一种金属和热塑性复合材料激光压焊装置及其方法和应用

技术特征：
1.一种金属和热塑性复合材料激光压焊装置，其特征在于，包括：支撑台、激光器和球形压头，支撑台设有通槽，球形压头位于通槽内，球形压头一端与顶杆活动连接；所述支撑台设有夹具，夹具与激光器位于支撑台的同侧，激光器与顶杆位于支撑台两侧，激光器、球形压头、顶杆轴线重合。2.根据权利要求1所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置，其特征在于，所述夹具为两个，位于通槽两侧。3.根据权利要求1所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置，其特征在于，所述顶杆通过气动加压装置为球形压头提供压力；优选地，所述压力可调节范围为200
‑
2000n。4.根据权利要求1所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置，其特征在于，所述装置还包括金属和热塑性复合材料，热塑性复合材料位于金属和支撑台之间。5.根据权利要求4所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置，其特征在于，所述金属表面设有微织构，微织构由凹槽阵列结构组成，间距80～200μm，深度200
‑
450μm；优选地，所述凹槽形状为锥形、圆柱形、球头形或楔形凹槽形状；优选地，所述金属选自钛合金、不锈钢、铝合金、镁合金中的至少一种，金属厚度为1
‑
5mm。6.根据权利要求4所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置，其特征在于，所述热塑性复合材料选自短程或连续碳纤维增强的聚醚醚酮、聚苯硫醚或尼龙六中的至少一种，增强热塑性复合材料板厚为2
‑
5mm。7.使用权利要求1至6中任一项所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置进行金属和热塑性复合材料的激光热导焊接方法，其特征在于，包括：将金属和热塑性复合材料置于支撑台的通槽上，热塑性复合材料位于金属和支撑台之间，采用夹具固定金属，调整激光器光斑位置，保证光斑中心与支撑台通槽的中心在同一轴线上；调整顶杆位置，使球形压头的轴心处于支撑台通槽的中心位置，调整启动压力控制器参数至设定值，位于通槽的金属和热塑性复合材料在夹具和球形压头作用下受到挤压；设定激光工艺参数，设定支撑台的移动速度完成焊接移动过程，移动速度为焊接速度；开始激光热导焊接，顶杆维持压力不变，支撑台移动一定距离后完成搭接焊接，待冷，卸压，卸掉工装，完成焊接过程。8.根据权利要求7所述金属和热塑性复合材料的激光热导焊接方法，其特征在于，所述的支撑台的移动由电动驱动导轨完成；优选地，所述激光工艺参数为：激光功率为20
‑
500w，激光频率为30
‑
1000hz，脉冲宽度10
‑
500ns，波长800
‑
1100nm，光束扫描速度100
‑
5000mm/s；优选地，所述完成搭接焊接后，持续保压10
‑
20s，冷却卸压。9.权利要求7或8所述金属和热塑性复合材料的激光热导焊接方法制备得到的复合材料。10.权利要求1至6中任一项所述金属和热塑性复合材料激光压焊装置在制备金属和非金属基复合材料中的应用。

技术总结
本发明涉及金属和非金属复合材料激光连接技术领域，具体涉及一种金属和热塑性复合材料激光压焊装置及其方法和应用。为了解决现有技术纤维增强热塑性复合材料与金属激光压焊存在的过程不易控制，工艺繁琐，接头质量差的问题，本发明提出一种金属和热塑性复合材料激光压焊装置及其方法和应用，设置激光器与球形压头同轴，可以确保随焊加压，首先从压力影响流动性的角度，可以在原有焊接时间内加速熔融层流入金属表面微织构间隙；其次从压力影响界面热传导的角度，接触压力的增加能够提升界面传热，促使CFRP基体在更短时间内熔融，从一定程度上增加了熔融层保持熔融状态的时间，有利于消除界面空隙。于消除界面空隙。于消除界面空隙。


技术研发人员：耿培皓 马宏 秦国梁 王鸣翔
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2021.08.20
技术公布日：2021/11/23