熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于民用航空器結(jié)構(gòu)中,其結(jié)構(gòu)的可靠性連接是其應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵性因素。本文針對(duì)CF/PPS層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行電阻焊接研究,選用不銹鋼金屬網(wǎng)作為電阻熱元件,揭示焊接參數(shù)(焊接溫度、焊接壓力、焊接時(shí)間)對(duì)CF/PPS層合板焊接接頭質(zhì)量及力學(xué)性能的影響,獲得該焊接方法最佳的工藝參數(shù)。同時(shí),通過(guò)對(duì)接頭損傷破壞過(guò)程進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)、記錄和分析,揭示接頭在破壞過(guò)程的不同階段和破壞形式。主要研究的內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)研究了主要焊接參數(shù)——焊接溫度、焊接壓力、焊接時(shí)間對(duì)CF/PPS層合板焊接接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律,結(jié)果表明:電阻焊接CF/PPS焊接接頭的剪切強(qiáng)度隨焊接溫度、焊接壓力的增加均呈現(xiàn)出先上升后下降的變化規(guī)律;隨焊接時(shí)間的增加呈先上升后保持不變的變化規(guī)律。另外,其接頭剪切強(qiáng)度隨搭接長(zhǎng)度增加呈上升趨勢(shì),當(dāng)搭接長(zhǎng)度達(dá)到一定值時(shí),對(duì)其接頭的剪切強(qiáng)度影響很小;(2)CF/PPS層合板電阻焊的最佳工藝參數(shù)為360℃、0.8MPa、450s。在該焊接參數(shù)下,樹(shù)脂熔融范圍廣,流動(dòng)性良好,與加熱元件(金屬網(wǎng))、碳纖維織物有良好的浸潤(rùn)性,焊接界面彼此形成有效連接,接頭剪切強(qiáng)度最佳。該結(jié)論為... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)民航大學(xué)天津市

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

感應(yīng)焊原理示意圖[15]

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文4激光焊接是一種高效精密焊接方法，其焊接過(guò)程的熱源為高能量密度激光束。激光連接方法有直接激光照射法、激光透射焊接法等，而直接激光照射法的原理是通過(guò)快速熔化、凝固和冷卻的過(guò)程，使兩種材料在界面處同時(shí)發(fā)生相互擴(kuò)散和混合，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的強(qiáng)搭接連接。激光焊原理如圖1-2所示。圖1-2激光焊接原理示意圖[15]與其它焊接方法相比，激光焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)[19]：（1）能將熱輸入量降低到最低要求，熱影響區(qū)的金相變化范圍小，熱傳導(dǎo)引起的變形也最��；（2）不需要電極，也不擔(dān)心電極污染或損壞。并且由于它不是接觸焊接工藝，所以可以使機(jī)器的磨損和變形最小化；（3）激光束易聚焦、對(duì)準(zhǔn)和引導(dǎo)，由于不接觸，可不受空間限制，不受周邊工具和障礙物影響，優(yōu)于其他焊接方法；（4）激光束可聚焦，所以可以焊接小而密集的零件；（5）可自動(dòng)化高速焊接也可以數(shù)字化或計(jì)算機(jī)控制。AcherjeeB[21]探究了激光焊接的不一樣的焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭質(zhì)量和強(qiáng)度的影響；Jaeschke等[20]研究了激光透射焊接技術(shù)不同的焊接工藝對(duì)碳纖維復(fù)合材料焊縫特性的影響，成功將連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)焊接到碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料(CFRP)上。然而，激光焊接技術(shù)的缺點(diǎn)是對(duì)焊接材料有著特殊的要求：首先，上層待焊材料需要有較高的透射率，而下層材料必須具有良好的激光吸收率。因此，激光焊接工藝受到材料的限制。(3)超聲波焊超聲波焊接是一種將超聲波電源提供的電能轉(zhuǎn)換為高頻振動(dòng)機(jī)械能的焊接技術(shù)[22]，其焊機(jī)主要由加壓裝置和超聲發(fā)生裝置兩部分組成，熱源為高頻機(jī)械波。原理圖如圖1-3所示。

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文5圖1-3超聲波焊接原理示意圖[15]Palardy[24]比較了不同厚度的平板式導(dǎo)能筋的性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用薄導(dǎo)能筋（0.06mm）時(shí)，導(dǎo)能筋和粘附物的加熱和熔化立即同時(shí)發(fā)生；當(dāng)導(dǎo)能筋較厚（0.25mm和0.50mm）時(shí)，導(dǎo)能筋明顯地被先加熱后熔化，且在其功率和位移曲線上表現(xiàn)出相似的行為。2014年，Villegas[25]研究了熱塑性復(fù)合材料超聲焊接強(qiáng)度與工藝數(shù)據(jù)的關(guān)系及最佳工藝條件確定，選用探頭位移量、焊接力和振動(dòng)振幅三個(gè)參數(shù)進(jìn)行研究。該過(guò)程采用0.25mm的平板式導(dǎo)能筋，使用位移控制焊接的方式。在位移量為0.1mm、焊接力為300N、振動(dòng)振幅為86.2μm時(shí)得到的最優(yōu)參數(shù)。Zhao等[26]對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料連接的失效模式進(jìn)行了分析，其焊接件失效形式多為：“虧欠”、“過(guò)度”兩種形式，富含樹(shù)脂的斷裂表面對(duì)應(yīng)于“虧欠”焊接樣品，而具有較多孔隙的斷裂表面對(duì)應(yīng)于“過(guò)度”焊接的樣品。所以，超聲波焊接具有焊接時(shí)間短、接頭強(qiáng)度高、焊前表面處理不復(fù)雜、焊后接頭處纖維結(jié)構(gòu)損傷小等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)，超聲波焊接也因單次焊接面積小，工藝復(fù)雜程度高、可重復(fù)性較差、過(guò)大的振幅會(huì)切割復(fù)合材料中的纖維等明顯的缺點(diǎn)，大大限制了該焊接方式的發(fā)展。(4)電阻焊電阻焊又叫電阻植入焊，在連接熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料領(lǐng)域，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ暮附臃绞�，具有廣闊的應(yīng)用前景。其焊接機(jī)理是在兩待焊接表面間安放一個(gè)加熱部件，通電加熱中間植入件，使焊接表面溫度升高，發(fā)生熔化，加壓冷卻后形成連接接頭。原理圖如圖1-4所示。電阻焊通過(guò)使電流流過(guò)插在兩個(gè)要連接零件之間的電阻元件，在粘結(jié)表面快速加熱和熔化材料。一旦電阻元件周圍的區(qū)域熔化，便會(huì)通過(guò)施加壓力產(chǎn)生焊

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]聲發(fā)射在復(fù)合材料損傷機(jī)理研究的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 倪迎鴿,楊宇,呂毅,張偉.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2019(08)
[2]熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料連接技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 周利,秦志偉,劉杉,陳偉光,李高輝,宋曉國(guó),馮吉才.  材料導(dǎo)報(bào). 2019(19)
[3]分層對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)承載能力的影響[J]. 董大龍,周翔,汪海,姜曉偉.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2018(01)
[4]塑料旋轉(zhuǎn)焊接技術(shù)[J]. 張勝玉.  現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用. 2015(05)
[5]我國(guó)先進(jìn)復(fù)合材料產(chǎn)事業(yè)發(fā)展[J]. 陳紹杰.  玻璃鋼. 2014(01)
[6]焊接能量對(duì)鋁/銅超聲波焊接接頭顯微組織的影響[J]. 李東,趙楊洋,張延松.  焊接學(xué)報(bào). 2014(02)
[7]基于小波理論的聲發(fā)射信號(hào)降噪方法[J]. 趙西偉,任彬.  電子科技. 2013(04)
[8]激光焊接的特點(diǎn)[J].   電焊機(jī). 2010(09)
[9]基于小波分析的聲發(fā)射信號(hào)降噪處理方法[J]. 劉叢兵.  機(jī)電工程技術(shù). 2010(07)
[10]碳纖維/聚苯硫醚復(fù)合材料在飛機(jī)制造業(yè)的應(yīng)用[J].   精細(xì)化工原料及中間體. 2010(02)

碩士論文
[1]基于聲發(fā)射的材料損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D]. 葛洺瑀.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 2019
[2]CF/PPS復(fù)合材料的碳纖維電阻熱連接技術(shù)研究[D]. 王宏洋.中國(guó)民航大學(xué) 2018
[3]聲發(fā)射信號(hào)處理及源定位方法研究[D]. 陳園園.東南大學(xué) 2017
[4]基于聲發(fā)射技術(shù)的二維編織復(fù)合材料層合板的損傷識(shí)別與定位研究[D]. 艾素萍.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 2015



本文編號(hào)：2913334