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關于碳纖維增強熱塑性復合材料超聲波焊接研究
碳纖維復合材料的連接方式
碳纖維復合材料連接有多種連接方法，需要根據(jù)應用于不同連接區(qū)域的載荷特點等進行選擇。目前應用最多的主要有機械連接、膠接連接、以及機械/膠接混合連接等。
機械連接是使用機械方法，通常采用螺栓和鉚釘，將兩個或者多個被連接構件連接在一起的方法。飛機結構中常用的機械連接主要包括螺栓、鉚釘、盲緊固件和環(huán)槽鉚釘連接等。優(yōu)點是不需要表面處理，易于檢查，必要時可將部件拆卸。然而，機械連接有幾個缺點：零件螺絲孔引起的應力集中;增加了結構的重量;螺絲價格相對昂貴，例如復合材料飛機上緊固件占結構總成本的19%~42%。
粘接連接是另一種選擇。近年來，膠粘劑在強度、疲勞壽命和剛度方面的性能有了很大的提高。膠粘劑的主要優(yōu)點是能粘接不同的材料，也提供更均勻的應力分布。另一方面，膠粘劑需要大量的時間進行表面準備和固化，而且粘接接頭不能拆卸。
機械/膠接混合連接使用粘合劑和機械緊固件提供了兩者最佳的性能，具有良好的承重能力和疲勞壽命。但是仍需要大量的勞動力和較長的連接時間。
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。
超聲波焊接的優(yōu)點
超聲波焊接是最快的連接方法，是自動化的理想選擇。
不需要填充材料?？梢赃M行點焊和焊縫焊接。
表面損傷小，因為熱量是在接合界面產(chǎn)生，而非頂部表面。
一個干凈的工藝過程，不會產(chǎn)生煙霧或火花。
超聲波焊接的局限性
超聲波焊接也有一些局限性，由于換能器的輸出功率有限，對待焊材料的性質要求嚴格，超聲波焊接并不能直接焊接較大工件，并且當工件在超聲波傳遞方向上的尺寸較厚時，焊接效果會較差。這些缺點限制了超聲波焊接的應用。
碳纖維增強熱塑性復合材料(CFRTP)由于其優(yōu)越的力學性能、較低的加工成本及可回收性，逐漸成為繼鋁合金、高強鋼之后的新一代輕量化材料。國內(nèi)外科研機構和材料企業(yè)都投入巨資和人力競相開展相關研究，部分高校、企業(yè)已開始探索將CFRTP應用于機身與車身的制造與裝配。超聲波焊接是最適合焊接熱塑性材料的方法之一，也是實現(xiàn)大規(guī)模裝配CFRTP部件的關鍵使能技術之一。
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