热塑性复合材料的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种热塑性复合材料的焊接方法。
【背景技术】
[0002]目前，热塑性复合材料主要采用电阻植入焊、电磁感应焊和超声波焊接等方法完成焊接。其中，电阻植入焊工艺简单、设备灵活、无需表面处理，但是在焊接过程中，焊接头会引入杂质，从而降低了焊接头的疲劳性能和电气性能的均匀性；电磁感应焊可以进行连续的焊接，但是，其存在植入材料成本高、填充材料影响焊接强度、难以焊接具有复杂焊接面的结构等问题；超声焊具有焊接效率高、接头强度高等优点，但是其存在导能筋制作困难和一次可焊接面积小的局限。
[0003]激光焊接具有工艺简单、成本低廉、加热速度快、穿透能力强、热影响区小，接头强度高、成分均匀等优点，并可完成一次性大面积焊接，但是，在利用激光进行热塑性复合材料的焊接过程中，由于激光的相对温度较高，热塑性复合材料的熔点相对较低，往往会造成热塑性复合材料熔融区域过大致使塑性材料变形现象的发生，从而导致激光焊接无法顺利进行或焊接质量较差。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种热塑性复合材料的焊接方法，解决了采用激光进行热塑性复合材料的焊接而造成的焊接过程无法顺利进行或焊接质量差的问题。
[0005]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种热塑性复合材料的焊接方法，包括以下步骤:
[0007]S1:将第一工件的待焊面和第二工件的待焊面进行预处理，其中，所述第一工件为热塑性复合材料，所述第二工件为热塑性复合材料或金属材料；
[0008]S2:将所述第一工件的待焊面和所述第二工件的待焊面拼接在一起并固定，得到待焊组合体，其中，所述待焊组合体中存在金属材料；将激光聚焦后在所述待焊组合体中的金属材料表面按照预设路径扫描，完成焊接过程。
[0009]在其中一个实施例中，所述第二工件为金属材料时，
[0010]S2包括以下步骤:将所述第一工件的待焊面和所述第二工件的待焊面拼接在一起并直接固定，得到待焊组合体；将激光聚焦后在所述第二工件的表面按照预设路径扫描，扫描完毕后，关闭所述激光，完成焊接过程。
[0011 ] 在其中一个实施例中，所述第二工件为热塑性复合材料时，
[0012]S2包括以下步骤:将所述第一工件的待焊面和所述第二工件的待焊面拼接在一起，然后在拼接区域的两侧贴合金属过渡件，并将所述金属过渡件、所述第一工件和所述第二工件固定，得到待焊组合体；将激光聚焦后在所述待焊组合体中的金属过渡件表面按照预设路径扫描，扫描完毕后，关闭所述激光，完成焊接过程。
[0013]在其中一个实施例中，在所述拼接区域的两侧贴合金属过渡件之前，还包括以下步骤:
[0014]将金属过渡件的表面打磨毛化，并清洗干燥。
[0015]在其中一个实施例中，所述金属过渡件的厚度为Imm?10cm。
[0016]在其中一个实施例中，所述第一工件的预处理步骤为:将所述第一工件的待焊面清洗干净并干燥；
[0017]所述第二工件为热塑性复合材料时，所述第二工件的预处理步骤为:将所述第二工件的待焊面清洗干净并干燥；
[0018]所述第二工件为金属材料时，所述第二工件的预处理步骤为:将所述第二工件的待焊面打磨毛化，清洗干净并干燥。
[0019]在其中一个实施例中，所述热塑性复合材料为纤维增强的热塑性树脂基复合材料。
[0020]在其中一个实施例中，所述热塑性复合材料为碳纤维、硼纤维、石墨纤维或碳化硅增强的PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡胶。
[0021]在其中一个实施例中，所述第一工件和所述第二工件的固定包括以下步骤:
[0022]通过夹具将所述第一工件和所述第二工件进行固定，并通过所述夹具对所述第一工件和所述第二工件施加一定压力。
[0023]在其中一个实施例中，所述第一工件和所述第二工件的拼接方式为搭接、对接或角接。
[0024]本发明的有益效果如下:
[0025]本发明的热塑性复合材料的焊接方法，通过热传导的方式实现焊接过程，首先将激光作用于金属材料表面，通过金属材料将热量传递至热塑性复合材料，热塑性复合材料的表面受热熔融，熔融的热塑性材料充当了焊料，该焊料冷却后即可将两个工件焊接在一起。该方式具有工艺简单、成本低廉、加热速度快、穿透能力强、热影响区小，接头强度高、成分均匀等优点，并可完成一次性大面积焊接，能够避免激光直接照射在热塑性复合材料上造成的熔融区域过大致使热塑性材料变形现象的发生，当热塑性复合材料的熔点较低时，也可以顺利实现热塑性复合材料与热塑性复合材料之间，以及热塑性复合材料与金属材料之间的焊接，且焊缝均匀、焊接质量好，在新能源汽车、无人机、航空航天领域热塑性复合材料零部件的加工上有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的热塑性复合材料的焊接方法中待焊接工件一实施例的拼接示意图；
[0027]图2为本发明的热塑性复合材料的焊接方法中待焊接工件一实施例的拼接示意图；
[0028]图3为本发明的热塑性复合材料的焊接方法中待焊接工件一实施例的拼接示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0030]本发明提供了一种热塑性复合材料的焊接方法，可实现热塑性复合材料与热塑性复合材料之间、以及热塑性复合材料与金属材料之间的可靠性焊接。以下结合图1至图3，对本发明的焊接方法进行详细说明，本发明的焊接方法包括以下步骤:
[0031]S1:将第一工件110的待焊面和第二工件120的待焊面进行预处理，其中，第一工件110为热塑性复合材料，第二工件120为热塑性复合材料或金属材料。
[0032]本发明中，预处理的目的是增强材料的焊接强度。作为一种可实施方式，第一工件110的预处理方式为:将第一工件110的待焊面清洗干净并干燥。较佳地，可利用丙酮或酒精对第一工件110的待焊面进行超声清洗，以有效去除污渍。第二工件120的预处理方式分为两种情况:①第二工件120为热塑性复合材料时，预处理方式与第一工件110的预处理方式相同；②第二工件120为金属材料时，预处理方式为:将第二工件120的待焊面打磨毛化，清洗干净并干燥，其中，打磨毛化的作用是增加第二工件120的待焊面的粗糙度，以便在焊接过程中增加焊料的渗透程度，从而增加焊接的牢固性。此外，第一工件110和第二工件120也可采用其他现有的预处理方式进行处理。
[0033]较佳地，本发明中的热塑性复合材料为纤维增强的热塑性树脂复合材料，优选为碳纤维、硼纤维、石墨纤维或碳化硅增强的PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或橡胶，该种热塑性复合材料其具有比重小、强度高、耐腐蚀、抗疲劳等特点。
[0034]进一步地，本发明中的金属材料选自不锈钢、碳钢和铝合金中的一种。其具有较高的强度，能够与热塑性复合材料之间形成良好的结合，广泛应用于新能源汽车、无人机、航空航天等领域。
[0035]S2:将第一工件110的待焊面和第二工件120的待焊面拼接在一起并固定，得到待焊组合体100，其中，待焊组合体100中存在金属材料；将激光200聚焦后在待焊组合体100中的金属材料表面按照预设路径扫描，完成焊接过程。
[0036]需要说明的是，本发明中，对激光的扫描路径、激光强度、激光的扫描速度和扫描时间没有特殊限定，随着具体的待焊接工件和焊接需求的变化而变化。
[0037]步骤S2中，通过对第一工件110和第二工件120的拼接固定，得到了待焊组合体100，由于待焊组合体100中存在金属材料，因此，在激光焊接时，可直接将激光200打在待焊组合体100中的金属材料上，通过金属材料将激光200的能量传导至热塑性复合材料，热塑性复合材料受热熔融，熔融的热塑性复合材料充当了焊料，该焊料冷却后即可将第一工件110和第二工件120焊接在一起。
[0038]值得注意的是，在激光200的扫描过程中，激光200作用于待焊组合体100上所达到的最高温度应该高于待焊组合体100中热塑性复合材料的熔融温度，同时低于待焊组合体100中金属材料的熔融温度。其中，激光200作用于待焊接工件上所达到的最高温度与激光的扫描速度有关，本发明中，激光200的扫描速度优选为5m/s?lOm/s，在此范围内，焊缝的均匀度较好，焊接强度较高。
[0039]本发明中，可根据不同的焊接需要，将第一工件110和第二工件120按照不同的方式进行拼接，如搭接、对接、角接等。
[0040]较佳地，如图1所示，当第一工件110为热塑性复合材料、第二工件120为金属材料时，S2包括以下步骤:将第一工件110和第二工件120搭接，然后通过夹具300直接固定，并通过夹具300对第一工件110和第二工件120施加一定压力(该压力的大小视具体的焊接工艺而定)，进而得到待焊组合体100 ;将激光200聚焦后在第二工件120表面按照预设路径扫描，扫描完毕后，关闭激光器，取下夹具300，完成焊接过程。该实施方式中，夹具300对待焊接工件施加有一定的压力，在该压力的作用下，熔融的热塑性复合材料能够更好的将第一工件110和第二工件120连接在一起，提高了焊接质量。
[0041]需要说明的是，在其他实施例中，当第一工件11