碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接工藝研究.pdf

1、現(xiàn)代汽車工業(yè)需要生產(chǎn)出更安全和更可靠的產(chǎn)品來滿足政府和消費者的需求，為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少尾氣排放，輕量化車身是一個很好的解決方案。所以越來越多的輕質(zhì)材料如鋁合金、鎂合金，尤其是尼龍及尼龍復(fù)合材料被使用在車身上來減輕汽車的重量。碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材粒是一種高性能的新型材料，它具有優(yōu)異的力學(xué)性能，強(qiáng)度高，比重小，可廣泛用于汽車工業(yè)，航空航天等新興領(lǐng)域。在汽車生產(chǎn)中獲得一種高效可靠的連接方法用于尼龍復(fù)合材料十分必要。超聲波焊接是一種有效的

2、熱塑性塑料的連接手段，焊接具有速度快、效率高、能耗低，操作方便，宜于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在汽車、電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，對于碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料，超聲波焊接是可能是一種有效的連接方法。
　　本工作首先研究超聲波的焊接參數(shù)如時間，壓力等對碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料焊接強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)在0.15MPa下，2.1s時可是達(dá)到最佳的焊接強(qiáng)度。其次對焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)，焊接過程進(jìn)行系通研究。焊接接頭的結(jié)構(gòu)可以分為基體區(qū)，熱影響區(qū)，熔

3、合區(qū)。熔合區(qū)的厚度增加會使焊接的強(qiáng)度提高，當(dāng)焊接能量過多時，焊接接頭的上表面塌陷，多孔區(qū)的厚度增加，都會造成焊接接頭的強(qiáng)度下降。為了得到適合的焊接質(zhì)量控制方法，以焊核的尺寸來評估焊接質(zhì)量的好壞，在合適的焊接參數(shù)下，焊核面積要達(dá)到380 mm2才能夠使焊接強(qiáng)度滿足要求，達(dá)到5.2kN以上。
　　在尼龍66中加入短碳纖維能夠使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，拉伸模量都有較大提高，改善尼龍66的性能。通過DMA分析，發(fā)現(xiàn)隨著碳纖維含量的增加，復(fù)合材

4、料儲能模量和損耗模量增加。儲能模量高可以使更多的振動能量被傳遞到焊接面，損耗模量高在焊接過程中可以使材料將更多的振動能耗散為熱能。碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 mas s％復(fù)合材料，在兩板的焊接界面吸收更多的能量，熔合區(qū)的厚度較大，熔合區(qū)的碳纖維含量也較多，焊接接頭具有較高的焊接強(qiáng)度。碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 mas s%復(fù)合材料焊接結(jié)頭多為焊接面剝離失效，40 ma ss%復(fù)材料焊接接頭的失效形式為板材斷裂，而尼龍66焊接接頭為混合失效。因此，碳