CF/PPS复合材料的金属网电阻热连接技术研究
发布时间：2020-12-12 21:52
热塑性树脂基复合材料已广泛应用于民用航空器结构中,其结构的可靠性连接是其应用发展的关键性因素。本文针对CF/PPS层板结构进行电阻焊接研究,选用不锈钢金属网作为电阻热元件,揭示焊接参数(焊接温度、焊接压力、焊接时间)对CF/PPS层合板焊接接头质量及力学性能的影响,获得该焊接方法最佳的工艺参数。同时,通过对接头损伤破坏过程进行声发射信号检测、记录和分析,揭示接头在破坏过程的不同阶段和破坏形式。主要研究的内容和结果如下:(1)研究了主要焊接参数——焊接温度、焊接压力、焊接时间对CF/PPS层合板焊接接头力学性能的影响规律,结果表明:电阻焊接CF/PPS焊接接头的剪切强度随焊接温度、焊接压力的增加均呈现出先上升后下降的变化规律;随焊接时间的增加呈先上升后保持不变的变化规律。另外,其接头剪切强度随搭接长度增加呈上升趋势,当搭接长度达到一定值时,对其接头的剪切强度影响很小;(2)CF/PPS层合板电阻焊的最佳工艺参数为360℃、0.8MPa、450s。在该焊接参数下,树脂熔融范围广,流动性良好,与加热元件(金属网)、碳纤维织物有良好的浸润性,焊接界面彼此形成有效连接,接头剪切强度最佳。该结论为...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感应焊原理示意图[15]
中国民航大学硕士学位论文4激光焊接是一种高效精密焊接方法，其焊接过程的热源为高能量密度激光束。激光连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过快速熔化、凝固和冷却的过程，使两种材料在界面处同时发生相互扩散和混合，实现复合材料的强搭接连接。激光焊原理如图1-2所示。图1-2激光焊接原理示意图[15]与其它焊接方法相比，激光焊接具有以下优点[19]：（1）能将热输入量降低到最低要求，热影响区的金相变化范围小，热传导引起的变形也最小；（2）不需要电极，也不担心电极污染或损坏。并且由于它不是接触焊接工艺，所以可以使机器的磨损和变形最小化；（3）激光束易聚焦、对准和引导，由于不接触，可不受空间限制，不受周边工具和障碍物影响，优于其他焊接方法；（4）激光束可聚焦，所以可以焊接小而密集的零件；（5）可自动化高速焊接也可以数字化或计算机控制。AcherjeeB[21]探究了激光焊接的不一样的焊接工艺参数对焊接接头质量和强度的影响；Jaeschke等[20]研究了激光透射焊接技术不同的焊接工艺对碳纤维复合材料焊缝特性的影响，成功将连续玻璃纤维增强复合材料(GFRP)焊接到碳纤维增强的复合材料(CFRP)上。然而，激光焊接技术的缺点是对焊接材料有着特殊的要求：首先，上层待焊材料需要有较高的透射率，而下层材料必须具有良好的激光吸收率。因此，激光焊接工艺受到材料的限制。(3)超声波焊超声波焊接是一种将超声波电源提供的电能转换为高频振动机械能的焊接技术[22]，其焊机主要由加压装置和超声发生装置两部分组成，热源为高频机械波。原理图如图1-3所示。
中国民航大学硕士学位论文5图1-3超声波焊接原理示意图[15]Palardy[24]比较了不同厚度的平板式导能筋的性能，发现当使用薄导能筋（0.06mm）时，导能筋和粘附物的加热和熔化立即同时发生；当导能筋较厚（0.25mm和0.50mm）时，导能筋明显地被先加热后熔化，且在其功率和位移曲线上表现出相似的行为。2014年，Villegas[25]研究了热塑性复合材料超声焊接强度与工艺数据的关系及最佳工艺条件确定，选用探头位移量、焊接力和振动振幅三个参数进行研究。该过程采用0.25mm的平板式导能筋，使用位移控制焊接的方式。在位移量为0.1mm、焊接力为300N、振动振幅为86.2μm时得到的最优参数。Zhao等[26]对碳纤维增强树脂基复合材料连接的失效模式进行了分析，其焊接件失效形式多为：“亏欠”、“过度”两种形式，富含树脂的断裂表面对应于“亏欠”焊接样品，而具有较多孔隙的断裂表面对应于“过度”焊接的样品。所以，超声波焊接具有焊接时间短、接头强度高、焊前表面处理不复杂、焊后接头处纤维结构损伤小等优点。但同时，超声波焊接也因单次焊接面积小，工艺复杂程度高、可重复性较差、过大的振幅会切割复合材料中的纤维等明显的缺点，大大限制了该焊接方式的发展。(4)电阻焊电阻焊又叫电阻植入焊，在连接热塑性树脂基复合材料领域，是一种极具发展潜力的焊接方式，具有广阔的应用前景。其焊接机理是在两待焊接表面间安放一个加热部件，通电加热中间植入件，使焊接表面温度升高，发生熔化，加压冷却后形成连接接头。原理图如图1-4所示。电阻焊通过使电流流过插在两个要连接零件之间的电阻元件，在粘结表面快速加热和熔化材料。一旦电阻元件周围的区域熔化，便会通过施加压力产生焊
【参考文献】：
期刊论文
[1]声发射在复合材料损伤机理研究的应用现状及发展趋势[J]. 倪迎鸽,杨宇,吕毅,张伟. 玻璃钢/复合材料. 2019(08)
[2]热塑性树脂基复合材料连接技术的研究进展[J]. 周利,秦志伟,刘杉,陈伟光,李高辉,宋晓国,冯吉才. 材料导报. 2019(19)
[3]分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响[J]. 董大龙,周翔,汪海,姜晓伟. 复合材料学报. 2018(01)
[4]塑料旋转焊接技术[J]. 张胜玉. 现代塑料加工应用. 2015(05)
[5]我国先进复合材料产事业发展[J]. 陈绍杰. 玻璃钢. 2014(01)
[6]焊接能量对铝/铜超声波焊接接头显微组织的影响[J]. 李东,赵杨洋,张延松. 焊接学报. 2014(02)
[7]基于小波理论的声发射信号降噪方法[J]. 赵西伟,任彬. 电子科技. 2013(04)
[8]激光焊接的特点[J]. 电焊机. 2010(09)
[9]基于小波分析的声发射信号降噪处理方法[J]. 刘丛兵. 机电工程技术. 2010(07)
[10]碳纤维/聚苯硫醚复合材料在飞机制造业的应用[J]. 精细化工原料及中间体. 2010(02)
硕士论文
[1]基于声发射的材料损伤监测技术研究[D]. 葛洺瑀.沈阳工业大学 2019
[2]CF/PPS复合材料的碳纤维电阻热连接技术研究[D]. 王宏洋.中国民航大学 2018
[3]声发射信号处理及源定位方法研究[D]. 陈园园.东南大学 2017
[4]基于声发射技术的二维编织复合材料层合板的损伤识别与定位研究[D]. 艾素萍.中国石油大学(华东) 2015
本文编号：2913334
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
感应焊原理示意图[15]
中国民航大学硕士学位论文4激光焊接是一种高效精密焊接方法，其焊接过程的热源为高能量密度激光束。激光连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过快速熔化、凝固和冷却的过程，使两种材料在界面处同时发生相互扩散和混合，实现复合材料的强搭接连接。激光焊原理如图1-2所示。图1-2激光焊接原理示意图[15]与其它焊接方法相比，激光焊接具有以下优点[19]：（1）能将热输入量降低到最低要求，热影响区的金相变化范围小，热传导引起的变形也最小；（2）不需要电极，也不担心电极污染或损坏。并且由于它不是接触焊接工艺，所以可以使机器的磨损和变形最小化；（3）激光束易聚焦、对准和引导，由于不接触，可不受空间限制，不受周边工具和障碍物影响，优于其他焊接方法；（4）激光束可聚焦，所以可以焊接小而密集的零件；（5）可自动化高速焊接也可以数字化或计算机控制。AcherjeeB[21]探究了激光焊接的不一样的焊接工艺参数对焊接接头质量和强度的影响；Jaeschke等[20]研究了激光透射焊接技术不同的焊接工艺对碳纤维复合材料焊缝特性的影响，成功将连续玻璃纤维增强复合材料(GFRP)焊接到碳纤维增强的复合材料(CFRP)上。然而，激光焊接技术的缺点是对焊接材料有着特殊的要求：首先，上层待焊材料需要有较高的透射率，而下层材料必须具有良好的激光吸收率。因此，激光焊接工艺受到材料的限制。(3)超声波焊超声波焊接是一种将超声波电源提供的电能转换为高频振动机械能的焊接技术[22]，其焊机主要由加压装置和超声发生装置两部分组成，热源为高频机械波。原理图如图1-3所示。
中国民航大学硕士学位论文5图1-3超声波焊接原理示意图[15]Palardy[24]比较了不同厚度的平板式导能筋的性能，发现当使用薄导能筋（0.06mm）时，导能筋和粘附物的加热和熔化立即同时发生；当导能筋较厚（0.25mm和0.50mm）时，导能筋明显地被先加热后熔化，且在其功率和位移曲线上表现出相似的行为。2014年，Villegas[25]研究了热塑性复合材料超声焊接强度与工艺数据的关系及最佳工艺条件确定，选用探头位移量、焊接力和振动振幅三个参数进行研究。该过程采用0.25mm的平板式导能筋，使用位移控制焊接的方式。在位移量为0.1mm、焊接力为300N、振动振幅为86.2μm时得到的最优参数。Zhao等[26]对碳纤维增强树脂基复合材料连接的失效模式进行了分析，其焊接件失效形式多为：“亏欠”、“过度”两种形式，富含树脂的断裂表面对应于“亏欠”焊接样品，而具有较多孔隙的断裂表面对应于“过度”焊接的样品。所以，超声波焊接具有焊接时间短、接头强度高、焊前表面处理不复杂、焊后接头处纤维结构损伤小等优点。但同时，超声波焊接也因单次焊接面积小，工艺复杂程度高、可重复性较差、过大的振幅会切割复合材料中的纤维等明显的缺点，大大限制了该焊接方式的发展。(4)电阻焊电阻焊又叫电阻植入焊，在连接热塑性树脂基复合材料领域，是一种极具发展潜力的焊接方式，具有广阔的应用前景。其焊接机理是在两待焊接表面间安放一个加热部件，通电加热中间植入件，使焊接表面温度升高，发生熔化，加压冷却后形成连接接头。原理图如图1-4所示。电阻焊通过使电流流过插在两个要连接零件之间的电阻元件，在粘结表面快速加热和熔化材料。一旦电阻元件周围的区域熔化，便会通过施加压力产生焊
【参考文献】：
期刊论文
[1]声发射在复合材料损伤机理研究的应用现状及发展趋势[J]. 倪迎鸽,杨宇,吕毅,张伟. 玻璃钢/复合材料. 2019(08)
[2]热塑性树脂基复合材料连接技术的研究进展[J]. 周利,秦志伟,刘杉,陈伟光,李高辉,宋晓国,冯吉才. 材料导报. 2019(19)
[3]分层对复合材料机械连接结构承载能力的影响[J]. 董大龙,周翔,汪海,姜晓伟. 复合材料学报. 2018(01)
[4]塑料旋转焊接技术[J]. 张胜玉. 现代塑料加工应用. 2015(05)
[5]我国先进复合材料产事业发展[J]. 陈绍杰. 玻璃钢. 2014(01)
[6]焊接能量对铝/铜超声波焊接接头显微组织的影响[J]. 李东,赵杨洋,张延松. 焊接学报. 2014(02)
[7]基于小波理论的声发射信号降噪方法[J]. 赵西伟,任彬. 电子科技. 2013(04)
[8]激光焊接的特点[J]. 电焊机. 2010(09)
[9]基于小波分析的声发射信号降噪处理方法[J]. 刘丛兵. 机电工程技术. 2010(07)
[10]碳纤维/聚苯硫醚复合材料在飞机制造业的应用[J]. 精细化工原料及中间体. 2010(02)
硕士论文
[1]基于声发射的材料损伤监测技术研究[D]. 葛洺瑀.沈阳工业大学 2019
[2]CF/PPS复合材料的碳纤维电阻热连接技术研究[D]. 王宏洋.中国民航大学 2018
[3]声发射信号处理及源定位方法研究[D]. 陈园园.东南大学 2017
[4]基于声发射技术的二维编织复合材料层合板的损伤识别与定位研究[D]. 艾素萍.中国石油大学(华东) 2015
本文编号：2913334
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2913334.html
