短碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接及質(zhì)量改進(jìn).pdf

1、汽車行業(yè)的快速發(fā)展在提升了人們生活水平的同時(shí)，其所造成的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。為了達(dá)到節(jié)能減排的目的，輕質(zhì)、高性能的材料，尤其是尼龍及碳纖、玻纖增強(qiáng)尼龍基復(fù)合材料由于質(zhì)輕、成本低、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，輕量化效果顯著，在汽車車身制造中的應(yīng)用愈來愈廣泛。但是，尼龍及其復(fù)合材料在車身制造中的應(yīng)用面臨的主要問題是如何實(shí)現(xiàn)尼龍材料的高強(qiáng)連接。超聲波焊接技術(shù)以其速度快、效率高、接頭強(qiáng)度高、能耗低、方便操作、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無需引入異質(zhì)材料和特殊表面處理等

2、優(yōu)點(diǎn)，是目前最有效的尼龍材料連接技術(shù)。但是尼龍超聲波焊接的焊接質(zhì)量波動(dòng)性較大，因此如何提升焊接質(zhì)量，修復(fù)有焊接缺陷接頭是目前急需解決的問題。本課題為ZZU-GM聯(lián)合基金項(xiàng)目“Real-time Weld Inspection/Correction Process Development”的研究內(nèi)容的一部分，基于碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料超聲波焊接技術(shù)，在研究焊接工藝參數(shù)及焊板間隙對(duì)焊接質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上，通過二次焊接修復(fù)技術(shù)對(duì)缺陷接頭進(jìn)行

3、修復(fù)；通過設(shè)計(jì)新型預(yù)壓環(huán)夾具以及采用粘-焊復(fù)合連接技術(shù)提高碳纖增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接強(qiáng)度和焊接質(zhì)量，取得如下研究成果：
　?。?）對(duì)于搭接25mm，厚度4mm的碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接強(qiáng)度隨著焊接時(shí)間的增加先增加后下降，最佳工藝參數(shù)是2.1s焊接時(shí)間，0.15MPa焊接壓力，最佳焊接強(qiáng)度大于5.5kN，焊接強(qiáng)度和焊接面積成正比。板材間隙降低了接頭的焊接強(qiáng)度，特別是當(dāng)間隙大于0.5mm時(shí)，焊接強(qiáng)度顯著降低，說

4、明焊接面的接觸情況對(duì)超聲波焊接的質(zhì)量具有顯著影響。
　?。?）二次焊接可以顯著改善有焊接缺陷的接頭（0.7mm板間隙）質(zhì)量，增加接頭強(qiáng)度。最佳的二次修復(fù)能量為5kJ，修復(fù)后的接頭強(qiáng)度可達(dá)到5kN以上。超聲波焊接修復(fù)的主要機(jī)理是有缺陷接頭已存的焊核區(qū)域邊緣二次熔化，使得接頭的焊核面積增加，承載面積增大，從而使焊接強(qiáng)度提高。
　?。?）預(yù)壓環(huán)制備的超聲波焊接接頭的強(qiáng)度與焊接時(shí)間關(guān)系類似于常規(guī)焊接夾具并具有相同的最佳焊接參數(shù)。在相

5、同焊接參數(shù)下，預(yù)壓環(huán)焊接接頭的焊接強(qiáng)度高于常規(guī)夾具焊接接頭。原因在于預(yù)壓環(huán)夾具有利于焊接過程中超聲波能量的吸收，因此，預(yù)壓環(huán)焊接接頭的焊核總是起始于焊接區(qū)域中心部位形成中心焊核，然后逐步向周邊擴(kuò)展，不但增加了接頭的焊核尺寸，增加了穩(wěn)定熔合區(qū)厚度，而且減輕了周邊焊核引起的應(yīng)力集中，降低了焊接接頭板材斷裂的幾率。
　?。?）預(yù)壓環(huán)夾具制備的粘-焊接頭的接頭強(qiáng)度較常規(guī)夾具制備的粘-焊接頭強(qiáng)度提高近40％，吸收的能量提高1.4倍。粘-焊能