一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法技术

一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，本发明专利技术涉及钢材料与碳纤维编织件的连接领域。本发明专利技术要解决碳纤维复合材料与金属难于焊接的技术问题。方法：一、编织，获得碳纤维布；二、将钢材加工成连接体；三、碳纤维布裁剪；四、将连接体用玻璃纤维布包裹，再与碳纤维布在湿法模压模具上进行铺装，进行湿法压模成型；五、焊接。本发明专利技术使用金属接头与复合材料模压成型的工艺，将碳纤维复合材料与金属的连接转化为金属与金属的连接，降低了工艺难度，解决了碳纤维与金属难以连接的问题。本发明专利技术用于钢材料与碳纤维编织件的连接。

A connection method of steel material and carbon fiber braid

【技术实现步骤摘要】
一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法
本专利技术涉及钢材料与碳纤维编织件的连接领域。
技术介绍
近年来，碳纤维复合材料凭借其质量小，强度高，刚性高，耐蠕变与耐腐蚀性优良等诸多特点逐渐成为汽车制造商青睐的材料。此外，碳纤维复合材料化学性质稳定，其寿命是钢材的2～3倍；碰撞中变形小，对驾驶员伤害小，安全性高；具有更加美观的外形。同时，新能源汽车的快速发展又给碳纤维行业提供了巨大机遇，因此碳纤维复合材料制造汽车零件乃至车身这一课题具有十分诱人的前景。现如今碳纤维复合材料与钢材的连接工艺有胶接和螺栓连接，但前者存在强度低、可靠性差的问题，后者需要经过预穿孔，生产效率低，而且浪费材料，同时穿孔加工还会损害复合材料的结构，造成强度下降。
技术实现思路
本专利技术要解决碳纤维复合材料与金属难于焊接的技术问题，而提供一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法。一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，具体按以下步骤进行：一、采用碳纤维编织装置将碳纤维进行编织，获得碳纤维布；二、将钢材加工成连接体；连接体由主体和连接凸起构成，连接凸起分别位于主体的上表面和下表面；三、将步骤一获得的碳纤维布裁剪出孔洞；四、将步骤二获得的连接体进行预处理，然后用玻璃纤维布将连接体包裹起来，露出连接凸起的端面，再与步骤三裁剪后的碳纤维布在湿法模压模具上进行铺装，获得嵌有连接体的碳纤维布铺装体，然后合模，注入预热的环氧树脂，采用湿法模压工艺进行模压成型，开模，获得碳纤维层压板编织件；五、打磨碳纤维层压板编织件露出的连接凸起端面，然后采用丙酮擦拭，再与待焊钢材料进行激光焊接，完成所述一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法。步骤四中铺装时，先层叠铺装带有与连接凸起匹配孔洞的碳纤维布，铺装厚度高于连接凸起高度0.5mm，然后放入连接体，再层叠铺装带有与连接体主体匹配孔洞的碳纤维布，铺装厚度与主体厚度一致，再层叠铺装带有与另一连接凸起匹配孔洞的碳纤维布，铺装厚度高于连接凸起高度0.5mm。其中打磨为利用机械打磨方式去除裸露的待焊表面的胶状物质及覆盖在钢材表面的氧化膜；步骤四用玻璃纤维布将连接体包裹起来能防止器件发生电偶腐蚀。步骤五打磨为利用机械打磨方式去除裸露的待焊表面的胶状物质及覆盖在钢材表面的氧化膜。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术采用碳纤维复合材料，相较传统的钢材，在材料自身强度不低于钢材的同时，具有更小的重量，更灵活的尺寸与形状，且可以实现对高性能纤维的编织。二、本专利技术使用金属连接体与复合材料模压成型的工艺，将碳纤维复合材料与大体积金属的高强度连接转化为金属与金属的连接，降低了工艺难度，同时通过使用小体积金属作为连接体，使之能嵌合进复合材料，解决了碳纤维与金属难以连接的问题。三、本专利技术用激光焊接实现器件的连接，由于不存在异质材料连接问题，强度得到显著提升。四、本专利技术用激光焊接实现器件的连接，免去了打孔环节，避免了由于碳纤维材料层间粘附力低，打孔受力时出现应力异常，导致的分层、撕裂、烧焦软化的问题。五、本专利技术用激光焊接实现器件的连接，激光焊接过程中激光的热效应集中，从而避免了高温对于熔点较低的环氧树脂的破坏。六、本专利技术简化复杂装配工艺，提升生产效率，解决碳纤维复合材料与金属难于焊接的实际问题。对本专利技术方法进行实验检测，测试含有DP980金属连接体的碳纤维编织件与同种钢材进行激光焊接。结果显示，连接接头的抗拉强度为850-900MPa，相当于母材强度的90％，拉伸断裂位置位于焊接接头处，对比原本的螺接工艺，强度提高约12％。本专利技术用于钢材料与碳纤维编织件的连接。附图说明图1为实施例一连接体的主视图；图2为实施例一连接体的俯视图；图3为实施例一获得钢材料与碳纤维编织件的连接的示意图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，具体按以下步骤进行：一、采用碳纤维编织装置将碳纤维进行编织，获得碳纤维布；二、将钢材加工成连接体；连接体由主体和连接凸起构成，连接凸起分别位于主体的上表面和下表面；三、将步骤一获得的碳纤维布裁剪出孔洞；四、将步骤二获得的连接体进行预处理，然后用玻璃纤维布将连接体包裹起来，露出连接凸起的端面，再与步骤三裁剪后的碳纤维布在湿法模压模具上进行铺装，获得嵌有连接体的碳纤维布铺装体，然后合模，注入预热的环氧树脂，采用湿法模压工艺进行模压成型，开模，获得碳纤维层压板编织件；五、打磨碳纤维层压板编织件露出的连接凸起端面，然后采用丙酮擦拭，再与待焊钢材料进行激光焊接，完成所述一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中连接体的主体为带圆角的矩形结构体，连接凸起为圆柱体，圆柱体高度为1.5～3mm，圆柱体底面直径为10～15mm。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中裁剪后碳纤维布密度为0.2～0.8g/cm3。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三裁剪的孔洞与连接体匹配。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中铺装时，先层叠铺装带有与连接凸起匹配孔洞的碳纤维布，铺装厚度高于连接凸起高度0.5mm，然后放入连接体，再层叠铺装带有与连接体主体匹配孔洞的碳纤维布，铺装厚度与主体厚度一致，再层叠铺装带有与另一连接凸起匹配孔洞的碳纤维布，铺装厚度高于连接凸起高度0.5mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。本实施方式要求碳纤维布堆叠厚度略高于圆柱体高度是因为模压工艺会使堆叠的碳纤维布受到挤压，高度下降，而最终成型的编织件中碳纤维应与裸露的金属大致保持在同一水平面。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中合模后露出连接凸起的端面。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四连接体预处理方式为放入丙酮中，超声波清洗3min。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中玻璃纤维布为斜纹织物，面密度为108～110g/m2，单层厚度为0.08～0.10nm。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中湿法模压工艺：采用中温快速固化环氧树脂，固化温度为120℃保温15min；模具为不锈钢材质，环氧树脂与模具均预热至65℃，合模后加热至120℃保温15min；预浸润参数：浸润时间为4min，固化压力为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：/n一、采用碳纤维编织装置将碳纤维进行编织，获得碳纤维布；/n二、将钢材加工成连接体；连接体由主体和连接凸起构成，连接凸起分别位于主体的上表面和下表面；/n三、将步骤一获得的碳纤维布裁剪出孔洞；/n四、将步骤二获得的连接体进行预处理，然后用玻璃纤维布将连接体包裹起来，露出连接凸起的端面，再与步骤三裁剪后的碳纤维布在湿法模压模具上进行铺装，获得嵌有连接体的碳纤维布铺装体，然后合模，注入预热的环氧树脂，采用湿法模压工艺进行模压成型，开模，获得碳纤维层压板编织件；/n五、打磨碳纤维层压板编织件露出的连接凸起端面，然后采用丙酮擦拭，再与待焊钢材料进行激光焊接，完成所述一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、采用碳纤维编织装置将碳纤维进行编织，获得碳纤维布；
二、将钢材加工成连接体；连接体由主体和连接凸起构成，连接凸起分别位于主体的上表面和下表面；
三、将步骤一获得的碳纤维布裁剪出孔洞；
四、将步骤二获得的连接体进行预处理，然后用玻璃纤维布将连接体包裹起来，露出连接凸起的端面，再与步骤三裁剪后的碳纤维布在湿法模压模具上进行铺装，获得嵌有连接体的碳纤维布铺装体，然后合模，注入预热的环氧树脂，采用湿法模压工艺进行模压成型，开模，获得碳纤维层压板编织件；
五、打磨碳纤维层压板编织件露出的连接凸起端面，然后采用丙酮擦拭，再与待焊钢材料进行激光焊接，完成所述一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法。


2.根据权利要求1所述的一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，其特征在于步骤二中连接体的主体为带圆角的矩形结构体，连接凸起为圆柱体，圆柱体高度为1.5～3mm，圆柱体底面直径为10～15mm。


3.根据权利要求1所述的一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，其特征在于步骤三裁剪后碳纤维布密度为0.2～0.8g/cm3。


4.根据权利要求1所述的一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，其特征在于步骤三裁剪的孔洞与连接体匹配。


5.根据权利要求1所述的一种钢材料与碳纤维编织件的连接方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，张闰勃，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23