1.一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于包括如下步驟:
步驟一、將待焊金屬件與待焊熱塑性復(fù)合材料件的待焊面進行粗化處理,清洗干凈并干燥;
步驟二、將待焊金屬件與待焊熱塑性復(fù)合材料件拼接在一起并固定,然后置于焊接區(qū)域;
步驟三、將感應(yīng)加熱裝置置于焊接區(qū)域上方,根據(jù)計算公式:確定感應(yīng)電流在金屬件中趨膚深度,其中δ為趨膚深度,單位mm;ρ為金屬的電阻率,單位Ω·cm;μr為金屬的相對磁導(dǎo)率;f為電源的電流頻率,單位Hz;當(dāng)金屬件位于近線圈側(cè)時,由感應(yīng)電流趨膚效應(yīng)可知感應(yīng)電流集中在金屬件的上表面,因此應(yīng)使得趨膚深度δ>金屬件厚度t,從而感應(yīng)電流在金屬件中產(chǎn)生的熱量可傳遞到熱塑性復(fù)合材料件表面;當(dāng)熱塑性復(fù)合材料件位于近線圈側(cè)時,由感應(yīng)電流的趨膚效應(yīng)可知感應(yīng)電流集中在金屬件的上表面,因此應(yīng)使得趨膚深度δ<金屬件的厚度t,使得感應(yīng)電流集中在金屬件表面,提高熱塑性復(fù)合材料的升溫速率;
步驟四、設(shè)置感應(yīng)加熱裝置的電流頻率和線圈匝數(shù),電流頻率在50Hz~100kHz之間,線圈匝數(shù)在10匝~40匝之間,利用線圈端部磁場在金屬件中產(chǎn)生的感應(yīng)電流對金屬件進行加熱,使得熱塑性復(fù)合材料中基體樹脂吸收熱量熔化;
步驟五、啟動感應(yīng)加熱裝置,以10mm/min~1000mm/min的焊接速度將感應(yīng)加熱裝置的線圈沿焊接方向移動,熔融的基體樹脂冷卻并與金屬件形成接頭,實現(xiàn)熱塑性復(fù)合材料與金屬的連續(xù)焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:熱塑性復(fù)合材料件的材料為纖維增強的熱塑性樹脂復(fù)合材料,纖維增強的熱塑性樹脂復(fù)合材料由包含增強纖維、基體樹脂、輔料制備而成,各原料所占體積百分數(shù)為:增強纖維15%~80%、基體樹脂19.5%~80%、輔料0.5%~5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:增強纖維為長度為0.2mm~1mm的短纖維時,采用注射成型工藝、擠出成型工藝、離心成型工藝中的一種制備得到熱塑性復(fù)合材料,增強纖維的體積百分數(shù)可達到15%~40%;增強纖維為長度為5mm~25mm的長纖維或連續(xù)纖維,采用預(yù)浸料模壓工藝、片狀模塑料沖壓成型、片狀模塑料真空成型、預(yù)浸紗纏繞成型、拉擠成型中的一種制備得到熱塑性復(fù)合材料,增強纖維的的體積百分數(shù)可達到40%~80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:所述的增強纖維可為碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、碳化硅纖維、kevlar纖維中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:所采用的基體樹脂可為PP-聚丙烯、PA-聚酰胺、PET-聚對苯二甲酸乙二酯、PET-聚丁烯一對苯二甲酸酯、PEEK-聚醚醚酮、PPS-聚苯硫醚中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:所述金屬件的材料可為鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦、鎳中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:步驟二、依據(jù)裝配要求,將待焊金屬件與待焊熱塑性復(fù)合材料件以搭接、對接或角接方式拼接在一起并固定,然后置于焊接區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:步驟一中,對于易與增強纖維產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的金屬件,應(yīng)采用陽極氧化或涂層方法措施予以保護。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種熱塑性復(fù)合材料與金屬的連接方法,其特征在于:增強纖維與金屬件的電位差較大,如鋁合金、鎂合金與碳纖維。