碳纖維熱塑性復(fù)合材料(CFRTP)具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕、抗疲勞、耐熱性好等特點(diǎn),是輕量化制造的重要材料,在航空航天、新能源汽車領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。實(shí)現(xiàn)CFRTP材料之間及CFRTP與金屬材料之間高質(zhì)量的連接是其應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。激光連接技術(shù)具有速度快、強(qiáng)度高、振動(dòng)應(yīng)力小、工藝靈活等特點(diǎn),在CFRTP與金屬材料連接上較膠接、機(jī)械連接等技術(shù)具有優(yōu)勢(shì)。為了明晰CFRTP與金屬材料的連接機(jī)理,探索連接工藝,獲得高質(zhì)量的連接接頭,本文選擇CFRTP與不銹鋼作為實(shí)驗(yàn)材料,使用光纖激光器對(duì)CFRTP/不銹鋼激光直接連接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,建立了基于接觸熱導(dǎo)率的連接數(shù)學(xué)模型,并利用有限元法對(duì)激光連接過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。首先,利用光纖激光器對(duì)CFRTP/不銹鋼激光直接連接進(jìn)行了探索性實(shí)驗(yàn)研究,通過單因素實(shí)驗(yàn)法研究了工藝參數(shù)(激光功率、掃描速度和夾具壓力)對(duì)連接質(zhì)量(接頭強(qiáng)度、接頭熔寬和不銹鋼熔寬)的影響規(guī)律。結(jié)果表明,工藝參數(shù)的選擇直接決定著CFRTP/不銹鋼的連接質(zhì)量;利用激光共聚焦顯微鏡(LSCM)、掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)對(duì)接頭進(jìn)行觀察和檢測(cè),分析發(fā)現(xiàn)連接界面處存在著機(jī)械連接(錨固... 

【文章來源】：寧波大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

碳纖復(fù)合材料的應(yīng)用：（a）寶馬i3全碳纖車身；（b）寶馬7系車體中的碳纖分布

測(cè)得接頭的剪切強(qiáng)度達(dá)到25MPa。所以利用超聲波焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)碳纖維熱塑復(fù)合材料與金屬的連接，但問題是會(huì)破壞纖維結(jié)構(gòu)，且連接強(qiáng)度很難繼續(xù)提高。圖1.2 超聲波焊接設(shè)備示意圖Fig.1.2 Diagram of ultrasonic welding equipment（2）電阻加熱焊碳纖熱塑復(fù)合材料的電阻加熱焊與金屬的電阻焊有所不同：金屬的電阻焊是在兩個(gè)連接件表面之間產(chǎn)生電阻熱而使之焊接在一起；而碳纖熱塑復(fù)合材料的電阻加熱焊則是在兩個(gè)表面之間放置加熱元件，通過加熱元件來加熱這兩個(gè)連接件表面并使之焊接在一起，如圖 1.3 所示。在航空、航天工業(yè)中經(jīng)常使用電阻加熱焊進(jìn)行碳纖熱塑復(fù)合材料與 7075-T6鋁合金的連接，其抗剪強(qiáng)度為 17.7~19.9MPa，大部分接頭斷裂在結(jié)合界面上，甚至斷裂在加熱元件上[20, 21]。由于焊接后加熱元件殘留在接頭中，成為接頭的一部分，這就要求加熱元件與復(fù)合材料之間必須具有很好的相容性，并能很好地形成結(jié)合。所以，電阻加熱焊有一定的應(yīng)用范圍，但其最大的缺點(diǎn)是接頭里殘留有加熱元件，會(huì)影響接頭的疲勞性能。圖1.3 電阻加熱焊示意圖 圖1.4 攪拌摩擦焊示意圖Fig.1.3 Diagram of resistance heating welding Fig.1.4 Diagram of friction stir welding（3）攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是通過攪拌頭與待連接件的摩擦產(chǎn)生熱量（圖1.4），使該部位復(fù)合材料中

元件與復(fù)合材料之間必須具有很好的相容性，并能很好地形成結(jié)合。所以，電阻加熱焊有一定的應(yīng)用范圍，但其最大的缺點(diǎn)是接頭里殘留有加熱元件，會(huì)影響接頭的疲勞性能。圖1.3 電阻加熱焊示意圖 圖1.4 攪拌摩擦焊示意圖Fig.1.3 Diagram of resistance heating welding Fig.1.4 Diagram of friction stir welding（3）攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是通過攪拌頭與待連接件的摩擦產(chǎn)生熱量（圖1.4），使該部位復(fù)合材料中

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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