短碳纖維增強尼龍66復合材料的超聲波焊接及質量改進.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，其所造成的環(huán)境污染也日益嚴重。為了達到節(jié)能減排的目的，輕質、高性能的材料，尤其是尼龍及碳纖、玻纖增強尼龍基復合材料由于質輕、成本低、比強度高等優(yōu)點，輕量化效果顯著，在汽車車身制造中的應用愈來愈廣泛。但是，尼龍及其復合材料在車身制造中的應用面臨的主要問題是如何實現(xiàn)尼龍材料的高強連接。超聲波焊接技術以其速度快、效率高、接頭強度高、能耗低、方便操作、易于實現(xiàn)自動化、無需引入異質材料和特殊表面處理等

2、優(yōu)點，是目前最有效的尼龍材料連接技術。但是尼龍超聲波焊接的焊接質量波動性較大，因此如何提升焊接質量，修復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)合基金項目“Real-time Weld Inspection/Correction Process Development”的研究內容的一部分，基于碳纖維增強尼龍66復合材料超聲波焊接技術，在研究焊接工藝參數(shù)及焊板間隙對焊接質量影響的基礎上，通過二次焊接修復技術對缺陷接頭進行

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

4、明焊接面的接觸情況對超聲波焊接的質量具有顯著影響。
　?。?）二次焊接可以顯著改善有焊接缺陷的接頭（0.7mm板間隙）質量，增加接頭強度。最佳的二次修復能量為5kJ，修復后的接頭強度可達到5kN以上。超聲波焊接修復的主要機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，從而使焊接強度提高。
　?。?）預壓環(huán)制備的超聲波焊接接頭的強度與焊接時間關系類似于常規(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，預壓環(huán)焊接接頭的焊接強度高于常規(guī)夾具焊接接頭。原因在于預壓環(huán)夾具有利于焊接過程中超聲波能量的吸收，因此，預壓環(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力集中，降低了焊接接頭板材斷裂的幾率。
　?。?）預壓環(huán)夾具制備的粘-焊接頭的接頭強度較常規(guī)夾具制備的粘-焊接頭強度提高近40％，吸收的能量提高1.4倍。粘-焊能