[发明专利]用于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的点连接方法

说明书

本发明涉及了一种用于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的点连接方法：(1)在长纤维增强热塑性复合材料表面预制圆柱形凸台，将与长纤维增强热塑性复合材料连接的材料上表面开设内壁带有螺纹的圆台形孔；(2)长纤维增强热塑性复合材料作为上板，与其连接的材料作为下板，用夹具固定；(3)驱动外部辅助静止轴肩向下移动至与上板接触；(4)启动超声系统对待连接件预热；(5)驱动无针搅拌头旋转下扎，下扎量不大于圆柱形凸台高度；(6)将无针搅拌头及外部辅助静止轴肩上移，关闭超声系统，待试件冷却至室温后取下；该发明在连接过程中不破坏长纤维增强热塑性复合材料的碳纤维结构，可以实现无减薄连接，且能够增加接头的机械互锁能力。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料与异种材料的点连接技术领域，尤其涉及一种用于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的点连接方法。

背景技术

金属、陶瓷、热固性聚合物及木质材料是制造领域应用较多的材料，热塑性聚合物具有比强度高、尺寸稳定好以及抗疲劳性好等特点，同样已经广泛的应用于制造领域。因此，热塑性复合材料与其它材料的连接结构难以避免。由于复合材料与金属、陶瓷等材料的热物理性能有较大差异，所以两者的连接具有较大的难度。目前，对于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的连接方式有胶接与机械连接。

中国发明专利(公开号为：CN 106515023 A，公开日：2017年3月22日)发明了一种在金属板上开通孔，将预浸料塞入预制孔，最后在成型模具中进行固化成型，但此方法中固化工艺复杂且需要较长时间。

中国发明专利(公开号为：CN108547836A，公开日：2018年9月18日)发明了一种结构胶与紧固连接复合的方式对碳纤维复合材料与异种材料的连接，但此方法中预制孔会严重破坏复合材料中的碳纤维结构，同时复合材料会发生分层破坏和基体开裂等问题。

中国发明专利(公开号为：CN108547836A，公开日：2018年9月18日)发明了一种基于热熔原理的异种材料间无铆钉铆接装置。此方法采用热熔钻头使得复合材料熔化且通过下板的预制孔，在下板背部采用光柱顶锻形成无铆钉连接。此方法可以降低结构重量，生产效率高，但是接头中会存在孔，有效连接面积较小，不能承受较大的力，同时较高的温度会对基体材料产生较大的影响。

上述方法虽然可以进行长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的连接，但是胶接中需要复杂的表面处理以及较长的固化时间；机械连接中的预制孔工艺会破坏复合材料内长纤维结构，减少连接区域面积，同时增加应力集中区域。因此，亟需一种用于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的连接方法以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的点连接方法，具有在连接过程中不破坏长纤维增强热塑性复合材料的碳纤维结构的优点。

一种用于长纤维增强热塑性复合材料与异种材料的点连接方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在长纤维增强热塑性复合材料表面预制有圆柱形凸台，将与长纤维增强热塑性复合材料连接的异种材料上表面开设内壁带有螺纹的圆台形孔；

步骤二：将待连接零件置于工作台上，长纤维增强热塑性复合材料作为上板，与长纤维增强热塑性复合材料连接的异种材料作为下板，使用夹具进行固定并在下板底面放置超声变幅杆，此时保持无针搅拌头与上板中圆柱形凸台的上表面接触；

步骤三：驱动外部辅助静止轴肩向下移动，直至与上板接触；

步骤四：启动超声系统对待连接材料预热5s至30min，超声振动功率为60～2000W，振幅为15～55μm；

步骤五：预热结束后驱动无针搅拌头以50～8000rpm的速度转动，并以0.1～10mm/min的速度下扎，下扎量不大于圆柱形凸台高度，达到下扎量后只保持旋转运动并停留1～120s进行焊接；