长玻璃纤维增强热塑性进气歧管的振动摩擦焊接工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料焊接技术领域，具体涉及一种长玻璃纤维增强热塑性复合材料汽车用进气歧管零部件产品的焊接。
【背景技术】
[0002]目前，国内外普遍采用长纤维或短纤维增强传统的材料性能，其中纤维增强的聚丙烯(PP)和尼龙(PA)属于主要的两大类。在长纤维增强材料中，长纤维增强尼龙材料用量较大，使用范围较广，但是随着新技术不断创新与应用，长纤维增强热塑性聚丙烯材料发展和应用越来越广。相对长纤维增强热塑性尼龙复合材料，长纤维增强热塑性聚丙烯复合材料具有密度低、耐腐蚀性好，而且其强度、刚度、耐冲击等均有较大改善，正替代尼龙增强复合材料，广泛地应用到发动机周边及车身等功能件、结构件上。
[0003]汽车用进气歧管的功能是通过气缸盖上的进气口将空气及燃油混合气通入缸中，尽可能将容积效率最大化。进气歧管安装于气缸盖上，并与中央储气室相连接。如在规定转速条件下，满足扭矩及功耗要求。在实际服役过程中，汽车发动机转速、扭矩及功率不断提升，以实现更强劲的动力，这对于发动机进气歧管本身的性能也提出了更高的要求，其中随着进气压力的增大，要求该零件拥有足够的强度，由于目前汽车发动机进气歧管均为多件组合型设计，整个总成零件的强度除与母材的强度有关外，还与各子构件间的连接强度相关，尤其采用复合材料时，基于其特性导致的低焊接性，连接问题更为重要。采用振动摩擦焊方法，通过简单的机械方法，不需添加任何附加剂，即可实现这一类材料间的可靠连接，是目前最适合于该类材料的连接工艺手段。
[0004]目前，国内针对塑料零部件的振动摩擦焊技术的研发与应用已有一定基础，但是现有技术仅能满足结构相对简单、壁厚较大的常规塑料零部件加工需求，针对汽车用发动机进气歧管这类结构复杂、薄壁型特殊构件，缺乏成熟的工艺方法。此外，目前已有的研究尚局限于传统的一些材料，对于长纤维增强热塑性聚丙烯复合材料等新材料的振动摩擦焊适宜参数范围等也缺乏相关数据，无法满足行业需求。对现有相关技术的文献检索发现，国内目前尚无针对汽车用复合材料进气歧管零部件完整的振动摩擦焊工艺方法介绍，因此迫切需要在这方面开展研究，形成技术体系，满足长纤维增强热塑性聚丙烯等新材料在汽车上的应用需求。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种可供工业化推广应用的长纤维增强热塑性复合材料(如聚丙烯)汽车用进气歧管零部件的振动摩擦焊工艺方法。
[0006]本发明所采用的技术方案为:一种长玻璃纤维增强热塑性进气歧管的振动摩擦焊接工艺，其特征在于:所述进气歧管为焊接组合件，从上到下依次分为上段、中段和下段，上段为弯曲的歧管本体，中段为连接部分，下段为底座部分，上段与中段通过弧形轮廓面焊接，中段与下段通过平面轮廓面焊接，三段均采用长玻璃纤维增强热塑性材料注塑成型，焊接时首先在振动摩擦焊接机上将上段与中段固定在第一套夹具上进行焊接，再将焊好的上段与中段的结合体与下段固定在第二套夹具上焊接完成最终零件连接装配；
[0007]基于长玻璃纤维增强热塑性材料特性，所采用的焊接参数条件如下:振动频率为230?240Hz、振幅< 1.2臟、焊接压力为1000?1200恥3、焊接时间为2086(:、焊缝熔深为1.5?1.8mm范围内；
[0008]上述上段、中段、下段相互间的焊缝设计为多段式结构，沿焊缝各焊接段之间的夹角α < 60°、各焊接段长度L < 30mm，相邻两焊接段的转折部位通过圆弧过渡;为保证焊接质量，要求沿整个焊缝轮廓面范围内各处接触摩擦面破面角8°。
[0009]振动摩擦焊为纯机械焊接，焊接过程中利用两工件之间经过强烈的线性接触振动摩擦产生的热量，使焊缝材料被熔化，焊后再通过一段时间的保压处理，通过焊缝两侧相互间的材料渗透扩散，使两侧工件连接到一起，尤其适用于长玻璃纤维增强热塑性复合材料等非金属材料零件的连接，可有效避免传统熔焊方法因使用添加剂出现的焊缝污染、气孔、裂纹等缺陷。此外由于一般复合材料焊缝强度系数难以达到较高的水平，采用振动摩擦焊，在实现材料熔化连接基础上，又能通过振动摩擦焊后保压处理，通过增强焊缝处的组织致密性，实现焊接强度提升。
[0010]作为上述方案的优选，所述上段与中段焊接、中段与下段焊接时，针对焊接端面规格，在焊缝左右外侧各设置了一个溢料收集器，设计带溢料收集器一端为窄边焊缝结构，另一端则为宽边焊缝结构，以控制溢料走向，窄、宽边焊缝宽度比设计为4/6。通过优化零件外壳焊缝相关几何参数，保证焊接过程中焊缝各部位处的均匀散热，并对焊接产生的溢料起导流作用。
[0011]进一步，每个所述溢料收集器的收集量不得小于焊接时正常的溢出量，溢料收集器与宽边焊缝外侧壁之间的间隙d为0.5_±0.1mm。增设溢料收集器，防止飞边沿某侧溢出的情况，同时限定溢料收集器与宽边焊缝外侧壁之间的间隙，以防止焊接过程中溢料收集器与宽边焊缝间发生非正常接触摩擦。
[0012]另外，为避免焊接过程中焊缝处出现翘曲变形，在各段沿焊缝背面的外沿处设计了加强筋，以提高该处的刚度。
[0013]本发明的有益效果:适用于长玻璃纤维增强热塑性复合材料汽车用进气歧管的焊接装配，通过从焊接工艺、焊接结构、焊接参数等方面进行限定，可实现较大的熔深、提升连接强度水平及其在整个焊缝上的分布均匀性、装配精度等，并降低构件焊接变形，满足产品设计、制造需求。
【附图说明】
[0014]图1为焊接装配后的进气歧管结构示意图；
[0015]图2为进气歧管各段振动摩擦焊焊接分割轮廓线示意图；
[0016]图3为进气歧管各段振动摩擦焊焊缝结构设计示意图；
[0017]图4为接触摩擦面对应的破面角示意图。
【具体实施方式】