熱塑性復(fù)合材料的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種熱塑性復(fù)合材料的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，熱塑性復(fù)合材料主要采用電阻植入焊、電磁感應(yīng)焊和超聲波焊接等方法完成焊接。其中，電阻植入焊工藝簡單、設(shè)備靈活、無需表面處理，但是在焊接過程中，焊接頭會引入雜質(zhì)，從而降低了焊接頭的疲勞性能和電氣性能的均勻性；電磁感應(yīng)焊可以進(jìn)行連續(xù)的焊接，但是，其存在植入材料成本高、填充材料影響焊接強(qiáng)度、難以焊接具有復(fù)雜焊接面的結(jié)構(gòu)等問題；超聲焊具有焊接效率高、接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但是其存在導(dǎo)能筋制作困難和一次可焊接面積小的局限。
[0003]激光焊接具有工藝簡單、成本低廉、加熱速度快、穿透能力強(qiáng)、熱影響區(qū)小，接頭強(qiáng)度高、成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，并可完成一次性大面積焊接，但是，在利用激光進(jìn)行熱塑性復(fù)合材料的焊接過程中，由于激光的相對溫度較高，熱塑性復(fù)合材料的熔點(diǎn)相對較低，往往會造成熱塑性復(fù)合材料熔融區(qū)域過大致使塑性材料變形現(xiàn)象的發(fā)生，從而導(dǎo)致激光焊接無法順利進(jìn)行或焊接質(zhì)量較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種熱塑性復(fù)合材料的焊接方法，解決了采用激光進(jìn)行熱塑性復(fù)合材料的焊接而造成的焊接過程無法順利進(jìn)行或焊接質(zhì)量差的問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種熱塑性復(fù)合材料的焊接方法，包括以下步驟:
[0007]S1:將第一工件的待焊面和第二工件的待焊面進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述第一工件為熱塑性復(fù)合材料，所述第二工件為熱塑性復(fù)合材料或金屬材料；
[0008]S2:將所述第一工件的待焊面和所述第二工件的待焊面拼接在一起并固定，得到待焊組合體，其中，所述待焊組合體中存在金屬材料；將激光聚焦后在所述待焊組合體中的金屬材料表面按照預(yù)設(shè)路徑掃描，完成焊接過程。
[0009]在其中一個實(shí)施例中，所述第二工件為金屬材料時，
[0010]S2包括以下步驟:將所述第一工件的待焊面和所述第二工件的待焊面拼接在一起并直接固定，得到待焊組合體；將激光聚焦后在所述第二工件的表面按照預(yù)設(shè)路徑掃描，掃描完畢后，關(guān)閉所述激光，完成焊接過程。
[0011 ] 在其中一個實(shí)施例中，所述第二工件為熱塑性復(fù)合材料時，
[0012]S2包括以下步驟:將所述第一工件的待焊面和所述第二工件的待焊面拼接在一起，然后在拼接區(qū)域的兩側(cè)貼合金屬過渡件，并將所述金屬過渡件、所述第一工件和所述第二工件固定，得到待焊組合體；將激光聚焦后在所述待焊組合體中的金屬過渡件表面按照預(yù)設(shè)路徑掃描，掃描完畢后，關(guān)閉所述激光，完成焊接過程。
[0013]在其中一個實(shí)施例中，在所述拼接區(qū)域的兩側(cè)貼合金屬過渡件之前，還包括以下步驟:
[0014]將金屬過渡件的表面打磨毛化，并清洗干燥。
[0015]在其中一個實(shí)施例中，所述金屬過渡件的厚度為Imm?10cm。
[0016]在其中一個實(shí)施例中，所述第一工件的預(yù)處理步驟為:將所述第一工件的待焊面清洗干凈并干燥；
[0017]所述第二工件為熱塑性復(fù)合材料時，所述第二工件的預(yù)處理步驟為:將所述第二工件的待焊面清洗干凈并干燥；
[0018]所述第二工件為金屬材料時，所述第二工件的預(yù)處理步驟為:將所述第二工件的待焊面打磨毛化，清洗干凈并干燥。
[0019]在其中一個實(shí)施例中，所述熱塑性復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂基復(fù)合材料。
[0020]在其中一個實(shí)施例中，所述熱塑性復(fù)合材料為碳纖維、硼纖維、石墨纖維或碳化硅增強(qiáng)的PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡膠。
[0021]在其中一個實(shí)施例中，所述第一工件和所述第二工件的固定包括以下步驟:
[0022]通過夾具將所述第一工件和所述第二工件進(jìn)行固定，并通過所述夾具對所述第一工件和所述第二工件施加一定壓力。
[0023]在其中一個實(shí)施例中，所述第一工件和所述第二工件的拼接方式為搭接、對接或角接。
[0024]本發(fā)明的有益效果如下:
[0025]本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的焊接方法，通過熱傳導(dǎo)的方式實(shí)現(xiàn)焊接過程，首先將激光作用于金屬材料表面，通過金屬材料將熱量傳遞至熱塑性復(fù)合材料，熱塑性復(fù)合材料的表面受熱熔融，熔融的熱塑性材料充當(dāng)了焊料，該焊料冷卻后即可將兩個工件焊接在一起。該方式具有工藝簡單、成本低廉、加熱速度快、穿透能力強(qiáng)、熱影響區(qū)小，接頭強(qiáng)度高、成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，并可完成一次性大面積焊接，能夠避免激光直接照射在熱塑性復(fù)合材料上造成的熔融區(qū)域過大致使熱塑性材料變形現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)熱塑性復(fù)合材料的熔點(diǎn)較低時，也可以順利實(shí)現(xiàn)熱塑性復(fù)合材料與熱塑性復(fù)合材料之間，以及熱塑性復(fù)合材料與金屬材料之間的焊接，且焊縫均勻、焊接質(zhì)量好，在新能源汽車、無人機(jī)、航空航天領(lǐng)域熱塑性復(fù)合材料零部件的加工上有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的焊接方法中待焊接工件一實(shí)施例的拼接示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的焊接方法中待焊接工件一實(shí)施例的拼接示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的熱塑性復(fù)合材料的焊接方法中待焊接工件一實(shí)施例的拼接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0030]本發(fā)明提供了一種熱塑性復(fù)合材料的焊接方法，可實(shí)現(xiàn)熱塑性復(fù)合材料與熱塑性復(fù)合材料之間、以及熱塑性復(fù)合材料與金屬材料之間的可靠性焊接。以下結(jié)合圖1至圖3，對本發(fā)明的焊接方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的焊接方法包括以下步驟:
[0031]S1:將第一工件110的待焊面和第二工件120的待焊面進(jìn)行預(yù)處理，其中，第一工件110為熱塑性復(fù)合材料，第二工件120為熱塑性復(fù)合材料或金屬材料。
[0032]本發(fā)明中，預(yù)處理的目的是增強(qiáng)材料的焊接強(qiáng)度。作為一種可實(shí)施方式，第一工件110的預(yù)處理方式為:將第一工件110的待焊面清洗干凈并干燥。較佳地，可利用丙酮或酒精對第一工件110的待焊面進(jìn)行超聲清洗，以有效去除污漬。第二工件120的預(yù)處理方式分為兩種情況:①第二工件120為熱塑性復(fù)合材料時，預(yù)處理方式與第一工件110的預(yù)處理方式相同；②第二工件120為金屬材料時，預(yù)處理方式為:將第二工件120的待焊面打磨毛化，清洗干凈并干燥，其中，打磨毛化的作用是增加第二工件120的待焊面的粗糙度，以便在焊接過程中增加焊料的滲透程度，從而增加焊接的牢固性。此外，第一工件110和第二工件120也可采用其他現(xiàn)有的預(yù)處理方式進(jìn)行處理。
[0033]較佳地，本發(fā)明中的熱塑性復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂復(fù)合材料，優(yōu)選為碳纖維、硼纖維、石墨纖維或碳化硅增強(qiáng)的PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡膠，該種熱塑性復(fù)合材料其具有比重小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗疲勞等特點(diǎn)。
[0034]進(jìn)一步地，本發(fā)明中的金屬材料選自不銹鋼、碳鋼和鋁合金中的一種。其具有較高的強(qiáng)度，能夠與熱塑性復(fù)合材料之間形成良好的結(jié)合，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、無人機(jī)、航空航天等領(lǐng)域。
[0035]S2:將第一工件110的待焊面和第二工件120的待焊面拼接在一起并固定，得到待焊組合體100，其中，待焊組合體100中存在金屬材料；將激光200聚焦后在待焊組合體100中的金屬材料表面按照預(yù)設(shè)路徑掃描，完成焊接過程。
[0036]需要說明的是，本發(fā)明中，對激光的掃描路徑、激光強(qiáng)度、激光的掃描速度和掃描時間沒有特殊限定，隨著具體的待焊接工件和焊接需求的變化而變化。
[0037]步驟S2中，通過對第一工件110和第二工件120的拼接固定，得到了待焊組合體100，由于待焊組合體100中存在金屬材料，因此，在激光焊接時，可直接將激光200打在待焊組合體100中的金屬材料上，通過金屬材料將激光200的能量傳導(dǎo)至熱塑性復(fù)合材料，熱塑性復(fù)合材料受熱熔融，熔融的熱塑性復(fù)合材料充當(dāng)了焊料，該焊料冷卻后即可將第一工件110和第二工件120焊接在一起。
[0038]值得注意的是，在激光200的掃描過程中，激光200作用于待焊組合體100上所達(dá)到的最高溫度應(yīng)該高于待焊組合體100中熱塑性復(fù)合材料的熔融溫度，同時低于待焊組合體100中金屬材料的熔融溫度。其中，激光200作用于待焊接工件上所達(dá)到的最高溫度與激光的掃描速度有關(guān)，本發(fā)明中，激光200的掃描速度優(yōu)選為5m/s?lOm/s，在此范圍內(nèi)，焊縫的均勻度較好，焊接強(qiáng)度較高。
[0039]本發(fā)明中，可根據(jù)不同的焊接需要，將第一工件110和第二工件120按照不同的方式進(jìn)行拼接，如搭接、對接、角接等。
[0040]較佳地，如圖1所示，當(dāng)?shù)谝还ぜ?10為熱塑性復(fù)合材料、第二工件120為金屬材料時，S2包括以下步驟:將第一工件110和第二工件120搭接，然后通過夾具300直接固定，并通過夾具300對第一工件110和第二工件120施加一定壓力(該壓力的大小視具體的焊接工藝而定)，進(jìn)而得到待焊組合體100 ;將激光200聚焦后在第二工件120表面按照預(yù)設(shè)路徑掃描，掃描完畢后，關(guān)閉激光器，取下夾具300，完成焊接過程。該實(shí)施方式中，夾具300對待焊接工件施加有一定的壓力，在該壓力的作用下，熔融的熱塑性復(fù)合材料能夠更好的將第一工件110和第二工件120連接在一起，提高了焊接質(zhì)量。
[0041]需要說明的是，在其他實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝还ぜ?1