CN104176133A - 一种复合材料连接结构及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料连接结构及其连接方法，包括复合材料，金属基材，焊接板材，胶接连接部分和焊接连接部分，其中，所述胶接连接部分将复合材料与焊接板材、金属基材相连接；所述焊接连接部分将焊接板材、金属基材部分进行连接。采用了胶接与焊接相结合的连接形式，将汽车结构中金属制件与复合材料制件进行了快速、高效连接，克服了传统复合材料结构无法直接焊接和复合材料制件胶接强度过低的缺点。该胶—焊连接工艺方式可以直接应用于传统汽车钣金焊装生产线，适合进行普及推广。

Description

一种复合材料连接结构及其连接方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件制造领域，具体涉及一种复合材料连接结构及其连接方法。

背景技术

目前，随着排放标准的提高和节能减排的压力日益增大，国内外汽车制造商都注重对车身进行减重。在众多车身减重的措施中，采用比强度和比模量高的新材料就是一项有效的减重措施。如大量铝合金、高强钢、碳纤维复合材料等高强度材料正在应用于汽车结构的设计与制造。实践证明：采用碳纤维复合材料能最大幅度降低车身结构重量。然而，如果采用纯碳纤维复合材料车身将使制造成本大大提高。可以选择的折中方案是，将汽车结构中对刚度要求高的结构改用碳纤维复合材料设计，其他外型复杂、不易成型且对刚度、强度要求不高的结构仍然沿用钣金结构，再采用特殊的连接方式，将碳纤维复合材料结构与金属钣金结构进行有效连接。

对于金属钣金而言，目前最常用的是点焊连接，这种连接工艺特点是效率高、强度大，但是当金属件和复合材料之间不可直接采用该连接方式。对于复合材料结构而言，最常用的连接方式有胶接、铆接和螺栓连接。然而，单一的胶接连接强度较低，要求有较大的搭接面积。铆接连接需要防止复合材料与金属件之间的电偶腐蚀，工艺操作相当复杂。螺栓连接应力集中明显，只适合于大厚度(≥3㎜)的复合材料制件，不适于汽车钣金与复合材料的连接。

为了有效地将汽车结构中复合材料部件和金属部件进行高效连接，需要采用一种新的连接方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料连接结构及其连接方法，胶接连接部分通过树脂胶膜，将复合材料与焊接板材、金属基材相连接。焊接板材、金属基材部分通过点焊工艺进行连接。解决复合材料汽车金属部件与复合材料部件的连接难题，提高连接的可靠性和工艺可操作性。具体技术方案如下：

一种复合材料连接结构，包括复合材料，金属基材，焊接板材，胶接连接部分和焊接连接部分，其中，所述胶接连接部分将复合材料与焊接板材、金属基材相连接；所述焊接连接部分将焊接板材、金属基材部分进行连接。

进一步地，所述胶接连接部分通过树脂胶膜进行连接。

进一步地，所述焊接连接部分通过点焊工艺进行连接。

进一步地，胶膜为热固性树脂。

进一步地，胶膜为异氰酸树脂或环氧树脂等热固性树脂。

进一步地，所述复合材料预设有预留孔，所述焊接板材通过穿过复合材料的预留孔以点焊的形式与金属基材连接，并将复合材料与金属基材夹持。

进一步地，其为一种汽车复合材料连接结构。

进一步地，其为前地板总成件，包括碳纤维复合材料中通道，碳纤维复合材料底板横梁，以及金属冲压件前底板，其中碳纤维复合材料中通道通过胶接连接部分连接碳纤维复合材料地板横梁和金属冲压件前地板，碳纤维复合材料地板横梁和金属冲压件前地板通过焊接连接部分连接。

上述复合材料连接结构的连接方法，包括如下步骤：

(1)对复合材料制件加工预留孔；

(2)在金属基材和复合材料制件上各铺上一层胶膜；

(3)在工装夹具上将金属基材、复合材料、焊接板材进行定位；

(4)完成焊接板材与金属基材的点焊；

(5)对连接件进行加热，使胶膜固化成型。

与目前现有技术相比，本发明采用了胶接与焊接相结合的连接形式，将汽车结构中金属制件与复合材料制件进行了快速、高效连接，克服了传统复合材料结构无法直接焊接和复合材料制件胶接强度过低的缺点。该胶—焊连接工艺方式可以直接应用于传统汽车钣金焊装生产线，适合进行普及推广。

附图说明

图1为复合材料与金属结构胶-焊连接的俯视图

图2为合材料与金属结构胶-焊连接的截面图

图3为前底板总成件示意图

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

本实施例披露的胶接与焊接相结合的连接形式如图1所示。胶接连接部分通过树脂胶膜，将复合材料与焊接板材、金属基材相连接。焊接板材、金属基材部分通过点焊工艺进行连接。

图2中，自下而上分别为金属基材5，胶膜3，复合材料4，胶膜3，焊接板材1。胶膜3可以是异氰酸树脂或环氧树脂等热固性树脂。其中，焊接板材1通过穿过复合材料的预留孔以点焊2的形式与金属基材5连接，并将复合材料4与金属基材5夹持。同时，复合材料4通过胶膜3与焊接板材1、金属基材5进行胶接。

在汽车复合材料制件与金属制件的连接过程中，只需要事先对复合材料制件加工预留孔，再在金属基材(即汽车金属制件)和复合材料制件上各铺上一层胶膜，接着在工装夹具上将金属基材、复合材料、焊接板材进行定位，并完成焊接板材与金属基材的点焊，最后对连接件进行加热，使胶膜固化成型。

优选实施例：

为了对汽车结构进行轻量化设计与制造，充分发挥碳纤维复合材料高强、高模的优势，提高前地板的抗扭性能，最大限度降低车身结构重量。图3中的前地板总成件，可以设计成碳纤维复合材料中通道11、碳纤维复合材料底板横梁12、金属冲压件前底板13三部分构成。碳纤维复合材料中通道11、碳纤维复合材料地板横梁12可以采用本发明中的胶-焊连接技术，将纤维复合材料中通道11、碳纤维复合材料地板横梁12与金属冲压件前地板13进行有效连接。本实例中冲压件前地板11相当于图2中的金属基材5.

这种复合材料与金属结构胶-焊连接的优点如下：1)工艺操作简单，制造效率高，操作过程与传统点焊工艺基本一致；2)点焊与传统的复合材料与金属的胶接相比，连接强度更高，操作更简便；3)胶接连接部分的胶膜能有效防止点焊的焊点部分被雨水侵蚀，有很好的防腐蚀作用。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合材料连接结构，其特征在于，包括复合材料，金属基材，焊接板材，胶接连接部分和焊接连接部分，其中，所述胶接连接部分将复合材料与焊接板材、金属基材相连接；所述焊接连接部分将焊接板材、金属基材部分进行连接。

2.如权利要求1所述的复合材料连接结构，其特征在于，所述胶接连接部分通过树脂胶膜进行连接。

3.如权利要求1或2所述的复合材料连接结构，其特征在于，所述焊接连接部分通过点焊工艺进行连接。

4.如权利要求1-3中任一项所述的复合材料连接结构，其特征在于，胶膜为热固性树脂。

5.如权利要求4所述的复合材料连接结构，其特征在于，胶膜为异氰酸树脂或环氧树脂等热固性树脂。

6.如权利要求1-5中任一项所述的复合材料连接结构，其特征在于，所述复合材料预设有预留孔，所述焊接板材通过穿过复合材料的预留孔以点焊的形式与金属基材连接，并将复合材料与金属基材夹持。

7.如权利要求1-6中任一项所述的复合材料连接结构，其特征在于，其为一种汽车复合材料连接结构。

8.如权利要求7所述的复合材料连接结构，其特征在于，其为前地板总成件，包括碳纤维复合材料中通道，碳纤维复合材料底板横梁，以及金属冲压件前底板，其中碳纤维复合材料中通道通过胶接连接部分连接碳纤维复合材料地板横梁和金属冲压件前地板，碳纤维复合材料地板横梁和金属冲压件前地板通过焊接连接部分连接。

9.如权利要求1-8所述复合材料连接结构的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对复合材料制件加工预留孔；

(2)在金属基材和复合材料制件上各铺上一层胶膜；

(3)在工装夹具上将金属基材、复合材料、焊接板材进行定位；

(4)完成焊接板材与金属基材的点焊；

(5)对连接件进行加热，使胶膜固化成型。