(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210999626.2 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 国家高速列车青岛技 术创新中心 地址 266000 山东省青岛市城阳区锦宏西 路188号 申请人 哈焊国创 （青岛） 焊 接工程创新中心 有限公司 (72)发明人 梁建英　李康宁　徐良　展旭和　 杨海锋　谷世伟　 (74)专利代理 机构 青岛鼎丞智佳知识产权代理 事务所(普通 合伙) 3727 7 专利代理师 李珊珊 (51)Int.Cl. B23K 20/12(2006.01) B23K 20/26(2006.01)B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种高强度合金异质搭接接头及其低热输 入制备方法 (57)摘要 本发明涉及异种材料连接技术领域， 具体涉 及一种高强度合金异质搭接接头及其低热输入 制备方法， 解决了异质搭接接头不易连接， 复合 材料导热系数低对热敏 感的问题， 制备过程中需 要的热输入功率较低， 并且 得到的异质接头的强 度较高， 整体性能较好。 尤其适用于较薄的工件 即厚度小于2mm， 解决了较大焊接功率容易损伤 较薄工件的问题， 同时可以保证在焊接功率较小 的输入情况下仍然能保证搭接接头的焊接强度。 通过在异质搭接接头中添加混合粉末层， 一方面 提高了搭接接头处的导热系数， 改善了搭接接头 处的温度场， 提高了异质接头机械嵌合作用； 另 一方面促进了铝合金基体与热塑性复合材料基 体的反应， 使得搭接接头处更易形成Al ‑O‑C键， 从而实现强度的提高。 权利要求书1页 说明书7页 附图5页 CN 115319267 A 2022.11.11 CN 115319267 A 1.一种高强度合金异质搭接 接头的低热输入制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 预处理； 使用有机溶剂清洗合金基体以及碳纤维增强复合材料基体的表面， 去 除表面的灰尘、 油污杂质； 步骤二： 微织构化； 使用激光器以脉冲激光的形式扫描合金基体， 在合金基体与碳纤维 增强复合材 料基体的搭接位置表面形成微结构； 步骤三： 混合粉末层； 将合金基体粉末与碳纤维增强复合材料基体粉末以一定的配比 混合均匀得到 混合粉末， 将混合粉末均匀地平铺在合金基体与碳纤维增强复合材料基体的 搭接位置， 形成混合粉末层； 步骤四： 焊接； 将碳纤维增强复合材料基体、 混合粉末层以及预处理后的合金基体依次 放置在焊接工装上， 通过调节焊接工装给搭接接头施加初始压力， 然后调节焊接参数对搭 接接头进行焊接， 焊接 完成后得到异质搭接 接头。 2.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 所述步骤二中微织构呈点状或网状 分布， 脉冲激光扫描的激光功 率为50W‑100W， 扫描 速度为0.5m/mi n‑2m/min， 扫描重复频率 为40Hz‑100Hz。 3.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 所述 步骤三中混合粉末层的厚度设置为 为0.1mm‑0.5mm。 4.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 所述步骤三中混合粉末层中合金基体粉末与碳纤维增强复合材料基体粉末之 间的体 积比为3:7 ‑7:3且粉末直径均小于10 0 μm。 5.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 还包括在焊接步骤前， 对合金基体进行打孔， 然后孔内安装有铆钉， 通过铆接的方式 实现异质搭接 接头的连接固定 。 6.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 还包括在焊接步骤前， 所述混合粉末层内固定 设置有多个均匀分布的微米 ‑毫米级铆 钉。 7.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 所述 合金基体采用铝合金， 所述 碳纤维增强复合材 料基体采用热塑性 树脂基材 料。 8.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 所述 步骤四中焊接采用摩擦焊接、 激光焊接或激光摆动焊接中的一种。 9.根据权利要求1所述的一种高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法， 其特征 在于， 所述 步骤四中的焊接功率小于 500W。 10.一种高强度合金异质搭接接头， 其特征在于， 采用权利要求1至9任一项所述的一种 高强度合金异质搭接接头的低热输入制备方法制备得到， 所述异质搭接接头的剪切力达到 6‑8KN。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115319267 A 2一种高强度合金异质搭接 接头及其低热输入制备方 法 技术领域 [0001]本发明涉及异种材料连接技术领域， 具体涉及一种高强度合金异质搭接接头及其 低热输入制备 方法。 背景技术 [0002]碳纤维增强复合材料具有密度小(1.1g/cm3‑1.6g/cm3)、 强度高、 成型过程中无需 化学反应、 成型周期短、 可重复利用等优点， 已成为 继铝、 钢、 钛之后迅速发展的第四大航空 结构材料， 同时在 汽车、 机械、 医疗、 体育等行业得到了大力发展及应用。 碳纤维增强复合材 料在使用过程中， 不可避免的要和其他材料进行连接， 尤其是各种钢材及轻质合金， 其中碳 纤维增强复合材料与铝合金的连接既能满足强度要求也能满足轻量化设计要求， 因此碳纤 维复合材料 ‑铝合金连接技术得到了大量研究。 现有的连接技术可大致分为胶接、 机械连接 以及焊接技 术三大类， 但也存在一些问题： [0003]胶接对材料的损伤较小， 但是搭接接头连接性能较差， 较难满足实际使用需求。 机 械连接需要打孔影响搭接接头的力学性能， 也会使得整体结构重量增加， 不符合轻量化要 求。 焊接技术应用在异材连接时， 由于碳纤维增强复合材料导热系数低(<1W/mK)且对热敏 感(如PA66熔化温度为260～290℃， 超过300℃则开始汽化)， 因此焊接时若热输入过低， 则 复合材料熔化不足导致接头强度较低， 如图1(a)所示； 若提高热输入则复合材料基体产生 损伤， 接头极易在复合材料处产生 断裂， 如图1(b)所示； 此外， 尤其在对较薄工件进行焊接 时， 热输入过高还会导致接头受热变形、 内应力过大等一系列问题。 因此， 如何在低热输入 条件下仍然能实现铝合金与碳纤维增强复合材料的高强度连接成为现有技术中亟待解决 的问题。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种低热输入高强度合金异质搭接接头及其制备方法， 以 解决上述背景技 术中存在的现有技 术问题。 [0005]为解决上述的技 术问题， 本发明提供的技 术方案为： [0006]一方面， 本发明提供了一种高强度合金异质搭接接头 的热输入制 备方法， 包括以 下步骤： [0007]步骤一： 预处理； 使用有机溶剂清洗合金基体以及碳纤维增强复合材料基体 的表 面， 去除表面的灰尘、 油污杂质； [0008]步骤二： 微织构化； 使用激光器以脉冲激光的形式扫描合金基体， 在合金基体与碳 纤维增强复合材 料基体的搭接位置表面形成微结构； [0009]步骤三： 混合粉末层； 将合金基体粉末与碳纤维增强复合材料基体粉末以一定的 配比混合均匀得到 混合粉末， 将混合粉末均匀地平铺在合金基体与碳纤维增强复合材料基 体的搭接位置， 形成混合粉末层； [0010]步骤四： 焊接； 将碳纤维增强复合材料基体、 混合粉末层以及预处理后的合金基体说　明　书 1/7 页 3 CN 115319267 A 3