溫度在200°C以下，釺焊爐升溫到550°C，然後通入純度99.999%的氮氣保護，將樣品5和單面鋁合金複合帶材9放進釺焊爐，升溫到600°C，保溫20分鐘，降溫到550°C以下，出爐自然冷卻，4343鋁層11和樣品的鋁層7的結合強度大於樣品的鋁層7和鋼層6的結合強度；
5、對釺焊後的試樣進行線切割或銑床加工，使單面鋁合金複合帶材和樣品的寬度為25mm ；
6、用拉力試驗機做剝離試驗，拉力試驗機的兩個夾頭分別夾持樣品的自由端一8和單面鋁合金複合帶材的自由端二 12，夾頭移動速度為0.5mm/s。鋁鋼界面承受拉力而分離，讀得拉力數值F1，則剝離牢度為？1；/25 (N/mm)。
[0011]實施例2
本實施例中金屬加強層為4343/3003/3003雙面鋁合金複合帶材，圖3中，14為4343鋁層，作為與樣品的鋁層釺焊連接的皮層，15為3003鋁層，作為基層。
[0012]一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，如圖3所示，其具體步驟如下:
1、剪取厚度為1.5mm,寬度為25mm的樣品一 16、樣品二 20和一個雙面鋁合金複合帶材13，樣品16、20的長度為200mm，雙面鋁合金複合帶材13的強度為150mm，樣品一 16、樣品二20的長度平行於軋制方向，其中雙面鋁合金複合帶材13的4343鋁層的厚度為0.12mm ；
2、將樣品一16、樣品二 20同側的自由端三17、自由端四21分別向外彎折90°，使得釺焊後的試樣形成T型結構,其中自由端三17、自由端四21的長度I均為50mm,磨削除去自由端三17、自由端四21的鋁層； 3、清洗去除樣品一16、樣品二 20的鋁層19、23表面的油汙，再將濃度為10%的Nocolok釺劑(氟鋁酸鉀)均勻塗覆在鋁層19、23表面和4343鋁層14表面，然後將樣品一 16、樣品二 20對稱的放置於雙面招合金複合帶材13的兩側,樣品一 16、樣品二 20的招層19、23表面和雙面鋁合金複合帶材13的4343鋁層14表面相互貼合，並用兩條不鏽鋼方管綑紮，這樣可以起固定作用，而且保證貼合面緊密接觸，貼合間隙小於0.05mm ；
4、將相互貼合的樣品一16、樣品二 20和雙面招合金複合帶材13烘乾，烘乾溫度在200°C以下，釺焊爐升溫到550°C，然後通入純度99.999%的氮氣保護，將樣品一 16、樣品二20和雙面鋁合金複合帶材13放進釺焊爐，升溫到600°C，保溫20分鐘，降溫到550°C以下，出爐自然冷卻，4343鋁層14和鋁層19、23的結合強度大於樣品的鋁層和鋼層的結合強度，圖中，18、22為鋼層；
5、對釺焊後的試樣進行線切割或銑床加工，使雙面鋁合金複合帶材和樣品的寬度為25mm ；
6、用拉力試驗機做剝離試驗，夾頭移動速度為0.5mm/s ;鋁鋼界面承受拉力而分離，讀得拉力數值F2，則剝離牢度為&/25 (N/mm)。
[0013]由於兩個相同的樣品對稱的釺焊於雙面鋁合金複合帶材的兩側，在剝離試驗中所受拉力均等，使得樣品鋁鋼界面的剝離牢度的檢測更為精準。
【權利要求】
1.一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，首先進行鋁鋼複合材料的試樣製備，然後對試樣進行剝離試驗，根據試驗結果計算得到鋁鋼界面的結合牢度值，其特徵在於:所述試樣製備包括在樣品的鋁層表面釺焊連接金屬加強層，所述金屬加強層和所述樣品的鋁層構成複合層，所述複合層中金屬加強層和樣品的鋁層的結合強度大於所述樣品中鋁鋼界面的結合強度，在所述剝離試驗中，通過拉力試驗機將所述複合層和所述樣品的鋼層進行剝離。
2.根據權利要求1所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述試樣製備包括在金屬加強層的一側釺焊連接樣品，所述樣品和所述金屬加強層位於同側的自由端一和自由端二相互分離，在所述剝離試驗中，所述自由端一、所述自由端二作為試樣和所述拉力試驗機連接的引頭。
3.根據權利要求1所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述試樣製備包括在金屬加強層的兩側對稱地釺焊連接相同尺寸的樣品一和樣品二，所述樣品一和樣品二同側的自由端三、自由端四相互分離，在所述剝離試驗中，所述自由端三、所述自由端四作為試樣和所述拉力試驗機連接的引頭。
4.根據權利要求2或3所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述試樣製備還包括在釺焊前將試樣中作為引頭的兩個自由端分別向外彎折、形成T型結構。
5.根據權利要求4所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述金屬加強層為鋁合金複合帶材。
6.根據權利要求5所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述金屬加強層包括皮層和基層，所述皮層設置於所述基層表面，所述皮層用於與所述樣品的鋁層表面釺焊連接。
7.根據權利要求6所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述皮層為4343鋁合金，所述基層為3003鋁合金。
8.根據權利要求4所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述金屬加強層與樣品釺焊的具體操作為:(I)去除樣品的表面油汙，(2)釺劑塗覆，樣品的鋁層表面和所述金屬加強層的端面分別塗覆10%的釺劑，然後相互貼合，貼合間隙小於0.05mm，再將其烘乾，烘乾溫度小於200°C，(3)釺焊，釺焊爐升溫至550°C，然後通入純度為99.999%的氮氣保護，將相互貼合的樣品和金屬加強層放進釺焊爐，升溫至600°C，保溫20分鐘，再降溫至550°C以下，出爐自然冷卻。
9.根據權利要求8所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:對釺焊後的試樣進行線切割或銑床加工，使金屬加強層和樣品的寬度相等。
10.根據權利要求9所述的一種釺焊用鋁鋼複合材料的界面結合牢度檢測的方法，其特徵在於:所述剝離試驗具體操作為:拉力試驗機的兩個夾頭分別夾持試樣中作為引頭的兩個自由端，夾頭以恆定速度V移動，所述樣品的鋁層和鋼層承受拉力而分離，測得分離拉力和剝離牢度。
【文檔編號】G01N19/04GK103776762SQ201410002030
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】唐超蘭, 劉志木, 翁浩, 周鈺波 申請人:廣東工業大學