CFRTP/Al非接触超声辅助激光连接工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金(Al)组成的叠层结构广泛应用于航空航天、汽车等领域,实现CFRTP/Al叠层的非破坏、高可靠连接是保证装备使役性能的关键。激光连接技术以其能量密度集中、效率高、易于实现自动化等优点已成为CFRTP/Al异种材料连接的热门技术,但CFRTP对温度敏感,在激光连接时易过热分解产生孔隙,接头固化后孔隙存留在接头内形成缺陷显著降低了接头性能。超声辅助激光连接通过在金属侧以接触形式施加超声,有效减少了接头内孔隙。但对于CFRTP/Al叠层,由于CFRTP透光性差,激光需从金属侧施加,超声若以接触形式施加于CFRTP侧,超声的高频振动会使工件各接触面剧烈摩擦,产生大量热量,从而加剧接头的热损伤,进而降低接头性能。本文研究了非接触超声辅助激光连接工艺,对比了不同超声施加形式下的接头外观与接头性能,并进一步分析了工艺参数对接头性能的影响,发现以非接触形式施加超声后接头性能最大约为3kN,相比未施加超声接头的性能提高了约1倍,接头性能提升效果随超声作用距离增大而降低,随超声频率增大而增大,但超声频率约为26 kHz时提升效果降低。

超声辅助激光连接金属与塑料试验分析

采用响应曲面设计方法 RSM (Response Surface Methodology)对超声辅助激光焊接钛和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的参数进行优化,主要研究了激光功率、超声振幅和间歇性超声作用时间对接头强度,气泡缺陷及焊接过渡层厚度的影响.并利用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了超声波作用时间和振幅对连接界面有益化学键形成的影响.结果表明,激光功率、超声振幅和超声作用时间对焊接强度的影响规律是相同的,即在达到最大值之后,随着参数值的增加而减小.当激光功率为60 W时,超声波作用时间或超声波振幅的增大都会促进Ti-C键的生成,使焊接过渡层厚度增加.试验还表明,当激光功率小于65 W时,辅助超声波的引入可以引起气泡流动,有效减小气泡缺陷.