激光鉚接技術在船舶復合材料-金屬連接結構中的潛在應用

來源:哈爾濱工程大學-楊金水    關鍵詞:激光鉚接技術, 船舶, 應用,    發布時間:2019-10-26

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纖維增強復合材料作為新型多功能材料,具有重量輕、比強度大、比剛度高、耐疲勞、耐磨性能好等特點,尤其是在制造高質量的船體結構方面有著巨大的優勢。目前常用的船體用復合材料主要有碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維等復合材料。實踐表明,復合材料艦船同鋼制艦船在重量上減輕近50% ,因此復合材料非常適用于限制重量、有速度要求的高性能船舶等。隨著復合材料在艦船上的廣泛應用,復合材料與金屬之間的連接問題成為限制發展的因素之一,常用的機械鏈接和粘接方式存在額外增重、成本高、耐用性無法保證等問題,限制了其應用。


復合材料在船舶結構上的應用

最近,英國焊接研究所(TWI)與行業顧問GKN Aerospace和Gestamp集團共同開展了一個新的針對復合材料與金屬連接技術的項目研究。該項目旨在設計和制造一種復合材料-金屬界面“過渡”區域,通過激光鉚接等技術制造復合材料-金屬接頭及部件,探索新的解決方案用來連接異種材料。

該技術的原理如下圖所示,首先通過激光或熱輔助方法在復合材料板上打孔,然后通過該孔洞輸送激光熔化填充材料用來形成鉚釘,最終通過鉚釘實現復合材料板與金屬表面的互鎖連接。與傳統的機械鏈接和粘接劑技術比較,激光鉚接技術具有生產效率高、避免膠粘劑堵塞、輕量化等優勢(與機械連接相比減重50%以下),能充分發揮復合材料-金屬部件輕質、高強、耐腐蝕、耐高溫、高承載阻力等優點,為復合材料在船舶連接結構上應用提供了新的思路和借鑒。


激光鉚接技術原理圖

據相關報道,該項目還將開展對混合連接技術、材料性能評估、識別后處理技術等過程的綜合技術評估研究工作。 此外, 與傳統技術不同的是,項目中用到的數值模型的準確性是通過實驗數據,結合技術經濟性對比等綜合結果進行驗證的。

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