[發(fā)明專利]一種纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110132926.6
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112776348B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐潔潔;黃婷;肖榮詩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16;B29C65/44
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張德才

1.一種纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、在待焊接的金屬的接頭表面預(yù)制凸起結(jié)構(gòu)；

步驟2、預(yù)先設(shè)定激光隨焊壓緊工作頭的工作參數(shù)；

步驟3、在激光隨焊壓緊工作頭的前滾輪的壓力作用下，待焊接區(qū)的金屬與熱塑性復合材料形成緊密貼合；

步驟4、激光加熱金屬材料表面，通過熱傳導至金屬與熱塑性復合材料的連接界面處，使熱塑性復合材料的熱塑性樹脂基熔融；

步驟5、在激光隨焊壓緊工作頭的后滾輪的壓力裝置及超聲振動裝置作用下，金屬表面的凸起結(jié)構(gòu)嵌入熱塑性復合材料中，熔融樹脂基體流動擴散并填充金屬表面，實現(xiàn)熱塑性復合材料與金屬的激光連接；

所述激光隨焊壓緊工作頭包括安裝架、激光工作頭、控制中心、反饋系統(tǒng)、壓力裝置和超聲振動裝置；所述激光工作頭安裝于所述安裝架的中部，所述安裝架的前方通過前連接架連接有前滾輪，所述安裝架的后方通過后連接架連接有后滾輪，所述前連接架和所述后連接架上均安裝有所述壓力裝置，所述后連接架上還設(shè)置有所述超聲振動裝置；所述激光工作頭、所述壓力裝置和所述超聲振動裝置均與所述控制中心連接；

所述壓力裝置包括電動機、運動裝置和彈簧裝置；所述運動裝置包括機架、絲杠和滑塊，所述機架安裝于所述前連接架或所述后連接架上，所述絲杠安裝于所述機架上；所述絲杠通過聯(lián)軸器與所述電動機的輸出軸連接，所述滑塊安裝于所述絲杠上，所述滑塊通過螺栓與所述彈簧裝置連接；所述電動機安裝于所述前連接架或所述后連接架上；

所述反饋系統(tǒng)包括壓力傳感器，所述前滾輪和所述后滾輪上均嵌入有所述壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述控制中心連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于：

所述前滾輪的壓力值為0-0.5MPa，所述前滾輪的寬度為4-8mm；

所述后滾輪的壓力值為0-1.2MPa，所述后滾輪的寬度為6-10mm；

所述超聲振動裝置的振動振幅范圍為1-6um。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于：所述激光工作頭采用連續(xù)或脈沖激光器，所述激光工作頭為二氧化碳激光器、半導體激光器或光纖激光器；激光平均功率為500-3000W，焊接速度為0.5-15mm/s，激光選區(qū)加熱面積小于400mm²。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于：所述步驟1中，凸起結(jié)構(gòu)的加工方法采用激光增材制造、金屬粉末注射成型、冷金屬過渡焊接、電子束熔融加工或機械精密加工。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于：所述步驟1中，凸起結(jié)構(gòu)為錐形、圓柱形、球頭形或楔形凸起結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于：所述凸起結(jié)構(gòu)的直徑為0.8-1.5mm，所述凸起結(jié)構(gòu)的高度為熱塑性復合材料高度的40%-60%；所述凸起結(jié)構(gòu)與金屬表面的角度為60-90°，所述凸起結(jié)構(gòu)的密度為4個/cm²-20個/cm²。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料與金屬激光壓焊方法，其特征在于：所述步驟2中，預(yù)先設(shè)定前滾輪和后滾輪的壓力，超聲振動裝置的振幅和頻率，并輸入控制中心；根據(jù)金屬與熱塑性復合材料的尺寸和厚度，確定激光工作頭的激光功率、焊接速度和光斑尺寸。