本發(fā)明涉及超聲波焊鉚，更具體的是，本發(fā)明涉及一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘及連接方法。

背景技術(shù)：

1、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料(cfrtp)是一種以熱塑性材料為基體，碳纖維做增強(qiáng)體的復(fù)合材料，具有比強(qiáng)度及比模量高、熱穩(wěn)定性好、疲勞性能好以及可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車的車身構(gòu)件、剎車片以及飛機(jī)的機(jī)翼、機(jī)身等領(lǐng)域。

2、cfrtp的熱塑性基體有很高的黏度，這極大限制了cfrtp零部件的成型尺寸，因此有效的連接技術(shù)成為cfrtp零部件制造中的關(guān)鍵技術(shù)。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料主流的連接方式主要有機(jī)械連接、熔接、焊接等，然而，機(jī)械連接以及傳統(tǒng)的焊接會(huì)使半空心開槽鉚釘連接處的材料破壞，導(dǎo)致應(yīng)力集中以及易發(fā)生電化學(xué)腐蝕等問題；膠結(jié)可以避免上述問題，但是膠結(jié)需要額外的表面處理工藝、較長(zhǎng)的固化時(shí)間，這導(dǎo)致膠結(jié)的效率和膠結(jié)接頭的剝離強(qiáng)度偏低，且受熱后接頭穩(wěn)定性降低；超聲波焊接作為一種新興的熱塑性材料的連接方式，具有可在較低溫度下形成穩(wěn)定連接并具有高效及清潔等優(yōu)點(diǎn)，超聲波焊接技術(shù)是一種通過金屬焊頭將高頻低幅聲波傳遞給兩個(gè)待焊件，兩個(gè)待焊件相互摩擦產(chǎn)熱融化熱塑性塑料進(jìn)而形成可靠性焊縫的方法，但是僅靠焊縫形成的緊固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)開發(fā)了一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，內(nèi)部開槽結(jié)構(gòu)，可使鉚釘與cfrtp板材形成機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，使焊接后的接頭的剝離強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度增大。

2、本發(fā)明還設(shè)計(jì)開發(fā)了一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘連接方法，通過調(diào)整焊接參數(shù)，可圍繞帶內(nèi)槽的半空心開槽鉚釘形成焊核，結(jié)合鉚釘與板材之間形成的機(jī)械互鎖，機(jī)械連接與界面粘接共同作用提高超聲波焊接接頭強(qiáng)度。

3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

4、一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，包括：

5、頭部；以及

6、尾部，其為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述尾部與所述頭部為一體連接，且所述尾部?jī)?nèi)部設(shè)置有容納腔，所述容納腔的兩端均為開口結(jié)構(gòu)；

7、其中，所述容納腔遠(yuǎn)離頭部的一端內(nèi)側(cè)沿其周向設(shè)置有內(nèi)槽。

8、優(yōu)選的是，所述頭部包括相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端；

9、其中，所述第一端為圓形結(jié)構(gòu)，所述第二端為圓筒型結(jié)構(gòu)，且所述第二端的外徑小于第一端的外徑，所述第二端的外側(cè)向第一端外沿平滑延伸，所述第二端的內(nèi)側(cè)中部向第一端凹陷，所述尾部的一端與第二端相連接。

10、優(yōu)選的是，所述凹陷從第二端向第一端的方向內(nèi)徑逐漸減小。

11、優(yōu)選的是，所述尾部的外徑與第二端的外徑相同。

12、優(yōu)選的是，所述容納腔的另一端與凹陷相互接合。

13、優(yōu)選的是，所述容納腔沿所述尾部的軸向從內(nèi)槽向頭部延伸的內(nèi)徑逐漸減小。

14、優(yōu)選的是，所述頭部和尾部的總高度為5.20cm，所述頭部的直徑為7.75cm，所述尾部的外徑為5.30cm，所述容納腔內(nèi)最小內(nèi)徑為3.50cm，所述內(nèi)槽的槽深為0.50cm。

15、優(yōu)選的是，所述內(nèi)槽處的內(nèi)徑與容納腔內(nèi)最小內(nèi)徑比值為9：7。

16、一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘連接方法，使用所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，包括如下步驟：

17、步驟一、將待鉚接的cfrtp板材固定在超聲波焊接機(jī)的凹模內(nèi)；

18、步驟二、將鉚釘對(duì)應(yīng)放置在cfrtp板材重疊區(qū)域的中心位置；

19、步驟三、啟動(dòng)超聲波焊接機(jī)，驅(qū)動(dòng)焊頭對(duì)鉚釘施加壓力，焊接完成；

20、其中，焊接時(shí)間為1.8～2.2s，振幅為61～65％，焊接壓力為0.14～0.28mpa，焊后保壓時(shí)間為3s。

21、優(yōu)選的是，所述超聲波焊接機(jī)包括驅(qū)動(dòng)裝置、超聲波換能器、變幅桿和焊頭。

22、本發(fā)明所述的有益效果：

23、(1)、本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)的一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，帶內(nèi)槽的半空心開槽鉚釘與cfrtp板材可形成較好的機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，使焊接后的接頭的剝離強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度增大。

24、(2)、本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘連接方法，可圍繞帶內(nèi)槽的半空心開槽鉚釘形成焊核，并且超聲波焊接可以使鉚釘與板材之間形成機(jī)械互鎖，共同形成鉚釘-焊縫雙重連接，即機(jī)械連接與界面粘接共同作用提高超聲波焊接接頭強(qiáng)度，解決超聲波焊接形成焊縫強(qiáng)度低的問題。

技術(shù)特征：

1.一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述頭部包括相對(duì)設(shè)置的第一端和第二端；

3.如權(quán)利要求2所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述凹陷從第二端向第一端的方向內(nèi)徑逐漸減小。

4.如權(quán)利要求3所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述尾部的外徑與第二端的外徑相同。

5.如權(quán)利要求4所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述容納腔的另一端與凹陷相互接合。

6.如權(quán)利要求5所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述容納腔沿所述尾部的軸向從內(nèi)槽向頭部延伸的內(nèi)徑逐漸減小。

7.如權(quán)利要求6所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述頭部和尾部的總高度為5.20cm，所述頭部的直徑為7.75cm，所述尾部的外徑為5.30cm，所述容納腔內(nèi)最小內(nèi)徑為3.50cm，所述內(nèi)槽的槽深為0.50cm。

8.如權(quán)利要求7所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，所述內(nèi)槽處的內(nèi)徑與容納腔內(nèi)最小內(nèi)徑比值為9：7。

9.一種用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘連接方法，使用如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，其特征在于，包括如下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的用于cfrtp超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘連接方法，其特征在于，所述超聲波焊接機(jī)包括驅(qū)動(dòng)裝置、超聲波換能器、變幅桿和焊頭。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于CFRTP超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘，包括：頭部；以及尾部，其為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述尾部與所述頭部為一體連接，且所述尾部?jī)?nèi)部設(shè)置有容納腔，所述容納腔的兩端均為開口結(jié)構(gòu)；其中，所述容納腔遠(yuǎn)離頭部的一端內(nèi)側(cè)沿其周向設(shè)置有內(nèi)槽。本發(fā)明還公開了一種用于CFRTP超聲焊鉚復(fù)合連接的鉚釘連接方法，通過調(diào)整焊接參數(shù)，在超聲波的作用下鉚釘與板材連接在一起形成焊核，在機(jī)械連接和界面粘接的共同作用下，提高超聲波焊接接頭的剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洋,郭浩,代祎琳,祈凱飛,吳慶軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19