關於碳纖維增強熱塑性複合材料超聲波焊接研究

2021-11-30 17:29

碳纖維複合材料的連接方式
碳纖維複合材料連接有多種連接方法，需要根據應用於不同連接區域的載荷特點等進行選擇。目前應用最多的主要有機械連接、膠接連接、以及機械/膠接混合連接等。

機械連接是使用機械方法，通常采用螺栓和鉚釘，將兩個或者多個被連接構件連接在一起的方法。飛機結構中常用的機械連接主要包括螺栓、鉚釘、盲緊固件和環槽鉚釘連接等。優點是不需要表麵處理，易於檢查，必要時可將部件拆卸。然而，機械連接有幾個缺點：零件螺絲孔引起的應力集中;增加了結構的重量;螺絲價格相對昂貴，例如複合材料飛機上緊固件占結構總成本的19%~42%。

粘接連接是另一種選擇。近年來，膠粘劑在強度、疲勞壽命和剛度方麵的性能有了很大的提高。膠粘劑的主要優點是能粘接不同的材料，也提供更均勻的應力分布。另一方麵，膠粘劑需要大量的時間進行表麵準備和固化，而且粘接接頭不能拆卸。

機械/膠接混合連接使用粘合劑和機械緊固件提供了兩者最佳的性能，具有良好的承重能力和疲勞壽命。但是仍需要大量的勞動力和較長的連接時間。

關於超聲波焊接

超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表麵，在加壓的情況下，使兩個物體表麵相互摩擦而形成分子層之間的熔合。

超聲波焊接的優點

超聲波焊接是最快的連接方法，是自動化的理想選擇。
不需要填充材料。可以進行點焊和焊縫焊接。
表麵損傷小，因為熱量是在接合界麵產生，而非頂部表麵。
一個幹淨的工藝過程，不會產生煙霧或火花。

超聲波焊接的局限性

超聲波焊接也有一些局限性，由於換能器的輸出功率有限，對待焊材料的性質要求嚴格，超聲波焊接並不能直接焊接較大工件，並且當工件在超聲波傳遞方向上的尺寸較厚時，焊接效果會較差。這些缺點限製了超聲波焊接的應用。

碳纖維增強熱塑性複合材料(CFRTP)由於其優越的力學性能、較低的加工成本及可回收性，逐漸成為繼鋁合金、高強鋼之後的新一代輕量化材料。國內外科研機構和材料企業都投入巨資和人力競相開展相關研究，部分高校、企業已開始探索將CFRTP應用於機身與車身的製造與裝配。超聲波焊接是最適合焊接熱塑性材料的方法之一，也是實現大規模裝配CFRTP部件的關鍵使能技術之一。

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