采用激光搅拌焊接对7075铝合金与碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)进行对接焊,分析了焊接工艺参数对接头连接强度的影响规律;对焊接接头的力学性能进行了测试,分析了影响接头强度的因素和接头的失效形式。结果表明:焊接速度对接头强度的影响最大,之后依次为离焦量、激光功率、搅拌振幅、搅拌频率和夹具气压;在最佳参数下得到的接头的连接强度为11.7 MPa,在此情况下接头断裂发生在CFRTP表层,接头的失效形式为CFRTP基体撕裂;测量了焊接时接头处的温度变化规律,温度过高或过低都会降低接头的强度;适当降低焊接速度能延长接头的高温存在时间,增加接头强度。

为了提高CFRTP/不锈钢激光焊接过程数值模拟的准确性, 在考虑界面接触热导率对焊接温度场影响的情况下, 建立了CFRTP/不锈钢激光焊接热接触有限元模型, 利用ANSYS软件对温度场进行了数值模拟, 并分别讨论了激光功率、焊接速度、夹具压力等不同工艺参数对接头熔宽及温度场的影响规律。结果发现, 较传统模型而言, 热接触模型可将接头熔宽计算值的相对误差从17.8%降低至6.7%, 更为接近实际, 可用来指导试验及工业生产。

为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。