非透射性复合材料的激光焊接方法技术

一种非透射性复合材料的激光焊接方法，其包括：形成能量通道，该能量通道具有端部开口并且延伸通过由第一材料制成的第一部件；以及经由对第一和第二部件的靠近于能量通道的端部开口的材料进行激光加热来将由第二材料制成的第二部件焊接于第一部件，以使得第一和第二部件的材料熔合以形成焊接熔核，从而将第一部件附连于第二部件。

Laser Welding of Non-transmissive Composites

A laser welding method for non-transmissive composites includes: forming an energy channel with an end opening and extending through a first component made of the first material; and welding a second component made of the second material to the first component by laser heating the material near the end opening of the energy channel of the first and second components. The material of the first and second parts is fused to form a welding nugget, thereby attaching the first part to the second part.

【技术实现步骤摘要】
非透射性复合材料的激光焊接方法引言激光束可用于将由热塑性复合材料制成的第一部件与由类似材料制成的第二部件在两个部件之间的焊接界面处进行焊接。当焊接界面并不处于其中一个部件的边缘时，复合材料须能透射激光束的电磁能量，以使得激光束能通过第一部件以到达焊接界面。例如，透射性复合材料可包括由透明玻璃纤维增强的透明热塑性材料，以使得复合材料能透射激光束的电磁能量。非透射性复合材料防止激光束的电磁能量到达部件之间的焊接界面，从而使得难以实现焊接。例如，非透射性复合材料可包括由非透射性碳纤维增强的热塑性材料，以使得复合材料无法透射激光束的电磁能量。
技术实现思路
这里公开一种非透射性复合材料的激光焊接方法。非透射性复合材料的第一示例激光焊接方法包括：形成能量通道，该能量通道具有端部开口并且延伸通过由第一材料制成的第一部件；以及经由激光加热第一和第二部件的靠近于能量通道的端部开口的材料来将由第二材料制成的第二部件焊接于第一部件，以使得第一和第二部件的材料熔合而形成焊接熔核，从而将第一部件附连于第二部件。该方法可包括相对于第二部件定位第一部件，以使得第一部件的第一表面在第一部件的端部开口附近靠近于第二部件的第二表面。该方法可包括将第一部件夹持于第二部件，以使得第一部件的第一表面在第一部件的端部开口附近与第二部件的第二表面相接触。第一材料可能无法透射激光能量。第一材料可以是碳纤维增强热塑性复合材料。第二材料可能无法透射激光能量。第二材料可以与第一材料相同。形成能量通道可包括激光烧蚀第一部件的第一材料。形成能量通道可包括模制、钻孔和水射流切割的一种。能量通道可具有轴线。能量通道的轴线可正交于第一表面。能量通道的轴线可并不正交于第一表面。该方法可包括将插入件放置在第一部件的第一表面和第二部件的第二表面之间。该插入件可至少横穿能量通道的端部开口延伸。该插入件可包括热塑性材料。经由激光加热将第二部件焊接于第一部件可包括对插入件的热塑性材料进行激光加热，以使得第一部件、第二部件和插入件的材料熔合以形成焊接熔核。该插入件可包括金属材料。经由激光加热将第二部件焊接于第一部件可包括对插入件的金属材料进行激光加热，以使得第一和第二部件的材料由插入件加热，并且形成附连于金属插入件的粘结熔核。形成能量通道可包括形成多个能量通道。焊接可包括形成多个焊接熔核，以将第一部件附连于第二部件。多个能量通道能以一定轮廓形成，该轮廓包括圆形、矩形、线性和波形轮廓的一种。形成能量通道可包括同时地形成多个能量通道。焊接可包括同时地形成多个焊接熔核，以将第一部件附连于第二部件。非透射性复合材料的第二示例激光焊接方法包括：形成能量通道，该能量通道延伸通过第一部件并且具有端部开口；相对于第二部件定位第一部件，以使得第一部件的第一表面在能量通道的端部开口附近靠近于第二部件的第二表面；以及经由第一和第二部件靠近于能量通道的端部开口的激光加热来将第二部件焊接于第一部件，以使得第一和第二部件熔合以形成焊接熔核。第一部件由第一材料制成，该第一材料不可透射激光能量并且包括热塑性材料。第二部件由第二材料制成，该第二材料包括热塑性材料。非透射性复合材料的第三示例激光焊接方法包括：形成能量通道，该能量通道延伸通过第一部件并且具有端部开口；将插入件放置在第一部件的第一表面和第二部件的第二表面之间；以及经由靠近于能量通道的端部开口对插入件、第一部件和第二部件进行激光加热来将第二部件焊接于第一部件，以使得形成至少一个焊接熔核，从而将第一部件附连于第二部件。第一部件由第一材料制成，该第一材料不可透射激光能量并且包括热塑性材料。第二部件由第二材料制成，该第二材料包括热塑性材料。该插入件可包括金属材料。形成能量通道并且将第二部件焊接于第一部件可在单阵激光能量期间发生。至少一个焊接熔核可将第一和第二部件附连于金属插入件，以使得第一部件经由金属插入件附连于第二部件。这里公开的方法使得能够对由复合材料制成的部件进行激光焊接，这些复合材料不可透射激光束的电磁能量。该方法使得远离部件边缘的激光焊接对这些部件的表面外观具有最小影响。本专利技术适合于焊接用于车辆的热塑性复合部件，该车辆包括但不限于汽车、卡车、货车、全地形车辆、公交车、船只、轮船、飞机、制造车辆和设备、建筑车辆和设备、维修车辆和设备等等。本专利技术适合于焊接用于机器或制造件的热塑性复合部件。当结合附图时，从用于执行本专利技术的以下具体实施方式中，本专利技术的上述特征和优点以及其它特征和优点会易于显而易见。附图说明图1是经由激光焊接部附连于第二部件的第一部件的局部示意立体图，该激光焊接部使用这里公开类型的非透射性复合材料的激光焊接方法来制成。图2是这里公开类型的非透射性复合材料的示例激光焊接方法的流程图。图3A是在能量通道正经由激光烧蚀形成在第一部件中时，图1所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图3B是在能量通道已形成在第一部件中之后，图1所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图3C是在第一部件正经由激光加热焊接于第二部件时，图1所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图3D是在第一部件经由激光加热焊接于第二部件之后，图1所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图，且示出将第一部件焊接于第二部件的焊接熔核。图4A是在成角度能量通道正经由激光烧蚀形成在第一部件中时，图1所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图4B是在成角度能量通道已形成在第一部件中之后，图4A所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图4C是在第一部件正经由激光加热焊接于第二部件时，图4A所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图4D是在第一部件经由激光加热焊接于第二部件之后，图4A所示第一部件和第二部件在激光焊接区域中的局部示意剖视图，且示出将第一部件附连于第二部件的焊接熔核。图5A是在能量通道正经由激光烧蚀形成在第一部件中时，图1所示第一部件和第二部件(包括两个部件之间的热塑性插入件)在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图5B是在能量通道已形成在第一部件中之后，图5A所示第一部件、第二部件和热塑性插入件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图5C是在第一部件、第二部件以及热塑性插入件正经由激光加热焊接在一起时，图5A所示第一部件、第二部件以及热塑性插入件在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图5D是在第一部件、第二部件以及热塑性插入件经由激光加热焊接在一起之后，图5A所示第一部件、第二部件以及热塑性插入件在激光焊接区域中的局部示意剖视图，且示出将第一部件附连于第二部件的焊接熔核。图6A是在能量通道正形成在第一部件中且第一和第二部件正焊接于金属插入件时，图1所示第一部件和第二部件(包括两个部件之间的金属插入件)在激光焊接区域中的局部示意剖视图。图6B是在第一和第二部件焊接于金属插入件之后，图6A所示第一部件、第二部件以及金属插入件在激光焊接区域中的局部示意剖视图，且示出将第一部件附连于第二部件的焊接熔核。图7A是图1所示第一部件在激光焊接区域中的局部示意俯视图，且示出形成在第一部件中的能量通道的圆形轮廓。图7B是图1所示第一部件在激光焊接区域中的局部示意俯视图，且示出形成在第一部件中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非透射性复合材料的激光焊接方法，包括：形成能量通道，所述能量通道具有端部开口并且延伸通过由第一材料制成的第一部件；以及经由对所述第一和第二部件的靠近于所述能量通道的所述端部开口的材料进行激光加热来将由第二材料制成的第二部件焊接于所述第一部件，以使得所述第一和第二部件的材料熔合以形成焊接熔核，从而将所述第一部件附连于所述第二部件。

【技术特征摘要】
2017.08.28 US 15/6883611.一种非透射性复合材料的激光焊接方法，包括：形成能量通道，所述能量通道具有端部开口并且延伸通过由第一材料制成的第一部件；以及经由对所述第一和第二部件的靠近于所述能量通道的所述端部开口的材料进行激光加热来将由第二材料制成的第二部件焊接于所述第一部件，以使得所述第一和第二部件的材料熔合以形成焊接熔核，从而将所述第一部件附连于所述第二部件。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括相对于所述第二部件定位所述第一部件，以使得所述第一部件的第一表面在所述能量通道的所述端部开口附近靠近于所述第二部件的第二表面。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述第一部件夹持于所述第二部件，以使得所述第一部件的第一表面在所述第一部件的所述端部开口附近与所述第二部件的第二表面接触。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料不可透射激光能量。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一材料是碳纤维增强热...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·萧，王宏亮，HT·范，J·F·阿瑞内斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US