本課題為ZZU-GM聯(lián)合基金項目‘'Real-time Weld Inspection/Correction Process Development"的研究內(nèi)容的一部分,基于碳纖維增強尼龍66復(fù)合材料超聲波焊接技術(shù),在研究焊接工藝參數(shù)及焊板間隙對焊接質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上,通過二次焊接修復(fù)技術(shù)對缺陷接頭進行修復(fù)；通過設(shè)計新型預(yù)壓環(huán)夾具以及采用粘-焊復(fù)合連接技術(shù)提高碳纖增強尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接強度和焊接質(zhì)量,取得如下研究成果：(1)對于搭接25mm,厚度4mm的碳纖維增強尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接強度隨著焊接時間的增加先增加后下降,最佳工藝參數(shù)是2.1s焊接時間,0.15MPa焊接壓力,最佳焊接強度大于5.5kN,焊接強度和焊接面積成正比。板材間隙降低了接頭的焊接強度,特別是當(dāng)間隙大于0.5mm時,焊接強度顯著降低,說明焊接面的接觸情況對超聲波焊接的質(zhì)量具有顯著影響。(2)二次焊接可以顯著改善有焊接缺陷的接頭(0.7mm板間隙)質(zhì)量,增加接頭強度。最佳的二次修復(fù)能量為5kJ,修復(fù)后的接頭強度可達(dá)到5kN以上。超聲波焊接修復(fù)的主要機理是有缺陷接頭已存的焊核區(qū)域邊緣二次熔化,使得接頭的焊核面積增加,承載面積增大,從而使焊接強度提高。(3)預(yù)壓環(huán)制備的超聲波焊接接頭的強度與焊接時間關(guān)系類似于常規(guī)焊接夾具并具有相同的最佳焊接參數(shù)。在相同焊接參數(shù)下,預(yù)壓環(huán)焊接接頭的焊接強度高于常規(guī)夾具焊接接頭。原因在于預(yù)壓環(huán)夾具有利于焊接過程中超聲波能量的吸收,因此,預(yù)壓環(huán)焊接接頭的焊核總是起始于焊接區(qū)域中心部位形成中心焊核,然后逐步向周邊擴展,不但增加了接頭的焊核尺寸,增加了穩(wěn)定熔合區(qū)厚度,而且減輕了周邊焊核引起的應(yīng)力集中,降低了焊接接頭板材斷裂的幾率。(4)預(yù)壓環(huán)夾具制備的粘-焊接頭的接頭強度較常規(guī)夾具制備的粘-焊接頭強度提高近40%,吸收的能量提高1.4倍。粘-焊能夠提高接頭強度和吸能效果的原因可能是粘接劑進一步促進了超聲波的傳遞,促進接頭的熔合。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332

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本文編號：1315617