阅读说明：本技术 一种纤维金属层合板、制备方法及电阻焊方法 (Fiber metal laminated plate, preparation method and resistance welding method ) 是由 张永强 付参 鞠建斌 王鹏博 伊日贵 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：一种纤维金属层合板、制备方法及电阻焊方法,所述纤维金属层合板包括：(N+1)个金属层和N个纤维预浸层,(N+1)个所述金属层和N个所述纤维预浸层交替排列且最外端两侧均为所述金属层,相邻两个所述金属层中至少有一个所述金属层上设置有待焊区,所述待焊区包括若干凸起,所述凸起穿透相邻两个所述金属层之间的所述纤维预浸层以使二者连接,其中,N为正整数。本申请提供的纤维金属层合板在各金属层之间通过金属凸起相接触,使得在后续电阻焊过程中,电流可以顺利通过纤维金属层合板,从而使得所制备的纤维金属层合板具有电阻焊接性。(A fiber metal laminate, a method of manufacturing and a method of resistance welding, the fiber metal laminate comprising: the metal layer structure comprises (N +1) metal layers and N fiber prepreg layers, wherein the (N +1) metal layers and the N fiber prepreg layers are alternately arranged, both sides of the outermost end of each metal layer are the metal layers, at least one metal layer in two adjacent metal layers is provided with a region to be welded, the region to be welded comprises a plurality of protrusions, and the protrusions penetrate through the fiber prepreg layers between the two adjacent metal layers to connect the two metal layers, wherein N is a positive integer. According to the fiber metal laminated plate, the metal layers are in contact with each other through the metal protrusions, so that current can smoothly pass through the fiber metal laminated plate in the subsequent resistance welding process, and the prepared fiber metal laminated plate has resistance welding performance.)

一种纤维金属层合板、制备方法及电阻焊方法

技术领域

本发明属于纤维金属层合板连接领域，具体涉及一种纤维金属层合板、制备方法及电阻焊方法。

背景技术

纤维金属层合板是一种由金属薄板和纤维增强树脂预浸料交替铺设后，在一定温度和压力下固化而成的层间混杂复合材料。纤维金属层合板具有密度小、冲击性能好、疲劳寿命长和损伤容限高等特征，在飞机以及汽车制造领域具有较好的应用前景。

电阻焊，是指利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源将焊件局部加热，同时加压进行焊接的方法。电阻点焊是汽车制造中应用最广泛的连接技术。

为满足车身轻量化的需要，汽车制造业对轻质材料的需求日益增加。其中，纤维金属层合板可以实现车身轻量化。比如，专利201710221337.9公开了一种纤维金属层合板的制备方法。由于纤维预浸料导电性很差，制备的层合板无法实现电阻点焊，只能通过机械连接等方式实现连接。

发明内容

本发明提供一种纤维金属层合板、制备方法及电阻焊方法，降低了现有技术中制备的层厚板无法实现电阻点焊，只能通过机械连接等方式实现连接的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种纤维金属层合板，包括：(N+1)个金属层和N个纤维预浸层，(N+1)个所述金属层和N个所述纤维预浸层交替排列且最外端两侧均为所述金属层，相邻两个所述金属层中至少有一个所述金属层上设置有待焊区，所述待焊区包括若干凸起，所述凸起穿透相邻两个所述金属层之间的所述纤维预浸层以使二者连接，其中，N为正整数。

优选地，所述纤维预浸层由玻璃纤维和聚丙烯树脂组成。

优选地，所述玻璃纤维具有至少两种方向的斜纹。

本发明还提供了一种纤维金属层合板的制备方法，所述纤维金属层合板包括如上述中任一所述纤维金属层合板，所述方法包括步骤：

选择(N+1)个金属层和N个纤维预浸层；其中，N为正整数；

将(N+1)个所述金属层和N个所述纤维预浸层按照第一顺序交替排列，且最外端两侧均为所述金属层；

在所述金属层上设置凸起；其中，相邻两个所述金属层中至少有一个所述金属层上设置有凸起，且所述凸起高度大于等于所述纤维预浸层厚度；

在热压机中的模具上涂抹脱模剂；

将(N+1)个所述金属层和N个所述纤维预浸层按照所述第一顺序依次放置入所述模具中，所述金属层与所述纤维预浸层之间设置有胶层；

启动所述热压机，使所述模具达到预设温度后进行保温和保压，并以预设冷却速度进行冷却，以得到所述纤维金属层合板。

优选地，所述在所述金属层上设置凸起包括：使用冲压模具在所述金属层上设置所述凸起。

优选地，所述在所述金属层上设置凸起包括：使用脉冲激光在所述金属层上设置所述凸起。

本发明还提供了一种纤维金属层合板的电阻焊方法，所述纤维金属层合板包括如上述中任一所述纤维金属层合板，所述方法包括步骤：

将第一电极和第二电极相对放置；

将纤维金属层合板与板材搭接并放置于所述第一电极和所述第二电极之间；其中，所述待焊区与所述第一电极和所述第二电极共线；

使所述第一电极和所述第二电极相对运动，并以压力N夹紧所述纤维金属层合板与所述板材；

在所述第一电极和所述第二电极之间导通持续时间为T₁的电流I₁，使凸起周围的纤维预浸层熔化并至少部分地挤出待焊区；

在所述第一电极和所述第二电极之间导通持续时间为T₂的电流I₂，使所述纤维金属层合板的金属层与所述板材之间形成熔核，以使二者焊接。

优选地，所述电流I₁产生的热量Q₁与所述电流I₂产生的热量Q₂关系为：Q₁＜Q₂。

优选地，所述板材为导电材料。

优选地，所述板材包括所述纤维金属层合板。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请提供的纤维金属层合板在各金属层之间通过金属凸起相接触，使得在后续电阻焊过程中，电流可以顺利通过纤维金属层合板，从而使得所制备的纤维金属层合板具有电阻焊接性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种纤维金属层合板的实施例1示意图；

图2是本发明实施例提供的一种纤维金属层合板的实施例2示意图；

图3是本发明实施例提供的一种纤维金属层合板电阻点焊的实施例1示意图；

图4是本发明实施例提供的一种纤维金属层合板电阻点焊的实施例2示意图；

图中：1纤维金属层合板，11金属层，12纤维预浸层，13凸起，2板材，3第一电极，4第二电极。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

参见图1和2，本发明提供了一种纤维金属层合板，包括：(N+1)个金属层11和N个纤维预浸层12，(N+1)个所述金属层11和N个所述纤维预浸层12交替排列且最外端两侧均为所述金属层11，相邻两个所述金属层11中至少有一个所述金属层11上设置有待焊区，所述待焊区包括若干凸起13，所述凸起13穿透相邻两个所述金属层11之间的所述纤维预浸层12以使二者连接，其中，N为正整数。

参见图1，在本申请实施例中，所述金属层11为0.6mm厚度的IF钢板，数量为2层；所述纤维预浸层12的厚度为0.6mm，数量为1层，由玻璃纤维和聚丙烯树脂组成，玻璃纤维具有至少两种方向(比如0°和90°)的斜纹；位于底层的金属层11的上顶面上设置有待焊区，待焊区包括凸起13，所述凸起13为单向凸起，高度为0.6mm，形成了直径30mm的待焊区，底层金属层11上的凸起13穿透纤维预浸层12将顶层的金属层11和底层金属层11相互接触。

参见图2，在本申请实施例中，所述金属层11为0.6mm厚度的IF钢板，数量为3层；所述纤维预浸层12的厚度为0.6mm，数量为2层，由玻璃纤维和聚丙烯树脂组成，玻璃纤维具有至少两种方向(比如30°和60°)的斜纹；位于中间层的金属层11的上顶面和下底面上均设置有待焊区，待焊区包括凸起13，所述凸起13为双向凸起，高度为0.6mm，形成了直径30mm的待焊区，中间层的金属层11上的凸起13穿透两侧的纤维预浸层12将中间层的金属层11分别与顶层的金属层11和底层金属层11相互接触。

本发明还提供了一种纤维金属层合板的制备方法，所述纤维金属层合板包括如上述所述纤维金属层合板1，所述方法包括步骤：

选择(N+1)个金属层11和N个纤维预浸层12；其中，N为正整数；

将(N+1)个所述金属层11和N个所述纤维预浸层12按照第一顺序交替排列，且最外端两侧均为所述金属层11；

在所述金属层11上设置凸起13；其中，相邻两个所述金属层11中至少有一个所述金属层11上设置有凸起13，且所述凸起13高度大于等于所述纤维预浸层12厚度；

在热压机中的模具上涂抹脱模剂；

将(N+1)个所述金属层11和N个所述纤维预浸层12按照所述第一顺序依次放置入所述模具中，所述金属层11与所述纤维预浸层12之间设置有胶层；

启动所述热压机，使所述模具达到预设温度后进行保温和保压，并以预设冷却速度进行冷却，以得到所述纤维金属层合板1。

下面以具体实施例对本申请提供的一种纤维金属层合板的制备方法进行描述。

为了得到图1中所示的纤维金属层合板，本申请中的一种纤维金属层合板的制备方法具体步骤如下：

选择2个0.6mm厚的金属层11和1个0.6mm厚的纤维预浸层12；

将2个所述金属层11和1个所述纤维预浸层12按照图1中的顺序交替排列，最外端两侧均为所述金属层11，而中间层为所述纤维预浸层12；

在位于底层的所述金属层11上设置0.6mm高的朝向顶层金属层11的凸起13；

采用具有凹凸模的热压机，在热压机中的模具上涂抹脱模剂；

将2个所述金属层11和1个所述纤维预浸层12按照图1中的顺序依次放置入所述模具中，所述金属层11与所述纤维预浸层之间设置有胶层；

启动所述热压机，使所述模具达到预设温度200℃后进行保温5分钟和保压(压力为2MPa、保压时间为8分钟)，在压力作用下，预制的凸起13穿透纤维预浸层12，使得相邻金属层11接触，再以预设冷却速度0.6℃/min进行冷却，以得到图1中所述纤维金属层合板1。

为了得到图2中所示的纤维金属层合板，本申请中的一种纤维金属层合板的制备方法具体步骤如下：

选择3个0.6mm厚的金属层11和2个0.6mm厚的纤维预浸层12；

将3个所述金属层11和2个所述纤维预浸层12按照图2中的顺序交替排列；

在位于中间层的所述金属层11上顶面和下底面上均设置0.6mm高的分别朝向顶层金属层11和底层金属层11的凸起13；

采用具有凹凸模的热压机，在热压机中的模具上涂抹脱模剂；

将3个所述金属层11和2个所述纤维预浸层12按照图2中的顺序依次放置入所述模具中，所述金属层11与所述纤维预浸层12之间设置有胶层；

启动所述热压机，使所述模具达到预设温度200℃后进行保温5分钟和保压(压力为2MPa、保压时间为8分钟)，在压力作用下，预制的凸起13穿透纤维预浸层12，使得相邻金属层11接触，再以预设冷却速度0.6℃/min进行冷却，以得到图2中所述纤维金属层合板1。

在本申请实施例中，所述在所述金属层11上设置凸起13包括：使用冲压模具在所述金属层11上设置所述凸起13。具体地，冲压模具对金属层11进行挤压作用，从而可以在其表面冲压形成凸起13。

在本申请实施例中，所述在所述金属层11上设置凸起13包括：使用脉冲激光在所述金属层11上设置所述凸起13。具体地，脉冲激光对金属层11定向释放激光能量，从而可以在其表面形成凸起13。

参见图3和4，本发明提供了一种纤维金属层合板的电阻焊方法，所述纤维金属层合板包括图1和2所述纤维金属层合板1，所述方法包括步骤：

将第一电极3和第二电极4相对放置；

将纤维金属层合板1与板材2搭接并放置于所述第一电极3和所述第二电极4之间；其中，所述待焊区与所述第一电极3和所述第二电极4共线；

使所述第一电极3和所述第二电极4相对运动，并以压力N夹紧所述纤维金属层合板1与所述板材2；

在所述第一电极3和所述第二电极4之间导通持续时间为T₁的电流I₁，使凸起13周围的纤维预浸层熔化并至少部分地挤出待焊区；

在所述第一电极3和所述第二电极4之间导通持续时间为T₂的电流I₂，使所述纤维金属层合板1的金属层11与所述板材2之间形成熔核，以使二者焊接。

下面以具体实施例对本申请提供的一种纤维金属层合板的电阻焊方法进行描述。

针对图1中所示的纤维金属层合板，本申请中的一种纤维金属层合板的电阻焊方法具体步骤如下：

将中频直流点焊设备上的第一电极3和第二电极4相对放置；

将图1中所示的纤维金属层合板1与板材2(1mm厚IF钢板)搭接并放置于所述第一电极3和所述第二电极4之间；其中，所述待焊区与所述第一电极3和所述第二电极4共线；

使所述第一电极3和所述第二电极4相对运动，并以压力2kN夹紧所述纤维金属层合板1与所述板材2；

在所述第一电极3和所述第二电极4之间导通持续时间为0.2S的电流I₁(5kA)，使凸起13周围的纤维预浸层熔化并至少部分地挤出待焊区；

在所述第一电极3和所述第二电极4之间导通持续时间为0.2S的电流I₂(9kA)，使所述纤维金属层合板1的金属层11与所述板材2之间形成熔核，熔核可以将纤维金属层合板1和板材2焊接。

针对图2中所示的纤维金属层合板，本申请中的一种纤维金属层合板的电阻焊方法具体步骤如下：

将中频直流点焊设备上的第一电极3和第二电极4相对放置；

将图2中所示的纤维金属层合板1与板材2(1mm厚IF钢板)搭接并放置于所述第一电极3和所述第二电极4之间；其中，所述待焊区与所述第一电极3和所述第二电极4共线；

使所述第一电极3和所述第二电极4相对运动，并以压力2.5kN夹紧所述纤维金属层合板1与所述板材2；

在所述第一电极3和所述第二电极4之间导通持续时间为0.3S的电流I₁(6kA)，使凸起13周围的纤维预浸层熔化并至少部分地挤出待焊区；

在所述第一电极3和所述第二电极4之间导通持续时间为0.3S的电流I₂(10kA)，使所述纤维金属层合板1的金属层11与所述板材2之间形成熔核，熔核可以将纤维金属层合板1和板材2焊接。

在本申请实施例中，所述电流I₁产生的热量Q₁与所述电流I₂产生的热量Q₂关系为：Q₁＜Q₂，从而可以在金属层11与所述板材2之间形成熔核将纤维金属层合板1和板材2焊接。

为了确保板材2与金属层11在通电时产生焦耳热完成电阻焊，在本申请实施例中，所述板材2为导电材料。当板材2为导电材料时，此时第一电极3和所述第二电极4可以在分别接触板材2与纤维金属层合板1时形成通路，从而实现焊接。

在本申请实施例中，所述板材2包括所述纤维金属层合板1，可以将两个或者多个纤维金属层合板1按照上述焊接方法进行焊接。

本申请提供的纤维金属层合板在各金属层之间通过金属凸起相接触，使得在后续电阻焊过程中，电流可以顺利通过纤维金属层合板，从而使得所制备的纤维金属层合板具有电阻焊接性。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。