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超声波焊接热塑性树脂基复合材料技术
发布时间:2021-11-24浏览次数:23

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       热塑性树脂基复合材料具有较高的强度和刚度,以及良好的耐热性和耐腐蚀性,广泛应用于航空航天等领域。树脂基复合材料的连接方法是胶接、机械紧固等,但它们存在明显的缺点。就胶接而言,胶粘剂固化时间长,胶接接头的质量容易受到环境的影响,这在很大程度上限制了胶接技术的应用范围。机械紧固包括螺栓连接和铆钉连接,但螺栓和铆钉增加了结构质量,不符合轻质轻量结构的目标。此外,由于钻孔的需要,应力集中,材料的连接强度降低。虽然传统的固相连接方法存在上述缺陷,但由于其技术简单、成本低廉,仍在大规模应用。

       随着汽车制造、船舶、航空航天等领域的不断发展,人们对降低结构质量、节约经济成本、保证产品安全性能的要求越来越高,这使得轻质轻量的概念应运而生,即在保证结构性能的同时,由繁变简,由重变轻。用轻合金或高强度树脂代替钢材,可以满足结构的强韧性和抗疲劳性,降低结构质量。材料连接的质量在很大程度上影响产品的使用性能。高强度树脂等轻质材料的性质不同于钢材。如何保证轻质材料的连接质量对轻量化至关重要,因此轻质材料的连接技术具有重要的研究意义。

       超声焊接是将超声电源提供的电能转化为高频振动的机械能的焊接技术。采用超声技术焊接树脂基复合材料具有效率高、速度快、强度高、严谨性好等特点,近年来逐渐取代了传统的固相连接技术。此外,该技术能耗低,成本低,应用后清洗方便,污染小,符合绿色发展的概念,获得的焊接接头稳定性高。超声焊接被认为是焊接连续纤维增强热塑性复合材料最有前途的技术之一。

       近年来,焊接技术发展迅速,尤其是电阻焊和超声波焊,在某些领域逐渐取代了胶接和机械紧固的方法。其中,电阻焊技术发展较早,技术相对成熟,焊接接头强度高。与超声波焊接技术相比,其应用范围相对较广。国内外学者对超声波焊接技术的研究逐渐深入,超声波焊接因其效率高、速度快、强度高、严谨性好而成为焊接热塑性材料的重要方法之一。另外,相比于电阻焊,超声波焊接技术不需添加金属网等加热元件,实现了结构的一致性,增强了焊接接头的疲劳强度。因此,超声波焊接技术被认为是最适合焊接热塑性材料的方法。

       一般来说,胶接和机械紧固的连接方法因其发展早、技术好而被广泛应用于航空航天、汽车、轮船等领域。但胶接和机械紧固的使用会导致胶粘剂失效、应力集中等缺点,严重限制了其未来的发展潜力。在轻质轻量结构的背景下,通过超声波焊接技术连接热塑性复合材料的方法近年来发展迅速,并逐渐成熟。该技术具有焊接接头强度高、刚度高、疲劳强度高、焊接过程中不需要粘合剂、应力集中不明显等优点;然而,仍然存在一些缺点和空白需要解决和填补,如焊接时复合材料的微连接机理和聚合物成分的变化。相信在不久的将来,焊接技术将广泛取代胶接和机械紧固,优势互补,共同进入工业化的新时代。

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