[發(fā)明專利]鋁合金與塑料的激光焊接方法及磨削夾具和裝夾夾具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010088544.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111168240B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文權(quán);王蘇煜;張新戈;徐宇欣;戴華仁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/21
• 分類號(hào): B23K26/21;B23K26/362;B23K26/082;B23K26/60;B23K26/70;B23K37/04;B24B41/06;B23K103/10
• 代理公司: 濟(jì)南瑞宸知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37268
• 代理人: 倫文知

本發(fā)明提供了一種鋁合金與塑料的激光焊接方法及磨削夾具和裝夾夾具，所述激光焊接方法包括如下步驟：(1)鋁合金試樣和塑料試樣接頭端面的表面磨削處理；(2)鋁合金試樣端面納秒激光預(yù)刻蝕處理；(3)鋁合金試樣和塑料試樣的接頭端裝配并采用激光器焊接。本發(fā)明所述激光焊接方法利用磨削夾具對(duì)鋁合金試樣與塑料試樣的待焊表面進(jìn)行磨削處理，使兩者獲得具有相同斜度的傾斜端面，并對(duì)鋁合金表面進(jìn)行納秒激光預(yù)刻蝕處理，最終采用裝夾夾具夾緊后通過(guò)激光多道焊接成形，可以有效提升鋁合金試樣和塑料試樣接頭的設(shè)計(jì)自由度，減少搭接接頭形式所引起的應(yīng)力集中，焊接速度快，接頭質(zhì)量良好，焊接完成后的樣品不需后處理且具有可靠的強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種鋁合金與塑料的激光焊接方法及磨削夾具和裝夾夾具，應(yīng)用于鋁合金與塑料異種材料之間的搭接與對(duì)接混合接頭形式的激光連接，屬于焊接與連接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著汽車的逐漸普及，環(huán)境污染的問(wèn)題日益嚴(yán)重。研究表明，汽車重量每減少10％，燃油消耗可降低6％～8％，燃油經(jīng)濟(jì)性的提高，意味著溫室氣體排放量的相應(yīng)減少。為滿足環(huán)境保護(hù)和節(jié)省燃料的要求，需采用降低車體質(zhì)量的材料，以減少能源消耗和污染。鋁合金具有相對(duì)較高的比強(qiáng)度，良好的塑性韌性以及耐腐蝕性，在汽車上有很廣泛的應(yīng)用。而熱塑性塑料包括各種常見(jiàn)的工程塑料、特種塑料以及近期受到廣泛關(guān)注的碳纖維或玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等，則具有幾乎無(wú)限的可加工性能，良好的抗疲勞及抗腐蝕性能以及更輕的質(zhì)量，在車輛上的應(yīng)用也日益增多，若能將兩種材料可靠地連接在一起就有可能同時(shí)獲得兩種材料的優(yōu)良性能。汽車上一些鋁合金與塑料相連接的結(jié)構(gòu)如保險(xiǎn)杠、方向盤(pán)等目前所應(yīng)用較多的連接工藝是機(jī)械連接和膠粘連接。機(jī)械連接無(wú)熱量輸入，可以有效避免熱作用導(dǎo)致的接頭脆化問(wèn)題，但接頭形式較為復(fù)雜，以及需要預(yù)先打孔等問(wèn)題限制了接頭的重量及設(shè)計(jì)自由度，且容易導(dǎo)致嚴(yán)重的應(yīng)力集中。膠粘連接能夠?qū)崿F(xiàn)大面積連接且應(yīng)力分布均勻，但不可避免的是由于粘接劑于預(yù)處理或使用過(guò)程中受溫度影響而產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題。激光焊接工藝作為一種熱輸入量較小、焊接速度快、能量集中，且接頭形式靈活的焊接方法，可以有效避免由膠粘和機(jī)械連接所引起的一系列問(wèn)題。

目前，部分學(xué)者對(duì)金屬與非金屬的激光焊連接工藝進(jìn)行研究，并已在多種期刊發(fā)表，見(jiàn)(1)Scripta Materialia,2008,59:1247-1250；(2)Journal of MaterialsProcessing Technology,2016,229:668-677等。大阪大學(xué)激光加工中心的學(xué)者們研究表明塑料與不銹鋼板的激光鏈接工藝由于焊接過(guò)程中的氣泡加壓理論而得到可靠的連接，即焊接過(guò)程中塑料熱解產(chǎn)生的氣泡會(huì)推著周圍液態(tài)塑料鋪展并潤(rùn)濕金屬表面。大部分學(xué)者研究金屬與塑料表面的處理工藝來(lái)增強(qiáng)兩種材料之間的連接強(qiáng)度。其中，激光刻蝕工藝作為一種結(jié)構(gòu)密度可控，效率高的處理工藝受到了廣泛的關(guān)注。在金屬表面利用納秒或皮秒激光刻蝕出與拉伸方向相垂直的溝槽可以有效增大兩種板材水平方向上的機(jī)械阻力，同時(shí)激光燒蝕造成的金屬表面部分氧化可以與塑料集體中的含氧官能團(tuán)更好的結(jié)合，提高接頭的力學(xué)性能。但大部分學(xué)者都局限于研究搭接接頭形式，且?guī)缀鯖](méi)有學(xué)者研究過(guò)鋁合金與塑料的激光焊焊接工藝。現(xiàn)階段尚未有學(xué)者研究過(guò)鋁合金與塑料的對(duì)接接頭形式焊接工藝，這是由于薄板對(duì)接面積較小，且金屬與塑料潤(rùn)濕性很差，很難形成可靠的連接。改善焊接接頭形式，在盡可能避免接頭應(yīng)力集中現(xiàn)象的同時(shí)加大對(duì)接的面積，使鋁合金和塑料成功的連接在一起實(shí)現(xiàn)輕量化，是目前亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種鋁合金與塑料的激光焊接方法及磨削夾具和裝夾夾具，該激光焊接方法中焊接接頭形式是集合了搭接與對(duì)接的復(fù)合接頭形式，同時(shí)彌補(bǔ)了搭接接頭應(yīng)力集中較為嚴(yán)重的問(wèn)題以及對(duì)接接頭有效受力面積較小的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)鋁合金和塑料異種材料之間的可靠連接；本發(fā)明所述磨削夾具可將鋁合金試樣和塑料試樣夾緊并進(jìn)行磨削作業(yè)，將鋁合金試樣和塑料試樣的接頭端磨削出具有相同斜度的斜面；本發(fā)明所述裝夾夾具可避免焊接過(guò)程中出現(xiàn)豎直撓度與水平位移。

本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：該鋁合金與塑料的激光焊接方法包括如下步驟：