聚合物基体复合材料与金属的连接工艺综述

蒋霄 闵峻英 林建平 张俊

（同济大学机械与能源工程学院，上海201804）

主题词：异种材料 轻量化 机械连接 胶接 熔焊连接

缩略语

SMC Sheet Molding Compound

FDS Flow Drill Screw

SPR Self Piercing Riveting

FSBR Friction Stir Blind Riveting

CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic

TIG Tungsten Inert Gas

SMAW Shielded Metal Arc Welding

MIG Metal Inert Gas

HAZ Heat Affected Zone

IMC Intermetallic Compound

RSW Resistance Spot Welding

BIW Body in White

LTJ Laser Transmission Joining

LDJ Laser Direct Joining

FSW Friction Stir Welding

USW Ultrasound Welding

1 引言

自1932年出现复合材料这一概念，玻璃纤维增强复合材料便开始用于制造军用飞机的雷达罩；到上世纪60年代，人们相继开发出碳纤维、硼纤维等高强度纤维，复合材料的种类进一步拓宽；如今的复合材料，根据其基体种类可以分为金属复合材料和非金属复合材料2大类。汽车制造行业为了兼顾汽车的安全性能与轻量化水平，现阶段广泛采用以钢为主的多种材料混合结构，纤维增强复合材料等质量较轻材料在车身的应用比重不断增加。树脂基复合材料采用热塑性或热固性的树脂为基体，以其质量轻、刚度高、耐疲劳性和耐腐蚀性一系列优异的性能，越来越多地替代传统金属材料在汽车、航空航天及军工等领域应用[1]。1953 年，世界上第1 辆全复合材料车身Chevrolet Corvette 两座跑车诞生，复合材料开始批量化地应用于汽车工业，随着复合材料在汽车上的应用比重逐年增加，预计2025年单车复合材料使用量将占整车质量的2%[2]。

美国国家航空航天局最早开始着手研究高性能复合材料的机械连接方式，上世纪90年代前后，随着复合材料在民用、军事、航空航天领域的应用越发广泛，美国与欧盟先后对复合材料胶接技术进行研究[3]。与发达国家相比，国内汽车复合材料的应用历史很短而且发展较为缓慢。1996 年国内首次将复合材料应用于车身，南京依维柯汽车有限公司的IVECO小客车SMC 前保险杠由北京汽车玻璃钢制品总公司国产化供货。……