本创新技术涉及一种新型连接结构,旨在实现金属与碳纤热塑复合材料的有效结合。该结构包含金属连接强化部分、金属板材以及碳纤热塑材料,配备专用的固定加载台和焊接设备,以及一套专为此类材料设计的焊接工艺。
背景技术
碳纤热塑复合材料是一种碳纤维增强的高分子复合材料,其高的比强度、优异的耐候性和低密度,使之成为交通载具节能提效的最优候选材料之一,在交通运输、海空航天等领域展现出极具吸引力的应用前景。虽然碳纤热塑复合材料展现出优异的性能和广阔的应用前景,但是其完全取代现有的金属结构仍然存在诸多问题。通过部分零部件的替代是推动碳纤热塑复合材料应用,并改善现有运载工具能效比的重要手段。目前碳纤热塑复合材料已经在最新的大型客机上大比例应用,显著降低了飞行能耗。然而,如何实现碳纤热塑复合材料与现有运载工具金属构件的连接仍然是一个大问题。
目前,常用的连接方式是铆接,其随时可以实现碳纤热塑复合材料和金属构件的连接,但是密集的铆接孔会破坏碳纤维的连续性,导致失效沿铆接孔向外扩展,降低碳纤维的承载能力。胶粘工艺虽然不会破坏碳纤热塑复合材料的结构连续性,但是胶粘层的结合力较低,且容易老化,难以应对高载荷条件下的应用。相对而言,激光连接展现出更具应用前景的效果,其不需破坏碳纤热塑复合材料的结构连续性,又能实现界面的致密性连接。但是,金属和碳纤热塑复合材料巨大的材质结构和物理化学性能差异,导致连接界面难以形成分子或原子键合,从而无法获得高的连接强度。
而且,单一的搭接连接头容易在受力的过程中产生剪切效应,极易导致连接界面的失效。因此,优化金属和碳纤热塑复合材料的连接头结构和开发更加合理的辅助装置及配套工艺便极具意义,其可进一步提高金属和碳纤热塑复合材料的连接强度。
虽然现有技术公开了一些金属和碳纤热塑复合材料的激光焊接方法,但是没有解决接头失效模式,也没有获得强度的成倍提高,而且相关的压力加载不够均匀,部件定位不精准,无法实现金属和碳纤热塑复合材料高质量、高效率的加工。
综上,现有的技术存在金属和碳纤热塑复合材料的连接强度不足,容易出现连接失效、稳定性及可靠性不足等技术缺陷,所述种种缺陷严重限制了本领域的进一步发展及推广应用。
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术问题。
实现思路