CFRTP-铝合金的激光对接焊工艺研究

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碳纤维热塑性复合材料(Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic,CFRTP),作为一种质量轻、强度高、耐疲劳、耐腐蚀的高性能新型材料,在汽车、航空、无人机等领域有着良好的应用前景。铝合金材料由于其低密度、高强度的特点,已经在新能源汽车、航空航天领域大量应用。因此,实现CFRTP和铝合金的高质量连接对先进飞行器、新能源汽车、轨道交通轻量化制造具有重要意义。为实现二者高质量的对接焊接,论文针对7075铝合金和CFRTP的激光对接焊工艺展开研究。首先,采用高功率光纤激光器对CFRTP-铝合金激光对接连接进行了探索性实验。采用正交实验设计的方法,针对激光功率、焊接速度、激光离焦量、搅拌振幅、搅拌频率和夹具气压等六个工艺参数设计了六因素五水平的正交实验。对焊接样件进行拉伸实验,对结果进行极差分析,总结出焊接工艺参数对于接头强度的影响从大到小依次为焊接速度、离焦量、激光功率、搅拌振幅、搅拌频率和夹具气压。在最佳参数下得到的连接强度为11.7 MPa。其次,使用热电偶对激光焊接时的焊接接头测温。结合焊接强度分析温度变化规律。发现接头温度和温度持续时长是影响接头强度的主要原因,而焊接速度则是影响接头温度和温度持续时长的主要原因。通过降低激光功率和焊接速度的方法,在增加了加热时长的情况下控制好接头温度在合适的温度区间,样件的平均接头强度提升至17.13 MPa。最后,研究了铝合金表面采取不同处理工艺对CFRTP-铝合金异质材料接头强度的影响规律,分别实验了激光微织构处理、阳极氧化、“激光微织构处理+阳极氧化”和“激光微织构处理+阳极氧化”四种不同的表面处理方式。实验发现四种处理工艺均能有效提升接头强度。其中,激光微织构处理的铝合金和CFRTP的焊接接头强度最高,平均强度为20.63 MPa。本文针对CFRTP-铝合金的激光对接焊工艺展开研究,通过不断优化激光焊接参数和选取最佳铝合金表面预处理工艺,使焊接接头的平均强度达到了20.63MPa。
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