纤维增强树脂基复合材料的搅拌摩擦焊研究.pdf

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1、第43卷第12期当代化工Vo1．43，No．122014年12月ContemporaryChemicalIndustryDecember，2014纤维增强树脂基复合材料的搅拌摩擦焊研究方立高，夏春，李建萍(南昌航空大学航空制造工程学院，江西南昌330063)摘要：利用搅拌摩擦焊实现了纤维增强树脂基复合材料的焊接，获得了焊接接头力学性能并分析了接头形成和断裂机制。结果表明，由于搅拌摩擦焊过程中搅拌针的摩擦剪切及对塑化材料的挤压作用，使树脂基体发生塑化并带动碳纤维迁移形成焊接接头，在搅拌头旋转速度950r／min，焊接速度38mm／min时，接头拉伸强度可以达到5

2、2．43MPa，接近母材强度的5l％，焊接接头的断裂机制主要为基体剪切断裂和纤维一基体界面脱粘。关键词：纤维增强树脂基复合材料；搅拌摩擦焊；力学性能中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：1671—0460(2014)12—2483—03Research0nOfFrictionStirWelding0fFiberReinforeedResinMatrixComposites4ⅣGLi-gao，Ch“，LIJian-ping(SchoolofAeronauticalManufacturingEngineering，NanchangHangkongUniver

3、sity,JiangxiNanchang330063，China)Abstract：Fiberreinforcedresinmatrixcompositeswereweldedbyfrictionstirweldingprocess，andtheiointformationandfracturemechanismwerestudied．Theresultsshowthatwellweldediointcanbeobtainedwhentheresinisfullyplasticizingmigrated，whichisattributedtotheextrus

4、ionoffrictionforthefrictionstirneedleandsqueezingeffectofplasticizingmaterial；Jointstrengthof52．43MPacanbeachieved．andapproximately51％ofthebasematerial，whentherotationalspeedis950r／min，weldingspeedis38mm／min．Themicro—fracturemechanismoftheointisthematrixshearfractureandinterfacialde

5、bondingoffibreandthematrix．Keywords：Fiberreinforcedresinmatrixcomposites；Frictionstirwelding；Mechanicalproperty纤维增强树脂基复合材料具有比强度和比刚度于1991年发明的一种新颖而有潜力的焊接方法，被高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，结誉为“世界焊接史上的第二次革命”。与传统焊接方构尺寸稳定性好，便于大面积整体成形以及特殊的法相比，搅拌摩擦焊的热源来自搅拌头与工件间的电磁性能等独特的优点]，已成为继铝、钢、钛之摩擦，具有接头质量高、焊接过程绿色

6、和焊接变形后迅速发展的第四大航空结构材料，其用量被认为小、无污染等优点。在国内外引起了广泛的重视，是评价飞机先进性的一个重要标志，也是我国航空取得可喜进展，但主要都限于金属或金属基复合材工业发展的迫切需求口。可以预见，随着航空工业料的研究与应用方面。本文采用搅拌摩擦焊技术对的发展，在结构中将不可避免地需要实现纤维增强纤维增强树脂基复合材料进行焊接，在焊接工艺优树脂基复合材料的连接。目前常的连接方法有胶接、化的基础上，研究其组织性能，以期为纤维增强树机械连接。胶接接头强度低、性能可重复性差，受脂基复合材料在飞机上的扩展应用提供技术储备。环境和人为因素影响大。机械

7、连接给接头引入了缺1实验材料及方法陷，在连接部位容易形成应力集中，使得材料的性能降低，另外连接件的加入使接头的重量增加，不实验选用的纤维增强树脂基复合材料为2．5能满足航空航天对材料的苛刻要求。因此，对纤维mm厚的碳纤维增强聚醚醚酮(CF—PEEK)板材。增强树脂基复合材料的焊接技术研究很有必要。使用自制的龙门式数控搅拌摩擦焊机和工装夹搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)具进行搅拌摩擦焊实验，选用左螺纹搅拌针，搅拌是英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，简称TWI)头轴肩直径12mm，搅拌针直径3／'tim、长度2

8、．3mm。基金项目：航空科学基金项目，