[发明专利]一种热塑性复合材料与铝合金搭接结构激光摆动焊接方法

说明书

本发明涉及异种材料连接技术领域，公开一种热塑性复合材料与铝合金搭接结构激光摆动焊接方法，包括以下内容：S1：在铝合金激光焊接表面进行喷砂处理，在连接表面使用激光加工出钉钩结构；S2：在热塑性复合材料与铝合金搭接接头界面处填充一定厚度的树脂材料；S3：根据待焊件厚度选择线型或点阵型装夹方式，获得稳定搭接接头；S4：根据待焊件尺寸和要求确定光斑尺寸、形状及离焦量，设计激光摆动轨迹及扫描路径；S5：启动激光器对搭接接头进行焊接，每道焊缝焊接结束后利用冷却装置对焊缝进行冷却处理，再进行后续焊接。本发明可有效提高热塑性复合材料与铝合金连接接头力学性能，焊缝成型好、质量高，在航空航天领域中具有广泛的应用前景。

技术领域：

本发明属于异种材料的连接领域，具体而言是涉及一种热塑性复合材料与铝合金搭接结构激光摆动焊接方法。

背景技术：

热塑性复合材料因其具有强度高、耐腐蚀、耐热等特点而被认为是一种有价值的复合材料，在航空航天制造领域有着广泛的应用。同时，铝合金材料因其既能满足轻量化设计理念，又能满足核心部件的机械性能，依然是航空飞行器的重要结构材料。因此，铝合金与热塑性复合材料的连接问题是不可避免的。传统的铝合金与热塑性复合材料的连接方法主要是机械连接和粘接技术。然而，由于热塑性复合材料的各向异性，在机械连接过程中产生的孔会影响接头的力学性能，采用紧固件也会使整体结构重量会增加，不符合轻量化要求。与机械连接相比较，虽然胶接技术对材料无损伤，连接无应力集中，抗疲劳性能优异，但是其工艺复杂，接头连接性能差，无法满足热塑性复合材料的实际应用。而利用激光作为热源连接铝合金和热塑性复合材料，可以在不损坏内部纤维的情况下获得良好的接头力学性能，而且焊缝成型美观，无裂纹、气孔、未焊透、未熔合等焊接缺陷，焊接工艺性能良好，从而可以取代传统异种材料连接技术。

发明内容：

为了获得较好的热塑性复合材料与铝合金接头连接质量，有效提高热塑性复合材料与铝合金连接接头力学性能，本发明提供一种热塑性复合材料与铝合金搭接结构激光摆动焊接方法，其能够在不损坏内部纤维的情况下获得良好的接头力学性能，且焊缝成型好、质量高。

本发明采用如下技术方案：一种热塑性复合材料与铝合金搭接结构激光摆动焊接方法，包括以下步骤：S1，在铝合金激光焊接表面进行喷砂处理，使用50目的二氧化硅颗粒，利用高速砂流的冲击作用清理和粗化铝合金焊接表面，然后利用激光在铝合金连接表面加工出钉钩结构；S2，在热塑性复合材料与铝合金搭接接头界面处填充一定厚度树脂材料；S3，根据待焊件厚度选择线型或点阵型夹具装夹，获得稳定搭接接头；S4，根据待焊件尺寸及要求确定光斑尺寸、形状及离焦量，设计激光头摆动轨迹及扫描路径；S5，启动激光器对搭接接头进行焊接，每道焊缝焊接结束后利用冷却装置对焊缝进行冷却处理，再进行后续焊接，直至焊接结束。

可选地，所述钉钩结构与合金材料表面之间角度为30°～60°，所述钉钩尺寸为0.5～1mm，面积密度为5％～20％。

可选地，所述树脂材料，包括环氧树脂、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰胺、聚甲醛等；树脂状态包括半固化胶黏状、粉末状和薄片状；树脂填充范围为整个连接界面。

可选地，所述树脂材料的填充厚度为0.3mm～0.5mm。

可选地，当待焊件厚度≤3mm时，所述焊接夹具采用线型夹具装夹；当待焊件厚度＞3mm时，采用点阵型夹具装夹。

可选地，所述激光头摆动轨迹包括圆弧摆动轨迹和Z字型摆动轨迹，所述扫描路径优先选择直线路径。

可选地，扫描焊缝密度为20％～60％。

可选地，所述冷却装置对焊缝持续吹送高压低温冷却气体，并沿焊缝流向整个连接平面。所述冷却装置固定于激光焊接机械臂一侧，可随机械臂移动位置。