一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件及其制造方法与流程

本申请属于噪声控制与声学超材料，更具体地说，是涉及一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件及其制造方法。

背景技术：

1、在航空航天及工业降噪领域，金属蜂窝结构是主流的吸声衬垫材料。

2、现有的金属蜂窝吸声结构多采用“单自由度（sdof）”亥姆霍兹共振原理，即由穿孔面板、实壁蜂窝芯和背板组成。这种结构主要依赖孔颈处的空气柱共振耗能，其吸声频带非常窄，通常仅在共振频率附近有效，难以满足宽频降噪需求。

3、为了拓宽频带，现有技术常尝试在蜂窝腔内填充多孔吸音材料（如玻璃棉、泡沫金属）。然而，在高温（>500℃）和高流速（>100m/s）气流冲刷下，填充材料容易发生纤维断裂、粉化甚至被吹出，导致结构失效和非计划性异物损伤（fod），严重制约了其在航空发动机等极端环境中的应用。

4、此外，如果直接使用金属纤维毡等多孔金属材料制作蜂窝芯，由于其孔隙率高（通常>70%）、比表面积大，导热性差且实体体积少，直接进行激光焊接时极易出现“烧穿”、“塌陷”或“虚焊”现象，难以形成可靠的结构连接，成品率低。

5、因此，亟需一种既能利用多孔材料的宽频吸声特性，又能保证结构强度和工艺可靠性的全金属吸声构件。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有金属蜂窝吸声结构吸声频带窄、多孔材料在高温高流速环境下易失效、以及多孔金属材料难以可靠焊接等技术问题，提供一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件及其制造方法，所述耐高温金属蜂窝吸声构件采用微缝面板与多孔壁结构相结合的设计，利用微缝边缘效应与多孔壁渗透耗能机制的耦合作用实现宽频吸声；同时，通过引入局部致密化制造方法，确保了多孔金属材料在精密制造过程中的可靠连接。

2、一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，包括：微缝面板、背板、以及夹设于微缝面板与背板之间的多孔金属蜂窝芯；微缝面板表面阵列分布有微缝，所述多孔金属蜂窝芯由多条波纹状多孔金属板条层叠连接而成，相邻所述波纹状多孔金属板条的连接节点处设有致密化增强区，所述致密化增强区是所述波纹状多孔金属板条经物理压缩形成的低孔隙率区域，所述致密化增强区内设有激光焊缝，相邻波纹状多孔金属板条通过激光焊缝在所述致密化增强区处实现冶金结合。

3、优选地，所述微缝的缝宽为 0.05 - 0.3 mm，所述微缝的边缘设有重熔层或硬化层。

4、优选地，所述多孔金属蜂窝芯的壁面设有微孔隙，所述致密化增强区的平均孔隙率为 10%–30%，非致密化增强区的平均孔隙率为 60%–90%，平均流阻率为 1000–5000 pa·s/m²。

5、优选地，所述多孔金属蜂窝芯的壁面上开设有贯通的侧向耦合孔。

6、优选地，所述波纹状多孔金属板条的基体材料为金属纤维多孔材料或金属丝网多孔材料。

7、优选地，所述微缝面板、多孔金属蜂窝芯和背板的材质均为镍基耐高温合金。

8、优选地，所述微缝的平面形状为直线形、十字形、星形中的一种或多种。

9、本发明同时提供了一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件的制备方法，包括以下步骤：

10、s1：将多孔金属板材利用成形模具加工成波纹状条带；

11、s2：在步骤s1波纹状条带的波峰和波谷位置施加局部压力，使该区域的金属骨架发生塑性变形并相互压紧，形成致密化焊接带；

12、s3：将多条经过步骤 s2 处理的波纹状条带按波峰对波谷的方式排列，利用高能束流在所述致密化焊接带处进行熔化焊接，形成多孔金属蜂窝芯；

13、s4：将微缝面板和背板分别覆盖在多孔金属蜂窝芯上下表面，采用激光穿透焊沿蜂窝壁廓形进行焊接封装，得到所述具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件。

14、优选地，步骤s2中施加的局部压力为10-30mpa，所述致密化焊接带的厚度小于原始多孔金属板材厚度50%。

15、优选地，步骤s3中所述高能束流为脉冲激光，激光波长为1050-1070 nm，峰值功率300–500 w，脉冲宽度 3-5ms，频率1030 hz，光斑直径0.3–0.5 mm。

16、本发明的有益效果为：

17、（1）本发明提供一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，通过微缝面板与多孔壁结构相结合的设计，微缝面板提供适当声阻，多孔壁提供强烈的内部耗散，利用微缝边缘效应与多孔壁渗透耗能机制的耦合作用实现宽频吸声，使得吸声系数>0.6 的带宽范围比传统蜂窝结构提高 50%以上，解决现有金属蜂窝吸声结构吸声频带窄的问题。波纹状多孔金属板条在致密化增强区处实现全金属冶金结合，无胶粘剂，耐温能力强，适用于极端高温高流速环境，解决了多孔材料在高温高流速环境下易失效的问题。

18、（2）本发明提供一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件的其制造方法，通过波纹成形、局部致密化和激光穿透焊三个制备工艺，确保了多孔金属材料在精密制造过程中的可靠连接。尤其利用独特的局部致密化工艺解决了多孔金属无法可靠焊接的技术难题，使成品率从不足50%提升至 95%以上。

1.一种具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，包括：微缝面板、背板、以及夹设于微缝面板与背板之间的多孔金属蜂窝芯；微缝面板表面阵列分布有微缝，所述多孔金属蜂窝芯由多条波纹状多孔金属板条层叠连接而成，相邻所述波纹状多孔金属板条的连接节点处设有致密化增强区，所述致密化增强区是所述波纹状多孔金属板条经物理压缩形成的低孔隙率区域，所述致密化增强区内设有激光焊缝，相邻所述波纹状多孔金属板条通过激光焊缝在所述致密化增强区处实现冶金结合。

2.根据权利要求1所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，所述微缝的缝宽为 0.05 - 0.3 mm，所述微缝的边缘设有重熔层或硬化层。

3.根据权利要求2所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，所述多孔金属蜂窝芯的壁面设有微孔隙，所述致密化增强区的平均孔隙率为10%–30%，非致密化增强区的平均孔隙率为 60%–90%，平均流阻率为 1000–5000 pa·s/m²。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，所述多孔金属蜂窝芯的壁面上开设有贯通的侧向耦合孔。

5.根据权利要求1所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，所述波纹状多孔金属板条的基体材料为金属纤维多孔材料或金属丝网多孔材料。

6.根据权利要求1所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，所述微缝面板、多孔金属蜂窝芯和背板的材质均为镍基耐高温合金。

7.根据权利要求 1 所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件，其特征在于，所述微缝的平面形状为直线形、十字形、星形中的一种或多种。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件的制备方法，其特征在于，步骤s2中施加的局部压力为10-30mpa，所述致密化焊接带的厚度小于原始多孔金属板材厚度50%。

10.根据权利要求8所述的具有微缝面板与多孔壁结构的耐高温金属蜂窝吸声构件的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述高能束流为脉冲激光，激光波长为1050-1070 nm，峰值功率 300–500 w，脉冲宽度 3-5ms，频率1030 hz，光斑直径0.3–0.5 mm。