[发明专利]轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法

说明书

本发明涉及了一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，具体步骤：(1)将轻质合金中与树脂基复合材料接触的表面进行机械处理或电化学处理：(2)将轻质合金作为上板、树脂基复合材料作为下板、将碳纳米管复合材料薄膜作为中间层置于工作台上并固定；(3)连接超声系统；(4)搅拌头旋转下扎；(5)启动超声系统；(6)当搅拌头轴肩与上板接触后停留3～120s，随后搅拌头以5～1000mm/min的速度沿焊缝方向移动，直至焊接完毕为止。本发明能够拓宽焊缝宽度以及增加接头中的微观机械互锁能力，利于提高接头的抗剪切、拉伸性能。

技术领域

本发明属于金属与复合材料连接技术领域，尤其涉及一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法。

背景技术

复合材料作为一种抗疲劳性好、抗腐蚀性好以及可设计性好的材料，已经广泛用于制造飞机机翼和前机身、大型运载火箭的壳体和发动机壳体等结构件，在轻量化制造领域具有重要的作用且很好地响应全球对环境保护提出的要求。轻质合金同样广泛的应用于航空航天、船舶交通等制造领域。因此，轻质合金与复合材料的连接是不可避免的。轻质合金与复合材料的连接中，胶接的方式需要较复杂的表面处理以及较长的固化时间，且连接强度低；而机械连接中会出现较强的应力集中现象，因此金属与复合材料的焊接是一个较佳的选择。搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术，在异种材料的连接中具有天生的优势，尤其适合热物理性能差异较大的材料的连接。

常规搅拌摩擦焊对轻质合金与复合材料进行搭接焊时，搅拌针扎进下板，由于剧烈的搅拌作用会导致熔化的复合材料溢出焊缝表面，此外，剧烈的搅拌与热输入的作用会导致复合材料发生降解。因此，采用不扎透上板的方式可以避免此类缺陷的产生，但是该方式又减少了接头中机械互锁能力。

中国发明专利(公开号为：CN108857069A，公开日：2018年11月23日)公开了一种采用激光-电弧辅助的方式进行复合材料与铜合金的焊接，在焊接中采用钨棒对熔池进行搅拌，但此工艺需要在较高的温度下完成，过高的温度会导致复合材料发生严重膨胀及降解。

中国发明专利(公开号为：CN106736030A，公开日期：2017年5月31日)公开了一种钎料及其焊接C/SiC复合材料与金属，中国发明专利(公开号：CN101786898A，公开日：2010年7月28日)公开了一种Cf/SiC复合材料与Ni基高温合金的连接方法，二者均是采用真空钎焊的方式对接头进行连接，但钎料中的部分元素会与金属材料发生反应，产生硬脆的金属间化合物，影响接头强度，同时整体加热会改变母材的微观结构。

中国发明专利(公开号为：CN106113484A，公开日：2016年11月16日)公开了一种热塑性复合材料与金属的连接方法，采用电磁感应加热的方式对热塑性复合材料与金属进行连接，此种方式具有设备简单的特点，但是焊接界面处缺少机械互锁，而且仅适用于热塑性复合材料的连接。

中国发明专利(公开号为：CN101774062A，公开日：2010年7月14日)公开了一种叠层复合材料与不锈钢的氩弧熔钎焊方法，此过程中需要加热到900℃，此温度对复合材料的影响较大，复合材料降解后接头会存在较多的气孔缺陷。

因此，亟需一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法。

本发明采用以下技术方案：

一种轻质合金与树脂基复材的搅拌摩擦与超声复合焊接方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将轻质合金中与树脂基复合材料接触的表面进行机械处理或电化学处理，使其表面形成多孔层结构或增加表面粗糙度；