[發明專利]一種金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法

有效

• 申請號: 202010638471.0
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111958979B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 徐孟嘉;劉博生;王振民
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C65/06
• 分類號: B29C65/06;B29C65/78;B29C65/82;B23K26/382
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 霍健蘭;梁瑩

1.一種金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：包括依次執行的前期處理工序、激光加工工序、摩擦搭接焊前裝夾工序和摩擦搭接焊工序；其中，

所述前期處理工序是指：分別對金屬板材和熱塑性樹脂板材進行前期處理，使金屬板材和熱塑性樹脂板材的規格形狀相匹配；對金屬板材進行打磨拋光，去除金屬板材焊接面的氧化層；對金屬板材和熱塑性樹脂板材進行清洗與烘干；

所述激光加工工序是指：利用激光器對金屬板材表面進行激光加工處理，使金屬板材表面產生周期性微孔形成疏水表面；金屬板材表面產生的周期性微孔，孔徑D的取值范圍為20～600μm，深度的取值范圍為20～600μm，孔中心距的取值范圍為孔徑D的1倍～3倍；對激光加工處理后的金屬板材進行清洗與烘干；

所述摩擦搭接焊前裝夾工序是指：將金屬板材和熱塑性樹脂板材搭接夾緊于焊具工作臺夾具上；其中金屬板材位于上方，熱塑性樹脂板材位于下方，激光加工處理過的金屬板材表面朝向熱塑性樹脂板材；所述焊具為帶有無針型焊接攪拌頭的攪拌摩擦焊設備；

所述摩擦搭接焊工序是指：啟動焊具，調整焊具主軸使無針型焊接攪拌頭垂直于金屬板材，控制無針型焊接攪拌頭旋轉壓入金屬板材，直至無針型焊接攪拌頭的軸肩最底端壓入金屬板材表面達到設定下壓深度；之后無針型焊接攪拌頭保持設定下壓深度、在旋轉狀態下以恒定進給速度在金屬板材表面焊接區移動進行焊接；

所述激光加工工序中，激光器為Nd:YAG激光器；Nd:YAG激光器在大氣環境下對金屬板材表面進行激光加工處理；

所述Nd:YAG激光器，激光功率范圍為1～100W，波長范圍為1055～1070nm，脈沖持續時間范圍為80～120ns，頻率范圍為22～80kHz，最大脈沖能量為0.5mJ。

2.根據權利要求1所述的金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述激光加工工序中，對激光加工后的金屬板材清洗是指采用超聲波清洗，清洗時間≥10min。

3.根據權利要求1所述的金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述摩擦搭接焊前裝夾工序中，金屬板材與熱塑性樹脂板材的搭接寬度范圍為5～100mm。

4.根據權利要求1所述的金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述摩擦搭接焊工序中，設定無針型焊接攪拌頭的轉速范圍為800～5000rpm，設定下壓深度的取值范圍為0.1～1mm，恒定進給速度的取值范圍為50～600mm/min。

5.根據權利要求4所述的金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述摩擦搭接焊的環境條件為：環境溫度保持在25～35℃，濕度保持在35％～45％；所述無針型焊接攪拌頭，材料為H13鋼，軸肩直徑范圍為5～30mm。

6.根據權利要求1所述的金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述摩擦搭接焊工序之后還包括焊接效果評估工序；所述焊接效果評估工序是指：對摩擦搭接焊形成的焊接接頭進行質量評估。

7.根據權利要求6所述的金屬與熱塑性樹脂材料摩擦搭接焊方法，其特征在于：所述焊接效果評估工序中，質量評估方法是指：截取部分焊接接頭試樣制樣，進行力學拉剪試驗；另外截取焊接接頭試樣進行試樣冷鑲嵌，之后進行研磨拋光，并進行焊接接頭的微觀結構評估。