树脂基复合材料与金属的焊接原理与技术

1.树脂基复合材料与金属之间焊接的加热焊

在航空、航天工业中常常会遇到树脂基复合材料与金属（如铝合金或钛合金）之间的焊接，常用的焊接方法为加热焊。通过适当的方式将树脂基复合材料加热到一定的温度，使其具有较大的粘度，然后以一定的压力压到金属上，使之结合。

2.树脂基复合材料与金属之间的焊接的举例

C_f/PEEK（碳纤维增强聚醚醚酮复合材料）与7075-T6铝合金之间的焊接可利用电阻加热焊。PEEK是一种半结晶性热塑性树脂基材料，它具有较高的耐热性、抗化学腐蚀性、阻燃性、优异的抗蠕变性和耐动态疲劳性，是高性能复合材料的热塑性树脂基体。C_f/PEEK具有较高的强度和刚度，是用于航空、航天的高性能热塑性树脂基复合材料，如用来制造直升机的尾翼等。7075-T6铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu合金，是航空、航天工业中的重要合金。因此C_f/PEEK（碳纤维增强聚醚醚酮复合材料）与7075-T6铝合金的焊接意义重大。

（1）焊接工艺 图4-2给出了C_f/PEEK与铝合金的电阻焊接头结构，图4-3为电阻加热焊搭接接头的形貌。其焊接工艺如下：

1）采用厚0.18mm的304不锈钢网作为电阻加热元件，将该网固结在S2玻璃纤维/PEEK预浸料中，以提高接头强度。

2）将电阻加热元件放置在C_f/PEEK与7075-T6铝合金的搭接接头的连接面之间。两层PEEK/S2作为预浸料不锈钢网的托架，并使网与7075-T6铝合金之间绝缘。另外，在加热元件的两侧放置厚0.13mm的PEEK薄膜，以改善树脂的润湿和结合。(www.xing528.com)

图4-2 C_f/PEEK与铝合金的电阻焊接头结构

图4-3 电阻加热焊搭接接头

3）焊接参数：功率kW/m²，焊接压力1.034MPa，焊接加热时间60s。

（2）接头性能 采用上述焊接工艺焊接的C_f/PEEK与7075-T6铝合金的搭接接头，其抗剪强度为17.7～19.9 MPa，大部分接头断在结合界面上，甚至断在加热元件上。加热时间和焊接压力对于接头强度有明显的影响：当加热时间降为50s时，接头抗剪强度降为6.2～8.9 MPa，接头出现一些孔洞；当焊接压力降为0.690MPa时，接头抗剪强度极低为0～2.6 MPa，这时接头全部断在结合界面上，接头存在大量的孔洞，这可能是由于压力太小结合区空气排不出的缘故。