[發明專利]鋁合金/復合材料回填式攪拌摩擦膠接點焊連接工藝

有效

• 申請號: 201811395738.7
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109465535B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李紅;劉旭升;栗卓新;韓祎
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/24;B23K20/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明涉及超聲波輔助鋁合金/復合材料回填式攪拌摩擦膠接點焊連接工藝。首先將鋁合金在微溝槽軋輥上進行微溝槽處理增加表面粗糙度，對復合材料表面采用紅外激光輻射處理去除表面基質增加纖維活性，然后酒精超聲清洗；將鋁合金在卡具上固定好，在鋁合金板材上進行涂膠；依次將中間層、復合材料板以搭接的方式裝配在固定卡具上面；將超聲波變幅桿置于搭接部位的上表面，施加超聲波，促使膠黏劑鋪展填縫、增強攪拌區熔融態材料的流動性，同時采用攪拌摩擦點焊工藝進行連接。本發明結合了攪拌摩擦點焊、膠接、超聲波輔助的優點，實現了鋁合金/復合材料的連接，并增加了材料的回填流動性、減小了接頭空隙、提高了接頭的強度。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，具體是采用超聲波輔助結合回填式攪拌摩擦點焊、膠接技術來連接鋁合金/復合材料。

背景技術

隨著汽車車身輕量化的發展，越來越多的輕質材料被混合應用于車身部位的制造，鋁合金和復合材料(碳纖維增強復合材料,CFRP/玻璃纖維增強復合材料,GFRP)由于其質量輕、力學性能良好廣泛應用于車體和車身覆蓋件的設計中。但是由于鋁合金和復合材料理化性能的巨大差異，普通的熔化焊往往會產生氣孔、熱裂紋等缺陷，還會造成復合材料的燒損，因此固相焊連接如攪拌摩擦點焊技術成為連接鋁合金/復合材料異種材料的理想方法之一。攪拌摩擦點焊連接時，材料的流動性對于接頭的形成有很大的影響，直接影響到接頭的連接面積和質量，而熱固性復合材料的流動性比較差，同時常規回填式攪拌摩擦點焊連接時，接頭存在不可避免的空隙，影響接頭應力分布，因此如何避免上述問題進而獲取高質量的鋁合金/復合材料連接接頭成為當下研究的熱點。

中國發明專利“一種提高鋁合金攪拌摩擦點焊接頭強度的方法”(公布號：CN103801815A，公布日期：2014.07.20)，針對鋁合金同種材料連接時易出現“HOOK”缺陷，通過采用在鋁合金底部施加超聲波輔助增加材料流動性降低缺陷的產生率，但是其研究只針對同種或異種鋁合金的連接；

中國發明專利“一種功率超聲輔助攪拌摩擦點焊裝置及焊接方法”(公布號：CN108296624A，公布日期： 2018.05.21)該裝置采用超聲波換能器和攪拌摩擦點焊夾持的裝配方式進行連接，這對于試樣的固定有很大的不便，也會影響裝配精度。

以上方法都對本發明有著很重要的借鑒意義，對于鋁合金/復合材料的連接，不僅要注意鋁合金材料的流動性問題，同時也要考慮復合材料的粘性問題以及裝配方式對接頭間隙的影響。

因此本發明尋求一種可以穩定高效連接鋁合金/復合材料的方法工藝，來提高接頭的連接質量和強度。

發明內容

針對攪拌摩擦點焊過程中攪拌區熔融態材料流動性差、焊點周圍存在間隙、接頭強度低，本發明通過設計一種多技術復合的工藝來連接鋁合金/復合材料以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明的進行步驟如下：

步驟一，選取1-3mm厚的鋁合金板和1-3mm厚的碳纖維/玻璃纖維復合材料板，針對碳纖維復合材料選取厚度為100-200μm的 PA6材料作為中間層，對于玻璃纖維增強基復合材料選取厚度為 100-200μm的PPS材料作為中間層；

步驟二，將鋁合金在微溝槽軋輥上進行深度為0.3-0.6mm 的微溝槽處理增加表面粗糙度到Ra 3.2-6.3，對復合材料板表面采用波長320-360nm、功率10-20W、頻率15-25kHz、掃描速度250-500mm/s 的紅外激光進行輻射處理去除表面基質增加纖維活性，然后用酒精超聲清洗；

步驟三，將鋁合金在卡具上固定好，使用涂膠設備在鋁合金板材上進行涂膠；

步驟四，將中間層、復合材料板同鋁合金以搭接的方式裝配固定在卡具上面；