轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110653479A(43)申请公布日2020.01.07(21)申请号201910915498.7B23K103/16(2006.01)(22)申请日2019.09.26(71)申请人沈阳航空航天大学地址110136辽宁省沈阳市道义经济开发区道义南大街37号(72)发明人姬书得刘景麟熊需海吕赞马琳张利国胡为龚鹏(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人刘晓岚(51)Int.Cl.B23K20/12(2006.01)B23K20/10(2006.01)B23K20/233(2006.01)B23K20/26(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法(57)摘要本发明涉及了一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，具体步骤：(1)将轻质合金中与树脂基复合材料接触的表面进行机械处理或电化学处理：(2)将轻质合金作为上板、树脂基复合材料作为下板、将碳纳米管复合材料薄膜作为中间层置于工作台上并固定；(3)连接超声系统；(4)搅拌头旋转下扎；(5)启动超声系统；(6)当搅拌头轴肩与上板接触后停留3～120s，随后搅拌头以5～1000mm/min的速度沿焊缝方向移动，直至焊接完毕为止。本发明能够拓宽焊缝宽度以及增加接头中的微观机械互锁能力，利于提高接头的抗剪切、拉伸性能。CN110653479ACN110653479A权利要求书1/1页1.一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤1：将轻质合金中与树脂基复合材料接触的表面进行机械处理或电化学处理，使其表面形成多孔层结构或增加表面粗糙度；步骤2：将轻质合金作为上板、树脂基复合材料作为下板、将碳纳米管复合材料薄膜作为中间层，并采用夹具固定在工作台上；选择合适的外部辅助加热静止轴肩，保证外部辅助加热静止轴肩与搅拌头轴肩间的距离为0.05～0.5mm；步骤3：将超声系统中的超声换能器固定于超声变幅杆上，超声变幅杆与下板底面接触；步骤4：将外部辅助加热静止轴肩加热到一定温度后，搅拌头以50～10000rpm的速度转动，同时以0.1～10mm/min的速度下扎，当搅拌针端面距离上板的下表面0.05～1.5mm时停止下扎，只保持旋转运动；步骤5：当外部辅助加热静止轴肩与上板接触后开启超声振动系统，在下板底面施加超声，超声变幅杆随着搅拌头同步移动，保持二者中心轴线始终重合；步骤6：当搅拌头轴肩与上板接触后停留3～120s，使轻质合金达到塑性状态且界面处复合材料熔化，随后搅拌头以5～1000mm/min的速度沿焊缝方向移动，直至焊接完毕为止。2.根据权利要求1所述的轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，其特征在于：所述碳纳米管复合材料薄膜质量分数为0.1～5％、厚度范围为0.1～1.5mm，以保证界面处有足够熔化的基体以及足够数量的碳纳米管。3.根据权利要求1所述的轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，其特征在于：所述外部辅助加热静止轴肩可加热至为50～800℃，根据具体材料进行设定。4.根据权利要求1所述的轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，其特征在于：所述超声振动功率为60～2000W，振幅为15～55μm，可根据焊接材料选取合适的超声频率。5.根据权利要求1所述的轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，其特征在于：所述下板还可以是热塑性复合材料或者带有热塑性层的热固性复合材料。2CN110653479A说明书1/4页轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法技术领域[0001]本发明属于金属与复合材料连接技术领域，尤其涉及一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法。背景技术[0002]复合材料作为一种抗疲劳性好、抗腐蚀性好以及可设计性好的材料，已经广泛用于制造飞机机翼和前机身、大型运载火箭的壳体和发动机壳体等结构件，在轻量化制造领域具有重要的作用且很好地响应全球对环境保护提出的要求。轻质合金同样广泛的应用于航空航天、船舶交通等制造领域。因此，轻质合金与复合材料的连接是不可避免的。轻质合金与复合材料的连接中，胶接的方式需要较复杂的表面处理以及较长的固化时间，且连接强度低；而机械连接中会出现较强的应力集中现象，因此金属与复合材料的焊接是一个较佳的选择。搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术，在异种材料的连接中具有天生的优势，尤其适合热物理性能差异较大的材料的连接。[0003]常规搅拌摩擦焊对轻质合金与复合材料进行搭接焊时，搅拌针扎进下板，由于剧烈的搅拌作用会导致熔化的复合材料溢出焊缝表面，此外，剧烈的搅拌与热输入的作用会导