碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與鋁合金的攪拌摩擦點(diǎn)焊

耿 正，孔 諒，王 敏，黃皆捷，褚衛(wèi)東，錢夏炎，王大明

（1.上海交通大學(xué) 上海市激光制造與材料改性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2.高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200240；3.上海拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)有限公司，上海200433）

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與鋁合金的攪拌摩擦點(diǎn)焊

耿 正1，2，孔 諒1，2，王 敏1，2，黃皆捷3，褚衛(wèi)東3，錢夏炎3，王大明

（1.上海交通大學(xué) 上海市激光制造與材料改性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2.高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200240；3.上海拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)有限公司，上海200433）

在航空航天、汽車等領(lǐng)域中，輕金屬-復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸增加，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Poly，CFRP）與鋁合金的焊接是亟待解決的難題之一。攪拌摩擦點(diǎn)焊（Friction Spot Welding，F(xiàn)SpW）是一種新型的可用于焊接金屬與復(fù)合材料的焊接方法。綜述近年來關(guān)于CFRP與鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊的可行性、影響因素、焊接性能以及接頭斷裂機(jī)理等方面的研究進(jìn)展，最后展望了未來關(guān)于CFRP與鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊的研究熱點(diǎn)。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；鋁合金；攪拌摩擦點(diǎn)焊

0 前言

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，能源消耗和環(huán)境污染已成為世界性難題。在航空航天、汽車等領(lǐng)域中，采用輕金屬-復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)可以有效地減輕自身重量，從而降低燃料消耗和二氧化碳等氣體的排放[1]。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Poly，CFRP）具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、熱容量小、相對(duì)密度小、抗沖擊性和能量吸收率高等出眾的優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)計(jì)金屬—復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)的理想材料。例如，波音787客機(jī)大量使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，與傳統(tǒng)的鋁結(jié)構(gòu)相比，總質(zhì)量減輕了20%[2]；奧迪R8采用鋁合金-碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，車身結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕了15%[3]；寶馬電動(dòng)汽車i3和i8用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替鋼，不僅減輕了車重，而且在生產(chǎn)過程中可節(jié)約50%能源和70%水消耗[4]。寶馬新一代7系730Li領(lǐng)先型采用了由碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋁以及鋼構(gòu)成的創(chuàng)新復(fù)合材料車身，車重只有1830kg[5]。

由于理化性能差異巨大，CFRP與金屬的焊接非常困難，成為制造金屬—復(fù)合材料混合結(jié)構(gòu)亟需解決的難題之一。目前，膠接和機(jī)械焊接是CFRP與金屬的主要焊接方式。膠接需要對(duì)CFRP進(jìn)行表面處理以提高潤(rùn)濕性和表面張力，而且需要很長(zhǎng)的固化時(shí)間[6]。機(jī)械焊接容易產(chǎn)生應(yīng)力集中等問題，有報(bào)道表明空客A380的機(jī)翼上CFRP筋與鋁合金采用機(jī)械焊接時(shí)產(chǎn)生了裂紋，可能導(dǎo)致整個(gè)組件失效[7]。這些問題限制了機(jī)械焊接和膠接的應(yīng)用和發(fā)展。對(duì)于熱塑性CFRP，研究者們探索了許多焊接方法，如超聲焊、激光焊、電阻焊、感應(yīng)焊和摩擦焊等，然而，諸如存在較長(zhǎng)的焊接周期，昂貴的設(shè)備和難以自動(dòng)化等問題，使得這些焊接方法的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

攪拌摩擦焊（FSW）是英國焊接研究所于20世紀(jì)90年代開發(fā)和發(fā)展起來的特別適合于板材焊接的一種固相連接方法，具有焊縫成形好、生產(chǎn)率高以及綠色無污染等優(yōu)點(diǎn)。攪拌摩擦點(diǎn)焊（Friction Spot Welding，F(xiàn)SpW）是在FSW基礎(chǔ)上發(fā)展的一種固相點(diǎn)連接技術(shù)。本研究針對(duì)CFRP與鋁合金攪拌摩擦點(diǎn)焊FSpW的可行性、影響因素、焊接性能以及接頭斷裂機(jī)理等方面的研究進(jìn)行歸納總結(jié)，在對(duì)國內(nèi)外已有的研究現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行相應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)CFRP與鋁合金FSpW研究中亟待解決的問題和發(fā)展趨勢(shì)提出了預(yù)測(cè)和展望。

1 CFRP與鋁合金的攪拌摩擦點(diǎn)焊可行性

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料分為熱固性和熱塑性。焊接方法只限于熱塑性碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。熱固性碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料無法通過焊接的方法與金屬連接。

南昌航空航天大學(xué)謝一鳴等人[8-9]用直插式攪拌摩擦點(diǎn)焊方法對(duì)短碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CF-PEEK）與鋁合金進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。CF-PEEK與鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊對(duì)接試驗(yàn)表明，未能得到成形良好、實(shí)現(xiàn)有效連接的接頭。與鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊搭接試驗(yàn)表明，當(dāng)鋁合金為下板時(shí)，接頭成形較差，未能得到有效連接；當(dāng)鋁合金為上板時(shí)，能夠得到成形美觀，形成有效連接的搭接接頭。

德國HZG（原GKSS）研究中心在回填式攪拌摩擦電焊的基礎(chǔ)上發(fā)明了可用于焊接輕金屬合金和復(fù)合材料的工藝方法[10]，實(shí)現(xiàn)MgAZ31[11]、AA2024[12]或AA6181[13]和玻璃或者碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的搭接點(diǎn)連接。

以下研究所用鋁合金為2 mm厚的A2024-T3板，主要理化性質(zhì)如表1所示。CFRP板為2.17 mm厚的碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚（CF-PPS）板，主要理化性質(zhì)如表2所示。

表1 A2024-T3的主要理化性質(zhì)

表2 CF-PPS的主要理化性質(zhì)

2 焊接過程中的溫度變化

FSpW焊接過程中的溫度變化可用紅外照相機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖1所示（焊接參數(shù)：轉(zhuǎn)速1 900 r/min；壓入深度0.8 mm；時(shí)間4 s；壓力0.2 MPa）。黑色框內(nèi)為熱成像范圍，其中峰值溫度定義為焊接溫度[12]。

圖1 FSpW焊接溫度監(jiān)測(cè)

FSpW過程中溫度的變化如圖2所示，焊接過程中（焊接參數(shù)L：轉(zhuǎn)速1900r/min，0.8mm，4s，0.2MPa；焊接參數(shù)H：2 900 r/min，0.8 mm，4 s，0.3 MPa）鋁板表面最高溫度先快速上升到達(dá)峰值，后緩慢下降。FSpW焊接溫度應(yīng)低于金屬的熔點(diǎn)，低于CFRP基體的熱降解溫度，而高于CFRP基體的熔點(diǎn)。

圖2 FSpW過程中溫度變化

雖然用紅外照相機(jī)可以監(jiān)測(cè)FSpW焊接過程中的溫度變化，但受周圍環(huán)境影響較大，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)精度不夠高?？煽紤]采用熱電偶進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但需要對(duì)試樣進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)。

3 工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)大小和力學(xué)性能的影響

FSpW主要有四個(gè)工藝參數(shù)：焊接壓力（Joining Pressure，JP），轉(zhuǎn)速（Rotational Speed，RS），套筒壓入深度（Plunge Depth，PD），焊接攪拌時(shí)間（Joining Time，JT）。

Goushegir SM等人采用DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究焊接壓力（JP）、轉(zhuǎn)速（RS）、套筒壓入深度（PD）、焊接時(shí)間（JT）對(duì)PDZ區(qū)大小和接頭力學(xué)性能的影響[14]。

3.1 工藝參數(shù)對(duì)PDZ區(qū)大小的影響

主要工藝參數(shù)對(duì)PDZ區(qū)大小的影響如圖3所示。在圖3中，斜率越大，影響越大。RS，JT和JP對(duì)PDZ區(qū)域大小影響顯著；而PD的影響微不足道。PDZ區(qū)域的大小與熱輸入相關(guān)[14]。FSpW和FSSW的工藝類似，可以用FSSW的熱輸入模型來解釋

式中 Q為接合過程中產(chǎn)生的熱量；M為扭矩（單位：N·m）；ω為轉(zhuǎn)速（單位：Arc/s）；Δt是焊接時(shí)間；n為實(shí)驗(yàn)次數(shù)。從方程可知，RS和JT與熱輸入成正比。

PDZ區(qū)域的大小還與PPS熔融層流動(dòng)性和粘性有關(guān)。PPS熔融層流動(dòng)性除了與RS相關(guān)，還與JP相關(guān)，JP越大，流動(dòng)性越大。在旋轉(zhuǎn)焊接和超聲振動(dòng)焊接熱塑性材料研究中也有同樣的結(jié)論，焊接壓力增大導(dǎo)致流動(dòng)性增大。而JP降低會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性降低，熔融層的散熱加快，粘性增大。當(dāng)PPS粘度增大，高粘度的熔融層中的空氣無法逃脫，導(dǎo)致TZ區(qū)變大而PDZ區(qū)域變小。

因此，JP越大，PPS熔融層流動(dòng)性越大且粘性越小，TZ區(qū)越小，PDZ區(qū)越大。

3.2 工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)力學(xué)性能的影響

RS，PD和JP與接頭的拉剪強(qiáng)度（ULSF）成正相關(guān)，而JT與ULSF成負(fù)相關(guān)，如圖4所示。對(duì)比圖3和圖4可知，RS和JP與PDZ和ULSF都成正相關(guān)，而JT與PDZ成正相關(guān)，與ULSF成負(fù)相關(guān)。PD對(duì)PDZ基本無影響，而對(duì)ULSF影響很大[14]。

圖4 主要工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)力學(xué)性能的影響

RS與ULSF成正相關(guān)。RS增加，焊接的熱輸入增大，PDZ區(qū)增大。因?yàn)镻DZ區(qū)是焊點(diǎn)中強(qiáng)度最高的區(qū)域，因此RS增加，焊點(diǎn)ULSF增大。

Esteves等人[13]在CFRP與鋁合金6181的FSpW研究中發(fā)現(xiàn)，接頭的拉剪強(qiáng)度隨RS的增加而增加，直到RS達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)開始下降。這是因?yàn)镽S值過大時(shí)，鋁合金出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，導(dǎo)致了接頭強(qiáng)度降低[15]。

JT與PDZ成正相關(guān)，與ULSF成負(fù)相關(guān)。用FSSW的熱輸入模型可以解釋JT與PDZ成正相關(guān)。而JT與ULSF成負(fù)相關(guān)的解釋尚未有文獻(xiàn)給出，有待進(jìn)一步研究。

JP與ULSF成正相關(guān)。上一節(jié)分析到，JP越大，PPS熔融層流動(dòng)性越大且粘性越小，TZ區(qū)越小，PDZ區(qū)越大，ULSF因此也越大。還有一個(gè)解釋，JP越大，有利于熔融層填充鋁表面的孔隙，增加了機(jī)械連鎖，ULSF增大[13]。

PD對(duì)ULSF的影響也很大。PD主要影響金屬結(jié)的形狀，而金屬結(jié)與金屬和CFRP之間的宏觀機(jī)械連鎖相關(guān)，從而影響接頭ULSF的大小[14]。

通過DOE實(shí)驗(yàn)可以比較全面地研究各工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)大小和力學(xué)性能的影響，并找出最佳參數(shù)。但對(duì)于不同材料，最佳參數(shù)應(yīng)該不同?？蛇M(jìn)一步采用模擬實(shí)驗(yàn)方法，建立數(shù)值模型研究不同材料FSpW的最佳參數(shù)。

4 接頭連接機(jī)理、失效分析和斷裂機(jī)理

4.1 連接機(jī)理

由于金屬和CFRP的理化性能差異巨大，F(xiàn)SpW接頭處金屬和CFRP無法形成混合物，如圖5所示。

圖5 FSpW接頭橫截面

CFRP與鋁合金FSpW接頭形成機(jī)理主要有兩方面因素，分別是機(jī)械嵌合和粘附力。在攪拌頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱和機(jī)械力的作用下，金屬變成塑性流動(dòng)狀態(tài)，冷卻后形成金屬結(jié)，微微嵌入CFRP中，形成宏觀的機(jī)械嵌合。同時(shí)，CFRP受熱熔化，在壓力下凝固，在金屬和CFRP之間形成粘附力[11-12]。

CFRP與鋁合金FSpW接頭可分為三個(gè)區(qū)（見圖6）：粘附區(qū)Adhesion Zone（AZ）、過渡區(qū)Transition Zone（TZ）和塑性變形區(qū)Plastically Deformed Zone（PDZ）。PDZ區(qū)是焊點(diǎn)中強(qiáng)度最高的區(qū)域，相比PDZ區(qū)，AZ和TZ區(qū)的粘附力和機(jī)械嵌合要弱得多[14]。

4.2 失效分析

如圖7所示，F(xiàn)SpW接頭斷裂屬于界面內(nèi)聚混合斷裂模式（mixed adhesive-cohesive failure），和金屬與CFRP感應(yīng)焊接[16]和超聲焊接[17]接頭斷裂模式相同。

圖6 FSpW接頭分區(qū)

圖7 FSpW接頭斷裂界面

裂紋在粘附區(qū)外圍（AZ）萌生，隨后擴(kuò)展到過渡區(qū)（TZ）和塑性變形區(qū)（PDZ）。AZ區(qū)為界面處斷裂，TZ區(qū)會(huì)為混合斷裂，PDZ區(qū)為內(nèi)聚斷裂。

一個(gè)典型的FSpW接頭載荷-位移曲線如圖8所示。FSpW接頭拉伸變形呈彈性行為，曲線可分為四個(gè)區(qū)域[18]。

圖8 FSpW接頭載荷-位移曲線

區(qū)域1顯示了一個(gè)高剛度的線性彈性行為。本區(qū)時(shí)間較短，結(jié)束時(shí)徑向裂紋在AZ的外圍萌生。

區(qū)域2對(duì)應(yīng)的是徑向裂紋擴(kuò)展到TZ區(qū)，這時(shí)AZ區(qū)已經(jīng)徹底斷裂。由于裂紋擴(kuò)展和AZ斷裂，區(qū)域2剛度低于區(qū)域1。

區(qū)域3包括裂紋從TZ區(qū)擴(kuò)展PDZ區(qū)。在該區(qū)域，接頭受二次彎曲現(xiàn)象的影響（secondary bendingphenomenon）。Olmedo等人也發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的螺栓單搭接接頭的剛度同樣受二次彎曲現(xiàn)象的影響很大[19]。

區(qū)域4接頭完全斷裂，拉剪力急速下降。

4.3 斷裂機(jī)理

掃描電鏡拍攝的FSpW接頭斷口界面形貌如圖9所示。鋁側(cè)和CFRP側(cè)的AZ區(qū)（見圖9a和9b）都非常光滑，CFRP的碳纖維矩陣無任何變形，類似于脆性斷裂。鋁側(cè)的TZ區(qū)（見圖9c）有一些CFRP基體殘留。CFRP側(cè)的TZ區(qū)（見圖9d）由細(xì)長(zhǎng)的纖維狀區(qū)域（見圖9e）和平滑的脈型區(qū)域（見圖9f）組成，既有韌性又有脆性斷裂，屬于混合斷裂。

圖9 FSpW接頭斷裂界面掃描電鏡形貌

FSpW接頭斷裂界面PDZ區(qū)微觀形貌如圖10所示。接頭斷裂后，CFRP中部分基體和碳纖維殘留在鋁板表面（見圖10a），CFRP基體發(fā)生塑性變形甚至撕裂（見圖10b）。CFRP板中一些纖維斷裂并被拔出（見圖10c），產(chǎn)生纖維-基體脫粘現(xiàn)象（見圖10d）。這些特征表明PDZ區(qū)為韌性斷裂。

金屬復(fù)合FSpW接頭失效的微觀機(jī)理表現(xiàn)出韌性和脆性斷裂的混合斷裂模式，但整體破壞行為更多地受脆性斷裂影響[18]。

圖10 FSpW接頭斷裂界面PDZ區(qū)微觀形貌

5 改善FSpW接頭性能的方法

5.1 表面處理

FSpW接頭形成的主要機(jī)理是機(jī)械嵌合和粘附作用，因此金屬表面的結(jié)構(gòu)、形貌、化學(xué)成分和組織形態(tài)等方面的變化均會(huì)對(duì)接頭性能產(chǎn)生較大的影響。表面處理就是使用一種或者聯(lián)合使用多種方法來改變材料表面形貌、物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)等，以改善材料的表面狀況。

Goushegir S M等人使用磷酸陽極氧化法和轉(zhuǎn)化膜法對(duì)鋁合金進(jìn)行表面預(yù)處理，并利用XPS方法分析研究CFRP與AA2024鋁合金FSpW接頭的界面[20]。

圖11a是未處理的鋁板表面的XPS光譜圖，其中鋁和氧的含量很高，是因?yàn)殇X表面的氧化鋁，此外，鋁板表面也有一些銅和鎂。

圖11b是CC處理的鋁板表面的XPS光譜圖。與未處理的鋁相比，CC處理的鋁板表面含有更多的元素如F，Zr，B和P等。轉(zhuǎn)化膜層很薄，大概只有幾納米厚度。Chidambaram[21]等人研究發(fā)現(xiàn)鋁板表面形成一層低界面張力的Al-Zr-O-F復(fù)合物層，提高了鋁表面的活化和潤(rùn)濕性，有利于增強(qiáng)和熔融PPS層之間的粘附力。

圖11c表明鋁板表面經(jīng)過PAA處理試樣獲得的譜圖。除了Cu，Mg和氧化鋁，鋁的表面上還存在P元素，P元素以納米AlPO4層的形式存在鋁板表面上，提高了鋁的耐腐蝕性。

XPS分析接頭鋁側(cè)的斷裂表面，接頭粘附力主要是由Al-C鍵產(chǎn)生。經(jīng)過CC預(yù)處理的鋁板表面存在其他元素，可與C形成化學(xué)鍵，如C-Zr鍵。

Goushegir S M等人還對(duì)比研究了不同表面處理方法對(duì)FSpW接頭的力學(xué)性能的影響，如圖12所示。MG和SB屬于機(jī)械預(yù)處理，AP和CC屬于化學(xué)預(yù)處理，SAA和PAA屬于電化學(xué)預(yù)處理，PAA-P屬于電化學(xué)預(yù)處理后再底涂。SB和PAA改變了鋁合金板表面的形貌，增強(qiáng)了接頭的微觀機(jī)械嵌合。CC和PAA-P改變了鋁合金板表面的化學(xué)成分，增強(qiáng)了接頭的粘附力。PAA-P預(yù)處理后，鋁表面底涂層中的碳與復(fù)合材料中的碳形成碳碳鍵，大大提高了接頭的強(qiáng)度[20]。

上述研究已證明對(duì)鋁板表面處理能夠提高接頭強(qiáng)度，但未涉及對(duì)CFRP板表面處理，是否可以提高接頭強(qiáng)度有待進(jìn)一步研究。

5.2 附加中間層

André N M等人[22]在鋁合金2024-T3和CF-PPS板之間附加PPS中間層進(jìn)行攪拌摩擦點(diǎn)焊，研究了接頭的微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度和失效機(jī)理。接頭斷裂界面形貌如圖13所示，在鋁板表面PDZ區(qū)有碳纖維和CFRP基體存在（見圖13a），在CFRP板AZ區(qū)有大量的中間層殘留（見圖13b），在中間層中有碳纖維和CFRP基體的存在（見圖13c）。具有中間層的接頭拉剪強(qiáng)度比沒有中間層接頭的強(qiáng)度提高了55%，疲勞壽命提高了3倍。這是因?yàn)橹虚g層的存在一方面大大提高了接頭的粘附面積，使得應(yīng)力分布均勻；另一方面，中間層和鋁板、中間層和CFRP板之間形成了微觀機(jī)械嵌合，顯著提高了接頭強(qiáng)度。

圖11 鋁表面處理后的XPS光譜圖

6 攪拌摩擦點(diǎn)焊與其他焊接方法比較

接頭的拉剪強(qiáng)度是評(píng)價(jià)接頭力學(xué)性能的重要指標(biāo)。圖14總結(jié)了現(xiàn)有文獻(xiàn)中采用不同焊接方法焊接碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與金屬的接頭拉剪強(qiáng)度，表3為具體的被焊材料、表面處理方法、工藝參數(shù)和力學(xué)測(cè)試方法。

7 結(jié)論與展望

在航空航天、汽車等領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與鋁合金的有效焊接需求越來越強(qiáng)。FSpW是一種新型的可用于焊接金屬與復(fù)合材料的固態(tài)焊接方法，國外學(xué)者已經(jīng)驗(yàn)證了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與鋁合金FSpW的可行性。FSpW主要工藝參數(shù)包括焊接壓力、轉(zhuǎn)速、套筒壓入深度、焊接攪拌時(shí)間。焊點(diǎn)的斷裂界面可分為三個(gè)區(qū)：粘附區(qū)、過渡區(qū)和塑性變形區(qū)。接頭焊接機(jī)理主要包括粘附力和機(jī)械嵌合。對(duì)鋁合金板進(jìn)行表面處理和添加中間層可以提高接頭的強(qiáng)度。但是目前研究的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料種類太少，接頭強(qiáng)度還達(dá)不到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的水平。

為了拓展FSpW在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與鋁合金焊接中的應(yīng)用，未來仍需要深入、系統(tǒng)地開展以下方面研究：（1）采用數(shù)值模擬方法，預(yù)測(cè)FSpW接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展模式、溫度分布、抗剪強(qiáng)度和熱量輸入，優(yōu)化FSpW的工藝參數(shù)。（2）不同表面處理方法（激光預(yù)處理、等離子預(yù)處理、底涂等）和中間層對(duì)接頭性能的影響。（3）混合焊接（FSpW+膠接，F(xiàn)SpW+超聲等）可行性及焊接性能和機(jī)理。（4）研究FSpW與機(jī)器人相結(jié)合的技術(shù)，開發(fā)出靈活、多用、可靠的FSpW設(shè)備，以便將FSpW技術(shù)更好地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。

圖12 鋁板表面處理對(duì)FSpW接頭USLF的影響

圖13 斷裂界面形貌

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圖14 不同焊接方法焊接碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與金屬的接頭拉剪強(qiáng)度

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表3 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與金屬的焊接方法及參數(shù)一覽表

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Friction stir spot welding of carbon-fiber-reinforced poly and aluminum alloy

GENG Zheng1，2，KONG Liang1，2，WANG Min1，2，HUANG Jiejie3，CHU Weidong3，QIAN Xiayan3，WANG Daming3
（1.Shanghai Key Laboratory of Material Laser Processing and Modificaiton，SJTU.，Shanghai 200240，China；2.Collaborative Innovation Center for Advance Ship and Deep-Sea Exploration，Shanghai 200240，China；3.Shanghai Tractor&Internal Combustion Engine Co.，Ltd.，Shanghai 200433，China）

Light metal-composite structures are increasingly demanded in a wide range of engineering applications，such as the transportation and aerospace industry.However，the joining of metal alloys and composites is a great challenge.Friction stir spot welding (FSpW)is an alternative joining technology to produce metal-composite joints.This paper summarized on the research progress about the feasibility，factors，weld performance and joint fracture mechanism of FSpW of carbon-fiber-reinforced poly and aluminum alloy Finally，the current problems and issues in FSpW were discussed.

carbon fiber reinforced poly（CFRP）；aluminum alloy；friction spot welding（FSpW）

TG457.1

A

1001－2303（2017）02－0018-09

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.02.04

2016-11-24；

2016-12-22

耿 正（1993—），男，江蘇人，在讀碩士，主要從事焊接方面的研究。

獻(xiàn)

耿正，孔諒，王敏，等.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）與鋁合金的攪拌摩擦點(diǎn)焊[J].電焊機(jī)，2017，47（02）：18-26.