CN115214149A - 纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其步骤包含：提供一铝合金管与一热塑复材管，该铝合金管一端具有一接头，该热塑复材管一端具有一插入部；套接该铝合金管与该热塑复材管，使该插入部穿入该接头内，使该铝合金管具有一段与该热塑复材管重叠的交叠区；以及于该交叠区进行一激光辅助接合而形成至少一焊道，以焊接该铝合金管与该热塑复材管。
Description
技术领域
本发明为一种纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，特别是有关于一种应用激光辅助金属及塑材接合方法于金属/纤维热塑复材的异材接合方法。
背景技术
传统热固复材(FRP)为非循环再用材料、预浸布需冷藏、固化后具高拉力强度，但固化后几难成形，破坏时瞬间破断，几无变形缓冲时间。制作时以堆栈方式为之，难快速生产及自动化，既耗人力亦耗时，且难以射出成形。
传统热固热塑复材与铝合金管件，例如自行车结构件的接合，目前通常以胶合技术行之；而胶合技术仰赖人力甚巨，且耗时，较难自动化。未来若结构用纤维热塑复材切入自行车结构件产业构件的应用，其将限于使用常温双液型结构胶合剂，其达可耐高荷载的胶合固化时间需达24h以上，商制时间甚长。目前，以自行车构件产业为例，即铝合金与铝合金的构件的接合仍大多使用电弧焊接制程，其结构件焊后需作热处理，尚未切入激光焊接的应用产制，更遑论铝合金管件与纤维热塑复材管件的应用激光辅助金属及塑材接合方法，且国际上也未见有纤维热塑复材于自行车负荷管结构件的商用，亦未见有应用上述焊接方法(如激光辅助金属及塑材接合方法)，于自行车结构件的接合产制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，应用激光辅助金属塑材接合技术，于热塑复材管与铝合金管的接头上焊接至少一环管或直线焊道，以快速接合。
为达成上述目的，本发明提供一种纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其步骤包含：提供一的铝合金管与一纤维热塑复材管，该铝合金管一端具有一接头，该纤维热塑复材管一端具有一插入部；套接该铝合金管与该纤维热塑复材管，使该插入部穿入该接头内，使该铝合金管具有一段与该纤维热塑复材管重叠的交叠区；以及于该交叠区进行一激光辅助接合而形成至少一焊道，以焊接该铝合金管与该纤维热塑复材管。
在一些实施方案中，铝合金管的材料为AA6061。
在一些实施方案中，该激光辅助接合的焊道为二道，且其焊道与焊道之间的间距为10mm至20mm。
在一些实施方案中，该激光辅助接合的焊道是于交叠区形成环绕该铝合金管的该接头的全周焊接或平行于该铝合金管中心轴方向的直线焊接。
在一些实施方案中，该直线焊接的焊道长度为10 mm至20 mm。
在一些实施方案中，该直线焊接是于该交叠区径向分四道施焊，分别为12点钟方向、3点钟方向、9点钟方向及4点钟方向各一道。
在一些实施方案中，该铝合金管与该纤维热塑复材管重叠的表面进一步进行粗化处理。
在一些实施方案中，该铝合金管与该纤维热塑复材管套接前，于将重叠的表面预先涂布一胶合剂。
在一些实施方案中，该铝合金管与该纤维热塑复材管重叠的表面包含一平面，该平面于该铝合金管与该纤维热塑复材管套接前，于将重叠的表面预先涂布一胶合剂。
在一些实施方案中，上述使用胶合剂的态样，可于该胶合剂未固化前即进行该激光辅助接合。
在一些实施方案中，所述胶合剂包含热固胶。
本发明的至少具有下列特点：本发明的提露的激光辅助金属及塑材接合方法可适于自动焊接的产制，且可不用胶合剂。本发明的纤维热塑复材于结构件上的应用，特别是可应用在自行车荷载构件。应用激光辅助金属及塑材接合技术于铝合金管，如：AA6061T6，与纤维热塑复材，如：纤维热塑复材管，自行车构件接合，无需应用耗工耗时，大幅提升接合效率和时效，如有以胶合剂补强，并可节省胶合剂的成本，尤于未来电动自行车铝(Al)与纤维热塑复材异材应用市场大幅发展需求上，极具潜力。本发明直接应用AA6061T6铝合金对纤维热塑复材且应用激光辅助金属及塑材接合，焊后不用热处理，仍具优异接合性能，并可于实体构件应用。本发明克服传统自行车界，因焊件焊后需热处理，而不会直接使用铝合金T6材料，因此本发明将节省大幅焊后热处理的设备投资、制程和时间成本。
附图说明
图1为本发明一实施例的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例的电射辅助接合示意图；
图3为本发明一实施例的应用于自行车车架的纤维热塑复材管与铝合金管的接合前示意图；
图4为图3接合后示意图；
图5A为本发明一实施例的纤维热塑复材管与铝合金管的焊道态样示意图；
图5B为图5A的沿着5B-5B割面线的移转剖面图；
图5C为图5A的沿着5C-5C割面线的移转剖面图；
图6A为本发明一实施例纤维热塑复材管与铝合金管的圆形断面示意图；
图6B为图6A的沿着6B-6B割面线的移转剖面图；
图7A为本发明一实施例的纤维热塑复材管与铝合金管的断面包含一平面的示意图；以及
图7B为图7A的沿7B-7B割面线的移转剖面图。
图中：
1,1a,1b,1’: 铝合金管
11,11a,11b: 接头
2,2a,2b,2’:纤维热塑复材管
21,21a,21b: 插入部
3,3a,3b,3’: 交叠区
4,4a,4b,5a,5b,6a,6b,6c,6d: 焊道
A:激光接合设备
B: 激光束
F:自行车车架
G:接合胶
L:长度
S:间距
P:平面
S11至S13:纤维热塑复材管与铝合金管的接合步骤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
请参照图1至图4所示。本实施例的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法的步骤：
步骤S11：提供一铝合金管1与一纤维热塑复材管2，该铝合金管1一端具有一接头11，该纤维热塑复材管2一端具有一插入部21。值得一提的是，前述该铝合金管的材料可为AA6061，在一实施例中，上述AA6061已经由热处理，例如：T6热处理。该纤维热塑复材管2可应用申请人的中国台湾证书号数TW I721488 B的“热塑复材之制造装置及方法”制成，传统纤维热固复材(以下简称热固复材)为非环保材料，难回收重用，预浸布需冷藏，制作工时长，射出成形困难，材料破坏时呈瞬间破坏，几无缓冲余裕及时间。相较于热固复材为非循环再用材料，热塑复材具备可回收再利用，预浸材料无需冷藏，固化后加温成形性佳等优点，且断面可异形及多样化，可射出，成形时间约为热固复材的10%，产制成本较热固复材低，破坏时不马上破坏，存有缓冲余裕及时间。在一实施例中，纤维热塑复材管2中的纤维为碳纤维。
步骤S12：套接该铝合金管1与该纤维热塑复材管2，使该插入部21穿入该接头11内，使该铝合金管1具有一段与该纤维热塑复材管2重叠的交叠区3。
步骤S13：以一激光接合设备A于该交叠区3照射一激光束B，以进行一激光辅助接合(Laser Assisted Metal & Plastic Joining, LAMP)而于交叠区3形成至少一焊道4，以焊接该铝合金管1与该纤维热塑复材管2，如图2至图4所示。在一实施例中，已经热处理的铝合金管1通过激光辅助接合方式与纤热塑复材管2接合后，仍可维持铝合金管1接合前的机械强度，因此接合后铝合金管1不需再进行固溶及时效等热处理。
前述实施例中，该激光辅助接合的焊道4可为二道，如图5A所示，且其焊道与焊道之间的间距S较佳为10mm至20mm，但不以此为限。
在一些实施例中，该激光辅助接合是于交叠区3形成环绕该铝合金管1的该接头11的全周焊接，如图4、图5A、图5B的焊道4a、4b、5a、5b。
如图2所示，若前述焊道4为直线焊道，则焊道4的长度L较佳为10 mm至30 mm，但不以此为限。
如图5A及图5C所示。在一些实施例中，该激光辅助接合于交叠区3形成平行于该铝合金管1中心轴方向的直线焊接。进一步地，前述直线焊道，可于交叠区3径向分四道施焊，分别为12点钟方向、3点钟方向、9点钟方向及4点钟方向各一道，如图5C的焊道6a、6b、6c、6d。
再者，为了提高该铝合金管1与该纤维热塑复材管2的接合强度，可于上述步骤S12的两接合管件套接前，于将交叠区3重叠的表面预先涂布一胶合剂G，如图6A及6B所示，或者是如图7A、图7B所示的实施例中，该铝合金管1’与该纤维热塑复材管2’重叠的表面包含一平面P，该平面P于该铝合金管1’与该纤维热塑复材管2’套接前，于将重叠的平面P的表面预先涂布一胶合剂G，例如热固胶，之后，再进行激光辅助接合。特别需要陈明的是，在将交叠区3’重叠的表面涂上胶合剂G后，并不需要等待该胶合剂固化，则可紧接着进行激光辅助接合工序，例如在接合部的下方涂胶合剂、上方施以激光辅助接合，如图7A及图7B所示，此种胶合加激光辅助接合的实施例的好处在于：激光辅助接合加胶合的工法可以克服在模具直圆度不足而使管件重叠表面不够紧密的缺陷；在某些条件下，可能因例如管件厚度、激光功率参数的影响，内层的纤维热塑复材管2有机会在接受激光后软化变形，使其与外层铝合金管壁重叠的间隙加大甚至分离，易使激光焊接的强度受影响，此时若有涂布胶合剂，则可避免此情形的发生。
上述实施例中，该铝合金管1与该纤维热塑复材管2进行套接前，该铝合金管1与该纤维热塑复材管2重叠的表面进一步进行粗化处理，例如喷砂、酸蚀等工法，以增加该表面的摩擦力，而提高两管件的接合紧固性。
综上所述，本发明以铝合金管与纤维热塑复材管作预组合，并配合应用激光辅助金属塑材接合方法或激光辅助金属塑材接合方法加胶合剂，特别是热固胶制作环周焊或直线焊，可减少环周焊的干扰，且激光辅助金属塑材接合焊接后，金属材料不用固溶及时效等热处理，减少自行车车架（结构件）整形热处理的时间和成本；若全使用激光辅助金属塑材接合（不使用胶合剂），经焊后试片验证，其接合的平均剪负荷可达5,911N以上，且可省去胶合剂的费用和浩繁胶合制程的成本。
本发明应用于自行车车架上，于ISO 4210-6水平力疲劳测试方面，在竞赛跑车(racing bike)于向前力600N，向后力600N测试10万次以上循环测试及格，以及在登山车(mountain bike)于向前力1200N，向后力600N推拉测试5万次以上循环测试及格。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (12)
1.一种纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供一铝合金管与一纤维热塑复材管，该铝合金管一端具有一接头，该纤维热塑复材管一端具有一插入部；
套接该铝合金管与该纤维热塑复材管，该插入部穿入该接头内，以使该铝合金管具有一段与该纤维热塑复材管重叠的一交叠区；以及
于该交叠区进行一激光辅助接合而形成至少一焊道，以焊接该铝合金管与该纤维热塑复材管。
2.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该铝合金管的材料为已热处理的AA6061。
3.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该激光辅助接合的焊道为二道，且其焊道与焊道之间的间距为10mm至20mm。
4.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该激光辅助接合的焊道是于该交叠区中形成环绕该铝合金管的焊道。
5.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该激光辅助接合的焊道是于该交叠区中形成平行于该铝合金管中心轴方向的焊道。
6.如权利要求5所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该焊道的长度为10 mm至30 mm。
7.如权利要求5所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该焊道是于该交叠区径向分四道施焊，分别为12点钟方向、3点钟方向、9点钟方向及4点钟方向各一道。
8.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该铝合金管与该纤维热塑复材管套接前，该铝合金管与该纤维热塑复材管重叠的表面进一步进行粗化处理。
9.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该铝合金管与该纤维热塑复材管套接前，于该交叠区重叠的表面预先涂布一胶合剂。
10.如权利要求1所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该铝合金管与该纤维热塑复材管重叠的表面包含一平面，该平面于该铝合金管与该纤维热塑复材管套接前，于该交叠区重叠的平面的表面预先涂布一胶合剂。
11.如权利要求9或10所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，于该胶合剂未固化前即进行该激光辅助接合。
12.如权利要求9或10所述的纤维热塑复材管与铝合金管的接合方法，其特征在于，该胶合剂包含一热固胶。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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