随着30wt.%C_f/PA6复合材料在汽车工业中的应用,超声波焊接和粘接技术广泛应用于汽车车身制造。但受零件几何形状和设计等因素的约束,传统的超声波焊接方式难于应用。此外,工件粘接过程中难于避免出现各种粘接缺陷,但是目前的一些缺陷检测和修复方法在一定程度上只能够检测出部分缺陷,且修复困难。针对以上问题,本课题作为郑州大学-美国通用汽车公司联合研究项目―Joint Quality Inspection and Repair in Adhesive-Bonding of Polymeric Composites‖的一部分,以30wt.%C_f/PA6复合材料为研究对象,以超声波焊接机为工具,开展了30wt.%C_f/PA6复合材料的超声波单边焊接技术研究、基于超声波焊接机的30wt.%C_f/PA6复合材料的粘接缺陷检测技术研究、以及30wt.%C_f/PA6复合材料的粘接缺陷接头的修复技术研究,对30wt.%C_f/PA6复合材料的超声波单边焊接可焊性及焊接机理、超声波焊接机的焊头位移与粘接缺陷关系、自冲铆接和超声波焊接的可行性以及应用于粘接缺陷接头修复的可能性进行了分析。取得如下研究成果:30wt.%C_f/PA6复合材料具有较好的超声波单边焊接性能。在与传统超声波焊接接头(超声波双边焊接)相同的焊接参数下,超声波单边焊接的接头强度高于传统超声波焊接接头。原因在于超声波单边焊接接头可以吸收更多的超声波能量、具有更高的焊接温度、更大的焊核面积。主要的焊接机制为焊头下方的悬空距离引起的板材弯曲变形造成超声振动过程中上下板材随着焊头发生周期性的变形-回复-变形运动,从而在焊接面上产生上、下焊接板材的相对滑动和严重的库伦摩擦和热量。超声波单边焊接的焊接机制可以借助于金属材料的焊接机制,通过考虑板材焊接过程中在宽度方向和长度方向上弯曲变形的差异以及焊头压力和焊头振幅的变化,采用简化的分析模型进行分析,理论分析与试验结果的变化趋势一致。粘接缺陷造成粘接接头的下降,缺陷面积的增大,粘接接头的强度下降明显,在缺胶面积达到50%时,接头强度较无缺陷接头强度大约下降到了30%~45%;相对而言,接头中间缺胶的缺陷对接头的强度影响较小。粘接样品中的缺陷面积(对于缺陷接头)和空气层厚度(对Kissing缺陷)影响超声波加热时的焊头最终位移。缺胶接头中的粘接面积越大或Kissing缺陷接头中的空气层厚度越薄,焊头的最终位移越大。因此,利用超声波焊接机检测粘接缺陷是可行的。基于超声波焊接技术的30wt.%C_f/PA6复合材料的Henkel 5089粘接接头的最佳检测参数为,Φ10mm焊头,0.075MPa检测压力和1.0s检测时间。所得到的粘接缺陷检测阈值为0.38mm的焊头最终位移。当焊头的最终位移大于0.38mm时,可以认为粘接样品为无缺陷样品;否则为缺陷样品。30wt.%C_f/PA6复合材料可以采用自冲铆接工艺铆接进行连接,其粘接接头也具有较好的超声波焊接可行性。通过在铆头与板材间预加0.1mm金属垫片,采用11mm铆钉制备的自冲铆接接头的接头强度明显高于超声波双边焊接的接头强度。未固化的30wt.%C_f/PA6复合材料的粘接接头在超声波焊接后的接头强度高于超声波焊接接头。固化后焊接的粘接接头接近粘接接头强度的90%左右。采用自冲铆接工艺和超声波焊接工艺修复粘接缺陷接头是可行的。采用相同的自冲铆接和超声波焊接工艺参数修复后的粘接接头强度均可恢复到无缺陷粘接接头强度的80%以上。