熱塑性復合材料基于其對民用航空飛行器的輕量化、高性能化和環(huán)�；l(fā)揮著極其重要的作用,被認為是一種很有發(fā)展前途的新型先進航空材料,其結構高效可靠的連接是其進一步廣泛應用的重要保障。針對碳纖維增強聚苯硫醚復合材料層合板,探討感應焊接工藝參數對焊接接頭性能的影響規(guī)律,獲取最佳焊接工藝參數,確定焊接質量控制窗口,對經不同濕熱處理焊接試樣的性能演化進行系統研究。首先,通過DOE實驗設計對CF/PPS層合板感應焊接工藝參數進行優(yōu)化計算分析,得出在焊接功率為2.0kW、焊接壓力為1.5MPa、焊接時間為3.0min條件下,焊接接頭剪切性能最佳,最佳焊接工藝參數焊接接頭的單搭接剪切強度約為13.25MPa;此外焊接接頭剪切強度隨著焊接工藝參數的增加,均呈現先增大后減小的變化趨勢,在最佳焊接工藝參數下,焊接接頭結合緊密,呈現出高剪切強度,而在過低或過高焊接工藝參數下,焊接接頭結合較差,剪切強度較低。然后,對CF/PPS層合板感應焊接接頭的失效斷口進行分析,結果表明:高剪切強度焊接接頭斷口處不銹鋼網被撕裂,被焊接層合板焊接界面纖維出現拔出斷裂,PPS樹脂有顯著的塑性形變,其主要失效形式為層間失效;低剪切強... 

【文章來源】：中國民航大學天津市

【文章頁數】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光透射焊接原理圖

中國民航大學碩士學位論文4收，并取得了一定成果。雷劍波[22]等人對激光透射焊接工藝進行了研究，結果顯示，透明板材和其他顏色板材在焊接時，需要添加吸光劑，在采用黑色熱塑性樹脂膜為吸光劑的條件下，焊接效果較好，可獲得優(yōu)異的力學性能。激光透射焊接優(yōu)點主要在于可實現精確的非接觸式傳熱以及可控的能量積累；焊接過程中不存在部件波動，可焊接較敏感性航空器元件。然而被焊件的光學特性很大程度上限制了它們的焊接強度，為了提高材料的激光透射焊接性能，改變下部被焊件的吸光率是一個重要發(fā)展方向。（2）超聲波焊接超聲波焊接是一種利用高頻率（20到120kHz之間）和小振幅的機械波來使被焊接部件界面產熱的焊接方法，由于焊接界面存在能量導向器，機械波能擇優(yōu)使被焊部件的焊接表面產生表面摩擦和分子震動，溫度升高加熱熔化被焊件并在壓力下融為一體，冷卻后完成焊接，如圖1-2所示。圖1-2超聲波焊接原理圖近年來，關于纖維增強熱塑性復合材料超聲波焊接的研究主要集中在不同工藝條件下接頭性能的演變規(guī)律，從而進一步優(yōu)化焊接工藝。WangTao[23]等人通過超聲波焊接研究了焊接時間和能量導向器對碳纖維增強聚醚醚酮（CF/PEEK）復合材料接頭的影響機理，結果表明，在一定范圍隨著焊接時間的增加會提高被焊件焊縫的能量吸收，使焊接接頭的強度達到最佳值；該研究還指出，通過使用能量導向器，在較短焊接時間內就可獲得具有良好結合的焊接接頭，接頭的搭接剪切強度可達28MPa。劉忠俠[24]研究了碳纖維加強尼龍66復合材料的超聲波焊接技術，研究表明適當的焊接壓力可以使焊接能量和界面處的熔體更好的轉移與流動，并提高焊接強度。超聲波焊接工藝最突出的特點是效率高；可應用于各種復合材料的接頭，如

中國民航大學碩士學位論文5CF/TPC-CF/TSC，以及CF/TPC或CF/TSC-金屬接頭[25]；此外，超聲焊接對材料的介電性能無特殊要求，易于實現自動化。這種技術的主要缺點是超聲波能量導向器制作困難，且在高頻振動下上表面的纖維可能會發(fā)生斷裂。（3）電阻焊接電阻焊接是熱塑性復合材料最成熟的焊接技術之一，TaylorN.S早在上世紀九十年代末就提出了該工藝的可行性理論[26]。電阻焊接是基于焦耳效應，當電流流過加熱元件時，材料中的電阻損耗會使電能轉化為熱能，電阻器消耗的能量（Q）與電阻（R），電流（I）和時間（t）成比例，如下方程1.1所示：2QIRt（1.1）當達到一定溫度時，停止加熱，并使被焊部件在施壓下冷卻以形成焊接接頭，其原理如圖1-3所示。圖1-3電阻焊接原理圖熱塑性樹脂基復合材料對溫度的敏感性極高，Hou[27]等人發(fā)現加熱元件的類型將直接影響焊縫的溫度分布以及接頭強度。從現有文獻中發(fā)現，最常用的加熱元件有不銹鋼網和碳纖維。HubertP[28]等人采用三種不同的不銹鋼網作為碳纖維增強聚醚酮酮（CF/PEKK）復合材料電阻焊接中的加熱元件，目的是確定不銹鋼網尺寸對熱塑性復合材料電阻焊接的影響；這項研究的結果發(fā)現，當選用不銹鋼的線徑為0.041mm，孔徑為0.089mm時，焊接接頭具有優(yōu)異的力學性能，其搭接剪切強度最佳可達52MPa。由于碳纖維與其增強的復合材料具有較好的相容性，因此也被選用為加熱材料。目前，已有研究兩種類型的碳纖維加熱元件：單向和織物。Ageorges[29]證明了單向碳纖維加熱元件橫向與縱向的傳熱具有差異，而織物加熱元件的溫度分布均勻性比單向加熱元件要好，織

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
[1]濕熱環(huán)境對CFRP層板性能影響及機理研究[D]. 鞏天琛.中國民航大學 2017



本文編號：3025999