基于超聲波焊接技術(shù)的Cf-PA6復(fù)合材料的連接及粘接質(zhì)量檢測(cè)與修復(fù).pdf

1、隨著30wt.％Cf/PA6復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，超聲波焊接和粘接技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車車身制造。但受零件幾何形狀和設(shè)計(jì)等因素的約束，傳統(tǒng)的超聲波焊接方式難于應(yīng)用。此外，工件粘接過程中難于避免出現(xiàn)各種粘接缺陷，但是目前的一些缺陷檢測(cè)和修復(fù)方法在一定程度上只能夠檢測(cè)出部分缺陷，且修復(fù)困難。針對(duì)以上問題，本課題作為鄭州大學(xué)-美國(guó)通用汽車公司聯(lián)合研究項(xiàng)目―Jo int Quality Inspection and Repair in Adh

2、esive-Bonding of Po lymeric Composites的一部分，以30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料為研究對(duì)象，以超聲波焊接機(jī)為工具，開展了30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的超聲波單邊焊接技術(shù)研究、基于超聲波焊接機(jī)的30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的粘接缺陷檢測(cè)技術(shù)研究、以及30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的粘接缺陷接頭的修復(fù)技術(shù)研究，對(duì)30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的超聲波單邊焊接可焊性及焊接機(jī)理、超聲波焊接機(jī)的

3、焊頭位移與粘接缺陷關(guān)系、自沖鉚接和超聲波焊接的可行性以及應(yīng)用于粘接缺陷接頭修復(fù)的可能性進(jìn)行了分析。取得如下研究成果：
　　30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料具有較好的超聲波單邊焊接性能。在與傳統(tǒng)超聲波焊接接頭（超聲波雙邊焊接）相同的焊接參數(shù)下，超聲波單邊焊接的接頭強(qiáng)度高于傳統(tǒng)超聲波焊接接頭。原因在于超聲波單邊焊接接頭可以吸收更多的超聲波能量、具有更高的焊接溫度、更大的焊核面積。主要的焊接機(jī)制為焊頭下方的懸空距離引起的板材彎曲變形造成

4、超聲振動(dòng)過程中上下板材隨著焊頭發(fā)生周期性的變形-回復(fù)-變形運(yùn)動(dòng)，從而在焊接面上產(chǎn)生上、下焊接板材的相對(duì)滑動(dòng)和嚴(yán)重的庫倫摩擦和熱量。超聲波單邊焊接的焊接機(jī)制可以借助于金屬材料的焊接機(jī)制，通過考慮板材焊接過程中在寬度方向和長(zhǎng)度方向上彎曲變形的差異以及焊頭壓力和焊頭振幅的變化，采用簡(jiǎn)化的分析模型進(jìn)行分析，理論分析與試驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)一致。
　　粘接缺陷造成粘接接頭的下降，缺陷面積的增大，粘接接頭的強(qiáng)度下降明顯，在缺膠面積達(dá)到50%時(shí)，接

5、頭強(qiáng)度較無缺陷接頭強(qiáng)度大約下降到了30%~45%；相對(duì)而言，接頭中間缺膠的缺陷對(duì)接頭的強(qiáng)度影響較小。粘接樣品中的缺陷面積（對(duì)于缺陷接頭）和空氣層厚度（對(duì)Kissing缺陷）影響超聲波加熱時(shí)的焊頭最終位移。缺膠接頭中的粘接面積越大或Kissing缺陷接頭中的空氣層厚度越薄，焊頭的最終位移越大。因此，利用超聲波焊接機(jī)檢測(cè)粘接缺陷是可行的。
　　基于超聲波焊接技術(shù)的30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的Henkel5089粘接接頭的最佳檢測(cè)

6、參數(shù)為，Φ10mm焊頭，0.075 MPa檢測(cè)壓力和1.0s檢測(cè)時(shí)間。所得到的粘接缺陷檢測(cè)閾值為0.38mm的焊頭最終位移。當(dāng)焊頭的最終位移大于0.38 mm時(shí)，可以認(rèn)為粘接樣品為無缺陷樣品；否則為缺陷樣品。
　　30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料可以采用自沖鉚接工藝鉚接進(jìn)行連接，其粘接接頭也具有較好的超聲波焊接可行性。通過在鉚頭與板材間預(yù)加0.1mm金屬墊片，采用11 mm鉚釘制備的自沖鉚接接頭的接頭強(qiáng)度明顯高于超聲波雙邊焊接的接