[发明专利]一种树脂基复合材料与轻质合金的热气焊接方法

说明书

本发明提供一种树脂基复合材料与轻质合金的热气焊接方法，包括如下步骤：步骤1.构建焊接接头：将热塑性树脂薄膜置入待焊接的树脂基复合材料与轻质合金接头区域；步骤2.超声辅助热气焊接：对接头区域上部施加压力，开启热风枪，调整温度使焊接区域的最高温度为160～500℃进行焊接，焊接过程中同时施加超声振动；焊接结束后冷却，即获得树脂基复合材料‑轻质合金焊接接头。本发明通过超声在复合材料‑轻质合金热气焊接过程中施加超声波，采用超声振动辅助热气焊接树脂基复合材料，利用超声波能量改善热塑性树脂的流动和填缝能力，进而构筑力学性能更强的复合材料焊接头。

技术领域

本发明涉及一种热塑性树脂基复合材料-轻质合金的连接工艺，特别涉及一种树脂基复合材料与轻质合金的热气焊接方法。

背景技术

树脂基复合材料是航空航天飞行器主要的结构材料之一；复合材料结构之间的连接是飞行器制造过程关键技术。机械紧固连接、焊接和胶接技术是两种最常用的连接方式。然而，栓接、铆接等机械紧固连接需要对复合材料钻孔，影响本体力学强度，同时螺栓或铆钉使结构件整体重量增加；焊接技术和胶接则导致复合材料结构变成了不可拆卸的整体，对施工过程精度要求高、容错率低。另外，胶接技术需要长时间的固化，存在施工周期较长、效率低的缺点。

树脂熔融焊接技术是一种能够将光、电、电磁、超声等能量转变成的热量使搭接区域热塑性树脂熔化，通过热塑性树脂与粘接母材间的原子、分子扩散结合或微观机械互锁等作用连接成一体的工艺。该技术克服了胶接技术的缺点，通过再次加热能够拆卸焊接结构，对损坏焊件进行更换并形成新的焊接头，非常适合飞行器零部件装配和修复。

热气焊接，主要通过热风产生的热量使热塑性树脂薄膜熔融、冷却凝固，从而实现焊件的连接。该技术具有工艺流程简单，效率高，费用低，能连续焊接大面积区域，并且在焊接过程中不需要移动焊件等诸多优势，是一种具有广泛应用前景的连接技术。然而，在焊接过程中熔融的热塑性树脂很难实现焊件表面的完全接触和铺展，从而导致无法实现树脂基复合材料的有效焊接。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种树脂基复合材料与轻质合金的热气焊接方法，本发明的目的是克服树脂基复合材料热气焊接过程中接头界面树脂填充不充分的缺陷，实现树脂基复合材料-轻质合金的高强度连接。通过超声在复合材料-轻质合金热气焊接过程中施加超声波，采用超声振动辅助热气焊接树脂基复合材料，利用超声波能力改善热塑性树脂的流动和填缝能力，进而构筑力学性能更强的复合材料焊接头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种树脂基复合材料与轻质合金的热气焊接方法，包括如下步骤：

步骤1.构建焊接接头：将热塑性树脂薄膜置入待焊接的树脂基复合材料与轻质合金接头区域；

步骤2.超声辅助热气焊接：对接头区域上部施加压力，开启热风枪，调整温度使焊接区域的最高温度为160～500℃进行焊接，焊接过程中同时施加超声振动；焊接结束后冷却，即获得树脂基复合材料-轻质合金焊接接头。

进一步地，步骤1构建焊接接头过程中，为防止树脂基复合材料在焊接过程中表面热老化，树脂基复合材料置于下部，轻质合金置于上部，步骤2中通过放置在树脂基复合材料上表面超声换能器施加超声振动。

进一步地，步骤2中超声振动频率为10～100K赫兹，振幅为2～100μm。

进一步地，步骤2中施加压力为0.1～0.5MPa。

进一步地，步骤2中的焊接时间为60s～300s，超声时间为0.5～60s。

进一步地，所述轻质合金为铝合金、钛合金、铝锂合金、铝镁合金中的一种。