[发明专利]一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法

说明书

一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，步骤1，将待连接上下板材的预制孔对中定位，将复合材料铆钉插入预制孔内，复合材料铆钉背部用刚性约束衬垫固定；步骤2，选用轴肩直径合适且轴肩内凹槽符合工艺要求的搅拌头，将选好的搅拌头安装到搅拌摩擦焊机上，将搅拌头与铆钉对中定位，并设定焊接工艺参数及搅拌头行走路径；步骤3，搅拌头以预定转速和下扎速度移动到指定位置并维持一段停留时间后，随后搅拌头回抽，待铆焊部位冷却后即完成复合材料铆钉的成型，得到铆焊接头。该方法解决了长纤维增强复合材料铆钉无法通过传统压铆及冲击铆接进行成型、高分子聚合物铆钉热铆成型过程中铆钉端部流动性差等问题。

技术领域

本发明属于复合材料与金属连接技术领域，具体涉及一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法。

背景技术

复合材料铆钉具有质量轻、比强度高、不易腐蚀等特点，综合性能优于金属铆钉，在目前结构轻量化设计的趋势下，其应用潜力巨大。特别地，长纤维增强的树脂基复合材料铆钉，其抗剪能力较高，适用于如机械结构之间及钢筋混凝土梁之间的连接场合。由于复合材料铆钉脆性高、易崩裂的特点，传统冲击锤铆、基于抽芯铆钉的拉铆以及新型的电磁铆接等压力铆接方式均不再适合其铆接过程。目前复合材料铆钉的成型加工主要有两种：一是现场组装方式，即在生产现场完成复材铆钉的浸渍、纤维排布和成型固化，复材铆钉固化成型后即完成结构的铆接；二是对铆钉待成型端进行热铆加工。这两种工艺均耗时费力，且生产效率较低。同时，现场铆钉固化成型的铆接组装方式对环境适用性较窄，只能在车间生产现场对结构进行铆接组装。对于热铆加工方式，由于复材铆钉中的纤维无法缠绕或重新排布，导致其热铆接头强度较低；该方式只适用于熔点较低的纯树脂类材料，而对于耐高温复合材料的连接较为困难且持续较高的温度也会对结构性能造成不利影响；由于塑料热导率较低，塑料铆钉与孔壁及板材上表面之间无材料混合行为，铆接接头的密封性无法进一步提升。如申请号为201580003629.4的中国专利申请所公开的热铆方式中，采用中心加热棒的方式对塑料铆钉进行加热，另用热铆装置端部的金属片对塑料铆钉进行按压，以保证铆钉成形。在整个铆钉头加热按压成型的过程中，其内部的塑料材料未发生较好流动，因此该技术不适用于内部带有长纤维增强的复合材料铆钉成型。综上所述，寻找一种广泛适用于复合材料铆钉加工成型的高效便捷的连接工艺能有效提高复合材料铆钉的应用范围，对于工业行业实现结构轻量化的目标具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现复合材料铆钉高效便捷的原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，它是将复合材料铆钉以背部装夹的方式固定在预制铆钉孔中，使用高速旋转并下压的搅拌头对铆钉待成型端的树脂进行摩擦产热和顶锻按压，以此来促进复材铆钉头的基体软化流动以及其内部增强纤维的旋转交缠与重新分布，最终完成铆钉的原位搅拌摩擦成型及其作用下的金属与复合材料板材间的铆焊连接。

一种复合材料铆钉原位搅拌摩擦成型的铆焊工艺方法，包括以下步骤：

步骤1，将待连接上板材和下板材的预制孔对中定位，将复合材料铆钉插入预制孔内，露出待成型端部，复合材料铆钉背部用与之形状配合的刚性约束衬垫固定；

步骤2，选用轴肩直径与上板材及下板材的板厚之和配套，且轴肩内凹槽符合工艺要求的搅拌头，将选好的搅拌头安装到搅拌摩擦焊机上，将搅拌头与铆钉对中定位，通过搅拌摩擦焊机的控制面板设定焊接工艺参数及搅拌头行走路径；

步骤3，搅拌头在搅拌摩擦焊机主轴带动下以预定转速和下扎速度移动到指定位置，并维持一段预设的停留时间后；搅拌头在搅拌摩擦焊机主轴带动下旋转回抽，待冷却后即完成复合材料铆钉的成型，得到铆焊接头。

所述的上板材为聚合物材料，所述的下板材为金属材料，上板材和下板材的厚度均为1～50mm，上、下板材采用等厚或不等厚设置；上板材与下板材的层数之和为1～10层；上、下板材为平面板材、曲面板材或平面与曲面结合的复杂结构板材。特别地，所述上板材和下板材亦可选用同种材料或异种材料。

所述的预制孔为圆柱形、圆台形、多棱柱或棱台形孔，直径为2～40mm。