一种金属制造技术

本发明专利技术提供了一种金属

【技术实现步骤摘要】
一种金属/CFRTP复合结构的焊接系统


[0001]本专利技术属于金属
/CFRTP
复合结构制备
，涉及焊接系统在激光焊接金属
/CFRTP
复合结构中的应用，尤其涉及一种金属
/CFRTP
复合结构的激光焊接系统
。

技术介绍

[0002]CFRTP(
碳纤维增强热塑性复合材料
)
具有较高比强度和比模量
、
耐腐蚀等优势已成为实现进一步轻量化的工程应用的替换材料，而金属或轻质合金等具有较高的比强度
、
耐蚀性及耐热性，在航空航天
、
轨道交通行业应用前景广阔，因此实现两种材料的连接是实现轻量化的有效途径
。
[0003]目前，连接金属和
CFRTP
的常用方法包括铆接
、
粘接和焊接
(
热连接
)。
机械连接可以提供较高的连接强度，但它破坏了原有的碳纤维结构，导致应力集中，不利于接头的疲劳性能
。
粘接剂操作方便，成本低，但环境可靠性差
。
在湿热环境下，接头性能急剧下降
。
焊接工艺中电阻加热焊在接头内部会残存加热元件影响接头使用性能，超声波焊会破坏接头内复合材料的增强纤维结构，难以实现强度的进一步提高
。
[0004]激光焊接是实现
CFRTP
与金属高质量连接的有效方法，但是目前现有的激光焊接的技术方案无法获取高强度的连接接头，同时存在连接接头性能不稳定的问题
。
虽然也有技术方案公开了，通过在金属和
CFRTP
之间添加一层树脂材料，通过激光连接金属和
CFRTP
对接接头，然而接头强度相对较低，仅为
600N
左右，而且工艺相对较为繁琐
。
[0005]因此，如何找到一种更为适宜的焊接系统，解决金属
/CFRTP
焊接材料存在的上述问题，能够得到更加高的强度的焊接材料，已成为业内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于一种金属
/CFRTP
复合结构的焊接系统，特别是一种金属
/CFRTP
复合结构的激光焊接系统
。
本专利技术提供的焊接系统制备的金属
/CFRTP
复合结构，具有更加优异的结合强度
。
而且焊接系统简单，条件温和，可控性好，更加适于工业化推广和应用
。
[0007]本专利技术提供了焊接系统在激光焊接金属
/CFRTP
复合结构中的应用；
[0008]所述焊接系统，包括基座；
[0009]设置在基座上的压紧工装；
[0010]所述压紧工装上设置有用于焊接的空缺区域；
[0011]与压紧工装对应设置的支撑工装；
[0012]与所述压紧工装和基座分别相连的锁压装置；
[0013]与所述锁压装置相连接的压力传感器；
[0014]激光焊接装置
。
[0015]优选的，所述空缺区域包括长方形或正方形空缺区域；
[0016]所述空缺区域的面积占压紧工装的总面积的比例为
20
％～
30
％；
[0017]所述压紧工装具有长方体结构
。
[0018]优选的，所述空缺区域具有台阶孔结构；
[0019]所述压紧工装远离支撑工装的上表面为顶面，临近支撑工装的下表面为底面；
[0020]所述空缺区域在压紧工装顶面的面积大于在压紧工装底面的面积；
[0021]所述空缺区域中台阶距离顶面的高度占空缺区域高度的
80
％～
90
％
。
[0022]优选的，所述激光焊接装置的焊接头位于空缺区域的上方；
[0023]所述焊接头上的激光发射器射出端位于压紧工装的顶面以上；
[0024]所述焊接头上的激光发射器与压紧工装的底面呈
10
°
～
30
°
设置；
[0025]所述激光发射器射出端距离压紧工装的底面的距离为
250
～
270mm。
[0026]优选的，所述激光焊接装置的保护气导管出口端位于空缺区域的台阶与压紧工装的底面之间；
[0027]所述保护气导管出口端与压紧工装的底面呈
30
°
～
45
°
设置；
[0028]所述护气导管出口端距离压紧工装的底面的距离为3～
15mm。
[0029]优选的，所述锁压装置包括第一锁压装置和第二锁压装置；
[0030]所述第一锁压装置的一端压在压紧工装的一端，另一端关联在基座上；
[0031]所述第二锁压装置的一端压在压紧工装的另一端，另一端关联在基座上；
[0032]所述第一锁压装置上设置有调压螺母；
[0033]所述第二锁压装置上设置有调压螺母
。
[0034]优选的，所述第一锁压装置的一端与压紧工装的一端之间设置有压力传感器的第一压力敏感元件；
[0035]所述第二锁压装置的一端与压紧工装的另一端之间设置有压力传感器的第二压力敏感元件；
[0036]所述第一压力敏感元件和第二压力敏感元件分别与压力传感器的信号处理单元相连接
。
[0037]优选的，所述应用的具体方式为，在所述压紧工装与支撑工装之间设置有
CFRTP
复合材料片以及与
CFRTP
复合材料片搭接的金属片，然后进行激光焊接；
[0038]所述支撑工装远离压紧工装的下表面为底面，临近压紧工装的上表面为顶面；
[0039]所述金属片贴合在压紧工装的底面上；
[0040]所述
CFRTP
复合材料贴合在支撑工装的顶面上
。
[0041]优选的，所述金属片与
CFRTP
复合材料搭接的接头位于空缺区域中；
[0042]所述金属片与
CFRTP
复合材料搭接的接头的接触面上设置有微织构结构；
[0043]所述微织构结构为网格状结构；
[0044]所述网格状为多个正方形网格组成的网络结构；
[0045]所述网格的网格线在金属表面深度方向上的剖面具有倒置的圆头锥形结构
。
[0046]优选的，所述网格线的宽度为
25
～
40
μ
m
；
[0047]所述网格线的深度为
80
～
100
μ
m
；
[0048]所述网格线的
1/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
焊接系统在激光焊接金属
/CFRTP
复合结构中的应用；所述焊接系统，包括基座；设置在基座上的压紧工装；所述压紧工装上设置有用于焊接的空缺区域；与压紧工装对应设置的支撑工装；与所述压紧工装和基座分别相连的锁压装置；与所述锁压装置相连接的压力传感器；激光焊接装置
。2.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述空缺区域包括长方形或正方形空缺区域；所述空缺区域的面积占压紧工装的总面积的比例为
20
％～
30
％；所述压紧工装具有长方体结构
。3.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述空缺区域具有台阶孔结构；所述压紧工装远离支撑工装的上表面为顶面，临近支撑工装的下表面为底面；所述空缺区域在压紧工装顶面的面积大于在压紧工装底面的面积；所述空缺区域中台阶距离顶面的高度占空缺区域高度的
80
％～
90
％
。4.
根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述激光焊接装置的焊接头位于空缺区域的上方；所述焊接头上的激光发射器射出端位于压紧工装的顶面以上；所述焊接头上的激光发射器与压紧工装的底面呈
10
°
～
30
°
设置；所述激光发射器射出端距离压紧工装的底面的距离为
250
～
270mm。5.
根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述激光焊接装置的保护气导管出口端位于空缺区域的台阶与压紧工装的底面之间；所述保护气导管出口端与压紧工装的底面呈
30
°
～
45
°
设置；所述护气导管出口端距离压紧工装的底面的距离为3～
15mm。6.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述锁压装置包括第一锁压装置和第二锁压装置；所述第一锁压装置的一端压在压紧工装的一端，另一端关联在基座上；所述第二锁压...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋坤林，刘韶庆，曲华，张涛，张闰琦，
申请(专利权)人：国家高速列车青岛技术创新中心，
类型：发明
国别省市：