【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种焊接，特别是涉及一种金属件和聚合物件的焊接方法、金属-聚合物焊接件。
技术介绍
1、多种类、多功能化的材料设计可以减轻构件的重量，提高设计灵活性，提高能源利用率，从而在车辆、航空航天等领域受到广泛的关注。纤维增强聚合物基材料(frp)因其高比强度、高模量、高耐蚀性等优点成为功能件甚至结构件的主要选择。比如，采用frp制造的汽车车身和底盘，其重量仅约为铝结构的一半。同时，很多关键结构的选材上，金属材料仍然无法被替代。因此，实现金属和frp的高质量连接，将综合这两种材料的优点，实现构件的轻量化和高性价比。但是，由于这两种材料在物理和化学性质上的巨大差异，实现高质量的连接并不容易。传统的连接方法主要为粘结和机械连接。但这两种方法存在固有不足，难以满足现代装备制造的高要求。粘结存在连接时间长、易老化等问题；机械连接存在构件增重、气密性不足等问题。
2、因此，为克服传统连接技术的不足，有必要开发强大的技术来实现金属和frp的直接连接。目前，已开发出的摩擦搭接焊(flw)技术，在金属和frp的搭接界面同时施加热和压力，促进聚合物流动的同时，也促进金属和frp之间的相互反应。其反应主要为frp基体的羰基(c＝o)等极性官能团与金属形成强的c-o-m化学键合(其中m代表被焊的金属元素)。在界面上形成的化学键合，可同时实现密封性和高强度的良好结合，从而形成可靠的连接。
3、但是，对于目前开发的摩擦搭接焊(flw)技术，只有在足够的外加热量和压力下，羰基等极性官能团才能与金属表面发生反应，形成化学键。因此，
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种金属件和聚合物件的焊接方法、金属-聚合物焊接件，主要目的在于提供一种新型焊接方法，该焊接方法能提高金属-聚合物接头的强度、安全性。
2、为达到上述目的，本专利技术主要提供如下技术方案：
3、一方面，本专利技术的实施例提供一种金属件和聚合物件的焊接方法，其包括如下步骤：
4、加工预制孔步骤：在金属件的待焊接处加工多个预制孔；
5、装配步骤：将所述金属件的待焊接处和聚合物件的待焊接处搭接在一起，形成待焊接的接头；
6、施焊步骤：在所述待焊接的接头上铺设施焊金属板，使焊接工具在所述施焊金属板上旋转，与施焊金属板进行摩擦，产生摩擦热和压力(即，轴向压力，焊接工具从垂直于施焊金属板的法线方向施加压力)；在摩擦热和压力的作用下，聚合物件的待焊接处与金属件的待焊接处相接合，且靠近金属件的聚合物受热软化后，部分被挤入所述预制孔中，从而获得具有机械互锁和化学键合的连接界面的金属-聚合物接头。
7、优选的，所述聚合物件的材质为纤维增强聚合物基材料frp。
8、优选的，所述金属件为金属板材；和/或所述聚合物件为聚合物板材。
9、优选的，在所述加工预制孔步骤中：多个所述预制孔沿着焊接方向排布在所述金属件的待焊接处；和/或所述预制孔的直径为2-8mm，优选为2.5-6.5mm；和/或相邻两个所述预制孔的圆心间距为5-20mm，优选为10-14mm；和/或多个所述预制孔的直径相同；和/或所述预制孔为通孔。
10、优选的，在所述装配步骤中：将所述金属件的待焊接处搭接在所述聚合物件的待焊接处的上方；优选的，在所述金属件的待焊接处上铺设用于覆盖预制孔的金属箔，以使待焊接的接头包括从上到下依次层叠的金属箔、金属件的待焊接处、聚合物件的待焊接处；优选的，金属箔的厚度为0.3-0.8mm，优选为0.4-0.7mm。
11、优选的，在所述施焊步骤中：所述焊接工具为无针焊接工具(具体地，焊接工具为工具钢制，形状为圆柱形且与施焊板接触处为平面)。
12、优选的，所述焊接工具的旋转速度为800-2000r/min，优选为1200-1600r/min；和/或所述焊接工具的焊接速度为1000-5000mm/min，优选为1000-2000mm/min；和/或所述焊接工具在施焊金属板的下压量范围为1-1.6mm，优选为1.2-1.6mm。
13、优选的，在所述施焊步骤中，预制孔的直径φ、焊接工具的转速ω、焊接速度υ、下压量η需满足如下关系：
14、其中，2mm≤φ≤8mm，800r/min≤ω≤2000r/min，1000mm/min≤υ≤5000mm/min，1mm≤η≤1.6mm。
15、在此，满足上述公式，能最大程度发挥机械互锁和化学键合的效果，使强度得到较大的提升。
16、优选的，在所述施焊步骤中，预制孔的直径φ、焊接工具的转速ω、焊接速度υ、下压量η需满足如下关系：
17、
18、其中，2.5mm≤φ≤6.5mm，1200r/min≤ω≤1600r/min，1000mm/min≤υ≤2000mm/min，1.2mm≤η≤1.6mm。
19、另一方面，本专利技术的实施例提供一种金属-聚合物焊接件，其中，在所述金属-聚合物焊接件上的金属-聚合物接头中：部分聚合物挤入所述金属件的预制孔内，形成机械互锁结构，并且，挤入预制孔内的聚合物与预制孔之间、未挤入预制孔内的聚合物与金属之间均通过化学键合连接；优选的，所述聚合物为纤维增强聚合物基材料frp；优选的，利用上述任一项所述的金属件-聚合物件的焊接方法将金属件和聚合物件焊接，得到金属-聚合物焊接件。
20、与现有技术相比，本专利技术的一种金属件和聚合物件的焊接方法、金属-聚合物焊接件至少具有下列有益效果：
21、一方面，本专利技术提供的一种金属件和聚合物件的焊接方法，主要包括如下步骤：在金属件的待焊接处加工多个预制孔；将金属件的待焊接处和聚合物件的待焊接处搭接在一起，形成待焊接的接头；在待焊接的接头上铺设施焊金属板，使焊接工具在施焊金属板上旋转，与施焊金属板进行摩擦，产生摩擦热和压力；在摩擦热和压力的作用下，聚合物件的待焊接处与金属件的待焊接处相接合，且靠近金属件的聚合物受热软化后，部分挤入预制孔中，从而获得具有机械互锁和化学键合的连接界面的金属-聚合物接头。在此，关于本专利技术的上述步骤，本专利技术通过在金属件的待焊接处加工多个预制孔，这样的话，在后续施焊过程中，一方面，预制孔内部残留的空气可以作为气穴，增加化学键合，另一方面，靠近金属件的聚合物受热软化后，部分挤入预制孔中，形成机械互锁。综上，本专利技术的上述方法开发了可以引入气穴并增加机械互锁的摩擦焊技术，从而能获得强度、安全性优异的金属-聚合物接头。
22、进一步地，本专利技术提供的一种金属件和聚合物件的焊接方法，在装配步骤中：将金属件的待焊接处搭接在聚合物件的待焊接处的上方；并且，在金属件的待焊接处上铺设用于覆盖预制孔的金属箔，以使待焊接的接头包括从上到下依次层叠的金属箔、金属件的待焊接处、聚合物件的待焊接处。在此，本专利技术通过在预制孔上铺设金属箔，可以满足接头的美观性要求。
23、进一步地，本专利技术实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，所述聚合物件的材质为纤维增强聚合物基材料FRP。
3.根据权利要求1或2所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，所述金属件为金属板材；和/或
4.根据权利要求1-3任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述加工预制孔步骤中：
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述装配步骤中：
6.根据权利要求1-5任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述施焊步骤中：所述焊接工具为无针焊接工具。
7.根据权利要求1-6任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，
8.根据权利要求1-7任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述施焊步骤中，预制孔的直径φ、焊接工具的转速ω、焊接速度υ、下压量η需满足如下关系：
9.根据权利要求8所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，
10.一种金属-聚合物焊接件，其特征在于，在所述金属-聚合物焊接件上的金属-聚合物接头中：部分聚合物挤入所述金属件的预制孔内，形成机械互锁结构，并且，挤入预制孔内的聚合物与预制孔之间、未挤入预制孔内的聚合物与金属之间均通过化学键合连接；
...【技术特征摘要】
1.一种金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，所述聚合物件的材质为纤维增强聚合物基材料frp。
3.根据权利要求1或2所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，所述金属件为金属板材；和/或
4.根据权利要求1-3任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述加工预制孔步骤中：
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述装配步骤中：
6.根据权利要求1-5任一项所述的金属件和聚合物件的焊接方法，其特征在于，在所述施焊步骤中：所述焊接工具为无针焊接工具。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰超，姜春阳，吴利辉，薛鹏，张昊，倪丁瑞，肖伯律，马宗义，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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