热塑性树脂基复合材料连接技术的研究进展

来源期刊：材料导报2019年第19期

论文作者：周利 秦志伟 刘杉 陈伟光 李高辉 宋晓国 冯吉才

文章页码：3177 - 3183

关键词：热塑性树脂基复合材料;胶接;机械紧固;焊接;

摘    要：热塑性树脂基复合材料具有较高的强度和刚度,以及较好的耐热性、耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天等领域。本文主要介绍了热塑性树脂基复合材料的胶接、机械紧固和焊接技术,并对其工艺特点、连接机理、失效模式等进行了简单的分析比较。目前使用最多、应用最广的连接树脂基复合材料的方法是胶接、机械紧固等连接方法,但是它们存在明显的缺点。对胶接而言,胶粘剂固化时间较长,胶接接头质量易受环境的影响,这在很大程度上限制了胶接技术的应用范围。机械紧固包括螺栓连接、铆钉连接等方法,但螺栓、铆钉增加了结构质量,不符合结构轻质轻量化的目标,而且由于需要钻孔导致应力集中,降低了材料的连接强度。尽管传统的固相连接方法存在上述缺陷,但是因为其技术简单、成本低廉,目前仍在大规模应用。为了优化连接质量,国内外学者一方面继续深入研究胶接、机械紧固等方法,出现了电磁铆接、冷碾铆钉连接、自冲铆接等前沿工艺技术,另一方面致力于开发具有巨大应用潜力的焊接技术,焊接技术能有效避免胶接及机械紧固等方法的缺点。本文简单介绍了激光焊接、回填式搅拌摩擦点焊、感应焊接、振动焊接这四种焊接方法在热塑性树脂基复合材料连接上的应用,然后着重介绍了电阻焊与超声波焊接,这两种焊接方法在保证焊接强度的同时,兼具效率高、成本低、可靠性好等优势,在某些领域已经取代了胶接、机械紧固等技术。电阻焊是传统的压焊技术,其发展较早,技术比较成熟,但在焊接热塑性树脂基复合材料时需要添加金属网等材料作为加热元件,且添加物最终会残留在焊接接头当中,降低了结构的疲劳性能,易产生气孔等缺陷。超声波焊接技术近年来发展迅速,将其应用于热塑性树脂基复合材料的焊接时,该技术的优势更加明显,相对于胶接、电阻焊,其不需添加任何辅助材料即可连接材料,实现了结构的一致性;相对于机械紧固,超声波焊接不需开孔、紧固,实现了结构的整体性。此外,该技术可以降低应力集中,减轻结构质量,在连接热塑性树脂基复合材料领域具有广阔的应用前景。