[发明专利]一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺

说明书

本发明公开一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺，所述热塑性复合材料中预埋金属薄片并在一侧伸出部分金属片，所述预埋金属与轻质合金为同种材料，预埋部分金属片表面具有钉钩结构，所述轻质合金加工出阶梯台面并与热塑性复合材料相匹配构成熔合线并形成第一焊接接头，预埋金属片伸出部分与轻质合金形成第二焊接接头，所述预埋金属片热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺包括如下步骤：1)清洁处理，轻质合金表面粗化处理；2)第一焊接接头连接界面填充树脂后装夹固定；3)先对第一焊接接头进行激光焊接，焊缝冷却后对第二焊接接头进行激光焊接。本发明能够显著提高热塑性复合材料与轻质合金连接结构拉剪强度和疲劳性能。

技术领域

本发明有关激光焊接工艺，具体而言涉及一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺，属于异种材料连接领域。

背景技术

热塑性复合材料作为重要的轻量化制造材料，因其高比强度、耐腐蚀、抗疲劳、耐高温等特性在航空航天制造、汽车等领域具有广阔的应用前景。轻质合金材料既能满足轻量化设计理念，又能满足核心部件的机械性能，在航空飞行器等领域中也具有重要地位。因此，在实际生产应用中常常需要实现热塑性复合材料与轻质合金之间的连接，传统连接方式包括胶接、机械铆接等都有其不可忽视的缺点，如工艺复杂、易老化、疲劳寿命短、接头力学性能差等。激光焊接是一种利用高能量密度的激光束作为热源的高效的、精密的焊接方法，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，来获得成型良好，性能稳定的焊接接头。本发明一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺，通过激光焊接在热塑性复合材料与轻质合金搭接接头处形成稳定异种材料连接接头，并附加预埋金属片与轻质合金同种材料焊接接头，大大提高了热塑性复合材料与轻质合金的连接性能，明显改善连接接头的拉剪强度和疲劳性能。

发明内容

为了解决热塑性复合材料与轻质合金的连接问题，获得较高强度的连接接头，本发明提供一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺，其能够显著提高热塑性复合材料与轻质合金连接结构拉剪强度和疲劳性能。

本发明采用如下技术方案：一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺包括如下步骤：(1)首先对热塑性复合材料与轻质合金进行清洁处理，对轻质合金进行表面粗化处理；(2)在第一焊接接头连接界面处填充树脂粉末后对焊接接头进行装夹固定，再对第二焊接接头进行装夹固定；(3)先对第一焊接接头进行激光焊接，待焊缝冷却后对第二焊接接头进行激光焊接。所述热塑性复合材料中预埋金属薄片并在一侧伸出部分金属片，所述预埋金属与轻质合金为同种材料，预埋部分金属片表面具有钉钩结构，所述轻质合金加工出阶梯台面并与热塑性复合材料相互匹配构成熔合线并形成第一焊接接头，预埋金属片伸出部分与轻质合金形成第二焊接接头。所述热塑性复合材料中预埋金属薄片厚度为热塑性复合材料厚度的15％，短边尺寸为热塑性复合材料短边的80％，长边尺寸为热塑性复合材料的长边的50％，预埋金属片伸出部分尺寸为金属片的35％，与轻质合金之间空隙为0.2mm，预埋金属片预埋部分表面钉钩长度尺寸为0.2mm。所述第一焊接接头处的轻质合金加工阶梯台面高度为轻质合金厚度的30％，焊接界面填充热塑性复合材料基体树脂粉末，厚度为0.2～0.5mm。第一焊接接头激光焊接功率为1000～2000W，第二焊接接头激光焊接功率为1000～3500W。所述焊接前清洁处理包括对轻质合金利用酸洗或碱洗去除表面氧化膜，对热塑性复合材料进行利用丙酮超声清洗。所述焊接过程冷却措施采用低温高压气体冷却。

本发明具有如下有益效果：本发明一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接工艺创新实现了热塑性复合材料与轻质合金之间的高强度连接，避免了因异种材料相容性差而带来的低连接强度，显著提高了热塑性复合材料与轻质合金连接结构拉剪强度和疲劳性能。

附图说明

图1为一种预埋金属片的热塑性复合材料与轻质合金激光焊接示意图。

其中：