一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉及连接方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411161554.X | 申请日 | 2024-08-23 |
| 公开(公告)号 | CN119146133A | 公开(公告)日 | 2024-12-17 |
| 申请人 | 青岛理工大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 刘洋; 郭浩; 代祎琳; 祈凯飞; 吴庆军; | 第一发明人 | 刘洋 |
| 权利人 | 青岛理工大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 青岛理工大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省青岛市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省青岛市黄岛区嘉陵江路777号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：266520 |
| 主IPC国际分类 | F16B19/08 | 所有IPC国际分类 | F16B19/08 ; F16B5/04 ; F16B5/08 ; B23K20/10 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京远大卓悦知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 梁宇; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的 铆钉 ，包括：头部；以及尾部，其为圆柱体结构，所述尾部与所述头部为一体连接，且所述尾部内部设置有容纳腔，所述容纳腔的两端均为开口结构；其中，所述容纳腔远离头部的一端内侧沿其周向设置有内槽。本发明还公开了一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉连接方法，通过调整 焊接 参数，在 超 声波 的作用下铆钉与板材连接在一起形成焊核，在机械连接和界面粘接的共同作用下，提高 超声波 焊接 接头的剪切强度和 剥离强度 。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉及连接方法技术领域背景技术[0002] 连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)是一种以热塑性材料为基体，碳纤维做增强体的复合材料，具有比强度及比模量高、热稳定性好、疲劳性能好以及可回收利用等优点，已经广泛应用于汽车的车身构件、刹车片以及飞机的机翼、机身等领域。 [0003] CFRTP的热塑性基体有很高的黏度，这极大限制了CFRTP零部件的成型尺寸，因此有效的连接技术成为CFRTP零部件制造中的关键技术。碳纤维增强复合材料主流的连接方式主要有机械连接、熔接、焊接等，然而，机械连接以及传统的焊接会使半空心开槽铆钉连接处的材料破坏，导致应力集中以及易发生电化学腐蚀等问题；胶结可以避免上述问题，但是胶结需要额外的表面处理工艺、较长的固化时间，这导致胶结的效率和胶结接头的剥离强度偏低，且受热后接头稳定性降低；超声波焊接作为一种新兴的热塑性材料的连接方式，具有可在较低温度下形成稳定连接并具有高效及清洁等优点，超声波焊接技术是一种通过金属焊头将高频低幅声波传递给两个待焊件，两个待焊件相互摩擦产热融化热塑性塑料进而形成可靠性焊缝的方法，但是仅靠焊缝形成的紧固结构强度偏低。 发明内容[0004] 本发明的目的是设计开发了一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，内部开槽结构，可使铆钉与CFRTP板材形成机械互锁结构，使焊接后的接头的剥离强度及剪切强度增大。 [0005] 本发明还设计开发了一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉连接方法，通过调整焊接参数，可围绕带内槽的半空心开槽铆钉形成焊核，结合铆钉与板材之间形成的机械互锁，机械连接与界面粘接共同作用提高超声波焊接接头强度。 [0006] 本发明提供的技术方案为： [0007] 一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，包括： [0008] 头部；以及 [0009] 尾部，其为圆柱体结构，所述尾部与所述头部为一体连接，且所述尾部内部设置有容纳腔，所述容纳腔的两端均为开口结构； [0010] 其中，所述容纳腔远离头部的一端内侧沿其周向设置有内槽。 [0011] 优选的是，所述头部包括相对设置的第一端和第二端； [0012] 其中，所述第一端为圆形结构，所述第二端为圆筒型结构，且所述第二端的外径小于第一端的外径，所述第二端的外侧向第一端外沿平滑延伸，所述第二端的内侧中部向第一端凹陷，所述尾部的一端与第二端相连接。 [0013] 优选的是，所述凹陷从第二端向第一端的方向内径逐渐减小。 [0014] 优选的是，所述尾部的外径与第二端的外径相同。 [0015] 优选的是，所述容纳腔的另一端与凹陷相互接合。 [0016] 优选的是，所述容纳腔沿所述尾部的轴向从内槽向头部延伸的内径逐渐减小。 [0017] 优选的是，所述头部和尾部的总高度为5.20cm，所述头部的直径为7.75cm，所述尾部的外径为5.30cm，所述容纳腔内最小内径为3.50cm，所述内槽的槽深为0.50cm。 [0018] 优选的是，所述内槽处的内径与容纳腔内最小内径比值为9：7。 [0019] 一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉连接方法，使用所述的用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，包括如下步骤： [0020] 步骤一、将待铆接的CFRTP板材固定在超声波焊接机的凹模内； [0021] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0022] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头对铆钉施加压力，焊接完成； [0023] 其中，焊接时间为1.8～2.2s，振幅为61～65％，焊接压力为0.14～0.28Mpa，焊后保压时间为3s。 [0024] 优选的是，所述超声波焊接机包括驱动装置、超声波换能器、变幅杆和焊头。 [0025] 本发明所述的有益效果： [0026] (1)、本发明设计开发的一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，带内槽的半空心开槽铆钉与CFRTP板材可形成较好的机械互锁结构，使焊接后的接头的剥离强度及剪切强度增大。 [0027] (2)、本发明设计开发的用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉连接方法，可围绕带内槽的半空心开槽铆钉形成焊核，并且超声波焊接可以使铆钉与板材之间形成机械互锁，共同形成铆钉‑焊缝双重连接，即机械连接与界面粘接共同作用提高超声波焊接接头强度，解决超声波焊接形成焊缝强度低的问题。附图说明 [0028] 图1为本发明所述用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉的结构示意图。 [0029] 图2为本发明所述铆钉的头部剖面结构示意图。 [0030] 图3为本发明所述用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉剖面结构示意图。 [0031] 图4为本发明所述用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉尺寸示意图。 [0032] 图5为本发明所述实施例中第一CFRTP板的结构示意图。 [0033] 图6为本发明所述实施例中第一CFRTP板和第二CFRTP板的结构示意图。 [0034] 图7为本发明所述实施例焊接初始结构示意图。 [0035] 图8为本发明所述实施例焊接完成结构示意图。 [0036] 图9为本发明所述实施例2成品的剖面图像。 [0037] 图10为本发明所述实施例2成品的俯视图像。 [0038] 图11为本发明所述对比例4的俯视图像。 [0039] 图12为本发明所述对比例5的俯视图像。 [0040] 图13为本发明所述实施例2与对比例1的强度对比柱状示意图。 具体实施方式[0042] 如图1所示，本发明提供的一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉100包括： [0043] 头部110和尾部120。 [0044] 如图2所示，所述头部110包括相对设置的第一端111和第二端112，所述第一端111为圆形结构，所述第二端112为圆筒型结构，且所述第二端112的外径小于第一端111的外径，且所述第二端112的一端外侧向第一端111的外沿平滑延伸，同时，第二端112的内侧中部向第一端111凹陷，且凹陷底部也为平滑椭圆形结构。 [0045] 所述尾部120为圆柱体结构，所述尾部120的内部设置有容纳腔，且所述容纳腔的两端均为开口结构。 [0046] 所述尾部120的外径与第二端112的外径相同，且所述尾部120的一端与第二端112相连接，使得头部110和尾部120形成一体结构。 [0047] 如图3所示，所述尾部120的一端远离头部110，且在尾部120靠近一端的内侧沿其周向设置有内槽121，使得尾部120的一端形成勾型结构，便于铆钉100与CFRTP板材形成机械互锁结构。 [0048] 所述容纳腔靠近头部110的另一端与凹陷相互接合，且所述容纳腔沿所述尾部120的轴向从内槽121向头部110延伸的内径逐渐减小，并且凹陷从第二端112向第一端111的方向内径也逐渐减小。 [0049] 所述内槽121处的内径与容纳腔内最小内径比值为9：7。 [0050] 本发明设计开发的一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，通过使用带内槽的铆钉，可在焊铆时更易于与CFRTP板材形成机械互锁结构，提高超声波焊接接头结构的强度。 [0051] 本发明还提供一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉复合连接方法，采用用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉，具体包括如下步骤： [0052] 步骤一、如图5、图6、图7所示，将待铆接的第一CFRTP板材201一端和第二CFRTP板材202的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模301内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0053] 其中，所述超声波焊接机包括驱动装置、超声波换能器、变幅杆(图中未示出)和焊头302，超声波换能器为超声波焊接机的核心部件，它可以将超声波焊接机输入的高频电信号转换为同频的机械振动；变幅杆的作用为配合超声换能器改变振动幅度，然后经变幅杆放大以后沿平行于接触面的方向传递给焊件；驱动装置驱动焊头302向下移动靠近或贴近铆钉100，焊头302为圆柱体形状，用于将超声波高频振动传递到待焊件上。 [0054] 步骤二、将铆钉100对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0055] 步骤三、如图8所示，启动超声波焊接机，驱动焊头对铆钉施加压力，焊接完成； [0056] 其中，焊接时间为1.8～2.2s，振幅为61～65％，焊接压力为0.14～0.28Mpa，焊后保压时间为3s。 [0057] 实施例1 [0058] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0059] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0060] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0061] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0062] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0063] 其中，焊接时间为1.8s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0064] 实施例2 [0065] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0066] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0067] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0068] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0069] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0070] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0071] 实施例3 [0072] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0073] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0074] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0075] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0076] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0077] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为65％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0078] 实施例4 [0079] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0080] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0081] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0082] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0083] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0084] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为61％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0085] 实施例5 [0086] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0087] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0088] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0089] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0090] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0091] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为63％，焊接压力为0.28Mpa，焊后保压时间为3s。 [0092] 实施例6 [0093] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0094] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0095] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0096] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0097] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0098] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为63％，焊接压力为0.14Mpa，焊后保压时间为3s。 [0099] 实施例7 [0100] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0101] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0102] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0103] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0104] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0105] 其中，焊接时间为2.2s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0106] 对比例1 [0107] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0108] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0109] 步骤二、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对第一CFRTP板材和第二CFRTP板材进行无铆钉的超声波焊接，焊接完成； [0110] 其中，焊接时间为1.8s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0111] 对比例2 [0112] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0113] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0114] 步骤二、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对第一CFRTP板材和第二CFRTP板材进行无铆钉的超声波焊接，焊接完成； [0115] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0116] 对比例3 [0117] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0118] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0119] 步骤二、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对第一CFRTP板材和第二CFRTP板材进行无铆钉的超声波焊接，焊接完成； [0120] 其中，焊接时间为2.2s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0121] 对比例4 [0122] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0123] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0124] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0125] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0126] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0127] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为63％，焊接压力为0.10Mpa，焊后保压时间为3s。 [0128] 对比例5 [0129] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0130] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0131] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0132] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0133] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0134] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为63％，焊接压力为0.34Mpa，焊后保压时间为3s。 [0135] 对比例6 [0136] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0137] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0138] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0139] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0140] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0141] 其中，焊接时间为1.5s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0142] 对比例7 [0143] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0144] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0145] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0146] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0147] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0148] 其中，焊接时间为2.5s，振幅为63％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0149] 对比例8 [0150] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0151] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0152] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0153] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0154] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0155] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为56％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0156] 对比例9 [0157] 步骤一、将待铆接的第一CFRTP板材一端和第二CFRTP板材的一端重叠后放入超声波焊接机的凹模内，并通过夹具固定好，使板材不会在焊接过程中发生位移或转动； [0158] 其中，第一CFRTP板材和第二CFRTP板材的尺寸均为100mm×25mm×3mm，[0159] 步骤二、将铆钉对应放置在CFRTP板材重叠区域的中心位置； [0160] 其中，铆钉的尺寸为Ф7.8×5.2mm(包含公差)。 [0161] 步骤三、启动超声波焊接机，驱动焊头垂直下移，对铆钉施加压力，使铆钉在焊接压力的作用下铆钉穿透第一CFRTP板材和第二CFRTP板材，焊接完成； [0162] 其中，焊接时间为2.0s，振幅为70％，焊接压力为0.21Mpa，焊后保压时间为3s。 [0163] 对实施例1‑7和对比例1‑9获得的超声焊铆复合连接后的CFRTP板材进行强度的测试，具体如表一所示。 [0164] 表一实施例和对比例的超声焊铆CFRTP板材强度 [0165] [0166] [0167] 其中，从表一中能够看出，焊接参数最优的为实施例2，所获得超声焊铆复合连接后的CFRTP板材剥离强度和剪切强度均最高，不论是焊接时间的延长或缩短剥离强度和剪切强度均有所降低，振幅和焊接压力的提高或降低也对剥离强度和剪切强度均有影响，但是实施例1‑7所获得超声焊铆复合连接后的CFRTP板材剥离强度和剪切强度均高于对比例所获得超声焊接的CFRTP板材剥离强度和剪切强度。 [0168] 焊接时间、振幅、焊接压力以及焊后保压时间对焊后接头强度的作用是耦合的，对CFRTP板材施加合适的焊接压力可以使上下板材紧密地堆叠在一起，焊接时借助压力可以加快熔融树脂的流动，抑制树脂流动过程在焊缝中形成空隙，因此选取适当的焊接压力是获得高质量焊接头的必要条件，焊接压力小于0.14Mpa极易出现半开槽空心铆钉无法压入板材中的情形；接头强度随着压力的增大而迅速增加，但当超过最佳压力值后，接头的强度随着压力的增大而迅速降低。如图11所示，焊接压力过小(0.1Mpa)导致半开槽空心铆钉无法压入板材中，无法形成合格的焊铆复合连接接头；如图12所示，焊接压力过大(0.34Mpa)导致铆钉周围挤出料过多，对树脂基体造成损伤，使焊接接头强度下降。 [0169] 焊接时间、振幅及焊后保压时间等工艺参数可以一起影响总的焊接能量，当总的焊接能量低于最佳焊接能量时，可能出现树脂未完全融化，焊接接头形成不良的问题，如对比例6和对比例8所示，其他焊接工艺参数不变的前提下，1.5s的焊接时间与56％的振幅产生的焊接能量不足以融化铆钉附近的板材，铆钉无法穿透板材形成稳定的焊铆复合连接接头，其强度无法达到预期目标；当总的焊接能量高于最佳焊接能量时，则在接头的热影响区会出现裂纹和空洞缺陷，也会导致接头的强度下降，如对比例7和对比例9所示，在其他焊接工艺参数不变的前提下，2.5s的焊接时间与70％的振幅都会导致焊接能量过大使得CFRTP的树脂基体部分过度热分解导致其强度下降。因此，本发明所选择的焊接工艺参数能够生成最优的焊接能量，促使半空心开槽铆钉下沉轨迹上的材料流动，在半空心开槽铆钉行程结束时，熔融材料与半空心开槽铆钉完全贴合，由于半空心开槽铆钉带内槽，所以半空心开槽铆钉与CFRTP板形成了较好的机械互锁结构。 [0170] 如图13所示，为实施例2和对比例1的强度对比柱状图，可以看出相较与超声波焊接接头，超声波焊‑铆复合连接接头的剥离强度和剪切强度分别提高了40％和30％，超声波焊接接头强度的提高是铆钉周围形成的焊核以及铆钉与板材之间形成的机械互锁共同作用的，即机械连接与界面粘接共同作用提高超声波焊接接头强度。 [0171] 本发明设计开发的一种用于CFRTP超声焊铆复合连接的铆钉复合连接方法，可围绕带内槽的半空心开槽铆钉形成焊核，并且超声波焊接可以使铆钉与板材之间形成机械互锁，共同形成铆钉‑焊缝双重连接，即机械连接与界面粘接共同作用提高超声波焊接接头强度，解决超声波焊接形成焊缝强度低的问题。 |
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