一种金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，主要通过在金属与热固性复合材料工件之间添加热塑性树脂基的方法来实现两者的焊接，实施步骤为首先通过热喷涂等预制方法将热塑性树脂与金属工件或热固性树脂基复合材料工件之一结合在一起，形成焊接基底；然后将焊接基底与未和热塑性树脂形成所述焊接基底的所述热固性树脂基复合材料或所述金属工件叠加在一起，热塑性树脂位于金属与热固性树脂基复合材料工件之间；最后单侧加热使焊接热源作用在金属工件的上表面，在热量传递作用下热塑性树脂熔化，从而使所述金属工件与所述热固性树脂基复合材料工件焊接在一起。有效解决了金属工件与热固性树脂基复合材料工件焊接难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法
本专利技术涉及金属工件与热固性树脂基复合材料工件焊接

技术介绍
热固性树脂基复合材料以其高耐热性、高刚性、耐腐蚀等性能优势，在汽车、电子、船舶、管道、航空、风电、储罐等工业领域中得到越来越多的应用。对汽车工业而言，热固性树脂基复合材料的应用能够整合部件以减少零件数量，同时其低密度有助于汽车减重，随着全球汽车轻量化的发展以及复合材料加工工艺与自动化设备的不断成熟，热固性树脂基复合材料在汽车车身的应用比例也将不断得到提升。但是，热固性树脂基复合材料与汽车用钢、铝合金等金属材料的连接存在很大的难题。热固性树脂基复合材料首先，鉴于硬化后的热固性树脂基复合材料基体在重新加热后不会熔化，温度过高会发生分解的物理化学性质，使用常规熔化焊接的方法无法实现金属与热固性树脂基复合材料的直接连接。另外，热固性树脂基复合材料在进行机械连接时的预先制孔，或者在铆钉等机械元件穿刺下造成的撕裂会形成应力集中，降低接头寿命，并且存在电化学腐蚀的问题。而采用胶接方式进行金属与热固性树脂基复合材料连接时，通常需要对金属或者热固性树脂基复合材料表面进行化学处理以增加表面能，同时涂胶与固化等工序在很大程度上降低了生产效率，粘接质量也受到诸多因素的影响，接头性能分散性较大。基于以上因素，有必要开发出更为高效的金属与热固性树脂基复合材料连接方法，以适应热固性树脂基复合材料在汽车领域快速增长的应用需求，同时有助于扩大热固性树脂基复合材料在其他行业的应用。
技术实现思路
>为了解决以上热固性树脂与金属焊接难的问题，本专利技术公开了一种在两者的配合界面处添加热塑性树脂中间层材料来实现金属工件与热固性树脂复合材料工件焊接的方法。因为与热固性树脂基复合材料基体固化与软化性质不同的是，固化的热塑性树脂在一定温度下会重新软化、熔化，从而具有进行加热熔化焊接的可能性。金属材料与热固性树脂基复合材料进行焊接的具体技术方案如下：提供一种金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，包括以下步骤：(a)首先通过预制方法将热塑性树脂与金属工件或热固性树脂基复合材料工件之一结合在一起，形成焊接基底；(b)然后将焊接基底与未和热塑性树脂形成所述焊接基底的热固性树脂基复合材料或金属工件叠加在一起，其中热塑性树脂位于所述金属工件与热固性树脂基复合材料工件之间；(c)使焊接热源作用在金属工件的上表面，在热量传递作用下所述热塑性树脂熔化，冷却凝固后粘附在金属工件与热固性树脂基复合材料工件之间，从而使金属工件与热固性树脂基复合材料工件焊接在一起。在另一优选例中，热塑性树脂预制方法包括热压或热喷涂，热喷涂是通过热熔胶枪或者具有类似功能的加热喷涂工具将加热至熔融状态的热塑性树脂喷涂在金属工件或者热固性树脂复合材料工件表面，喷涂可以得到线条状、网格状或者其他任意形状的热塑性树脂层，其中，连续喷涂线条状树脂层有助于进行连续线性焊接，以及空间曲线位置的焊接。在另一优选例中，热塑性树脂的厚度为20μm至500μm，优选地，50μm-250μm；当预制树脂层为线条状时，单条线的宽度为0.1mm至5.0mm，优选为0.5mm至3.0mm；预制多条线时，线间距为0mm至3mm，优选为0.5mm至1.5mm。在另一优选例中，热塑性树脂是常见的热塑性聚合物，可以由聚碳酸树脂、聚醚醚酮树脂、聚对苯二甲酸乙二醇脂树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯中一种或多种树脂构成。在另一优选例中，热塑性树脂包含热塑性聚合物和增强纤维材料，增强纤维由玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或多种纤维构成；当使用热喷涂形式预制树脂层时，增强纤维以非连续纤维状态存在。在另一优选例中，焊接热源为所述焊接热源为激光束或电弧或两者的组合，焊接时作用于金属工件的上方，焊接时焊接热源作用于金属工件表面，带有随动滚轮，随动滚轮与激光头或者弧焊枪连接，与焊接热源同步行走，同时作用于金属工件表面，金属工件表面在焊接热源作用下局部熔化，并通过热传导作用使预制热塑性树脂层熔化，随着焊接热源与随动滚轮的移动，冷却固化的热塑性树脂与金属工件和热固性树脂基复合材料工件实现连接。。在另一优选例中，金属工件由基底材料和镀层构成，所述基底材料为钢或铜或铜合金或铝或铝合金或镁合金，所述镀层为锌或镍或铝硅，需要说明的是金属工件也可以只由基底材料构成。在另一优先例中，金属工件的厚度为0.2mm-6.0mm，优选地0.5mm-4.0mm。在另一优先例中，热固性树脂基复合材料工件由热固性树脂和增强材料构成，热固性树脂由不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺中的一种或多种树脂构成，增强材料由玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维中的一种或两者的结合构成。在另一优先例中，热固性树脂基复合材料工件的厚度为0.5mm至15.0mm，优选地1.0mm-6.0mm。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过热喷涂方法在两者的配合界面处添加热塑性树脂，使用随动滚轮和单侧热源，解决了金属工件与热固性树脂复合材料工件焊接难的问题，能够在不需要焊接夹具提供压力的情况下实现两者之间连续线性焊接、空间曲线焊接。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。图1是在金属工件或热固性树脂工件表面进行热喷涂，预制单条线性热塑性树脂示意图，可以是单条较宽的热塑性树脂，或者间距为0mm的多条较窄的热塑性树脂组合。图2在金属工件或热固性树脂工件表面是热喷涂有一定间距的两条热塑性树脂示意图。图3在金属工件或热固性树脂工件表面是热喷涂网状的热塑性树脂示意图。图4是裸板金属工件与热固性树脂基复合材料工件的叠层结构的局部侧视图，其中，热塑性树脂预制于热固性树脂基复合材料工件表面。图5是带有表面镀层的金属与热固性树脂基复合材料工件的叠层结构的局部侧视图，其中，热塑性树脂预制于金属工件镀层表面。图6是激光焊接期间叠层结构的局部剖视图(以横截面示出叠层结构)，其中，带有涂层的金属在激光作用下部分熔化，中间层材料在热传导作用下熔化。图7是电弧焊接期间叠层结构的局部剖视图(以横截面示出叠层结构)，其中，带有涂层的金属在电弧热作用下部分熔化，中间层材料在热传导作用下熔化。图8是激光与电弧复合焊接期间叠层结构的局部剖视图(以横截面示出叠层结构)，其中，带有涂层的金属在激光-电弧热作用下部分熔化，中间层材料在热传导作用下熔化。图9是对含有两条预制线性热塑性树脂的金属工件与热固性树脂基复合材料工件进行激光焊接示意图，其中，两条预制热塑性树脂具有一定的间距，而激光束作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(a)首先通过预制方法将热塑性树脂与金属工件或热固性树脂基复合材料工件之一结合在一起，形成焊接基底；/n(b)然后将所述焊接基底与未和所述热塑性树脂形成所述焊接基底的所述热固性树脂基复合材料或所述金属工件叠加在一起，其中所述热塑性树脂位于所述金属工件与热固性树脂基复合材料工件之间；/n(c)使焊接热源作用在所述金属工件的上表面，在热量传递作用下所述热塑性树脂熔化，冷却凝固后粘附在所述金属工件与热固性树脂基复合材料工件之间，从而使所述金属工件与所述热固性树脂基复合材料工件焊接在一起。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)首先通过预制方法将热塑性树脂与金属工件或热固性树脂基复合材料工件之一结合在一起，形成焊接基底；
(b)然后将所述焊接基底与未和所述热塑性树脂形成所述焊接基底的所述热固性树脂基复合材料或所述金属工件叠加在一起，其中所述热塑性树脂位于所述金属工件与热固性树脂基复合材料工件之间；
(c)使焊接热源作用在所述金属工件的上表面，在热量传递作用下所述热塑性树脂熔化，冷却凝固后粘附在所述金属工件与热固性树脂基复合材料工件之间，从而使所述金属工件与所述热固性树脂基复合材料工件焊接在一起。


2.如权利要求1所述的金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，其特征在于，所述热塑性树脂预制方法包括热压或热喷涂。


3.如权利要求1所述的金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，其特征在于，所述热塑性树脂层的整体厚度范围为20μm至500μm。


4.如权利要求1所述的金属工件与热固性树脂基复合材料工件的焊接方法，其特征在于，所述热塑性树脂由聚碳酸树脂、聚醚醚酮树脂、聚对苯二甲酸乙二醇脂树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种树脂构成。


5.如权利要求4所述的金属工件与热固性树...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨上陆，陶武，姚斌，钱红斌，
申请(专利权)人：上海中科神光光电产业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31