熱塑性復(fù)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(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的新型先進(jìn)航空材料,其結(jié)構(gòu)高效可靠的連接是其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的重要保障。針對碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料層合板,探討感應(yīng)焊接工藝參數(shù)對焊接接頭性能的影響規(guī)律,獲取最佳焊接工藝參數(shù),確定焊接質(zhì)量控制窗口,對經(jīng)不同濕熱處理焊接試樣的性能演化進(jìn)行系統(tǒng)研究。首先,通過DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對CF/PPS層合板感應(yīng)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算分析,得出在焊接功率為2.0kW、焊接壓力為1.5MPa、焊接時(shí)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(shù)焊接接頭的單搭接剪切強(qiáng)度約為13.25MPa;此外焊接接頭剪切強(qiáng)度隨著焊接工藝參數(shù)的增加,均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢,在最佳焊接工藝參數(shù)下,焊接接頭結(jié)合緊密,呈現(xiàn)出高剪切強(qiáng)度,而在過低或過高焊接工藝參數(shù)下,焊接接頭結(jié)合較差,剪切強(qiáng)度較低。然后,對CF/PPS層合板感應(yīng)焊接接頭的失效斷口進(jìn)行分析,結(jié)果表明:高剪切強(qiáng)度焊接接頭斷口處不銹鋼網(wǎng)被撕裂,被焊接層合板焊接界面纖維出現(xiàn)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(qiáng)... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

激光透射焊接原理圖

中國民航大學(xué)碩士學(xué)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(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，透明板材和其他顏色板材在焊接時(shí)，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(xué)性能。激光透射焊接優(yōu)點(diǎn)主要在于可實(shí)現(xiàn)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(xué)特性很大程度上限制了它們的焊接強(qiáng)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(gè)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(jī)械波來使被焊接部件界面產(chǎn)熱的焊接方法，由于焊接界面存在能量導(dǎo)向器，機(jī)械波能擇優(yōu)使被焊部件的焊接表面產(chǎn)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(guān)于纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)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(jìn)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(shí)間和能量導(dǎo)向器對碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（CF/PEEK）復(fù)合材料接頭的影響機(jī)理，結(jié)果表明，在一定范圍隨著焊接時(shí)間的增加會提高被焊件焊縫的能量吸收，使焊接接頭的強(qiáng)度達(dá)到最佳值；該研究還指出，通過使用能量導(dǎo)向器，在較短焊接時(shí)間內(nèi)就可獲得具有良好結(jié)合的焊接接頭，接頭的搭接剪切強(qiáng)度可達(dá)28MPa。劉忠俠[24]研究了碳纖維加強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的超聲波焊接技術(shù)，研究表明適當(dāng)?shù)暮附訅毫梢允购附幽芰亢徒缑嫣幍娜垠w更好的轉(zhuǎn)移與流動，并提高焊接強(qiáng)度。超聲波焊接工藝最突出的特點(diǎn)是效率高；可應(yīng)用于各種復(fù)合材料的接頭，如

中國民航大學(xué)碩士學(xué)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(shí)現(xiàn)自動化。這種技術(shù)的主要缺點(diǎn)是超聲波能量導(dǎo)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(fù)合材料最成熟的焊接技術(shù)之一，TaylorN.S早在上世紀(jì)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(yīng)，當(dāng)電流流過加熱元件時(shí)，材料中的電阻損耗會使電能轉(zhuǎn)化為熱能，電阻器消耗的能量（Q）與電阻（R），電流（I）和時(shí)間（t）成比例，如下方程1.1所示：2QIRt（1.1）當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，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(fù)合材料對溫度的敏感性極高，Hou[27]等人發(fā)現(xiàn)加熱元件的類型將直接影響焊縫的溫度分布以及接頭強(qiáng)度。從現(xiàn)有文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，最常用的加熱元件有不銹鋼網(wǎng)和碳纖維。HubertP[28]等人采用三種不同的不銹鋼網(wǎng)作為碳纖維增強(qiáng)聚醚酮酮（CF/PEKK）復(fù)合材料電阻焊接中的加熱元件，目的是確定不銹鋼網(wǎng)尺寸對熱塑性復(fù)合材料電阻焊接的影響；這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選用不銹鋼的線徑為0.041mm，孔徑為0.089mm時(shí)，焊接接頭具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其搭接剪切強(qiáng)度最佳可達(dá)52MPa。由于碳纖維與其增強(qiáng)的復(fù)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(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3025999