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热塑性碳纤维材料超声波焊接工艺(三)

(2012-10-19 16:05:11)
标签:

碳纤维复合材料

cfrp加工

碳纤维材料

复合材料焊接技术

杂谈

超声波焊接采用高频率机械波(20?120kHz)连接热塑性复合材料。超声波焊机主要由加压部分和超声发生装置两部分组成。
http://s16/mw690/a46a734ancc657ffaa24f&690


超声波焊接时需要注意的关键问题是在焊接过程中始终保持连接熔融液膜的存在。熔膜在时间和空间上的连续性决定了焊接接头的质量。为了达到熔膜空间上的连续性通常采用’导能筋‘的焊前接头设计形式。焊接时熔化首先在导能筋的尖端产生并逐步向两侧扩展直到铺满整个焊接面。时间上的连续性是指熔膜产生后在铺展之前就凝固的问题。这个问题在焊接非定形聚合物材料时并不存在。但是高性能的热塑性树脂基复合材料通常以碳纤维作为增强相,使得复合材料得导热性能大大高于纯树脂,同时其基体多为半结晶性材料(如peek),这种材料在超过熔点以上时在超声场中得生热能力大大下降,也加速了这种倾向。通过在焊接表面焊前模压一层纯树脂绝热层可以降低焊接面处热量得损失速度。而Grewell等人通过改变焊接振福和焊接压力能够始终在焊接过程中保持熔体得存在,并且能够避免熔体从焊接处飞溅出去。采用半圆形导能筋能够在相同下塌量情况下,使半圆形导能筋获得最多得熔体量,从而保持连续熔体得始终存在,台湾学者等人对此进行了系列研究,并获得了较高得接头强度。

超声波焊接得优点是焊接时间很短、接头强度高、并且焊前不需要复杂得表面处理,焊后接头处纤维结构破坏最小。超声波焊接得缺点是富树脂层和导能筋条制作困难,一次焊接面积小,接头量不稳定,并且过大得振幅可能切断复合材料中得的纤维。
目前超声波的研究通过优化导能筋的形状来获得高强度接头;通过实时控制真福和压力来提高接头质量;采用双频率超声波焊机来提高焊接界面处的生热效率,缩短焊接时间减轻超声波对复合材料的破坏。





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