[发明专利]一种热塑性复合材料-金属激光焊接方法

说明书

本发明一种热塑性复合材料‑金属激光焊接方法，（1）在金属表面/侧面制备微织构；（2）在微织构表面铺设一层热塑性粉末材料；（3）利用激光在粉末层上扫描，将加热熔化树脂并嵌入微织构，形成塑化层；（4）将热塑性复合材料与表面塑化后的金属材料进行激光焊接。本发明在焊接前，先利用激光在微织构化的金属形成一层塑化层，该塑化层与金属形成牢固的嵌入咬合。焊接时，塑化层与复合材料树脂基体同时熔化焊接在一起，形成牢固的树脂‑金属异质材料焊接接头。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，特别是涉及一种热塑性复合材料-金属激光焊接方法。

背景技术

热塑性复合材料可在熔融状态下可成为无定形状的制品，并可再加热熔融而制成另一种形状的制品,还可重复多次再生使用而其物理机械性能不发生显著的变化。另外，它可一次性制成形状十分复杂而尺寸十分精密的制品，生产周期仅需数分钟。由于热塑性塑料经过增强后，性能大为提高，有些机械性能已跨进了金属强度的范围，从而大大扩展了复合材料的使用范围，可以代替金属和木材。

在复合材料使用过程中，面临着与金属材料之间的连接问题，激光焊接时实现复合材料与金属高质量连接的有效方法，而在金属表面制备微织构可以显著提升连接强度，但是，采用这种微织构复合激光焊接的方法存在一个问题，微织构很难被熔融树脂完全填充，焊接时会形成微织构焊接空穴，影响到焊接强度的进一步提升，同时也是焊接接头失效的一个潜在危险。基于此，本发明提出一种热塑性复合材料-金属激光焊接方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种热塑性复合材料-金属激光焊接方法，其先在金属表面/侧面制备微织构；然后在微织构表面铺设一层热塑性粉末材料；最后利用激光在粉末层上扫描，加热熔化树脂并嵌入微织构，形成塑化层。

本发明提出了一种热塑性复合材料-金属激光焊接方法，具体步骤如下：

（1）在金属表面/侧面制备微织构；

（2）在微织构表面铺设一层热塑性粉末材料；

（3）利用激光在粉末层上扫描，将加热熔化树脂并嵌入微织构，形成塑化层；

（4）将热塑性复合材料与表面塑化后的金属材料进行激光焊接。

作为本发明进一步改进，所述金属为钛合金或铝合金或不锈钢或铜合金或高温合金或镁合金，本发明多种合金均适合使用。

作为本发明进一步改进，所述步骤（1）金属表面制备微织构的加工方法为机械刀具加工或喷丸加工或喷砂加工或激光微加工、电加工或超声加工，所述步骤（1）金属表面制备微织构的加工方法为一种或者两种及以上混合加工，本发明多种加工方式都可以使用包括混合加工。

作为本发明进一步改进，所述步骤（2）热塑性粉末材料为PA热塑性材料或PC热塑性材料或PPS热塑性材料或PEEK热塑性材料，所述热塑性复合材料为碳纤维增强热塑性复合材料或玻璃纤维增强热塑性复合材料或芳纶纤维增强热塑性复合材料，所述热塑性复合材料的树脂应于金属表面塑化的热塑性粉末材料一致，本发明多种热固性复合材料均适合使用。

作为本发明进一步改进，所述热塑性粉末的粉末粒径小于500微米，所述热塑性粉末铺设厚度应小于1mm，本申请热塑性粉末材料多种，并且需要保证热塑性粉末铺设厚度小于1mm。

作为本发明进一步改进，所述步骤（3）粉末层熔覆激光为连续激光或脉冲激光，所述激光的波长为红外波长或可见光波长或紫外波长，所述激光熔覆时激光束处于离焦状态。

作为本发明进一步改进，所述步骤（4）激光焊接方法为搭接焊接，具体如下：

（1）把热塑性复合材料与表面塑化的金属材料搭接在一起，其中金属塑化层与复合材料接触，热塑性复合材料在下，金属材料在上，用工装夹持并施加一定加紧力；

（2）激光束在非塑化层的金属面扫描，金属吸收激光产生热量，通过热传导致使塑化层树脂与复合材料树脂熔化结合，冷却后形成焊接接头。