基于超聲波焊接技術(shù)的Cf-PA6復(fù)合材料的連接及粘接質(zhì)量檢測與修復(fù).pdf

1、隨著30wt.％Cf/PA6復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，超聲波焊接和粘接技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車車身制造。但受零件幾何形狀和設(shè)計等因素的約束，傳統(tǒng)的超聲波焊接方式難于應(yīng)用。此外，工件粘接過程中難于避免出現(xiàn)各種粘接缺陷，但是目前的一些缺陷檢測和修復(fù)方法在一定程度上只能夠檢測出部分缺陷，且修復(fù)困難。針對以上問題，本課題作為鄭州大學(xué)-美國通用汽車公司聯(lián)合研究項目―Jo int Quality Inspection and Repair in Adh

2、esive-Bonding of Po lymeric Composites的一部分，以30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料為研究對象，以超聲波焊接機為工具，開展了30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的超聲波單邊焊接技術(shù)研究、基于超聲波焊接機的30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的粘接缺陷檢測技術(shù)研究、以及30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的粘接缺陷接頭的修復(fù)技術(shù)研究，對30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的超聲波單邊焊接可焊性及焊接機理、超聲波焊接機的

3、焊頭位移與粘接缺陷關(guān)系、自沖鉚接和超聲波焊接的可行性以及應(yīng)用于粘接缺陷接頭修復(fù)的可能性進(jìn)行了分析。取得如下研究成果：
　　30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料具有較好的超聲波單邊焊接性能。在與傳統(tǒng)超聲波焊接接頭（超聲波雙邊焊接）相同的焊接參數(shù)下，超聲波單邊焊接的接頭強度高于傳統(tǒng)超聲波焊接接頭。原因在于超聲波單邊焊接接頭可以吸收更多的超聲波能量、具有更高的焊接溫度、更大的焊核面積。主要的焊接機制為焊頭下方的懸空距離引起的板材彎曲變形造成

4、超聲振動過程中上下板材隨著焊頭發(fā)生周期性的變形-回復(fù)-變形運動，從而在焊接面上產(chǎn)生上、下焊接板材的相對滑動和嚴(yán)重的庫倫摩擦和熱量。超聲波單邊焊接的焊接機制可以借助于金屬材料的焊接機制，通過考慮板材焊接過程中在寬度方向和長度方向上彎曲變形的差異以及焊頭壓力和焊頭振幅的變化，采用簡化的分析模型進(jìn)行分析，理論分析與試驗結(jié)果的變化趨勢一致。
　　粘接缺陷造成粘接接頭的下降，缺陷面積的增大，粘接接頭的強度下降明顯，在缺膠面積達(dá)到50%時，接

5、頭強度較無缺陷接頭強度大約下降到了30%~45%；相對而言，接頭中間缺膠的缺陷對接頭的強度影響較小。粘接樣品中的缺陷面積（對于缺陷接頭）和空氣層厚度（對Kissing缺陷）影響超聲波加熱時的焊頭最終位移。缺膠接頭中的粘接面積越大或Kissing缺陷接頭中的空氣層厚度越薄，焊頭的最終位移越大。因此，利用超聲波焊接機檢測粘接缺陷是可行的。
　　基于超聲波焊接技術(shù)的30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料的Henkel5089粘接接頭的最佳檢測

6、參數(shù)為，Φ10mm焊頭，0.075 MPa檢測壓力和1.0s檢測時間。所得到的粘接缺陷檢測閾值為0.38mm的焊頭最終位移。當(dāng)焊頭的最終位移大于0.38 mm時，可以認(rèn)為粘接樣品為無缺陷樣品；否則為缺陷樣品。
　　30wt.%Cf/PA6復(fù)合材料可以采用自沖鉚接工藝鉚接進(jìn)行連接，其粘接接頭也具有較好的超聲波焊接可行性。通過在鉚頭與板材間預(yù)加0.1mm金屬墊片，采用11 mm鉚釘制備的自沖鉚接接頭的接頭強度明顯高于超聲波雙邊焊接的接