中国激光, 2020, 47 (10): 1002003, 网络出版: 2020-10-09   

铝合金/碳纤维增强热塑性复合材料的激光对接焊研究 下载: 810次

Aluminum Alloy/Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Laser Butt Welding
作者单位
1 宁波大学机械工程与力学学院, 浙江 宁波315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
图 & 表

图 1. 焊接夹具及焊接原理示意图

Fig. 1. Schematic of welding fixture and welding principle

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图 4. 测温装置与测温方法

Fig. 4. Temperature measuring device and method

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图 5. 各组试验得到的抗拉强度

Fig. 5. Tensile strength obtained in each experimental group

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图 6. 样件示意图。(a)焊接失败的样件;(b)焊接成功的样件

Fig. 6. Schematic of samples. (a) Failed welding sample; (b) successful welding sample

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图 7. 样件A接头断裂后的表面形貌。(a)铝合金表面;(b)复合材料表面

Fig. 7. Surface appearance of sample A joint after fracture. (a) Aluminum alloy surface; (b) composite surface

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图 8. 样件B接头断裂后的表面形貌。(a)铝合金表面;(b)复合材料表面

Fig. 8. Surface appearance of sample B joint after fracture. (a) Aluminum alloy surface; (b) composite surface

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图 9. 样件C接头断裂后的表面形貌。(a)铝合金表面;(b)复合材料表面

Fig. 9. Surface appearance of sample C joint after fracture. (a) Aluminum alloy surface; (b) composite surface

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图 10. 样件D接头断裂后的表面形貌。(a)铝合金表面;(b)复合材料表面

Fig. 10. Surface appearance of sample D joint after fracture. (a) Aluminum alloy surface; (b) composite surface

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图 11. 焊接过程中接头的温度测试结果

Fig. 11. Measured joint temperature during welding process

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表 1材料的热物理参数

Table1. Thermophysical parameters of materials

MaterialDensity /(kg·m-3)Specific heat /(J·Kg-1·℃-1)Thermal conductivity /(W·m-1·℃-1)Melting point /℃Decompositiontemperature /℃
PA115025000.25215--225330
T70017607126.53000
7075-T62800860--1320130475--635

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表 2试验参数配置表

Table2. Configuration of experiment parameters

LevelFactor
Laser powerP /WWelding speedv /(mm·s-1)Stirring amplitudeΦ /mmStirring frequencyf /HzClamp pressureP /MPaDefocusing amountd /mm
125020.6100.125
230040.8200.230
335061.0300.335
440081.2400.440
5450101.4500.545

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表 3正交试验设计

Table3. Orthogonal experimental design

NumberLaser powerP /WWelding speedv /(mm·s-1)Stirringamplitude Φ /mmStirring frequencyf /HzClamp pressureP /MPaDefocusingamount d /mm
125020.6100.125
225040.8200.230
325061.0300.335
425081.2400.440
5250101.4500.545
630020.8300.445
7(A)30041.0400.525
830061.2500.130
9(D)30081.4100.235
10300100.6200.340
1135021.0500.240
1235041.2100.345
1335061.4200.425
14(B)35080.6300.530
15350100.8400.135
1640021.2200.535
17(C)40041.4300.140
1840060.6400.245
1940080.8500.325
20400101.0100.430
2145021.4400.330
2245040.6500.435
2345060.8100.540
2445081.0200.145
25450101.2300.225

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表 4正交试验极差分析

Table4. Range analysis of orthogonal experiment

RangeFactor
Laser powerWeldingspeedStir theamplitudeThe stirringfrequencyClamp pressureDefocusingamount
kJ1248.9679.70336.56280.78256.62351.82
kJ2228.58339.54157.54157.26239.36237.08
kJ3267.50211.72243.18240.02256.4095.06
kJ4330.44331.68242.98326.62153.06174.94
kJ580.46193.30175.68151.26250.50297.04
RJ249.98259.84179.02175.36103.56256.76
Rank314562

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叶逸云, 贾少辉, 焦俊科, 束学道. 铝合金/碳纤维增强热塑性复合材料的激光对接焊研究[J]. 中国激光, 2020, 47(10): 1002003. Ye Yiyun, Jia Shaohui, Jiao Junke, Shu Xuedao. Aluminum Alloy/Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Laser Butt Welding[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(10): 1002003.

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