金属和碳纤维复合材料的连接方法技术

本发明专利技术涉及一种金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属层实施双电极点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6‑10mm，施加压力为0.8‑3kN，电极间距为40‑70mm，电极通电电流4‑8kA，通电时间200‑350ms，可连接厚度5mm以内的材料。

【技术实现步骤摘要】
金属和碳纤维复合材料的连接方法
本专利技术涉及金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，属于焊接
，特别是涉及一种金属和碳纤维增强复合材料的异种材料的连接方法。
技术介绍
得益于高强度、高韧性和轻量化的优势，碳纤维增强复合材料在航空、航天、汽车、机械和建筑等领域的应用前景广泛。在航空、汽车等领域已有部分应用。但目前，碳纤维材料的加工技术，特别是与其它结构金属的连接技术是制约其工业应用的最大。碳纤维材料与目前大量采用的金属材料的焊接也是主要难题。金属材料大量应用的电弧连接方法不适用于碳纤维材料。要解决碳纤维材料的规模化应用，其与金属材料的焊接难题需要解决。只有解决金属和碳纤维增强复合材料的连接问题，才能解决碳纤维增强复合材料的大规模工业应用难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，连接接头的抗拉剪切力可达15MPa以上，可完成厚度5mm内金属和碳纤维增强复合材料板的连接。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属层实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6-10mm，施加压力为0.8-3kN，电极间距为40-70mm，电极通电电流4-8kA，通电时间200-350ms；金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，在与碳纤维复合材料接触的金属一侧进行硅烷耦合处理；金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，1200≤电流(kA)×通电时间(ms)≤2400。技术说明如下：金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属层实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6-10mm，施加压力为0.8-3kN，电极间距为40-70mm，电极通电电流4-8kA，通电时间200-350ms；由于碳纤维材料不通电，因此需要在金属侧实施双电极以实现通路。电焊选用铜材料。考虑到连接材料金属和碳纤维的强度级别，以及金属板规格、熔点等特性，电极材料与金属板接触端的直径为6-10mm。当直径≤6mm时，不利于导电；当直径≥6mm时，会降低电流密度、不利于在金属板和碳纤维材料之间形成局部的融合点，降低结合强度。因此，优选电极接触端直径是6-10mm。给电极施加压力是0.8-3kN。当压力≤0.8kN时，不利于两块板界面处的结合；当压力≥3kN时，会导致结合界面处形成的非晶层或者金属化合物层产生裂纹等缺陷，同样不利于结合质量和抗剪切强度。因此，优选电极压力是0.8-3kN。电极间距为40-70mm。电极间距可以控制通电回路的电压和电流密度，从而影响异种材料结合界面处的温度状态。当间距≤40mm时，两个电极受压力点距离太小，会影响界面结合处的受力和温度，影响结合质量；当间距≥70mm时，影响通路的电流状态、以及受力状态，同样不利于结合质量。因此，优选电极间距是40-70mm。电极通电电流4-8kA。通电电流直接决定了电流密度，并与通电时间共同决定了金属和碳纤维材料结合处的温度。当电流≤4kA时，不足以熔化结合界面处的碳纤维材料，不能够形成有效焊点；当电流≥8kA时，会显著增加结合界面处的温度，容易造成过热、并降低结合强度。因此，优选电流是4-8kA。通电时间200-350ms；通电时间和通电电流共同决定了结合界面处的电流密度、最高温度以及温度履历，从而对结合界面处的两侧材料的组织和性能产生重大影响。当通电时间≤200ms时，会导致温度过低，不利于将结合界面处的碳纤维材料熔化、形成有效焊点；当通电时间≥350ms时，由于长时间通电加热，可能会在结合界面处形成空洞等缺陷。因此，优选通电时间是200-350ms。金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，在与碳纤维接触的金属一侧进行硅烷耦合处理。对与碳纤维直接接触的金属一侧进行表面处理后，会增加结合界面的熔化和相互扩散，并扩大非晶层或金属化合物层的厚度，从而增加结合强度。金属和碳纤维增强复合材料的连接方法，1200≤电流(kA)×通电时间(ms)≤2400。通电电流和通电时间共同决定了结合界面处的电流密度、温度以及热履历，从而决定了界面处的物理和化学性能。当两者之积≤1200时，不能够熔化碳纤维材料、从而不能形成有效焊点；当两者之积≥2400时，会产生过大热量，从而在界面结合处形成孔洞等缺陷。因此，两者之积在1200-2400之间。当两者之积在1300-2300之间时，效果更好；当两者之积度1400-2200之间时，效果最好；本专利技术的优点及有益效果：1.本专利技术方法提供了一种金属和碳纤维复合材料的单侧双电极电阻电焊方法，克服了传统电弧和电阻焊不能实现金属和碳纤维异种材料不能连接的难题；2.本专利技术方法可实现厚度5mm内金属和碳纤维材料的搭接连接，结合强度在15MPa以上。附图说明：附图1本专利技术单侧双电极电阻电焊连接方法具体实施方式以下结合优选实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。选用低合金钢Q345，厚度2-5mm，长度为300mm，宽度为80mm。碳纤维材料选用PA6为基体、外加10-30％的碳纤维的增强材料，厚度2-5mm，长度为300mm，宽度为80mm。按照附图1所示开展单侧双电极电阻电焊，电极与金属层接触。焊接参数见表1。焊接完成后，检查焊接质量，并开展拉伸断裂试验以检测接头强度。实施例1-6：实施例1-6采用的焊板厚度、焊接参数见表1。在钢板与碳纤维结合的一面进行了硅烷耦合处理。焊后质量检验结果见表2。对比例1-4：对比例1-4采用的焊板厚度、焊接参数见表1。在钢板与碳纤维结合的一面进行了硅烷耦合处理。焊后质量检验结果见表2。通过上述实施例可知，本专利技术单侧双电极电阻电焊可完成厚度5mm内的金属和碳纤维复合材料的搭接焊接，抗剪切强度15MPa以上。以上所述实施例仅表达了本专利技术的具体实施方式，但并不能因此理解为对本专利技术专利范围的限制。本领域的技术人员在本专利技术构思的启示下对本专利技术所做的任何变动均落在本专利技术的保护范围内。表1实施焊接参数表2实施例质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属和碳纤维复合材料的连接方法，其特征在于：在金属侧实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6‑10mm，施加压力为0.8‑3kN，电极间距为40‑70mm，电极通电电流4‑8kA，通电时间200‑350ms。

【技术特征摘要】
1.金属和碳纤维复合材料的连接方法，其特征在于：在金属侧实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6-10mm，施加压力为0.8-3kN，电极间距为40-70mm，电极通电电流4-8kA，通电时间200-350ms。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘鑫，朱俊，李小宝，
申请(专利权)人：张家港创博金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32