碳纖維增強尼龍66復合材料的超聲波焊接工藝研究.pdf

1、現代汽車工業(yè)需要生產出更安全和更可靠的產品來滿足政府和消費者的需求，為了提高燃油經濟性并減少尾氣排放，輕量化車身是一個很好的解決方案。所以越來越多的輕質材料如鋁合金、鎂合金，尤其是尼龍及尼龍復合材料被使用在車身上來減輕汽車的重量。碳纖維增強尼龍復合材粒是一種高性能的新型材料，它具有優(yōu)異的力學性能，強度高，比重小，可廣泛用于汽車工業(yè)，航空航天等新興領域。在汽車生產中獲得一種高效可靠的連接方法用于尼龍復合材料十分必要。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，宜于實現自動化等優(yōu)點，在汽車、電子等領域得到了廣泛應用。因此，對于碳纖維增強尼龍復合材料，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如時間，壓力等對碳纖維增強尼龍66復合材料焊接強度的影響，發(fā)現在0.15MPa下，2.1s時可是達到最佳的焊接強度。其次對焊接接頭的微觀結構，焊接過程進行系通研究。焊接接頭的結構可以分為基體區(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度提高，當焊接能量過多時，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度下降。為了得到適合的焊接質量控制方法，以焊核的尺寸來評估焊接質量的好壞，在合適的焊接參數下，焊核面積要達到380 mm2才能夠使焊接強度滿足要求，達到5.2kN以上。
　　在尼龍66中加入短碳纖維能夠使復合材料的拉伸強度，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)現隨著碳纖維含量的增加，復合材

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。碳纖維質量分數為30 mas s％復合材料，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度。碳纖維質量分數為30 mas s%復合材料焊接結頭多為焊接面剝離失效，40 ma ss%復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