Induksjonssveiseteknologien for termoplastiske karbonfiberkompositter er fortsatt i de tidlige stadiene.

Introduksjon til fem sveisemetoder for termoplastiske karbonfiberkompositter

I motsetning til termoherdende kompositter, kan termoplastiske kompositter fortsatt smelte etter støping. Koblingen av termoplastiske karbonfiberdeler kan oppnås gjennom sekundær smelting og påføring av trykk, som kan betraktes som en sveiseprosess. For tiden inkluderer vanlig brukte sveiseteknikker for termoplastiske karbonfiberkompositter varmgass, motstand, ultralyd, induksjon og lasersveising. Hver sveisemetode har sine fordeler og ulemper, og valg av metode bør baseres på ulike scenarier og krav.

1.Hot Gas Welding:

Beskrivelse: Varmgasssveising bruker en strøm av varm gass (vanligvis nitrogen) for å smelte og smelte sammen de termoplastiske materialene ved skjøten.

Behandle: Overflaten til materialene varmes opp med varm gass, og det påføres trykk for å koble dem sammen.

Fordeler: Det er presis kontroll over temperatur og trykk, noe som gjør den egnet for ulike termoplastiske kompositter.

Betraktninger: Det må utvises forsiktighet for å unngå overoppheting og skade på karbonfiberen.

2. Motstandssveising:

Beskrivelse: Motstandssveising innebærer å føre en elektrisk strøm gjennom materialene, og generere varme ved skjøten.

Behandle: To komponenter presses sammen, og strømmen går gjennom skjøten og forårsaker lokal oppvarming.

Fordeler: Prosessen er rask, egnet for store strukturer, og kan automatiseres.

Betraktninger: Materialene må ha tilstrekkelig ledningsevne, og det er fare for lokal overoppheting.

3. Ultralydsveising:

Beskrivelse: Ultralydsveising bruker høyfrekvente vibrasjoner for å generere varme ved skjøten, og dermed smelte og smelte sammen de termoplastiske materialene.

Behandle: Ultralydvibrasjoner påføres grensesnittet, noe som forårsaker lokal oppvarming og binding.

Fordeler: Behandlingshastigheten er høy, noe som gjør den egnet for små og komplekse deler, med minimal termisk påvirkning på omkringliggende områder.

Betraktninger: Riktige frekvens- og amplitudeinnstillinger er avgjørende, og denne metoden er kanskje ikke egnet for alle termoplastiske kompositter.

4.Induksjonssveising:

Beskrivelse: Induksjonssveising bruker elektromagnetisk induksjon for å varme opp de termoplastiske materialene ved skjøten.

Behandle: En induksjonsspole induserer varme i materialene, og skaper en lokalisert smeltesone for sveising.

Fordeler: Det er presis kontroll over oppvarming, noe som gjør den egnet for store strukturer med minimal innvirkning på omkringliggende områder.

Betraktninger: Materialene må ha tilstrekkelig ledningsevne, og denne metoden er ikke universelt anvendelig.

5.Lasersveising:

Beskrivelse: Lasersveising bruker en svært fokusert laserstråle for å varme og smelte materialene ved skjøten, og danner en binding når de avkjøles.

Behandle: Laserstrålen rettes mot grensesnittet, og varmes raskt opp det termoplastiske materialet. Komponentene presses deretter sammen og danner en sveis etter hvert som den stivner.

Fordeler: Lasersveising gir høy presisjon og kontroll over termisk tilførsel, relativt høye sveisehastigheter, og er egnet for masseproduksjon. Det skaper minimale varmepåvirkede soner, bevarer materialegenskaper og utgjør en lavere risiko for forurensning.

Betraktninger: Det må utvises forsiktighet under lasersveising for å beskytte karbonfiberen mot overoppheting for å forhindre skade.

Moden induksjonssveiseteknologi for termoplastisk karbonfiber er til fordel for romfartsindustrien

Induksjonssveiseteknologi er spesielt egnet for sammenføyning av karbonfiberforsterkede termoplastiske komposittstrukturer. Siden karbonfiber er ledende og kan generere virvelstrømmer når de utsettes for et vekslende magnetfelt, er det ikke nødvendig å introdusere ekstra induksjonsmaterialer ved sveising av karbonfiberforsterkede termoplastiske kompositter.

Etter hvert som produksjonsteknologien for romfarts termoplastiske kompositter modnes og produksjonskostnadene reduseres, vil deres anvendelse i romfartsproduksjon øke betydelig. I tillegg krever den komplekse strukturen til romfartskomponenter at enkle deler settes sammen til en helhet gjennom koblingsteknologier. Derfor har utvikling av sveiseteknologier for romfarts termoplastiske kompositter, inkludert induksjonssveising, blitt et presserende behov i avansert flyproduksjonsforskning, og det vil forbli en langsiktig oppgave i fremtiden.

For tiden står induksjonssveiseteknologien for termoplastisk karbonfiber overfor utfordringer som lav modenhet og det faktum at den ennå ikke har gått inn i ingeniørprototypen og praktiske produktapplikasjonsstadier. Forskning på induksjonssveising av termoplastiske kompositter for sivile fly er imidlertid fortsatt i sin tidlige fase i utlandet, med ulike nøkkelteknologier i påvente av gjennombrudd. Det teknologiske gapet mellom landene er lite uttalt. Derfor bør Kina fremskynde utviklings- og applikasjonsinnsatsen på dette området for å forkorte gapet med utenlandske avanserte materialer og produksjonsteknologier for fly. Bare ved å virkelig mestre kjerneteknologier kan vi være til fordel for den innenlandske romfartsindustrien.

Forskningsfremgang på induksjonssveising av termoplastiske CF/PPS-kompositter i Kina

Noen forskerteam har studert effekten av sveisekraft og tid på overlappsskjærstyrken (LSS) ved å bruke en punktsveisemetode. De undersøkte også muligheten for forskjellige implanterte lag for induksjonssveising av CF/PPS termoplastiske kompositter. Forskningen fant at overdreven sveisekraft eller forlenget sveisetid kan føre til overoppheting av prøvene, noe som resulterer i kjemiske reaksjoner som kryssbinding, oksidasjon og nedbrytning av harpiksmatrisen, noe som betydelig reduserer de mekaniske egenskapene til de sveisede leddene og til og med komposittenes indre egenskaper.

1. Maksimal tidsdata for induksjonssveising av CF/PPS-kompositter

Eksperimentelle resultater indikerer at når den relative kraften er innenfor området 400 til 800, viser det mellomliggende laget den høyeste hastigheten for temperaturstigning. Når den relative kraften øker, blir temperaturstigningshastigheten raskere, og røyketiden inntreffer tidligere. Når sveisetiden overskrider en viss verdi, vil det uunngåelig dukke opp røyk midt på panelene. Forekomsten av røyking skyldes først og fremst nedbrytning av harpiksen eller fordampning av gjenværende små molekyler, som begge kan påvirke sveisekvaliteten og bindingsytelsen mellom de to panelene negativt. Derfor er det nødvendig å unngå denne situasjonen.

2. Effekter av sveisekraft og tid på skjærstyrke (LSS)

Induksjonssveising ble utført på to CF/PPS komposittmaterialer ved bruk av en punktsveisemetode, etterfulgt av påføring av trykk med ruller etter oppvarming. Den resulterende rundskjærstyrken (LSS) ble testet. Resultatene indikerer at under induksjonssveiseprosessen, på grunn av den relativt korte sveisetiden, er utstrømningen av harpiks ikke alvorlig, noe som gjør at sveiseoverflaten kan beholde en viss mengde harpiks. Ved en relativ effekt på 500 når skjærstyrkeverdien (LSS) sitt maksimum ved en oppvarmingstid på 65 sekunder, noe som indikerer at oppvarmingstiden verken skal være for kort eller for lang.

3. Effekt av implantatlag på skjærstyrke (LSS)

Ved å bruke to CF/PPS komposittmaterialer, sammen med en CF/PPS prepreg som har samme spesifikasjoner (samme råmaterialer, stoffform, fibervoluminnhold osv.) som komposittene, ble det brukt et implantatlag for punktsveising. Resultatene indikerer at tilsetningen av implantatlaget generelt førte til en reduksjon i skjærstyrke (LSS), som kan tilskrives at implantatlaget begrenser varmeutvikling og ledning; den maksimale LSS nådde imidlertid fortsatt 24,8 MPa.