[发明专利]一种利用过渡接头的金属/FRP对接焊连接方法

说明书

本发明提供了一种利用过渡接头的金属/FRP对接焊连接方法，其解决了金属板材与FRP材料厚板对接焊时，界面连接强度低，接头承载能力有限的技术问题。本发明通过引入一种过渡接头，所述过渡接头设有接头主体、与接头主体连接的金属连接部和FRP连接部，金属连接部为榫卯结构或坡口结构，分别与对应的金属板材进行配合连接。FRP连接部由多层平行且等间距金属片组成，FRP基体升温流动并在模具腔中梯度冷却固化，得到“FRP‑过渡接头”一体化结构，进而实现金属/FRP对接焊的连接方法。本发明可广泛应用于焊接技术领域。

技术领域

本申请属于焊接方法技术领域，更具体地说，是涉及一种利用过渡接头的金属/FRP对接焊连接方法。

背景技术

随着社会的发展，节能减排逐渐成为了大家广为关注的话题，起源于赛车领域的“轻量化”概念是实现节能减排，降低运载器能耗的一个重要途径。随着新材料的应运而生，采用更高强度，轻质量的新材料替代或部分替代传统铝钢等金属材料已成为一种趋势。纤维增强树脂基复合材料作为新材料领域的重要组成部分，具有比强度高，耐腐蚀性好、密度小等优点，在车辆、高铁、飞机等结构中具有广阔的应用前景。但由于金属材料与FRP材料之间物化性能差异较大，目前工业上应用较为广泛的连接方式是胶接与机械连接。采用胶接连接方法时，存在固化时间长、胶层易老化失效脱粘等问题；采用机械连接方法时，由于引入其他结构件，增加了结构件整体重量，且连接点容易造成应力集中，存在一定的失效隐患。目前已有学者对焊接方法在金属/FRP结构连接上的可行性进行了探究，其原理主要为通过金属材料的高导热率使焊接热传递至金属/FRP界面位置，FRP材料受热流动，并与金属材料发生粘连。

实际工程中，厚板对接形式是实现金属/FRP轻量化复合结构的重要一环。目前针对薄板搭接接头的研究成果居多，但针对金属/FRP材料厚板对接目前研究成果有限，且焊接后，拉伸力将垂直作用于对接界面，相比于搭接形式，金属/FRP厚板对接接头承载性能较低，其拉伸性能、疲劳性能等难以满足构件的实际服役需要。

专利CN106271029A公开了一种利用搅拌摩擦焊连接金属材料与树脂基复合材料的方法，其利用轴肩/搅拌针一体式的搅拌摩擦焊具，并采用金属板在上，树脂基复合材料在下的形式进行焊接，搅拌针扎入金属板材内部而不进入FRP材料中，初步实现了对金属与FRP的连接。但其接头形式为搭接形式，且对于高强钢等材料对搅拌头的磨损较大，不利于实际工业应用。

因此，如何实现金属材料与FRP材料厚板对接焊连接，且提高界面连接强度以满足不同工况下金属/FRP结构件的服役需要，并兼容多种的焊接方法，满足多种金属材料及FRP材料在不同位置的焊接，成为了本发明准备突破的技术瓶颈。

发明内容

本发明为了解决了上述背景技术的不足，提供了一种利用过渡接头的金属/FRP对接焊连接方法，通过引入过渡接头，所述过渡接头设有接头主体、分别与接头主体连接的FRP连接部和金属连接部，FRP连接部与FRP基体和增强纤维组成的混合材料固化连接，实现多层金属/FRP的搭接连接过程，提高了过渡接头与FRP基体的结合强度；金属连接部通过榫卯结构或者坡口结构与金属板材相连接，且能够兼容搅拌摩擦焊、激光焊、电弧焊等焊接方法，实现金属/FRP对接焊连接方法。

为此，本发明提供了一种利用过渡接头的金属/FRP对接焊连接方法，具体包含以下步骤：

(1)准备过渡接头，过渡接头设有接头主体，接头主体的一端连接FRP连接部，FRP连接部由多层平行且等间距金属片组成，对过渡接头的FRP连接部进行表面处理，处理后的每一层金属片上下表面均覆盖表面处理层，接头主体的另一端连接金属连接部；

(2)将过渡接头装夹固定于模具腔末端，加热FRP基体至粘流状态，与增强纤维混合形成混合材料，将混合材料灌注于模具腔内，混合材料浸没过渡接头的FRP连接部，梯度降温，混合材料发生固化，得到“FRP-过渡接头”一体化结构构件；

(3)将金属板材和过渡接头的金属连接部连接，焊接，得到金属/FRP复合构件。